编号：CYYJ00018

篇名：抗菌塑料技术发展与应用情况

作者： 项爱民 赵启辉 刘万蝉

关键词： 塑料 抗菌

原文： 1前言 随着人民生活水平的提高，家电产品及生活用品健康化已成为当今的发展潮流。人们在利用有益微生物的同时，也十分警惕致病性微生物的危害。新型的抗菌观念正日益成为热门话题，许多家电、通讯产品和日用品的生产厂家先后开发出多种抗菌产品以满足人们提高生活质量的需要。因此，采用抗菌材料制成的产品成为当前的热点。 抗菌塑料是一类具有抑菌和杀菌性能的新型材料，通常在塑料中添加一种或几种特定的抗菌剂而制成，使塑料制品本身具有抗菌性，可以在一定时间内将粘在塑料上的细菌杀死或抑制其增殖。正因为材料本身被赋予了抗菌性，用抗菌塑料制成的各种制品具有卫生自洁功能。与普通塑料相比，抗菌塑料制品可免去许多清洗保洁等繁重劳动。在医院等特殊场合，可减少环境消毒（如化学药剂消毒、或紫外光等物理消毒）。而且，抗菌塑料的抗菌长效性可与制品使用寿命同步，可谓“一劳永逸”，既方便又经济。由于塑料及其制品在日常生活中的应用面宽、用量大（97年世界塑料产量1.35亿吨且每年递增5%），所以，抗菌塑料的开发和应用为保护人类健康树起了一道绿色的屏障，对于改善人类生活环境，减少疾病、保护全民健康，具有十分重要的意义。 2国内外抗菌塑料技术 发展抗菌塑料中使用的抗菌剂可归纳为有机类、无机类和天然类。有机类抗菌剂包括多种传统抗菌杀菌剂。有机抗菌剂虽然杀菌力强、效果好，但有毒，安全性较差，会产生微生物耐药性、化学稳定性较差、在塑料中易迁移（导致抗菌寿命缩短）等不足。另外，有机抗菌剂的耐热性较差，在许多塑料高温高压高剪切加工条件下易分解失效，且分解产物有毒。因此，目前有机抗菌剂一般用于加工温度低（-200ºC）的软质聚氯乙烯（SPVC）、聚乙烯（PE）等塑料中。同样，天然类抗菌剂在150-180就开始碳化分解，应用范围窄。无机抗菌剂具有畅销、不产生耐药性等优点，特别是其突出的耐热性（>600ºC）倍受重视，在塑料用抗菌剂的发展中有很大优势。无机抗菌剂利用金属离子的抗菌杀菌作用来抑制细菌的生长繁殖。在无机抗菌剂中实际使用的金属离子几乎仅限于对人体安全的银、铜、锌等几种。抗菌离子通常由某些无机物载带着，如沸石、磷酸岩、羟基磷灰石、可溶性玻璃等，通过缓释作用以提高抗菌长效性。银离子的抗菌力最强，但其化学性质活泼，易转变为棕色的氧化银或经紫外光催化还原为黑色的单质银。无机抗菌剂变色后，将使白色和浅色塑料制品无法应用。另外，大量使用银，成本较高，制约了在更多范围的应用。所以，解决无机抗菌剂的变色和降低成本是两个世界性难题。 日本经过20多年的研究，在改善银抗菌剂变色问题上取得了长足进步，初步解决了无机抗菌剂变色问题，但价格仍居高不下。欧美地区以应用有机抗菌剂为主，使用无机抗菌剂只是近几年的事。 90年代后期，无机纳米抗菌材料在塑料上的应用给塑料行业带来了一场新的革命。纳米材料学是近年来刚刚兴起并受到普遍关注的一个新的科学领域。纳米复合材料是指材料显微结构中至少有一相的一维尺度达到纳米级的材料。当任何材料用高科技手段被细化到纳米量级时，该材料的物化性能就会发生巨大的变化，其超自然的活性及潜在的原始能量激发出来，产生出一些奇异的物化现象。呈现出与常规材料完全不同的性质。纳米粒子因其尺寸变小，而具有许多新的特性。如：表面与界面效应、尺寸效应、量子尺寸效应等。上述三个效应是纳米微粒与纳米固体的基本特性。它使纳米微粒和纳米固体呈现出许多奇异的物理、化学性质，出现一些“反常现象”。例如：金属为导体，但纳米金属微粒在低温下的量子尺寸效应会导致绝缘性；特磁性物质进入纳米尺寸，由于多磁畴变成单磁畴而显示出极高的矫顽力，化学惰性的金属铂制成纳米微粒后即成为极好的催化剂等等。纳米无机杀菌剂具有极强的杀菌能力。 纳米固体材料由于粒径小，易于形成团聚体，在制备纳米抗菌塑料时，为了便于纳米粒子分散和增强纳米粒子与聚合物间的界面结合力，需要对纳米级抗菌剂进行预处理，并添加偶联剂、分散剂等。如偶联剂乙烯基三（甲基乙氧基）硅烷、巯基丙基三甲氧基硅烷等，润滑剂硬脂酸胺、，乙撑双硬酯酰胺、油酰胺、聚乙烯蜡等。