本文在分析國(guó)內(nèi)外抗菌材料的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，著重介紹了分子組裝抗菌化技術(shù)的原理，以及在抗菌防霉、安全持久、加工性能等方面所具有的優(yōu)勢(shì)，并且展望了該技術(shù)廣泛的應(yīng)用前景。
人類(lèi)的生活環(huán)境存在著大量肉眼看不見(jiàn)的微生物，包括各種各樣的細(xì)菌和真菌，它們?cè)谝欢ǖ臈l件下（適宜的溫度、濕度以及充足的養(yǎng)分），便會(huì)成幾何級(jí)數(shù)地迅速繁殖起來(lái)，表現(xiàn)為物品的腐敗、變質(zhì)、發(fā)霉和傷口的感染化膿等現(xiàn)象，直至給人類(lèi)帶來(lái)致命的疾病，對(duì)社會(huì)造成了很大危害。據(jù)美國(guó)WHO雜志1996年統(tǒng)計(jì)，全世界1995年因細(xì)菌傳染引起的死亡為1700萬(wàn)人，約占死亡人口的1／3。1996年日本發(fā)生致病性大腸桿菌O－157全國(guó)性感染事件。同樣，我國(guó)每年有5000萬(wàn)人住院治療，其中有500萬(wàn)人發(fā)生交叉感染，造成的經(jīng)濟(jì)損失約100億人民幣。因此，隨經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越重視自身健康和日常環(huán)境的衛(wèi)生與舒適性，根據(jù)1997年的CBS調(diào)查顯示，歐美國(guó)家已逐漸重視日用產(chǎn)品的抗菌性，52％的美國(guó)民眾購(gòu)買(mǎi)日用品時(shí)，會(huì)注意產(chǎn)品是否具備抗菌、防霉、防臭功能。為響應(yīng)社會(huì)的需求，各種各樣高分子材料的制品都面臨著抗菌化的革命，其中用于食品包裝的PE薄膜、BOPP、CPP薄膜在其中占有相當(dāng)大的份額。
國(guó)內(nèi)外抗菌材料和技術(shù)的發(fā)展概況
現(xiàn)代抗菌材料的實(shí)用化始于防微生物纖維制品，60年代以后，抗菌纖維開(kāi)始出現(xiàn)；抗菌塑料的應(yīng)用起始于80年代初，90年代進(jìn)入一個(gè)大發(fā)展時(shí)期，化工、纖維、食品、電機(jī)、水泥等行業(yè)均開(kāi)發(fā)出抗菌產(chǎn)品，幾乎覆蓋滌綸、丙綸、腈綸、PP、ABS、PE、PVC等所有主要纖維和塑料品種。
抗菌材料中的核心成分是抗菌劑。根據(jù)化學(xué)組成，抗菌劑大致可分為無(wú)機(jī)、有機(jī)和天然三大類(lèi)。天然系抗菌劑，受到原料和加工條件的制約，目前尚不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模市場(chǎng)化。有機(jī)抗菌劑具有殺菌速度快、抗菌范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但也存在耐熱性差、易滲出、溶出物毒性問(wèn)題、不耐洗滌、使用壽命短等問(wèn)題，因此其使用有很大的局限性。無(wú)機(jī)系抗菌劑以銀系抗菌劑為主，其特點(diǎn)是安全性、耐熱性、耐久性較好，是目前纖維、塑料、建材等中使用較多的抗菌劑，不足之處在于價(jià)格較高和抗菌的遲效性，不能像有機(jī)系抗菌劑那樣能迅速殺死細(xì)菌，而且對(duì)真菌、霉菌幾乎沒(méi)有抑制效果；同時(shí)，由于銀的化學(xué)性質(zhì)活潑，易氧化而成為棕色的氧化銀，從而降低抗菌效力及影響制品外觀；另外，無(wú)機(jī)抗菌粉體與高分子材料相容性差，在基體樹(shù)脂中易于團(tuán)聚，會(huì)給材料的紡絲、拉膜等加工帶來(lái)很大困難。
筆者等在長(zhǎng)期研究的基礎(chǔ)上，發(fā)展了一種分子組裝抗菌化新技術(shù)，即通過(guò)精選具有高效廣譜抗菌活性、對(duì)人體安全無(wú)毒、耐熱性好的抗菌功能團(tuán)，將其通過(guò)嵌段、接枝官能團(tuán)反應(yīng)等化學(xué)方法組裝到基體樹(shù)脂的分子鏈上，從而得到抗菌母粒，其分子結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中，淺色的細(xì)長(zhǎng)線條代表基體樹(shù)脂的大分子鏈，而深色的粗短線條代表組裝上去的抗菌功能團(tuán)。
分子組裝抗菌技術(shù)的原理和特色
一般細(xì)菌和真菌的細(xì)胞膜或細(xì)胞壁均含有帶負(fù)電的蛋白質(zhì)，而組裝上去的抗菌功能團(tuán)帶有正電，因?yàn)閹?kù)侖力的作用而吸附到微生物細(xì)胞上，影響細(xì)胞正常的呼吸和代謝功能；或造成細(xì)胞膜（壁）破裂，內(nèi)容物流出，從而殺死微生物，達(dá)到抗菌的目的。
