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分子组装抗菌技术在塑料包装材料领域的应用

发布时间:2022年04月29日    点击:[4]人次

分子组装抗菌技术在塑料包装材料领域的应用

摘要:研究了分子组装抗菌化技术对材料多种性能的影响,发现分子组装抗菌化技术制得的聚丙烯材料有高效广谱、稳定耐久的抗菌防霉作用,还有极为优秀的使用安全性,属安全无毒、无刺激性材料。同时,在体系中可起到成核剂的作用,因而在塑料抗菌包装薄膜、食品箱及医药包装等领域有极为广泛的应用前景。

关键词:分子组装抗菌塑料包装

细菌、病毒等致病性微生物是人类健康的主要杀手之一。近年来如何控制和消灭病菌及因病毒传播引起的传染病(如:疟疾、霍乱、结核、肝炎、肺炎等)已被提上日程。由于抗菌制品能从根本上杜绝人与人、人与物、物与物之间的细菌交叉感染,所以在全世界受到了普遍欢迎。在发达国家,抗菌材料已广泛应用于蔬菜、水果、乳制品、化妆品、医药等方面的包装。

笔者在长期研究的基础上,发明了一项分子组装抗菌化新技术,即将经过优选的有机抗菌功能团组装到基体树脂的分子链上得到抗菌母粒。由于抗菌功能团是以化学键接到树脂上的,因此克服了普通有机抗菌剂不耐热、与基体相容性差、不耐浸泡洗涤、渗出物安全性差等缺点,在高效广谱、安全无毒、抗菌效果持久、优良的热稳定性、与树脂良好的相容性、优良的加工性、价格优势等方面都是国内外目前抗菌功能材料所不能比拟的,属于最新一代抗菌功能化专用料。

一、实验部分

1.原料

聚丙烯FO22,上海石化公司塑料厂生产;抗菌母粒PPNH,上海塑杰公司生产,抗菌功能团组装量为20%。

2.性能测试

ZC-43型高阻计,ToyOseiki StROGRatH VE-C拉力试验机,ToyOseiki FRactiOn TesteR TR,ToyOseikiDiRect ReadinG Haze MeteR

抗菌性能测试 按照GB15979-1995,由上海工业微生物研究所进行测试

防霉性能测试 按照GB/T2423,16-1999,由上海工业微生物研究所进行测试

毒理试验急性经口毒性试验、皮肤刺激试验、微核试验,按照GB15193-1994和GB/T17409-1998,由上海卫生防疫站进行测试

二、结果与讨论

1.分子组装技术对薄膜性能的影响

分子组装抗菌母粒对薄膜性能的影响见表1(略)。抗菌母粒在体系可起到成核剂的作用,表现在薄膜性能上,就是拉伸强度增加伸长率下降,而球晶尺寸的减小,致使薄膜透光率增加。还可显著提高材料的表面极性,改善其抗静电性能,使表面电阻率从1016下降到1011左右。总的结果,薄膜的性能有所改善。

2.分子组装抗菌化技术的抗菌效果

(1)抗菌的有效性和广谱性

表2(略)展示了抗菌官能团不同组装量的聚丙烯样品对大肠杆菌(菌种号:8099)的抑制效果(华东理工大学技物所测定)。其中5号代表经50℃水浸泡10天的样品。从表中数据可以看到,抗菌功能团组装量在1.0%以上时,样品对大肠杆菌的抑制率几乎为100%,而且有优异的耐久性,长时间浸泡,并未使抗菌性能降低。抗菌功能团组装量在0.5%时,抑制率略低,但仍然达到85%的高水平。

为检测抗菌效果及其广谱性,由上海市工业微生物研究所检测中心取含有1.0%抗菌官能团的聚丙烯试板,对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、巨大牙苞杆菌、荧光假单胞杆菌、枯草杆菌混合菌液进行平均抗菌性能的测试,结果如表3所示。此外,为进行横向比较,选择昂贵的日本进口聚丙烯“纳米”抗菌母粒作为对比,双方的抗菌有效成分均控制在1%,然后均纺制成纤维,加弹后织成袜筒,洗涤后再由上海市工业微生物研究所检测中心对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌进行检测,结果列于表3(略)中。可以看到,分子组装抗菌化技术不仅有高效、

广谱性,而且优于高档进口样品。

(2)分子组装抗菌化技术的防霉效果

通常的无机银系抗菌剂对霉菌往往效果较差,然而采用分子组装抗菌化技术制得的聚丙烯薄板(抗菌功能团组装量为1.0%),在温度28±1℃,相对湿度RH≥95%情况下,处于黑曲霉菌、黄曲霉菌、变色霉菌、桔青霉、绿色木霉、球毛壳霉、宛氏拟青霉、蜡叶芽枝霉混合液中,历时28天,样板上无霉菌生长,长霉等级为0级;同样情况下,作为对比的不含抗菌功能团的空白聚丙烯样板,肉眼可明显看到生长的霉菌,长霉等级为2级(上海工业微生物研究所测)。可见分子组装抗菌母粒对多种常见霉菌均有优良的抑制效果。

(3)分子组装抗菌化技术的使用安全性

分子组装抗菌化技术聚丙烯薄板的毒理安全性由上海市卫生防疫站检测。其中急性经口毒性试验为:将浸提液直接对昆明种小鼠按20mL/kG体重灌胃。试验结果在各组动物活动正常,毛色光泽度好,未见任何中毒症状和死亡,属无毒级物质。

皮肤刺激试验为:取合格新西兰家兔,使浸提液与皮肤直接接触,观察试验部位皮肤反应。受试物对家兔急性皮肤刺激(最高)总积分均值为0,属无刺激性物质。

微核试验:即样品骨髓多染红细胞微核试验为阴性,不会引起染色体畸变。

三、结论

通过研究,可以得出以下结论:

1.抗菌母粒在体系中可起到成核剂的作用,在一定程度上改善了薄膜材料的力学和光学性能。同时提高了材料的表面极性,显著改善了材料的抗静电性能,表面电阻率下降了5~6个数量级。

2.当抗菌官能团组装量在0.5%以上时,材料有优良的抗菌作用,对革兰氏阴性、阳性菌以及霉菌均有很强的抑制效果,而且有优良的耐久性。抗菌性能优于进口无机银系抗菌母料。

3.分子组装抗菌化技术制得的抗菌母粒有极为优秀的使用安全性,其浸提液的毒性、刺激性和促染色体畸变性都几乎与水同等,达到食品包装级的安全卫生要求,极为适宜用于上水管材领域。

抗菌材料正处于一个飞速发展的时期,其市场在不断扩大。分子组装抗菌技术具有高效抗菌防霉、安全无毒、成本低廉、易于加工的特点,特别是在加工难度大、安全卫生性要求高的纤维、薄膜和输水管材等方面更具有无机抗菌剂无法比拟的优势。该技术是对传统树脂抗菌技术的一个突破,它兼具无机和有机抗菌剂的优点,而克服了它们的缺点,它的研究成功,将改变我国在抗菌材料领域的落后现状。该技术在塑料包装领域有广阔的应用前景,将为人们的健康安全树起一道绿色的屏障。

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