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抗菌塑料简史(2020年3月)
文章来源:镜湖日丽看塑界  点击数:1466  更新时间:2020-03-18

 

两个月来,新冠病毒肆虐全球,愈演愈烈,已经深刻地改变了人们的生活方式,人们愈发重视卫生健康。其中,现代抗菌材料应运而起。

虽然细菌和病毒是两种不同的生物,其杀灭和抑制机理也有所不同,但抗菌塑料还是火了起来。


细菌分无害和有害


了解抗菌材料,首先要了解细菌。
细菌是地球上种类最多的生物,其实,很多细菌对人类是无害的,甚至还是有益处的。比如乳酸菌可以助消化,醋酸菌可以用来酿醋。但是有些细菌对人类很不友好,具有致病性。比如炭疽杆菌、大肠杆菌、军团杆菌、幽门螺杆菌、结核杆菌、肠球菌等。


大家一定遇到或听过这样的事情

杯子里没喝完的牛奶一段时间后变成了“酸奶”

吃了刚从冰箱里拿出来的西瓜得了急性肠胃炎

手上的小伤口没有及时消毒竟然红肿发炎了

被钉子刺伤后没有及时处理而患上破伤风

这些都是细菌的 “功劳”,还有一些严重的疾病,包括肺结核、淋病、炭疽病、梅毒、鼠疫、砂眼等,也都是细菌干的“好事”!

据美国《WHO》统计,1995年全世界因细菌传染引起的死亡人数为1700万。相当于一个荷兰没了!

近些年来,由于抗生素滥用,具有抗药性的“超级细菌”每年导致的死亡人数超过70万!相当于一个不丹没了!

细菌还被用作武器,历史上第一次“细菌战”,可以追溯到西汉时期,名将霍去病在与匈奴人作战时,匈奴人将病死的牛羊扔进河里,污染的水源导致12万匹战马死亡,23岁的霍去病获胜回朝后也暴病身亡。


你能想到一代英豪,竟然可能是被细菌杀死的吗?原来叫“去病”也无法抵抗细菌的攻击!

致病细菌如此猖狂,人类当然要奋起反抗!

现在我们知道,细菌的致病机理是通过对寄主的侵犯,包括吸附于体表,侵入组织或细胞,生长繁殖,产生毒素,乃至扩散蔓延以及破坏寄主的一系列防御机能,造成机体损伤。

抗菌的主要方式是采用物理、化学的、生物的等各种方法使细菌失活,失去繁殖能力。

 

 

 

古时候,人们虽然看不到细菌,甚至都不知道细菌的存在,但是被坑得多了,也慢慢的积累了一些斗争经验。

 

02

抗菌史


其实,生活中有很多“不知其所以然但知其然”的抗菌经验。其中,人类文明最重要的一次卫生状况改善,就是将水烧开之后再喝。还有将肉食或者蔬菜用盐腌制或者风干后可以防止腐败,衣被等经常暴晒可以防止生病等,都是为了抗菌。

 

根据记载,人类有意识的使用抗菌技术最早可以追溯到古埃及。当时的人们发现,用植物提取液浸渍布料,再来包裹木乃伊可以防止其腐烂。

其中的植物提取液包括了植物油、针叶树脂、芳香植物提取物等一系列天然成分,这应该就是天然抗菌剂应用的鼻祖了。

 

 

当然,中国也不落后。成书于战国时代的《山海经》记载了“流赭以涂牛马之病,熏草佩之可以己疠”,就是用硫磺和熏香草来防止牲畜和人患瘟疫。

 

 


商代就已懂得用汞医疗癫疾等皮肤病。


汉代张仲景的《伤寒杂病论》中,记载有采用天然植物来杀菌防感染。

 



除了天然植物,还有使用金属(特别是银)来杀菌的。例如三国时期,人们会采用银来治疗士兵患处,这样伤口的恢复速度更快。

 


在古巴比伦,古埃及也有这方面的记载。古代马其顿人征战希腊时,会用到银箔覆盖伤口加速愈合;古代人在航海过程中也会优先选择银质器皿来盛水,可以防止水的腐败变质。

 

 

1867年,受巴斯德发现微生物的启发,英格兰的外科医生李斯特茅塞顿开,意识到到手术后的感染来自伤口与外部细菌接触,进而发明了石碳酸(苯酚)消毒法,十年时间,使手术后感染的死亡率由60%降到了15%,挽救了无数人的生命。也算是功德无量了!

