分子组装抗菌技术

昵称33962042 2016-06-16

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分子组装抗菌技术

一、分子组装抗菌技术简介

人类的生活环境存在着大量肉眼看不见的微生物?包括各种各样的细菌和真菌?它们在一定的条件下；适宜的温度、湿度以及充足的养分~?便会成几何级数地迅速繁殖起来?表现为物品的腐败、变质、发霉和伤口的感染化脓等现象?直至给人类带来致命的疾病?对社会造成了很大危害。据美国WHO杂志1996年统计?全世界1995年因细菌传染引起的死亡为1700万人?约占死亡人口的13。1996年日本发生致病性大肠杆菌O157全国性感染事件。同样?我国每年有5000万人住院治疗?其中有500万人发生交叉感染?造成的经济损失约100亿人民币。因此?随经济的发展和生活水平的提高?人们越来越重视自身健康和日常环境的卫生与舒适性?根据1997年的CBS调查显示?欧美国家已逐渐重视日用产品的抗菌性?52：的美国民众购买日用品时?会注意产品是否具备抗菌、防霉、防臭功能。为响应社会的需求?各种各样高分子材料的制品都面临着抗菌化的革命。

现代抗菌材料的实用化始于防微生物纤维制品?60年代以后?抗菌纤维开始出现(抗菌塑料的应用起始于80年代初?90年代进入一个大发展时期?化工、纤维、食品、电机、水泥等行业均开发出抗菌产品?几乎覆盖涤纶、丙纶、腈纶、PP、ABS、PE、PVC等所有主要纤维和塑料品种。

抗菌材料中的核心成分是抗菌剂。根据化学组成?抗菌剂大致可分为无机、有机和天然三大类。天然系抗菌剂?受到原料和加工条件的制约?目前尚不能实现大规模市场化。有机抗菌剂具有杀菌速度快、抗菌范围广等优点?但也存在耐热性差、易渗出、溶出物毒性问题、不耐洗涤、使用寿命短等问题?因此其使用有很大的局限性。无机系抗菌剂以银系抗菌剂为主?其特点是安全性、耐热性、耐久性较好?是目前纤维、塑料、建材等中使用较多的抗菌剂?不足之处在于价格较高和抗菌的迟效性?不能像有机系抗菌剂那样能迅速杀死细菌?而且对真菌、霉菌几乎没有抑制效果(同时?由于银的化学性质活泼?易氧化而成为棕色的氧化银?从而降低抗菌效力及影响制品外观(无机系抗菌剂其抗

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菌机理是通过控制Ag+或Zn+从基材表面逐步释放?吸附在细菌细胞壁表面?阻止细菌新陈代谢?并与细菌细胞内酶的硫基反应?起到破坏细菌中酶的作用?杀死细菌?属于溶出性抗菌。另外?无机抗菌粉体与高分子材料相容性差?在基体树脂中易于团聚?会给材料的纺丝、拉膜等加工带来很大困难。

随着经济的发展和生活水平的提高?人们对卫生和健康提出了越来越高的要求?各种原材料的抗菌改性已成为材料行业发展的一个新趋势。上海塑杰科技有限公司依托上海华东理工大学材料工程学院共同推出了具有国内空白的分子组装抗菌功能化母料系列?这是一种利用分子组装抗菌化技术制备的新型高分子抗菌母料。所谓的分子组装抗菌技术就是在部分基体树脂的分子链上?组装上经过优选的抗菌功能团?使这部分树脂自身就成为抗菌的组成部分?而不是从外部混进其他的什么抗菌剂；粉~。从而使抗菌材料具备高效、广谱、安全、长效、工艺性良好、低成本等诸项优势。

经过分子组装抗菌技术的处理的聚丙烯、聚乙烯?其基体树脂本身就是抗菌的树脂。如果将有机抗菌剂称为第一代?纳米称为第二代的话?高分子抗菌功能化母料堪称第三代抗菌母料。该技术具有完全自主知识产权?应用广泛。在原有产品的生产过程中?不改变任何生产工艺?只需添加一定比例的分子组装抗菌材料?就能使该产品具有抗菌、抗病毒、防霉的效果?使其产品达到国家规定的抗菌标准。目前申请的3项国内发明专利和1项国际PCT专利有2项已经获准授权。此技术经上海科委专家一致公认?居世界领先地位?它是继欧美为主要代表的第一代抗菌技术和以日本为代表的第二代抗菌技术而产生的第三代抗菌技术?一举填补了国内外的多项技术空白。除此抗菌技术外?目前尚没有其它抗菌技术可以比拟。

分子组装抗菌技术始于长期研究抗菌材料的基础上?归集了各种抗菌剂的优势?取长补短?研发出了一种分子组装抗菌化新技术?即通过精选具有高效广谱抗菌活性、对人体安全无毒性好的抗菌功能团?将其通过嵌段、接枝官能团反应等化学方法组装到基体树脂的分子链上?从而得到抗菌母粒。分子组装抗菌母料所采用的基体树脂按使用对象的不同而改变?因此基体树脂可以是聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯或尼龙等。添加比例按4—5%；wt~；即抗菌官能团含量为1%达到最佳效果~与主料混合均匀即可使用。

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二、分子组装抗菌技术的原理和特色?