因?yàn)殡姾森h(huán)境是細(xì)菌、真菌生長(zhǎng)與繁殖的基礎(chǔ)，就如同空氣與水對(duì)人體一樣。缺乏這一環(huán)境，細(xì)菌與真菌都要死亡，這就是分子組裝抗菌化技術(shù)具有廣譜抗菌性能的原因。但這種電荷的物理作用對(duì)人卻無(wú)影響，從而保證了使用的安全性。再者，由于抗菌功能團(tuán)是通過(guò)化學(xué)鍵與基體高分子材料相連，不僅進(jìn)一步保證了使用的安全性，而且也保證了抗菌效果的長(zhǎng)效性。因此，與有機(jī)、無(wú)機(jī)抗菌劑相比，該技術(shù)在以下幾方面具有突出的優(yōu)勢(shì)：
?。?）高效廣譜抗菌：由于抗菌功能團(tuán)是經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)和優(yōu)選的，因此對(duì)日常生活環(huán)境常見(jiàn)的細(xì)菌、真菌、霉菌等都有優(yōu)異的抑制效果，可有效防止易導(dǎo)致常見(jiàn)病多發(fā)病的細(xì)菌以及常造成的黑點(diǎn)、粘滑和臭氣的霉菌，具體結(jié)果。
?。?）安全無(wú)毒：制品經(jīng)上海衛(wèi)生防疫站檢測(cè)，屬無(wú)毒、無(wú)刺激性材料，其浸提液的促染色體畸變形與純水相當(dāng)，達(dá)到了食品包裝級(jí)的安全衛(wèi)生要求。
?。?）抗菌效果持久：抗菌功能團(tuán)是以化學(xué)鍵與基體樹(shù)脂分子牢固結(jié)合成一體的，因而能夠經(jīng)受洗滌劑的多次洗滌，其抗菌效力也不會(huì)下降。
?。?）優(yōu)良的穩(wěn)定性：組裝的抗菌功能團(tuán)在設(shè)計(jì)時(shí)就對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行了充分的考慮，因此作為一種功能化母料，可耐360℃的高溫，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，完全可以滿(mǎn)足一般塑料及纖維的加工要求。
?。?）優(yōu)異的加工性能和廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域：分子組裝抗菌母粒所采用的基體樹(shù)脂按使用對(duì)象的不同而改變，因此基體樹(shù)脂可以是聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯或尼龍等。當(dāng)使用對(duì)象為聚乙烯時(shí)，則采用以聚乙烯為基體樹(shù)脂的抗菌母粒，其它的情況也類(lèi)同，以保證抗菌母粒與使用對(duì)象有極好的相容性，抗菌功能團(tuán)在基體中呈納米尺度分布，參見(jiàn)圖2、3（圖中深色部分為抗菌功能團(tuán)）。所以抗菌母料既有良好的有效利用率又有優(yōu)異加工性，不會(huì)因團(tuán)聚粒子堵塞濾網(wǎng)而影響生產(chǎn)，這對(duì)于細(xì)旦長(zhǎng)絲和雙向拉伸薄膜尤為重要。
?。?）改善制品的表面性能：加工過(guò)程中，極性較強(qiáng)的抗菌功能團(tuán)易分布在表面，一方面提高了抗菌功能團(tuán)的有效利用率，另一方面又提高了表面的極性和親水性，從而改善了制品抗靜電性能。例如，抗菌母料可以使丙綸表面的親水性達(dá)到尼龍纖維的水平，其表面電阻率可降低5－6個(gè)數(shù)量級(jí)，參見(jiàn)表3，極大地改善了材料的加工和使用性能。
分子組裝抗菌技術(shù)的應(yīng)用
分子組裝抗菌化技術(shù)的價(jià)值不僅表現(xiàn)在對(duì)大分子理論的貢獻(xiàn)，而且更重要的是其應(yīng)用價(jià)值?，F(xiàn)僅選幾個(gè)例子即足以表明。
1）在塑料包裝薄膜領(lǐng)域的應(yīng)用：塑料包裝薄膜極為廣泛地用于醫(yī)藥用品、食品、電子器件的包裝，我國(guó)的年消耗量巨大，僅BOPP一種即達(dá)50萬(wàn)噸。其中相當(dāng)部分用于藥品和食品的包裝都需要采用抗菌防霉的薄膜，特別是日本、新加坡及我國(guó)臺(tái)灣省等國(guó)家及地區(qū)都指定要求抗菌防霉級(jí)薄膜，可我國(guó)卻不能提供出符合要求的制品。其主要原因基本與下述PP-r或PP-b水管的情況相類(lèi)似。此外還由于無(wú)機(jī)超細(xì)或“納米”粉體抗菌劑與樹(shù)脂的相容性差，存在較為嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象，會(huì)對(duì)薄膜的生產(chǎn)和質(zhì)量產(chǎn)生明顯不利的影響。工業(yè)實(shí)踐證明，分子組裝抗菌化技術(shù)完全勝任BOPP苛刻的工藝要求，不僅賦予BOPP薄膜以?xún)?yōu)異的抗菌防霉性能，而且由于組裝的官能團(tuán)具有很強(qiáng)的極性，還賦予塑料包裝薄膜優(yōu)良的抗靜電性能，可取代抗靜電劑的使用，一舉兩得。可見(jiàn)分子組裝抗菌化技術(shù)在塑料包裝薄膜領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用前景。
