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老顧談塑料微生物抗菌劑三者之間的關系

發布時間:2014-12-01

 各種各樣塑料添加劑用來為高分子材料提供有用性能,但它們又極易受到微生物的侵蝕,于是抗菌劑可以添加到塑料中以增強其抵抗微生物的能力,從而有助于保持塑料性能和延長塑料制品使用壽命。

一、塑料制品受霉腐微生物侵蝕的原因

    大多數合成高分子材料均具有很強的耐菌性,能夠抵抗微生物的破壞,但也有部分品種(如聚氨酯、脂肪族聚酯等)因其特殊的結構易被微生物侵害。更主要的是塑料加工過程中需加入穩定劑、潤滑劑、增塑劑等多種助劑,這些助劑就成了細菌和霉菌的營養源,尤其是增塑劑更容易成為微生物的食源。

    1、聚氯乙烯(Polyvinylchloride,PVC):塑料中常用的添加劑,例如增塑劑、淀粉填料、增稠劑、潤滑劑等尤其容易受到微生物生長的威脅,微生物將增塑劑和其他成分作為其碳源,會使材料發生變色、產生異味、出現粘性并最終導致脆化。

    2、聚氨酯(Polyurethanes,PUR):發泡聚氨酯特別容易受到微生物的侵襲。原因在于發泡聚氨酯具有開孔結構,從而容易沉積土壤、灰塵以及真菌或細菌孢子,進而促使微生物在聚氨酯表面生長。聚酯型聚氨酯較聚醚型聚氨酯更容易受到微生物的影響而使產品的性能變差。

    3、聚乙烯(Polyethylene,PE):通常來講,與增塑PVC和聚氨酯相比,聚乙烯比較不容易受到微生物侵襲的影響。低分子量聚乙烯(<10,000)和支化度相對較小的聚合物受微生物侵襲的風險比較高。

    4、聚酯(Polyesters):聚酯通常對微生物的降解具有抵抗力,僅僅在特殊情況下才會受到微生物的影響,例如由e-己內酯所得到的聚酯會受到微生物降解的影響。

二、塑料制品遭霉腐微生物侵蝕的危害

    由霉腐微生物所引起的對塑料的生物腐蝕作用主要有三種不同的產生模式:

    1、微生物利用塑料中的成分作為營養源,發生直接降解;

    2、微生物代謝物(例如,酸、酶、色素)所引起的塑料制品外觀的間接降解或變化;

    3、微生物未發生降解,而在塑料制品表面發生沉降所引起的表面效應。

    微生物的活動所造成的主要影響包括:

    1、變色:霉腐微生物本身菌絲的顏色或其次級代謝物如色素的分泌,進而導致塑料表面出現粉紅色、黃色、黑色等各種污點。

    2、導電性質的變化:霉腐微生物在塑料表面大量繁殖,產生一些具有導電性能的蛋白質、多糖等物質,改變了高分子材料的導電性能,其絕緣性能因微生物的侵襲而發生變化;

    3、機械性能的降低:霉腐微生物以各種塑料添加劑為食物源,導致增塑劑等助劑不斷發生降解,使得塑料脆化、收縮、進一步導致拉伸強度和完整性的損失,最后大大縮短了塑料的使用壽命;

    4、污垢的累積:由于塑料表面被微生物所侵襲,增加了表面的粗糙度,使得污垢更容易在表面堆積,從而引發惡性循環,加速塑料的降解、變質;

    5、溶劑和氣體的滲透性:塑料不斷被腐蝕,會導致溶劑和氣體滲透性提高,儲存或者隔離液體、氣體效果就會降低甚至失效;