一般细菌和真菌的细胞膜或细胞壁均含有带负电的蛋白质?而组装上去的抗菌功能团带有正电?因为库仑力的作用而吸附到微生物细胞上?影响细胞正常的呼吸和代谢功能(或造成细胞膜；壁~破裂?内容物流出?从而杀死微生物?达到抗菌的目的。因为电荷环境是细菌、真菌生长与繁殖的基础?就如同空气与水对人体一样。缺乏这一环境?细菌与真菌都要死亡?这就是高分子抗菌化技术具有广谱抗菌性能的原因。但这种电荷的物理作用对人却无影响?从而保证了使用的安全性。再者?由于抗菌功能团是通过化学键与基体高分子材料相连?不仅进一步保证了使用的安全性?而且也保证了抗菌效果的长效性。分子组装抗菌化母粒既克服了采用有机抗菌剂渗出对人体造成危害?又不耐加工温度的缺陷(同时也避免了采用超细或纳米无机抗菌剂?使用效果及加工性较差?又易产生重金属危害的不足等问题?因此?与传统的有机或无机银系、锌系超细或纳米抗菌粉相比?分子组装抗菌功能化母料具有以下突出的优点?

1.高效广谱抗菌

由于抗菌功能团是经过精心设计和优选的?因此对日常生活环境常见的细菌)霉菌)真菌等都有优异的抑制效果?可有效防止易导致常见病多发病的细菌以及常造成黑点)粘滑和臭气的霉菌的生长繁殖。

2.安全无毒

因抗菌母料是在基体树脂的分子链上组装上经过优选的抗菌功能团后得到的?因此基体树脂自身就是抗菌的有效成分?并没有添加任何其他组分?而且组装的抗菌功能团都是经过充分考虑和优选的?从而保证了其制品的安全性?可达到食品包装级的卫生要求。

3.抗菌效果持久

抗菌功能团自身都是以化学键与基体树脂分子牢固结合一体的?因而相对有机抗菌剂自然环境中更不容易游离物质基体?而且更加耐冲洗?冲洗不会使抗菌效力下降。

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4.优良的稳定性

组装的抗菌功能团在设计时就对其稳定性进行了充分的考虑?因此作为一种功能化母料?可耐360高温、化学性质稳定?完全可以满足一般塑料及纤维的加工要求。

5.高效性

组装的抗菌功能团是一类极性较强的基团?它们虽被组装在基体分子链上?但由于极性的差异又受到树脂分子的排斥?很容易在制品加工过程中分布在制品的表面?即便在基体内部?也呈纳米尺度分布?从而赋予了该系列抗菌功能化母料的有效利用率与高效性。

6.优异的加工性能和广阔的应用领域

抗菌功能团自身都是以化学键与基体树脂分子牢固结合在一起?因而与以基体树脂为原材料的纤维及塑料有极为优异的相容性?分子组装抗菌母料所采用的基体树脂按使用对象的不同而改变?因此基体树脂可以是聚丙烯)聚乙烯)聚苯乙烯或尼龙等。当使用对象为聚乙烯时?则采用以聚乙烯为基体熟知的抗菌母料?其他的情况也类同?以保证抗菌母料与使用对象有极好的相容性。抗菌功能团主要分布在外表面?即使在基体内部也呈纳米尺度分布?所以不会有团聚?更不会堵塞纤维的喷丝板。从而保证抗菌母料既有良好的有效利用率又有优异的加工性能。这点对于细旦长丝的纺制尤为重要?与纤维相比塑料的加工显得较为简单了。此外?抗菌母料还是聚烯烃结晶的有效成核剂?从而可大大缩短加工周期。可见?该系列抗菌功能化母料有十分有利于多种塑料制品和纤维的加工。

7.改善制品的表面性能?

加工过程中?极性较强的抗菌功能团易分布在表面?一方面提高了抗菌功能团的有效利用率?另一方面又提高了表面极性和亲水性?从而改善了制品抗静电性能和漆膜附着力以及纤维的染色性?这又是其它抗菌剂所无法比拟的。例如?抗菌母料可以使丙纶表面的亲水性达到尼龙纤维的水平?使其做成的内衣不会产生静电打火现象?再者因纤维吸水率高于通用丙纶?表面又较为

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粗糙?使改性后丙纶做成的内衣具有棉织品的舒适感。此外?加入到聚烯烃后?可大大加强制品表面的漆膜附着力。

8.价格优势

该系列抗菌功能团母料不仅利用效率高?加入少量即可有出色的抗菌效果?对材料的各种性能均无不良影响?更值得注意的是与银系无机抗菌粉相比具有较好的价格优势。

三、分子组装抗菌技术对材料性能的影响

、对材料稳定性的影响

表1利用热重分析法；TGA~测定不同样品的分解温度

结论?抗菌母料加入对聚丙烯的热稳定性没有任何不利影响。

聚丙1 2 3 4 5 烯试样抗菌0 1.04 1.50 6.26 9.80 功能团组分解472.469.473.473.476.装量；%~ 温度8 7 5 9 8