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抗菌塑料的技術發展現狀
來源:本站    日期:2014-10-11    瀏覽量:1601        
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     伴隨著塑料應用技術的高速發展,各種各樣的塑料制品進入到人們日常生活的諸多環節之中。按照傳統觀念,塑料制品表面光潔而密實,有害微生物難以附著并侵蝕。然而,近年來塑料制品受細菌、霉菌、酵母菌及藻類污染的事例層出不窮。如早在1976年在美國費城召開的第56屆美國退伍軍人年會上,與會者中182人突然生病,表現出發燒、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。20097月由報道稱無錫市疾控中心在電冰箱儲存的食品中發現了一種新的致病微生物:李斯特氏菌。該細菌喜冷不愛熱,如果人被感染,將有三成的病死率。在防病保健、追求生活質量已成為時尚的今天,確保人們在大量使用各種塑料制品時,能方便、快捷、安全地自動殺抑附著在制品上的有害微生物,保障使用者的安全,是各國科學家攻研的重大課題。

一、 國內外抗菌塑料的技術研究情況

抗菌塑料的研究在國際上是一門新興學科,進人20世紀90年代以來,日本、歐美國家的塑料抗菌技術已逐漸進入了實用化階段。我國自20世紀90年代末開始,市場上也出現了這種需求。

抗菌塑料開發的技術核心是抗菌劑的開發和選擇。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、會產生微生物耐藥性、化學穩定性較差、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,甚至分解出有毒產物,所以至今只限于在加工溫度低(~200)軟質取氯乙烯(SPVC)、聚乙烯類(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。
無機抗菌劑是通過所含的金屬離子(Ag+、Cu2+、Zn2+)的抗菌殺菌作用來抑制細菌的生長繁殖的,具有長效、不產生耐藥性等優點,特別是耐熱性突出(>600℃)。近二十多年來,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性質活潑,易變色并降低抗菌性,因而在白色和淺色家電等制品中無法使用;同時,銀的成本高也制約了其更大范圍的應用,所以解決無機抗菌劑的變色問題和降低成本是兩個世界性難題。
   
目前,日本抗菌塑料中應用的大多是無機抗菌劑,而日本無機抗菌劑的開發和應用在國際上也居領先地位。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占有率約為整個日本市場的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MicrobanMortonAc—rosARPHuelsFerroTroy等公司的有機抗菌劑。近年來瑞士Ciba、美國Dupont等公司根據市場需求,也相繼推出了無機抗菌劑。
   
20世紀90年代初我國中科院化學所、西北有色金屬研究院、中國建材研究院、中國紡織大學、天津大學、清華大學等單位開始了塑料抗菌劑開發及應用研究,主要是無機類產品。但是由于研究條件和投入起點低,長期以來未能形成自己的研發體系,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,通過離子交換和多層包覆等技術,獲得抗菌性強、不變色、成本低的復合型無機抗菌劑,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、空調等家電產品。這一系列新產品的成功上市,也帶領我國抗菌塑料研制和應用行業跨入了國際先進行列。

目前,國內一批科技型企業密切留意國內外抗菌材料的最新發展動向,在無機抗菌劑、有機抗菌劑、光觸媒抗菌劑等領域形成全方位開發應用的勢頭,并已系列產品上市,其中不乏有創新的技術路線。如海爾科化公司開發的無機銀鋅復合抗菌劑自在海爾集團應用成功后迅速進入市場的其它領域;西安康旺公司、上海潤河公司、廈門晉大公司成功開發出了載銀磷酸鋯抗菌劑;成都交大晶宇開發出了針狀晶須氧化鋅抗菌劑在熱固性人造板材領域取得巨大推廣應用;北京崇高納米科技有限公司開發出系列銀/鋅復合抗菌劑、銀系納米無機抗菌劑、有機/無機復合抗菌劑。

二、 抗菌塑料的制備技術

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歷200°C以上溫度和高剪切的熔化流動過程,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脂混配,制成顆粒狀的濃縮物。抗菌母粒中抗菌劑含量較高(為1050%重量)。成型加工抗菌制品時,只需在塑料中加入110%重量的抗菌母粒,按照原有工藝即可加工制品,使用方便。

 

三、 抗菌塑料市場發展前景

目前抗菌行業在全球范圍內已形成為一個新興產業,有機抗菌劑和銀基抗菌劑新品的不斷推出,更使這一市場異常活躍。隨著國際標準化組織正式發布《ISO22196:2007塑料制品表面抗菌性能評價方法》,抗菌塑料的發展進入了一個新的高速發展期。

美國咨詢公司弗若斯特沙利文最新發表的研究報告預測,隨著人們產品安全與衛生意識的提高,全球抗菌塑料市場的規模將不斷擴大。預計2015年,抗菌塑料的工業應用市場規模將達到14億英鎊,用于消費品的產品價值為10.3億英鎊,醫療保健領域為3.3億英鎊。屆時,全球高達20%的塑料制品將具有抗菌功能。

  在我國隨著近幾年公眾健康意識的不斷增強和生活水平的提高,抗菌塑料制品越來越受到推崇,抗菌產業也進入了一個新的發展階段。據估測,中國1998年塑料抗菌劑的產量40t,銷售額300萬元,抗菌制品產值30億元; 據2006年第五屆中國抗菌產業發展大會發布的工作報告顯示,經過短短8年的發展,我國抗菌產業形成了一個年產值達到600億元的新興產業,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,主要集中在家電(如洗衣機、冰箱、空調、小家電等領域)、建材(如PP-R供水管、人造板材、汽車裝飾等領域)、兒童玩具等領域。

特別值得一提的是,我國抗菌塑料產業的發展遵循了技術和標準同步的原則,在2003年頒布實施了行業標準《QB/T2591-2003抗菌塑料 抗菌性能試驗方法和抗菌效果》;20093月由抗菌協會牽頭,為了更好地促進我國抗菌塑料技術的健康發展,對《抗菌塑料》國家標準的制定進行了立項;國家標準化管理委員會批準發布了《家用和類似用途電器的抗菌、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2011915日實施。我們相信這一系列標準的制定和公布,將不僅能約束行業內的一些亂象,規范我國抗菌塑料產業的良性發展,而且同時也對我國抗菌塑料產業的發展起到積極地促進作用。

 

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