抗菌塑料及其在醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用研究進(jìn)展

抗菌劑是抗菌塑料的關(guān)鍵，根據(jù)其化學(xué)成分的不同可分為無(wú)機(jī)抗菌劑、有機(jī)抗菌劑、天然抗菌劑和復(fù)合抗菌劑等。據(jù)報(bào)道，抗菌劑在塑料中使用較廣，年增長(zhǎng)率約為3．5％~4．0％。

從目前抗菌塑料的發(fā)展來(lái)看，以聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)和丙烯腈－丁二烯－苯乙烯(ABS)為基材的抗菌塑料使用范圍較廣，已應(yīng)用于汽車、家用電器、醫(yī)療、管材等領(lǐng)域。

抗菌塑料的應(yīng)用? 圖源：塑料與選材

抗菌塑料的開發(fā)和應(yīng)用對(duì)改善人類生存環(huán)境具有重要意義。以下介紹了抗菌劑的分類、抗菌塑料的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用情況，并對(duì)抗菌塑料的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

按照組成不同，抗菌劑可分為無(wú)機(jī)抗菌劑、有機(jī)抗菌劑、天然抗菌劑、復(fù)合抗菌劑等。

1 無(wú)機(jī)抗菌劑

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無(wú)機(jī)抗菌劑主要以銀、銅、鋅等金屬離子和金屬氧化物以及一些納米材料為主，銀系或鋅系抗菌劑的使用較為廣泛，其中銀系抗菌劑綜合效果顯著，我國(guó)使用銀系抗菌劑較多。

上海錦湖日麗塑料有限公司通過(guò)無(wú)機(jī)銀離子抗菌劑開發(fā)了ABS和PP基材的抗菌塑料ABSGN215B和PPGN015B，其對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌率均達(dá)99．9％以上，可應(yīng)用于空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)及小家電等。

無(wú)機(jī)抗菌劑中，光催化型抗菌劑具有無(wú)毒、性能穩(wěn)定、安全性好等特點(diǎn)，常見(jiàn)的有TiO2和ZnO，因?yàn)榧ぐl(fā)TiO2光催化型抗菌劑時(shí)會(huì)產(chǎn)生活性較強(qiáng)的活性氧且TiO2對(duì)人體無(wú)害而備受關(guān)注。

無(wú)機(jī)抗菌劑具有廣譜抗菌性能、耐熱性好、不產(chǎn)生抗藥性，且制備工藝簡(jiǎn)單，尤其良好的耐熱性是其能夠大批量應(yīng)用于工業(yè)化、制備抗菌塑料的關(guān)鍵。

2 有機(jī)抗菌劑

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大部分的有機(jī)抗菌劑都是化學(xué)合成，主要有季銨鹽類、酚類、有機(jī)金屬類、噻唑類等。

有機(jī)抗菌劑雖然殺菌力強(qiáng)、效果好，但有毒、安全性較差、會(huì)產(chǎn)生耐藥性、化學(xué)穩(wěn)定性較差，特別是有機(jī)抗菌劑的耐熱性較差，在高溫、高壓、高剪切加工條件下易分解失效，喪失抗菌效果甚至分解出有毒產(chǎn)物。所以至今只限于加工溫度200℃左右的軟質(zhì)PVC和PE中使用。由于有機(jī)抗菌劑的安全性尚在研究，在抗菌塑料加工中使用量較少。

3 天然抗菌劑

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從植物中提煉、精制可得到天然抗菌劑，如檸檬葉、薄荷的提取物等。另外，從節(jié)肢動(dòng)物外殼提取出的甲殼素再經(jīng)過(guò)脫乙?；幚碇频玫臍?/span>聚糖，因其具有良好的生物相容性、可降解性，且對(duì)人體無(wú)害，成為目前的研究熱點(diǎn)。

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從動(dòng)物外殼可提取抗菌劑殼聚糖? ? ? ? ?

清遠(yuǎn)瑞華助劑有限公司公開了一種天然抗菌劑，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)包括：50．0％~75．0％殼聚糖，0．5％~2．0％納米TiO2，0．2％~1．0％分散助劑，24．0％~50．0％水。這種天然抗菌劑具有無(wú)毒、抗菌性能好、對(duì)人體有保養(yǎng)作用等優(yōu)點(diǎn)。

宋潔等從含有不同有效抗菌成分的五倍子、茜草中分別提取天然抗菌物質(zhì)，并與聚丁二酸－己二酸丁二酯(PBSA)共混制得PBSA／植物源提取物復(fù)合材料，結(jié)果表明，五倍子、茜草的添加可賦予PBSA抗菌性能。

4 復(fù)合抗菌劑

復(fù)合抗菌劑既有有機(jī)抗菌劑的即效性、持續(xù)性，又有無(wú)機(jī)抗菌劑的安全性、耐熱性，因此復(fù)合抗菌劑仍是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)之一。復(fù)合抗菌劑的制備主要有物理、化學(xué)兩種方法。

