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抗菌塑料的技术发展现状
来源:本站    日期:2014/10/11    浏览量:1093        
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     伴随着塑料应用技术的高速发展,各种各样的塑料制品进入到人们日常生活的诸多环节之中。按照传统观念,塑料制品表面光洁而密实,有害微生物难以附着并侵蚀。然而,近年来塑料制品受细菌、霉菌、酵母菌及藻类污染的事例层出不穷。如早在1976年在美国费城召开的第56届美国退伍军人年会上,与会者中182人突然生病,表现出发烧、咳嗽、气短、胸痛和肺炎,其中29人死亡。美国疾病控制中心组织人力调查半年后才偶然发现,是空调系统内滋生的一种革兰氏阴性杆菌在空气中传播引起的病案,这种致病菌后被命名为军团菌。20097月由报道称无锡市疾控中心在电冰箱储存的食品中发现了一种新的致病微生物:李斯特氏菌。该细菌喜冷不爱热,如果人被感染,将有三成的病死率。在防病保健、追求生活质量已成为时尚的今天,确保人们在大量使用各种塑料制品时,能方便、快捷、安全地自动杀抑附着在制品上的有害微生物,保障使用者的安全,是各国科学家攻研的重大课题。

一、 国内外抗菌塑料的技术研究情况

抗菌塑料的研究在国际上是一门新兴学科,进人20世纪90年代以来,日本、欧美国家的塑料抗菌技术已逐渐进入了实用化阶段。我国自20世纪90年代末开始,市场上也出现了这种需求。

抗菌塑料开发的技术核心是抗菌剂的开发和选择。传统的有机抗菌剂虽然杀菌力强、即效好,但存在毒性安全性较差、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。特别是因为有机抗菌剂的耐热性较差,在高温高压高剪切加工条件下易分解失效,甚至分解出有毒产物,所以至今只限于在加工温度低(~200)软质取氯乙烯(SPVC)、聚乙烯类(PE)塑料中使用。要制备高性能的抗菌塑料,就必须先研制出耐温性更好的抗菌剂。
无机抗菌剂是通过所含的金属离子(Ag+、Cu2+、Zn2+)的抗菌杀菌作用来抑制细菌的生长繁殖的,具有长效、不产生耐药性等优点,特别是耐热性突出(>600℃)。近二十多年来,成为倍受重视的塑料用抗菌剂。但抗菌力最强的银离子抗菌剂化学性质活泼,易变色并降低抗菌性,因而在白色和浅色家电等制品中无法使用;同时,银的成本高也制约了其更大范围的应用,所以解决无机抗菌剂的变色问题和降低成本是两个世界性难题。
   
目前,日本抗菌塑料中应用的大多是无机抗菌剂,而日本无机抗菌剂的开发和应用在国际上也居领先地位。其中日本石冢硝子、品川燃料、东亚合成、锺纺和松下等几大制造商的抗菌剂市场占有率约为整个日本市场的80%。
   
欧美地区的抗菌材料主要采用有机抗菌剂,如瑞士Ciba精化公司、美国MicrobanMortonAc—rosARPHuelsFerroTroy等公司的有机抗菌剂。近年来瑞士Ciba、美国Dupont等公司根据市场需求,也相继推出了无机抗菌剂。
   
20世纪90年代初我国中科院化学所、西北有色金属研究院、中国建材研究院、中国纺织大学、天津大学、清华大学等单位开始了塑料抗菌剂开发及应用研究,主要是无机类产品。但是由于研究条件和投入起点低,长期以来未能形成自己的研发体系,零星的研究结果与国际水平有较大差距。1998年海尔科化工程塑料国际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,并将其应用到塑料中帮助海尔集团率先推出了具有抗菌功能的冰箱、洗衣机、空调等家电产品。这一系列新产品的成功上市,也带领我国抗菌塑料研制和应用行业跨入了国际先进行列。

目前,国内一批科技型企业密切留意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,并已系列产品上市,其中不乏有创新的技术路线。如海尔科化公司开发的无机银锌复合抗菌剂自在海尔集团应用成功后迅速进入市场的其它领域;西安康旺公司、上海润河公司、厦门晋大公司成功开发出了载银磷酸锆抗菌剂;成都交大晶宇开发出了针状晶须氧化锌抗菌剂在热固性人造板材领域取得巨大推广应用;北京崇高纳米科技有限公司开发出系列银/锌复合抗菌剂、银系纳米无机抗菌剂、有机/无机复合抗菌剂。

二、 抗菌塑料的制备技术

抗菌塑料的制备和使用方法目前通常采用直接法和抗菌母粒法(间接法)。

热塑性塑料加工要经历200°C以上温度和高剪切的熔化流动过程,所以抗菌剂的热稳定性和耐剪切稳定性要有较高的性能。

直接法生产抗菌塑料及其制品制品,是抗菌剂粉体与塑料颗粒掺混,或者是先将抗菌剂与塑料共混造粒,再加工成型。由于抗菌剂的团聚问题,抗菌效率降低。全部材料需要造一遍粒子,增加了加工成本。

抗菌母粒是塑料与用于载带和分散抗菌剂目的的载体树脂混配,制成颗粒状的浓缩物。抗菌母粒中抗菌剂含量较高(为1050%重量)。成型加工抗菌制品时,只需在塑料中加入110%重量的抗菌母粒,按照原有工艺即可加工制品,使用方便。

 

三、 抗菌塑料市场发展前景

目前抗菌行业在全球范围内已形成为一个新兴产业,有机抗菌剂和银基抗菌剂新品的不断推出,更使这一市场异常活跃。随着国际标准化组织正式发布《ISO22196:2007塑料制品表面抗菌性能评价方法》,抗菌塑料的发展进入了一个新的高速发展期。

美国咨询公司弗若斯特沙利文最新发表的研究报告预测,随着人们产品安全与卫生意识的提高,全球抗菌塑料市场的规模将不断扩大。预计2015年,抗菌塑料的工业应用市场规模将达到14亿英镑,用于消费品的产品价值为10.3亿英镑,医疗保健领域为3.3亿英镑。届时,全球高达20%的塑料制品将具有抗菌功能。

  在我国随着近几年公众健康意识的不断增强和生活水平的提高,抗菌塑料制品越来越受到推崇,抗菌产业也进入了一个新的发展阶段。据估测,中国1998年塑料抗菌剂的产量40t,销售额300万元,抗菌制品产值30亿元; 据2006年第五届中国抗菌产业发展大会发布的工作报告显示,经过短短8年的发展,我国抗菌产业形成了一个年产值达到600亿元的新兴产业,其中抗菌塑料的应用贡献最大;之后抗菌塑料每年都稳步增长,主要集中在家电(如洗衣机、冰箱、空调、小家电等领域)、建材(如PP-R供水管、人造板材、汽车装饰等领域)、儿童玩具等领域。

特别值得一提的是,我国抗菌塑料产业的发展遵循了技术和标准同步的原则,在2003年颁布实施了行业标准《QB/T2591-2003抗菌塑料 抗菌性能试验方法和抗菌效果》;20093月由抗菌协会牵头,为了更好地促进我国抗菌塑料技术的健康发展,对《抗菌塑料》国家标准的制定进行了立项;国家标准化管理委员会批准发布了《家用和类似用途电器的抗菌、除菌、净化功能洗衣机的特殊要求》,该标准是强制性国家标准,将于2011915日实施。我们相信这一系列标准的制定和公布,将不仅能约束行业内的一些乱象,规范我国抗菌塑料产业的良性发展,而且同时也对我国抗菌塑料产业的发展起到积极地促进作用。

 

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