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关于抗菌剂,你了解有多少?

近年来,由于微生物引起的恶性事件有上升的趋势。据检测,家庭里坐便器上有大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白葡萄球菌、枯草杆菌、四联球菌等多种细菌,而家用电器的产品很多都容易滋生细菌,所以,如何改善这个问题,就离不开抗菌剂了。

在自然界中有许多物质本身就具有良好的杀菌或抑制微生物的功能,如部分带有特定基团的有机化合物、一些无机金属材料及其化合物、部分矿物质和天然物质。但目前抗菌材料更多的是指通过添加一定的抗菌物质 (称为抗菌剂), 从而使材料具有抑制或杀灭表面细菌能力的一类新型功能材料,如抗菌塑料、抗菌纤维和织物、抗菌陶瓷、抗菌金属材料等。

一、抑菌原理

a)金属离子接触反应机理

接触反应,造成微生物共有成分破坏或产生功能障碍,银离子到达微生物细胞膜时,受负电荷库仑力引力的吸引,银囊进入胞内,与SH基反应,使蛋白质凝固,破坏合成酶的活性

b)催化激化机理

某些微量的金属元素,能氧化或使细菌细胞中的蛋白质、不饱和脂肪酸、糖苷等发生反应,破坏其正常结构,从而使其死亡或丧失增殖能力。

c)阳离子固定机理

带负电荷的细菌会被抗菌材料上的阳离子所吸引,束缚细菌的自由活动,抑制其呼吸技能,即发生“接触死亡”。

d)细胞内容物、酶、蛋白质、核酸损坏机理

抗菌剂与核糖核酸及脱氧核糖核酸反应阻止其裂变繁殖。

二、抗菌剂的种类

抗菌剂主要分为有机抗菌剂与无机抗菌剂,用于塑料的抗菌剂还有少量天然抗菌剂和高分子性抗菌剂。

1.无机抗菌剂

a)银沸石类抗菌剂

银沸石是最早开发的塑料用抗菌剂,银通过离子交换接合在多孔沸石上,沸石是碱金属或碱土金属的铝硅酸盐化合物。实验测得,含银2.5%的银沸石抗菌剂对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最低一直浓度分别为62.5x10-6125X10-6


图:无机纳米银抗菌剂

b)磷酸盐类抗菌剂

磷酸盐类抗菌剂耐高温性好、结构稳定、耐变色性优,是一类重要的无机抗菌剂,包括磷酸锆盐抗菌剂、磷酸钙盐抗菌剂、磷酸钛盐抗菌剂等。

磷酸锆盐抗菌剂是通过将银离子引入磷酸锆晶体后在1200℃高温处理,得到通式为AgHmZr(PO4)3D 抗菌剂。磷酸锆盐抗菌剂对革兰阳性菌和格兰阴性菌及霉菌都具有很好抑制作用,并具有持久的抗菌性能。

c)陶瓷基抗菌剂

陶瓷基抗菌剂是在研制抗菌陶瓷的基础上发展而来的,其基本原理是因为陶瓷中有一定的空隙,可吸附金属离子并使其稳定存在。

d)可溶性玻璃抗菌剂

采用硅砂、磷酸盐、硼酸盐、碳酸钠和金属盐抗菌成分熔融制成含氧化银和氧化铜的可溶性玻璃,将其制成粉末或玻璃微珠即得玻璃基抗菌剂。该抗菌剂可以缓慢地释放Ag+而产生抗菌效果。

e)硅胶类抗菌剂

氧化硅凝胶具有很大的比表面积,因而也可作为抗菌剂的载体。将硅胶用碱、偏铝酸盐混合溶液处理后将会在硅胶表面形成薄层的沸石结构或无定型硅铝酸盐结构,具有和金属离子进行交换的能力,通过含Ag+溶液处理即可制得硅基抗菌剂。