于太保等利用馬來(lái)酸酐與鹽酸胍合成抗菌功能化馬來(lái)酸酐，再與苯乙烯共聚，把具有抗菌功能的基團(tuán)引入到高分子長(zhǎng)鏈上，從而制得胍類高分子型抗菌劑，這種復(fù)合抗菌劑對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌均具有較強(qiáng)的抗菌作用。

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)公開了一種有機(jī)無(wú)機(jī)蒙脫石復(fù)合抗菌材料及其制備方法，實(shí)現(xiàn)了抗菌材料的廣譜性能，使得抗菌材料能夠?qū)Ω锾m氏陽(yáng)性菌及陰性菌同時(shí)具有良好的抗菌性能。

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二 抗菌塑料的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

抗菌塑料除了具備良好的抗菌性能外，還必須保證所用的抗菌劑性能(如抗菌能力、安全性、耐藥性、耐熱性、緩釋性能等)符合國(guó)家規(guī)定的衛(wèi)生和安全標(biāo)準(zhǔn)，可以從常規(guī)性能、加工性能、抗菌性能3個(gè)方面來(lái)評(píng)價(jià)抗菌塑料。

塑料抗菌性能評(píng)價(jià)常用的指標(biāo)是抗菌率、抑菌圈和抗菌長(zhǎng)效性。抗菌率是定量指標(biāo)，抑菌圈是定性指標(biāo)，一般采用加速試驗(yàn)的方法來(lái)評(píng)價(jià)抗菌長(zhǎng)效性?？咕芰峡?/span>菌評(píng)估方法主要是在其表面培養(yǎng)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌來(lái)測(cè)試。

某抗菌塑料抗菌性能測(cè)試報(bào)告

1 在家用電器中的應(yīng)用

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目前，家用電器是全球抗菌塑料應(yīng)用最為廣泛和使用量最大的領(lǐng)域。日本是世界上較早將抗菌塑料應(yīng)用于家用電器的國(guó)家，20世紀(jì)80年代后期，日本已經(jīng)將抗菌防霉塑料應(yīng)用于部分家用電器產(chǎn)品中。

抗菌塑料在冰箱中的應(yīng)用? 圖源：石墨烯研究院

我國(guó)抗菌塑料的研發(fā)工作始于20世紀(jì)90年代，海爾集團(tuán)自1998年推出了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)抗菌冰箱以來(lái)，通過(guò)不斷開拓創(chuàng)新，又推出了一系列健康安全的抗菌冰箱。

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并于2006年首批通過(guò)了日本抗菌制品技術(shù)協(xié)會(huì)、中國(guó)抗菌材料及制品行業(yè)協(xié)會(huì)雙認(rèn)證。另外，海爾集團(tuán)陸續(xù)實(shí)現(xiàn)了冷柜、洗衣機(jī)、空調(diào)等十六大門類系列產(chǎn)品的抗菌功能。

以沸石載銀／鋅復(fù)合抗菌劑、銀系納米無(wú)機(jī)抗菌劑、有機(jī)／無(wú)機(jī)復(fù)合抗菌劑為基礎(chǔ)，北京崇高納米科技有限公司研發(fā)了安迪美?牌抗菌劑和抗菌母粒，在各種塑料材質(zhì)的家電中已廣泛應(yīng)用。

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該公司針對(duì)抗菌家用電器標(biāo)準(zhǔn)的要求，為家用電器零部件提供了符合技術(shù)要求的抗菌劑和抗菌母粒系列材料。

中國(guó)抗菌塑料的使用量還比較低，隨著抗菌家用電器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)逐步完善和規(guī)范，中國(guó)的抗菌家用電器市場(chǎng)將會(huì)具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>

另外，若基礎(chǔ)塑料的耐化學(xué)性不好，也容易滋生細(xì)菌，因此，家用電器企業(yè)選用抗菌塑料時(shí)，需要選擇耐化學(xué)性強(qiáng)、表面張力較小、抗油、抗污漬、隔水、耐磨等性能較好的基礎(chǔ)材料，以滿足家用電器制造的特殊需求。

2 在汽車中的應(yīng)用

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對(duì)于汽車行業(yè)，人們的關(guān)注點(diǎn)已從化學(xué)污染、異味開始轉(zhuǎn)移至微生物污染(細(xì)菌等)上，健康出行理念已獲得社會(huì)各界廣泛認(rèn)同。

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調(diào)研表明，65％的汽車消費(fèi)者愿意為健康環(huán)保功能買單。在汽車內(nèi)配備智能空氣凈化系統(tǒng)的同時(shí)，開展車內(nèi)抗菌材料的研發(fā)和應(yīng)用，已成為汽車行業(yè)研究的新熱點(diǎn)。

2020年3月，比亞迪已將具有長(zhǎng)效抗菌功能的材料應(yīng)用到客車可接觸物(如座椅、扶手等)中，以降低公共交通交叉感染細(xì)菌的風(fēng)險(xiǎn)。