在抗菌塑料的制备过程中，需解决下面三个问题：(1)抗菌剂在树脂中的分散，(2)抗菌剂与树脂的结合,(3)抗菌剂与树脂掺混后引起的色变。前两个问题相对于第三个问题较易解决。抗菌剂引起树脂变色的机理不是很明了，所以此问题较难解决，尤其是银类抗菌剂引起的色变。日本在解决抗菌塑料变色方面做了不少工作，如利用氧化锌的白度和屏蔽紫外线作用来覆盖色变等。 3国外抗菌塑料的应用情况 国外抗菌塑料的应用起始于80年代初。欧美国家早期主要在日用品中应用，近年来玩具产品上应用抗菌材料风靡美国和其它地区。日本在应用抗菌塑料方面发展更快。1983年由品川燃料（现为shinanen）首先推出无机抗菌剂的工业化产品，1984年锺纺也推出抗菌剂，直到1990年石冢硝子加入该行业为止，日本抗菌塑料制品一直由前两家公司提供抗菌剂。1991至1995年，日本抗菌塑料制品进入了一个大发展阶段，化工、纤维、食品、电机、水泥等行业的近30家企业均开发出抗菌剂品种。目前日本抗菌制品技术协会中抗菌剂和抗菌塑料的研制、生产和用户等企业会员已达250多个，抗菌塑料几乎覆盖PP、ABS等所有主要塑料品种。日本已将今后发展的目光投向欧美国际抗菌产品市场，预计海外市场将是其国内市场的10倍。他们也极大地关注中国抗菌塑料近来的发展，纷纷抢占中国市场。欧美抗菌塑料的应用主要是软质聚氯乙烯，而且主要使用含砷的有机抗菌剂。欧美市场菜板、儿童玩具等制品是抗菌塑料最大的用途。 4中国抗菌塑料市场发展潜力巨大 我国科学家早就注意到抗菌材料的巨大潜在需求和良好发展前景，十多年前就有人开始跟踪国际抗菌材料的研究和应用。但由于研究条件和投入的起点较低，长期以来未能形成自己的研究体系，零星的研究成果与国际水平有较大差距。所以，抗菌材料的研究和应用几乎是一片空白领域。另一方面，长期以来我国经济相对于西方发达国家落后很多，人民生活水平不高，所以抗菌材料的市场需求直到近年才初见端倪。 尽管如此，我国仍然有不少值得称道的工作。有一部分单位也较早地进入对无机抗菌剂的研究。90年代末，工程塑料国家工程研究中心独辟蹊径，通过离子交换和多层包覆等技术，获得抗菌性强、不变色、成本低的复合型无机抗菌剂。并通过独有的抗菌母料技术制造抗菌塑料及其制品，强化抗菌力的发挥。 国内一批科技型企业也密切跟踪国内外抗菌材料的最新发展动向，在无机抗菌剂、有机抗菌剂、光触媒抗菌剂等领域形成全方位开发应用的势头，并已开始少量上市，其中不乏有创新的技术路线。例如，用纳米无机微粒载银等金属离子，纳米级的二氧化钛光触媒等均是利用具有国际先进水平的材料学来研制开发抗菌剂。 据估算，中国98年塑料抗菌剂的产量40吨，销售额300万元，抗菌制品产值30亿元；90年抗菌剂产量150吨销售额1200万元，抗菌制品100亿元。预计，2000年抗菌剂产量达到200吨,2005年发展到500吨抗菌剂，抗菌制品400亿元。 与此同时，日本抗菌剂也跟着进入中国市场。其中，进口抗菌剂主要用于加工定向出口产品，一般按要求用指定的抗菌剂，内销产品的用量很小。除了日本抗菌剂外，美国、欧洲的有机抗菌剂销售商也向中国用户推销其产品。因此，国际大公司从一开始就瞄准中国抗菌塑料市场，并展开较量。但进口产品的价格高，推广应用难度较大。 显而易见，抗菌塑料及其制品一投放市场，就受到了消费者的青睐。从国外抗菌产品的发展过程可以预测，中国抗菌材料及其应用的前景将十分乐观。80年代中期以来，日本开始在家电产品中开发应用抗菌塑料，抗菌洗衣机、抗菌电话等产品，一经面市就大受消费者的欢迎。抗菌洗衣机在1995年日本国内的市场份额达30%，2000年将达80%。97年美国纽约的世界玩具博览会上，最热门的一类产品是抗菌玩具。我国在近期推出抗菌冰箱、抗菌电话等健康家电用品后，也证明深受广大消费者的青睐。 5结束语 抗菌合成树脂的开发应用，在国外方兴未艾，应用范围不断扩大，需要量急速增长。国内则刚刚在纺织和家电行业起步，但我们坚信随着我国科技的进步和人民生活水平的提高以及卫生保健意识的加强，加之我国流动人口大，公共设施卫生设施要求不断提高，抗菌型树脂的应用需求会不断增加，市场前景将十分广阔。