2.有机系抗菌剂

有机抗菌剂品种很多,但使用于塑料加工的也只有一二十种,主要有卤化物、有机锡、异噻唑、吡啶金属盐、噻苯咪唑、醛类化合物、季铵盐等。

表1 常见有机抗菌剂及其性能机理

抗菌剂种类

使用目的

性能特点

抗菌机理

季铵盐类、醇类、含氯类酸盐

杀菌,除菌

杀菌速度快,抗菌谱广

损失细胞膜功能、使蛋白质凝固、变性

有机卤化物、释放甲醛的化合物、有机金属化合物、酚类

防腐

抗菌谱广、长效、相容性好,化学稳定性好

阻碍与疏基有关的代谢过程,氧化和破坏疏基

吡啶类、咪唑类、卤代烷基类、碘化物

防霉、防藻

抗菌谱广、长效、化学稳定性好

阻碍与疏基有关的代谢过程,阻碍DNA合成

优点:

初始杀菌力强,杀菌即效和抗菌光谱性好,价格也相对便宜。

缺点:

化学稳定性差,不耐热,遇热、光或水等容易挥发,寿命短:在高聚物的高温、高压、高剪切加工条件下易分解失效,溶出性产生有毒的分解物,特别是在塑料中使用时易迁移。

3.天然抗菌剂

天然提纯物,如壳聚糖、桧醇、辣银、江南竹油等,具有抗菌性。天然抗菌剂中壳聚糖是应用比较广的一种。其原理是壳聚糖分子链带正电荷,当和带负电荷的细胞壁接触时会通过库仑作用吸附细菌,阻碍了细菌的活动,从而影响细菌的繁殖能力。同时小分子量的壳聚糖分子进入细菌体内,破坏细菌体内从DNA到RNA的转录,导致细菌繁殖终止,起到抗菌作用。


图:壳聚糖季铵盐抗菌剂

4.高分子抗菌剂

根据天然高分子的抗菌机理模仿合成具有抗菌性能的高分子。

三、家电常需要抗菌的部件

表2 家电中常见需要抑菌的部件及抗菌要求

产品名称

具有抗菌功能的制品

技术要求

冰箱

内胆、内衬、果菜盒、门把手、

抗细菌

门封条

抗细菌/霉菌

空调

进风墙、风向板

抗细菌

接水盒、过滤网

抗细菌/霉菌

洗衣机

外桶、内桶、波轮、进水管

抗细菌/霉菌

消毒柜

塑料内胆、把手、隔板、面板、

抗细菌

门封条

抗细菌/霉菌

吸尘器

机身外壳、软管组件、吸头、地毯刷

抗细菌

热水器

开关、喷头

抗细菌

微波炉

炉腔、门体、门框、开关、旋钮

抗细菌

冷柜

塑料内胆、门衬、把手

抗细菌

门封条

抗细菌/霉菌

空气杀菌解读机

开关、按键、面板和内部塑料部件

抗细菌

杀菌加湿器

开关、按键、面板和内部塑料部件、储水盒

抗细菌/霉菌

洗碗机

塑料内胆、门衬、门封条、按键、金属外壳

抗细菌

饮水机

龙头开关、外部接水盒、大顶盖、电源开关

抗细菌

聪明头、聪明座、内部水桶、出水管、龙头

抗细菌/霉菌

遥控器

按键、外壳

抗细菌


图:冰箱内胆、内衬、果菜盒、门把手需要做抗菌处理

四、部分抗菌剂企业

表3 部分抗菌剂企业

晶瑞新材料(宣城)有限公司

广州联庄科技有限公司

广州艾浩尔防霉抗菌科技有限公司

巨龙高科技有限公司

广东省佛山市南海佳畅化工有限公司

杭州哈富化工技术有限公司

海宁市海泰精细化工有限公司

金晶硕纳米技术(北京)有限公司

广州市虎傲化工有限公司

成都交大晶宇科技有限公司

洁尔爽高科技有限公司

佛山市丽源化工有限公司

奥纳化工新材料有限公司

晋大纳米科技(厦门)有限公司

赫特国际集团有限公司

昆明汉德纳米生物科技有限公司

海尔科化工程塑料国家工程研究中心股份有限公司

上海追光科技有限公司

上海仁昊化工有限公司




文章内容节选于皮姆西科技实业(南京)有限公司总经理——张艾青《家电塑料抗菌以及防伪解决方案及《塑料助剂与配方设计技术》,艾邦高分子整理编辑



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