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目前，日本的汽車中已大規(guī)模使用了抗菌塑料，并且越來(lái)越多的抗菌塑料將應(yīng)用在高檔轎車的內(nèi)飾中，如日產(chǎn)轎車的方向盤、把手等。

上海錦湖日麗塑料有限公司開發(fā)了專門用于汽車的抗菌防霉改性塑料，結(jié)果表明：存放8個(gè)月后，透明抗菌ABS對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌率大于等于99．9％，黑色抗菌ABS及聚碳酸酯(PC)／ABS也均能夠滿足要求；氣味和揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)測(cè)試結(jié)果表明，抗菌塑料的氣味和VOC與應(yīng)用成熟的通用塑料相比，差異性并不大，總揮發(fā)性有機(jī)化合物(TVOC)遠(yuǎn)低于一般內(nèi)飾塑料件的要求(小于等于50μg／g)。

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總體來(lái)看，車用抗菌塑料的研發(fā)和應(yīng)用尚處于起步階段，不過(guò)吉利控股集團(tuán)等少數(shù)生產(chǎn)企業(yè)在抗菌塑料方面已加大研發(fā)力度，積極開展產(chǎn)品應(yīng)用。

3 在醫(yī)療中的應(yīng)用

醫(yī)用抗菌塑料的應(yīng)用主要涉及傷口敷料、器械表面、醫(yī)用植入體表面、醫(yī)用導(dǎo)管等方面。

杭州科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院公開了一種醫(yī)用抗菌塑料材料及其制備方法，以質(zhì)量份計(jì)包括：

PP100．0份、

低密度聚乙烯(LDPE)5．0~12．0份、

乙烯－醋酸乙烯酯共聚物3．0~15．0份、

PP接枝羧酸0．3~0．8份、

柏木油1．2~2．6份、

環(huán)氧大豆油2．4~4．8份、

復(fù)合抗菌劑6．0~18．0份、

氧化鎂3．0~8．0份、

硬脂酸鈉1．5~3．5份、

抗靜電劑0．8~1．5份。

本發(fā)明制備的醫(yī)用抗菌塑料對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率均在98．0％以上，抗菌效果較好，可應(yīng)用于抗菌扶手、抗菌輪椅等醫(yī)用產(chǎn)品中。

中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所公開了一種接枝ε－聚賴氨酸的雙醛基殼聚糖及其制備方法和應(yīng)用，首次實(shí)現(xiàn)了接枝ε－聚賴氨酸的雙醛基殼聚糖的合成制備，該改性殼聚糖作為一種新型生物醫(yī)用抗菌材料，可用于制備能促進(jìn)傷口愈合的各種類型抗菌敷料，如液體敷料、水凝膠敷料、水膠體敷料、海綿敷料、膜敷料等。

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利用不同種類物質(zhì)實(shí)現(xiàn)抗菌功能的活性包裝正在不斷涌現(xiàn)，有些已經(jīng)商品化生產(chǎn)，其中以載銀沸石為活性成分的基材包括線型低密度聚乙烯?? (LLDPE)、PE等，已應(yīng)用于膜、食品、牛奶容器等方面。

5 在其他行業(yè)中的應(yīng)用

抗菌塑料在建筑等領(lǐng)域也得到了應(yīng)用，主要有給排水管系統(tǒng)、塑料門窗、衛(wèi)生潔具等。

隨著科技的發(fā)展，抗菌劑、加工工藝和評(píng)價(jià)方法等都會(huì)得到不斷提升，抗菌塑料的應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)越來(lái)越廣泛，但研究廣譜、長(zhǎng)效、安全無(wú)毒、分散性和相容性良好的抗菌劑仍是重要課題。另外，在抗菌塑料的加工應(yīng)用中，高溫、高熱、強(qiáng)剪切等因素對(duì)抗菌劑的影響也要重點(diǎn)考慮。

抗菌塑料今后的發(fā)展可關(guān)注以下方面：

1)對(duì)復(fù)合抗菌劑可進(jìn)行深入研究，盡快解決復(fù)合抗菌劑產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題。

2)在高分子鏈上直接引進(jìn)抗菌化合物活性基團(tuán)的合成研究，加快研制出高效廣譜、毒性小、可回收再生的廉價(jià)高分子抗菌劑。

3)目前抗菌效果的評(píng)價(jià)方法不利于進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)評(píng)估，建立簡(jiǎn)單易行、統(tǒng)一的抗菌檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

4)抗菌塑料制品中大多含有金屬離子，對(duì)抗菌塑料廢棄物回收處理問(wèn)題值得思考。?? ??

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參考資料：抗菌塑料的應(yīng)用研究進(jìn)展，魏曉娟，中國(guó)石化揚(yáng)子石油化工有限公司南京研究院，互聯(lián)網(wǎng)資料等

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