    6、氣味:微生物的代謝會導致胺類物質、氨水或硫化氫等的產生,這些代謝產物都會形成難聞的氣味。

三、塑料制品適用的抗菌劑

1、塑料抗菌劑的意義

    塑料抗菌劑添加在塑料中,使塑料制品本身具有抗菌性,不僅可以防止微生物對塑料的侵害,進而避免塑料產品發生不必要的化學和物理性質的變化,或者造成塑料產品不必要的外觀改變;而且還可以在一定時間內將粘在塑料上的微生物殺死或抑制繁殖,從而保護塑料制品使用人免除微生物的侵害,提高了制品的健康和衛生性能。

2、塑料抗菌劑的種類

    目前可供使用的抗菌劑種類很多,大體上分無機抗菌劑、有機抗菌劑及天然抗菌劑等,每個種類對微生物的抗菌作用機理、抗菌效果、毒性,與材料的相容性、制成抗菌材料的抗菌長效性及MIC(抑制微生物的最低濃度)和MBC(殺滅微生物的最低濃度)都不盡相同,各有優勢,因此不同抗菌劑的抗菌性能是不一樣的。

    我國在20世紀90年代開展了抗菌塑料和塑料用抗菌劑的研究工作,并在90年代末取得了巨大的進展,尤其鈦系和銀系兩大類無機抗菌劑在家電、建材、紡織、日用品等各個領域得到廣泛應用,但同時也暴露了一系列問題,無機抗菌劑雖具有耐熱性、持久性、連續性和安全性等優點,但存在一些缺點,如銀系抗菌劑,防霉作用弱、添加量大,成本高,易變色等特點。而天然抗菌劑由于殺菌效果一般,易分解,耐熱性較差,塑料領域基本上不予采用。為此研究人員把目光投向了有機抗菌劑領域,有機系小分子殺菌劑具有初始殺菌力強、殺菌即效和抗菌譜廣譜等優點,而且無論是粉狀還是液體都比較容易分散到樹脂去,合成技術比較成熟,價格相對便宜,缺點在耐熱性和安全性方面弱于無機抗菌劑。

3、抗菌劑的必備條件

    首先、塑料中使用的抗菌劑應具有良好的抗菌性能,對革蘭氏陰性菌(大腸桿菌等)、革蘭氏陽性菌(金黃色葡萄球菌等)具有抗菌性,抗菌率達到90%以上;如果有防霉要求的,對混合霉菌的防霉等級達到0-1級??蓞⒖?span style="line-height:32px;">QB/T 2591-2003、ASTM G-21;

    其次、塑料制品可能經常在戶外或有水的環境中使用,所以在選擇塑料用抗菌劑時要充分考慮制品在使用過程中洗滌和溶出的可能性,要保證制品在使用過程中抗菌性保持足夠的時效;

    第三、耐候性、耐熱性和抗菌劑在加工與使用過程中的穩定性也是選擇塑料抗菌劑時應該考慮的因素;

    第四、抗菌劑和塑料基體之間具備適宜的相容性和遷移性,保證抗菌塑料制品的長期有效性;

    第五、抗菌劑不會對塑料產品的性能或外觀產生消極的影響,并且抗菌劑要具有儲存穩定性或一定的使用壽命;

    第六、抗菌劑應用方便,同時對人體、動物和環境(包括生產過程和使用環境中)具有較好的安全性。

4、抗菌添加劑的發展狀況

    重點開發有機高分子抗菌劑,不僅要深入研究這些抗菌劑的抗菌機理,還要加大與樹脂聚合的方法研究,加快研制出高效廣譜、毒性小、可以回收再生的廉價高分子抗菌劑,尤其是有機高分子抗菌材料母粒更應該得到格外重視和關注。

    高度重視安全和環保性,由于抗菌材料廣泛應用日用品與人們生活密切相關,另外大量抗菌塑料制品用于出口,國外發達國家和地區對所添加的助劑安全性和環保性要求比較高,尤其重視某些重金屬離子成分的抗菌材料用于食品和日用品領域的毒性研究,及廢棄的抗菌材料中一些有毒成分逸出,對環境造成的污染等。

