伴隨著(zhù)塑料應用技術(shù)的高速發(fā)展,各種各樣的塑料制品進(jìn)入到人們日常生活的諸多環(huán)節之中。按照傳統觀(guān)念,塑料制品表面光潔而密實(shí),有害微生物難以附著(zhù)并侵蝕。然而,近年來(lái)塑料制品受細菌、霉菌、酵母菌及藻類(lèi)污染的事例層出不窮。如早在1976年在美國費城召開(kāi)的第56屆美國退伍軍人年會(huì )上,與會(huì )者中182人突然生病,表現出發(fā)燒、咳嗽、氣短、胸痛和肺炎,其中29人死亡。美國疾病控制中心組織人力調查半年后才偶然發(fā)現,是空調系統內滋生的一種革蘭氏陰性桿菌在空氣中傳播引起的病案,這種致病菌后被命名為軍團菌。2009年7月由報道稱(chēng)無(wú)錫市疾控中心在電冰箱儲存的食品中發(fā)現了一種新的致病微生物:李斯特氏菌。該細菌喜冷不愛(ài)熱,如果人被感染,將有三成的病死率。在防病保健、追求生活質(zhì)量已成為時(shí)尚的今天,確保人們在大量使用各種塑料制品時(shí),能方便、快捷、安全地自動(dòng)殺抑附著(zhù)在制品上的有害微生物,保障使用者的安全,是各國科學(xué)家攻研的重大課題。
一、 國內外抗菌塑料的技術(shù)研究情況
抗菌塑料的研究在國際上是一門(mén)新興學(xué)科,進(jìn)人20世紀90年代以來(lái),日本、歐美國家的塑料抗菌技術(shù)已逐漸進(jìn)入了實(shí)用化階段。我國自20世紀90年代末開(kāi)始,市場(chǎng)上也出現了這種需求。
抗菌塑料開(kāi)發(fā)的技術(shù)核心是抗菌劑的開(kāi)發(fā)和選擇。傳統的有機抗菌劑雖然殺菌力強、即效好,但存在毒性安全性較差、會(huì )產(chǎn)生微生物耐藥性、化學(xué)穩定性較差、在塑料中易遷移(導致抗菌壽命縮短)等不足。特別是因為有機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,甚至分解出有毒產(chǎn)物,所以至今只限于在加工溫度低(~200℃)軟質(zhì)取氯乙烯(SPVC)、聚乙烯類(lèi)(PE)塑料中使用。要制備高性能的抗菌塑料,就必須先研制出耐溫性更好的抗菌劑。
無(wú)機抗菌劑是通過(guò)所含的金屬離子(Ag+、Cu2+、Zn2+)的抗菌殺菌作用來(lái)抑制細菌的生長(cháng)繁殖的,具有長(cháng)效、不產(chǎn)生耐藥性等優(yōu)點(diǎn),特別是耐熱性突出(>600℃)。近二十多年來(lái),成為倍受重視的塑料用抗菌劑。但抗菌力最強的銀離子抗菌劑化學(xué)性質(zhì)活潑,易變色并降低抗菌性,因而在白色和淺色家電等制品中無(wú)法使用;同時(shí),銀的成本高也制約了其更大范圍的應用,所以解決無(wú)機抗菌劑的變色問(wèn)題和降低成本是兩個(gè)世界性難題。
目前,日本抗菌塑料中應用的大多是無(wú)機抗菌劑,而日本無(wú)機抗菌劑的開(kāi)發(fā)和應用在國際上也居領(lǐng)先地位。其中日本石冢硝子、品川燃料、東亞合成、鍾紡和松下等幾大制造商的抗菌劑市場(chǎng)占有率約為整個(gè)日本市場(chǎng)的80%。
歐美地區的抗菌材料主要采用有機抗菌劑,如瑞士Ciba精化公司、美國Microban,Morton,Ac—ros,ARP,Huels,Ferro,Troy等公司的有機抗菌劑。近年來(lái)瑞士Ciba、美國Dupont等公司根據市場(chǎng)需求,也相繼推出了無(wú)機抗菌劑。
20世紀90年代初我國中科院化學(xué)所、西北有色金屬研究院、中國建材研究院、中國紡織大學(xué)、天津大學(xué)、清華大學(xué)等單位開(kāi)始了塑料抗菌劑開(kāi)發(fā)及應用研究,主要是無(wú)機類(lèi)產(chǎn)品。但是由于研究條件和投入起點(diǎn)低,長(cháng)期以來(lái)未能形成自己的研發(fā)體系,零星的研究結果與國際水平有較大差距。1998年海爾科化工程塑料國際工程研究中心獨辟蹊徑,通過(guò)離子交換和多層包覆等技術(shù),獲得抗菌性強、不變色、成本低的復合型無(wú)機抗菌劑,并將其應用到塑料中幫助海爾集團率先推出了具有抗菌功能的冰箱、洗衣機、空調等家電產(chǎn)品。這一系列新產(chǎn)品的成功上市,也帶領(lǐng)我國抗菌塑料研制和應用行業(yè)跨入了國際先進(jìn)行列。
