塑料抗菌剂的种类及作用机理

 塑料抗菌剂的种类及作用机理
    塑料用抗菌剂按化学成分差异，大致可分为无机类、有机类、天然类和无机-有机复合抗菌剂等4大类。
  1 无机抗菌剂
    无机抗菌剂主要包括元素、氧化物和多种化合物，现有的无机抗菌剂主要以银、铜、锌等离子和一些纳米材料为主(如纳米二氧化钛等)的抗菌剂，对于银、铜、锌金属而言，它主要是以离子状态存在的，通过离子交换或其他形式与载体结合，由于这些金属离子有着与细菌或霉菌的活性霉中心强有力的结合能力而具有抗菌的能力。在这些金属离子当中，银的抗菌能力最好，而且银的杀菌作用与它的价态有关，一般来说正三价的银离子抗菌能力最强，正一价银离子抗菌能力最弱。银的化学结构决定了它具有很好的抗菌能力，在一定波长光的照射下，银能起到催化活性中心的作用，可以使周围空间产生原子氧，而原子氧可杀菌，银离子可强烈地吸引细菌肌体中的巯基，破坏细胞合成酶的活性，细菌就会被杀死，并且银离子能从死菌体中游离出来，继续与其他细菌接触，进行杀菌，重复进行上述过程，循环利用，所以它具有持久性。纳米二氧化钛的作用机理是利用光催化作用，纳米粒子在吸收光能后生成离子-空穴对，离子-空穴对与表面吸附的水、空气反应，生成化学活性很强的氢氧自由基和超氧化物阴离子自由基，攻击细菌有机体，致使细菌细胞体内的有机物分解，从而达到杀菌的目的。但无机抗菌剂也存在一定的缺点，如银是国家控制使用的自然资源，致使银系抗菌剂的市场售价居高不下，同时在使用过程中易变色；而纳米类抗菌剂难以分散等。无机抗菌剂中的抗菌离子一般都是依附在某一种载体上，一般载体要求具有多孔、比表面积大、吸附性能好、无毒、化学稳定性和热稳定性好，同时又不破坏抗菌成份，具有持久的缓释性能，对塑料制品的性能没有不良影响等。现在较常用的载体主要有天然沸石磷酸复盐、黏土、可溶性玻璃、硅胶、陶瓷、活性炭、二氧化钛和聚合氧化铝等。
 2 有机抗菌剂
    有机抗菌剂主要包括：酚系如3-甲基-4-异丙基苯酚、甲酚，有机酸系如丙酸、山梨酸钾，酯系如对羟基苯甲酸酯，醚系如2，4，4-三氯-2'-羟基二苯醚，环氧化物系如环氧乙烷，卤素系如N-(氟二氯甲基硫)钛酰亚胺，咪唑系如2-(4-噻唑基)苯并咪唑，噻唑系如2-正辛基-4-异噻唑啉-3酮噻唑，腈系如亚甲基氰酸脂，吡啶系如2-吡啶酚-1-氧化钠，三嗪系如N，N'，N"一三羟基六氢三嗪，季铵盐系如苄基二甲基十二烷基氯化铵，有机金属系如8-羟基喹啉铜，双胍类如1，l-六亚甲基双[5-(4-氯苯基)双胍]二葡萄糖酸酯等。有机系抗菌剂具有初始杀菌力强、杀菌即效和抗菌广谱性较好，无论是粉状或液态，大多能比较容易地在树脂中分散．技术较成熟。但有机抗菌剂也有毒性安全性较差、会产生微生物耐药性；耐热性不佳；遇热、光等较易挥发，或氧化、分解，导致抗菌寿命短；在塑料高温、高压、高剪切加工条件下不稳定，效果降低乃至失效，甚至产生有毒副产物等不足之处。
    有机抗菌剂品种繁多，灭菌原理也不尽相同。对于有机合成抗菌剂，有的是阻碍微生物细胞的能量代谢，有的是阻碍微生物细胞的蛋白质合成(DNA合成)，有的是阻碍微生物细胞壁的合成等。对于透明抗菌塑料制品中常用的抗菌剂三氯新，其抗菌作用主要在细胞膜上，可直接破坏细胞膜，当三氯新以高浓度存在时，可造成细胞中的蛋白质及核酸的不可逆转变，导致低分子量的细胞内容物渗出，致细胞死亡。
  3 天然抗菌剂
    天然抗菌剂主要来自天然物质的提取物，主要包括绿芥末精油、芥末提取液、日扁柏素、脱乙酰壳多糖、香辣料、酸性物质、碱性物质、蓖麻油、椿树油、油脂等。天然抗菌剂不属化学制品，完全是从天然食物或植物中提取，或可直接使用。在生产和使用过程中，对人畜或环境一般不产生污染，生物相容性好，因而受到青睐。但其抗菌功能有限,做不到长效；且耐热性较差，往往在150 -180℃就开始碳化分解。使用这种抗菌剂后，常常会使食品、用品产生异味或变色．应用范围受到极大限制。
    不同成分的天然抗菌剂，抗菌机理也存在差异。酸、碱性物质是通过其破坏微生物的细胞壁、细胞膜，进而使细胞蛋白质凝固，实现抗菌效果的；各种醇类是使细胞蛋白质变性，干扰细胞代谢，实现抗菌效果；对于脱乙酰壳多糖类，本身含有氨基酸，属阳离子，而微生物细胞壁是由酸和磷脂阴离子等组成的，两者结合后，将阻碍微生物的发育和繁殖。
    4 无机-有机复合抗菌剂
    迄今为止，载银无机抗菌剂的价格仍居高不下。因此，开发对热和紫外线稳定、具有广谱抗菌性且价格低廉的抗菌剂仍是目前抗菌剂研究的一个方向。而无机-有机复合体系不仅兼具了有机系的即效性、持续性与无机系的安全性、耐热性，而且可在很大程度上改进载银沸石抗菌剂的变色问题，降低抗菌剂的价格，同时保证其抗菌广谱性。因此无机-有机复合体系是当前研究的一个热点，也是未来几年的发展方向。日本现在大多将有机聚硅氧烷、可水解硅烷、含三唑基的化合物及沸石混合，所的产品不仅抗菌效果不受紫外线的干扰，而且与聚合物有很好的相容性。还可利用层间插入技术（Intercalation）将有机抗菌剂引入到用银离子交换过的层状粘土的层间隙中，以提高其耐热温度和对紫外线的稳定性。国内也有相应的研究，但这样的研究才刚刚起步，例如国内某单位发明的有机硅-季铵盐和银的复合物制成的抗菌剂应用于纺织品上，具有良好的广谱抗菌性，对数种细菌都有抑菌性，不足之处是其抑菌性稍差。
    无机抗菌剂是通过载体的缓慢释放抗菌离子来完成抗菌目的，其载体及金属离子都具有很低的毒性，它最突出的特点是耐久性及安全性好；可有些金属离子(如银离子)易生成氧化物或经光催化被还原成金属单质，故常有颜色易迁移的缺点；有机类、天然类有机抗菌剂具有速效、防霉效果优良等特性，但它同时具有毒性较大，耐热性较差，药效持续时间短等优点；而复合抗菌剂结合了各自的优点，使复合抗菌剂既具有无机抗菌剂的耐久性、安全性，又具有有机抗菌剂的速效性，因而是抗菌剂主要的发展方向。

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