四、抗菌塑料的應用領域

1、抗菌塑料在臺布的應用

    臺布在酒類飯店、廚房餐桌有著大量的應用,與人接觸非常密切。一方面,由于臺布與各種人都有接觸,難免會沾染各種霉腐微生物;另一方面,臺布上的殘留飯渣,也有利于滋生各種病菌,如金黃色葡萄球菌、沙門桿菌、大腸桿菌等多種引起食物中毒的微生物。人的手、碗、筷與沾染霉腐微生物的臺布接觸后,就會引起用餐人的交叉感染。因此使用抗菌臺布不僅可以保證臺布自身的清潔衛生,而且有利于防止傳染性疾病。

2、抗菌塑料在地板革和壁紙中的應用

    塑料地板革和壁紙是人們家居中使用最多的材料,使用過程中容易沉積污物、微生物等,這一方面是由于塑料地板革和壁紙容易產生靜電吸附灰塵和微生物,另一方面是由于塑料地板革和壁紙中含有豐富的營養物質,在條件合適的環境中就會使微生物繁衍。地板革和壁紙上的灰塵和微生物隨著人們在居室中的活動或其它原因造成的空氣流通會在居室內飛揚,彌散在空氣中,影響人們的身體健康。因此,防止塑料地板革和壁紙上的微生物對人的危害是非常重要的。

3、抗菌塑料的其它領域

    家用電器、廚房用品、食品包裝、文具用品、汽車配件、汽車內飾、電線電纜、皮革、紙張、紡織、建材、木塑復合材等各個領域。

五、塑料有機抗菌劑

    萬厚生物向市場供應大量的商品名為“萬菌清”或“萬霉凈”的塑料抗菌劑。該公司生產抗菌劑按其活性組分分類:包括10,10-氧代雙吩惡砒(OBPA)、3-碘代丙炔基氨基甲酸丁脂(IPBC)、4,5-二氯-N-正辛基異噻唑啉酮(DCOIT)、N-辛基異噻唑啉酮(OIT)、2-丁基-1,2-苯并異噻唑啉-3-酮(BBIT)、苯咪唑類、三唑類以及聚已亞甲基鹽酸(PHMB)。

    其中OBPA、DCOIT、BBIT 是一種廣泛應用于軟質聚氯乙烯和聚氨酯工業的有機類化合物,屬于廣譜抗菌劑,對抵抗真菌、細菌和水藻都極為有效,三者均具有優異的耐熱性,在軟質聚氯乙烯、聚烯烴和聚氨酯加工過程中可保持性能良好。

1、OBPA10,10-氧代二酚噁嗪):

    該產品為一般為5%DIDP配制的OBPA。

    物化性方面:OBPA 屬于有機砷化合物,純品為灰白色粉末,有一定刺激性氣味。熔點180184℃,熱分解溫度300380℃。不溶于水,在一般有機溶劑中的溶解度也小。

    安全性方面:OBPA屬中等毒性化合物。大白鼠急性經口LD5054mg/kg,急性經皮LD50250mg/kg。

    應用性方面:OBPA可同時防霉、抗菌、抗藻類,是工業領域性價比很高的抗菌劑之一??商砑拥?span style="line-height:32px;">PVC制品、塑料制品、PVC地板材料、墻面涂料、油漆、海洋防污、油墨、紙張、電纜中等。在戶內外塑料制品中添加量一般為0.5-1%,防霉等級可達0級。

    優缺點:應用方便,性價比高。但安全性方面有一定問題,目前在歐洲已被禁用。老顧認為OBPA在幾年后會被慢慢限用或禁用。

2、DCOITOIT(異噻唑類)