目前,國內一批科技型企業(yè)密切留意國內外抗菌材料的最新發(fā)展動(dòng)向,在無(wú)機抗菌劑、有機抗菌劑、光觸媒抗菌劑等領(lǐng)域形成全方位開(kāi)發(fā)應用的勢頭,并已系列產(chǎn)品上市,其中不乏有創(chuàng )新的技術(shù)路線(xiàn)。如海爾科化公司開(kāi)發(fā)的無(wú)機銀鋅復合抗菌劑自在海爾集團應用成功后迅速進(jìn)入市場(chǎng)的其它領(lǐng)域;西安康旺公司、上海潤河公司、廈門(mén)晉大公司成功開(kāi)發(fā)出了載銀磷酸鋯抗菌劑;成都交大晶宇開(kāi)發(fā)出了針狀晶須氧化鋅抗菌劑在熱固性人造板材領(lǐng)域取得巨大推廣應用;北京崇高納米科技有限公司開(kāi)發(fā)出系列銀/鋅復合抗菌劑、銀系納米無(wú)機抗菌劑、有機/無(wú)機復合抗菌劑。
二、 抗菌塑料的制備技術(shù)
抗菌塑料的制備和使用方法目前通常采用直接法和抗菌母粒法(間接法)。
熱塑性塑料加工要經(jīng)歷200°C以上溫度和高剪切的熔化流動(dòng)過(guò)程,所以抗菌劑的熱穩定性和耐剪切穩定性要有較高的性能。
直接法生產(chǎn)抗菌塑料及其制品制品,是抗菌劑粉體與塑料顆粒摻混,或者是先將抗菌劑與塑料共混造粒,再加工成型。由于抗菌劑的團聚問(wèn)題,抗菌效率降低。全部材料需要造一遍粒子,增加了加工成本。
抗菌母粒是塑料與用于載帶和分散抗菌劑目的的載體樹(shù)脂混配,制成顆粒狀的濃縮物?咕噶V锌咕鷦┖枯^高(為10-50%重量)。成型加工抗菌制品時(shí),只需在塑料中加入1-10%重量的抗菌母粒,按照原有工藝即可加工制品,使用方便。
三、 抗菌塑料市場(chǎng)發(fā)展前景
目前抗菌行業(yè)在全球范圍內已形成為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè),有機抗菌劑和銀基抗菌劑新品的不斷推出,更使這一市場(chǎng)異;钴S。隨著(zhù)國際標準化組織正式發(fā)布《ISO22196:2007塑料制品表面抗菌性能評價(jià)方法》,抗菌塑料的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的高速發(fā)展期。
美國咨詢(xún)公司弗若斯特沙利文最新發(fā)表的研究報告預測,隨著(zhù)人們產(chǎn)品安全與衛生意識的提高,全球抗菌塑料市場(chǎng)的規模將不斷擴大。預計2015年,抗菌塑料的工業(yè)應用市場(chǎng)規模將達到14億英鎊,用于消費品的產(chǎn)品價(jià)值為10.3億英鎊,醫療保健領(lǐng)域為3.3億英鎊。屆時(shí),全球高達20%的塑料制品將具有抗菌功能。
在我國隨著(zhù)近幾年公眾健康意識的不斷增強和生活水平的提高,抗菌塑料制品越來(lái)越受到推崇,抗菌產(chǎn)業(yè)也進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。據估測,中國1998年塑料抗菌劑的產(chǎn)量40t,銷(xiāo)售額300萬(wàn)元,抗菌制品產(chǎn)值30億元; 據2006年第五屆中國抗菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會(huì )發(fā)布的工作報告顯示,經(jīng)過(guò)短短8年的發(fā)展,我國抗菌產(chǎn)業(yè)形成了一個(gè)年產(chǎn)值達到600億元的新興產(chǎn)業(yè),其中抗菌塑料的應用貢獻最大;之后抗菌塑料每年都穩步增長(cháng),主要集中在家電(如洗衣機、冰箱、空調、小家電等領(lǐng)域)、建材(如PP-R供水管、人造板材、汽車(chē)裝飾等領(lǐng)域)、兒童玩具等領(lǐng)域。
特別值得一提的是,我國抗菌塑料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展遵循了技術(shù)和標準同步的原則,在2003年頒布實(shí)施了行業(yè)標準《QB/T2591-2003抗菌塑料 抗菌性能試驗方法和抗菌效果》;2009年3月由抗菌協(xié)會(huì )牽頭,為了更好地促進(jìn)我國抗菌塑料技術(shù)的健康發(fā)展,對《抗菌塑料》國家標準的制定進(jìn)行了立項;國家標準化管理委員會(huì )批準發(fā)布了《家用和類(lèi)似用途電器的抗菌、除菌、凈化功能洗衣機的特殊要求》,該標準是強制性國家標準,將于2011年9月15日實(shí)施。我們相信這一系列標準的制定和公布,將不僅能約束行業(yè)內的一些亂象,規范我國抗菌塑料產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展,而且同時(shí)也對我國抗菌塑料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到積極地促進(jìn)作用。
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