 


1935年,德国人采用季铵盐溶液处理军队服装以防止伤口感染。注意哦,这是有意识地在其他材料中添加有机抗菌剂,算是揭开了现代抗菌材料研发和应用的序幕。

 

03

抗菌剂的体系

 

上述抗菌方法,很多都是需要人们做一个特别杀菌动作,才能将细菌杀死,那有没有办法让人们的生活中的器具本身具备抗菌效果,防止细菌滋生呢?

抗菌材料应运而生!

现代抗菌材料一般是指通过在基材中添加抗菌物质 (抗菌剂),从而使材料具有抑制或杀灭表面细菌能力的一类新型功能材料。抗菌材料的核心是抗菌剂。
如今,抗菌剂按成份可分为无机抗菌剂、有机抗菌剂、天然抗菌剂三大体系。

仔细观察你会发现,上述历史中的抗菌材料正好符合这三大体系,这是现代人偷学了古人的经验?还是古人歪打正着呢?

天然抗菌剂是人类最早使用的抗菌剂,如甲壳素、芥末、蓖麻油、山葵等。最常用的是壳聚糖(脱乙酰甲壳素)及其衍生物,可以从蟹壳、虾壳等动物外壳中得来。

壳聚糖在弱酸环境溶解后的溶液中含有氨基(NH2+),这些氨基通过结合细菌表面负电子基团来抑制细菌活性。研究表明壳聚糖具有安全广谱的抗菌性能和良好的生物相容性,但是抗菌效果受环境影响较大,无法大范围应用,同时加工困难,价格昂贵,因此存在很大的局限性。

 

蟹、虾等动物壳体中含有壳聚糖

 

有机抗菌剂种类繁多,其中常用的大概几十种,包括季铵盐类,有机金属类,有机卤代物,醇,酚,醚类,还有呋喃类、吡咯类、咪唑类等等。有机抗菌剂主要应用在日用品上。其优点是杀菌快,又兼具防霉功能,但是持久性差,易分解,因此目前也并不常用。



无机抗菌剂耐热性好,广谱抗菌,同时持久性好,因此是目前应用十分广泛的抗菌剂。其中,银离子抗菌剂(注意与银单质区别)因其优异的抗菌活性而应用最为广泛。

 

04

抗菌塑料


将天然抗菌剂加入到塑料,由于天然抗菌剂效率低,需要的添加量大,会使塑料物性下降明显,而且其性能受环境影响大,容易失效。

将有机抗菌剂加入塑料,由于有机抗菌剂需要迁移到表面起作用,使用中易出现抗菌效果不均匀,不持久,而且其热稳定性差,热加工时易分解失效。

无机抗菌剂具有广谱的抗菌性,且耐温好,不产生抗药性,是较好的选择。其中,银离子抗菌剂综合效果显著。

银离子抗菌剂的抗菌机理为:

1、与细胞壁肽聚糖反应,造成细菌功能障碍,最终导致细胞壁破裂

2、与蛋白质中的巯基结合,形成硫化物,使其无法分裂;

3、作为催化活性中心激发电子,使氧分子形成活性氧自由基,破坏细菌结构

4、金属离子破坏遗传物质碱基对,抑制繁殖

日本科学家最先进行银离子抗菌塑料的研究,开始时直接将银的化合物添加到塑料中,但由于银的化合物遇到光照容易变色,而且银离子释放速度快,难以满足长期使用。为了解决这一问题,科研人员引入了无机载体,将银离子通过离子交换方式负载到不同的载体材料(如蒙脱土)上,不仅改善了变色问题,也降低了银离子的释放速度,提高了银离子抗菌剂的稳定性。

1983年,日本的品川燃料株式会社首先实现了含银无机抗菌剂的工业化。

1991-1995年,日本无机抗菌剂的开发在国际上已处于领先地位,其中品川燃料,钟纺,石琢硝子等都成为世界上规模较大的无机抗菌剂生产厂家。

添加了无机银离子抗菌剂的抗菌塑料,具备了杀菌抑菌的功能,同时对塑料物性及加工性影响不大,对人体又安全无害,成为时下追求品质生活的不二之选。目前,抗菌剂在塑料中应用日益广泛,年增长率约为3.5%-4%。北美是使用抗菌剂(包括生物抑制剂)最多的地区,占全球总用量的40%;其次是日本,占20%。而日本的人均抗菌剂使用量最大,远超北美和欧洲。
锦湖日丽也通过采用无机银离子抗菌剂开发了ABS和PP基材的抗菌塑料ABS GN215B和PP GN015B,其对金黄葡萄球菌和大肠杆菌的有效抗菌率可达99.9%以上,可用于空调、冰箱、洗衣机、智能马桶以及小家电等。等你来“撩”哦!



主笔:柳絮

编辑:余导

排版:connie

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