    在此主要介紹DCOITOIT水溶性比較大,并且耐高溫方面也比DCOIT差),一般為10%DIDPDINP配制的DCOIT。

    物化性方面:純品為白色粉末,有效成分>99.0%。溶點:42.242.8℃。耐熱性在250℃以上。水溶性比較小,可溶于部分有機溶劑。

    安全性方面:DCOIT屬低毒化合物。鼠急性經口LD50>2000mg/kg,兔急性經皮LD50>2000mg/kg。

    應用性方面:DCOIT對真菌,藻類,細菌有特效。已被廣泛應用于油漆、涂料、聚乙烯、聚氨酯、污水、造紙、木材等領域,也可用在膠粘劑、油墨中。在戶內外塑料制品中添加量一般為0.5-1%,防霉等級可達0級。

    優缺點:應用方便,含鹵素,不含重金屬。老顧認為今后DCOIT(增塑劑)的用量會上升,不過增塑劑選型要注意。

3、BBIT2-丁基-1,2-苯并異噻唑啉-3-酮):

    物化性方面:純品為黃色透明液體。沸點為170175℃。相對密度1.151.18。pH值為2.53.5。水中溶解度(20℃)≤1mg/L,熱穩定性大于260℃,有良好的耐紫外線性能。

    安全性方面:BBIT屬低毒化合物。大鼠急性經口LD50>2000 mg/kg,急性經皮LD50>2000 mg/kg。

    應用性方面:BBIT專用于殺滅侵蝕附著在聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)、聚硅氧烷(硅酮)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等高分子材料上的微生物,可與增塑劑、有機載體及稀釋劑混溶,使用方便。不與助劑發生反應,不影響制品性能,熱穩定性大于260℃。有良好的耐紫外線性能,戶外使用不會失效。在戶內外塑料制品中添加量一般為0.5-1%,防霉等級可達0

    優缺點:BBIT不含鹵素、不含重金屬,化學穩定,不與助劑發生反應,價格相對來說比上面兩個要貴。

六、萬厚推出新產品

    1、萬菌清?PL901

    白色粉末,分解溫度大于250℃,主要成分為PHMB,廣譜、持久殺滅大多數革蘭氏陽性菌和陰性菌、病毒以及藻類,殺菌速度極快,不易產生抗藥性,并且可以有效除臭。安全性極好,符合歐盟BPR法規,可廣泛用于塑料、紡織、水處理、醫療器械,公共環境,家居,濕巾以及護理系列產品等領域。

    2、萬菌清?PL902

    白色粉末,分解溫度大于280℃,主要由羥基二苯醚和相應的分散劑復配而成。其在環境中可以迅速分解代謝,通常不會造成環境問題,符合歐盟BPR法規。本品有效殺滅細菌,廣泛用于各類塑料、聚氨酯等高分子材料,如應用于鞋底,膠棍,人造革,地板革,汽車內飾件,建筑密封膠,硅酮膠、PVC、PP、ABS以及涂料等領域。

    3、萬霉凈?PL910

    外觀為淺黃色透明液體,屬于抗菌防霉防藻三防劑。有效成分為DCOIT,載體為DINP溶液。適應用于懸浮和糊狀樹脂,廣泛應用于軟質聚氯乙烯和聚氨酯工業、塑料、橡膠、電線電纜、電子元件等多方面,典型應用包括密封條、屋頂膜、油布、地板革、墻紙和防護衣等。

    4、萬霉凈?PL910P

    PL910P外觀為白色或灰色粒狀固體,主要成分為10%DCOIT,載體為PE。廣泛用于各類塑料、聚氨酯等高分子材料,可直接與聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS、聚酰胺、聚酯和聚碳酸酯混合加工。

    5、萬霉凈?WP111

    外觀為白色或類白色粉末。該產品對木塑制品的霉變具有優異的防治效果,同時對多種工業制品的霉變亦有優良的防治效果,在產品的原料中添加一定比例的WP111,可有效防止產品在梅雨和潮濕季節長霉。

    6、萬霉凈系列產品

    根據客戶要求定制各類粉料、液劑以及母??咕鷦?,塑料抗菌劑符合歐盟BPR法規。

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