2）在PP-r，PP-b等聚丙烯上水管領(lǐng)域的應(yīng)用：眾所周知，采用被認(rèn)為是綠色材料的PP-r，PP-b等聚丙烯制造上水管，取代鍍鋅鐵管已成為我國(guó)建筑選材的大勢(shì)所趨，我國(guó)目前PP-r水管的生產(chǎn)能力已達(dá)6億公尺∕年，年消耗量也達(dá)到2～4億公尺，無(wú)疑是一個(gè)市場(chǎng)巨大的產(chǎn)品。但同時(shí)也出現(xiàn)了一個(gè)新問(wèn)題，即當(dāng)該類(lèi)上水管使用一個(gè)月以上時(shí)，內(nèi)壁上就會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似于飲水機(jī)上出現(xiàn)的那種滑、粘的現(xiàn)象，那是真菌和霉菌寄生的結(jié)果。飲水機(jī)可以定期清洗，而埋在地下的水管卻無(wú)法清洗。然而目前的抗菌技術(shù)卻難以很好地解決這一問(wèn)題，因?yàn)椴捎糜袡C(jī)抗菌或殺菌劑直接混入高分子基體的方法，由于低分子機(jī)抗菌或殺菌劑很容易滲出，不僅影響使用的持久性，更重要的是將對(duì)人體的安全性造成較大威脅。另一方面，如使用無(wú)機(jī)超細(xì)或“納米”粉體抗菌劑混入樹(shù)脂基體的方法，銀離子等對(duì)真菌、霉菌等抑制效果很差，而且重金屬離子含量嚴(yán)重超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。而分子組裝抗菌化技術(shù)不僅不含任何重金屬，對(duì)真菌、霉菌都具有很高的抑制效果，而且組裝有效抗菌基團(tuán)都是由化學(xué)鍵組裝到基體樹(shù)脂分子上的，所以不可能滲出，從而既保證了飲用水的安全性，又保證了抗菌作用的持久化?？梢?jiàn)分子組裝抗菌化技術(shù)將在PP-r、PP-b上水管的發(fā)展中將起至關(guān)重要的作用。
3）在細(xì)旦丙綸及無(wú)紡布領(lǐng)域的應(yīng)用：該類(lèi)產(chǎn)品在軍隊(duì)士兵的內(nèi)衣、女性?xún)?nèi)衣和衛(wèi)生用品、嬰兒的尿不濕、醫(yī)護(hù)人員的工作服、病院的床單和被褥、餐廳用桌布等，需求量很大。分子組裝抗菌化技術(shù)不僅具有抗菌效率高、加工性能優(yōu)異的特點(diǎn)，還具有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)品經(jīng)國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)檢測(cè)，抗菌性能優(yōu)于目前市場(chǎng)上處于世界先進(jìn)領(lǐng)先水平的日本產(chǎn)品，所以具有極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
4）在汽車(chē)及家用電器領(lǐng)域的應(yīng)用：由于分子組裝抗菌化技術(shù)的廣譜、高效的抗菌防霉能力，可為家用電器以及汽車(chē)器件等的健康綠色化作出積極的貢獻(xiàn)。例如，日本市場(chǎng)呼吁需求不霉變發(fā)黑的洗衣機(jī)；不發(fā)霉的冰箱密封橡膠墊；不產(chǎn)生霉味的汽車(chē)空調(diào)通風(fēng)管；抗菌、不發(fā)霉變色的汽車(chē)坐椅織物及內(nèi)飾等。
除上述列舉的例子外，分子組裝抗菌化技術(shù)在涂料、粘合劑以及紙張浸漬劑等方面還有著極為廣闊的應(yīng)用前景，尚有待于進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)。由此可見(jiàn)，分子組裝抗菌化技術(shù)是一項(xiàng)有著極為廣泛工業(yè)化應(yīng)用前景的技術(shù)，必將對(duì)我國(guó)高分子功能化材料工業(yè)和日常生活產(chǎn)生令人注目的影響。
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