塑料抗菌技术的新发展 
    本文在分析国内外抗菌材料的发展现状和存在问题的基础上，着重介绍了分子组装抗菌化技术的原理，以及在抗菌防霉、安全持久、加工性能等方面所具有的优势，并且展望了该技术广泛的应用前景。 
    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1／3。1996年日本发生致病性大肠杆菌O－157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，其中用于食品包装的PE薄膜、BOPP、CPP薄膜在其中占有相当大的份额。 
    国内外抗菌材料和技术的发展概况 
    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；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。 
    笔者等在长期研究的基础上，发展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、耐热性好的抗菌功能团，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，其分子结构如图1所示。图中，浅色的细长线条代表基体树脂的大分子链，而深色的粗短线条代表组装上去的抗菌功能团。 
    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，这就是分子组装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。因此，与有机、无机抗菌剂相比，该技术在以下几方面具有突出的优势： 
   （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、真菌、霉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的黑点、粘滑和臭气的霉菌，具体结果。
   
　 （2）安全无毒：制品经上海卫生防疫站检测，属无毒、无刺激性材料，其浸提液的促染色体畸变形与纯水相当，达到了食品包装级的安全卫生要求。 
 　（3）抗菌效果持久：抗菌功能团是以化学键与基体树脂分子牢固结合成一体的，因而能够经受洗涤剂的多次洗涤，其抗菌效力也不会下降。 
   
   （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℃的高温，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）优异的加工性能和广阔的应用领域：分子组装抗菌母粒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树脂的抗菌母粒，其它的情况也类同，以保证抗菌母粒与使用对象有极好的相容性，抗菌功能团在基体中呈纳米尺度分布，参见图2、3（图中深色部分为抗菌功能团）。所以抗菌母料既有良好的有效利用率又有优异加工性，不会因团聚粒子堵塞滤网而影响生产，这对于细旦长丝和双向拉伸薄膜尤为重要。 
   （6）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的极性和亲水性，从而改善了制品抗静电性能。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，其表面电阻率可降低5－6个数量级，参见表3，极大地改善了材料的加工和使用性能。 
    分子组装抗菌技术的应用 
    分子组装抗菌化技术的价值不仅表现在对大分子理论的贡献，而且更重要的是其应用价值。现仅选几个例子即足以表明。 
   
    (1)在塑料包装薄膜领域的应用：塑料包装薄膜极为广泛地用于医药用品、食品、电子器件的包装，我国的年消耗量巨大，仅BOPP一种即达50万吨。其中相当部分用于药品和食品的包装都需要采用抗菌防霉的薄膜，特别是日本、新加坡及我国台湾省等国家及地区都指定要求抗菌防霉级薄膜，可我国却不能提供出符合要求的制品。其主要原因基本与下述PP-r或PP-b水管的情况相类似。此外还由于无机超细或“纳米”粉体抗菌剂与树脂的相容性差，存在较为严重的团聚现象，会对薄膜的生产和质量产生明显不利的影响。工业实践证明，分子组装抗菌化技术完全胜任BOPP苛刻的工艺要求，不仅赋予BOPP薄膜以优异的抗菌防霉性能，而且由于组装的官能团具有很强的极性，还赋予塑料包装薄膜优良的抗静电性能，可取代抗静电剂的使用，一举两得。可见分子组装抗菌化技术在塑料包装薄膜领域有着极为广泛的应用前景。 
    (2)在PP-r，PP-b等聚丙烯上水管领域的应用：众所周知，采用被认为是绿色材料的PP-r，PP-b等聚丙烯制造上水管，取代镀锌铁管已成为我国建筑选材的大势所趋，我国目前PP-r水管的生产能力已达6亿公尺∕年，年消耗量也达到2～4亿公尺，无疑是一个市场巨大的产品。但同时也出现了一个新问题，即当该类上水管使用一个月以上时，内壁上就会出现类似于饮水机上出现的那种滑、粘的现象，那是真菌和霉菌寄生的结果。饮水机可以定期清洗，而埋在地下的水管却无法清洗。然而目前的抗菌技术却难以很好地解决这一问题，因为采用有机抗菌或杀菌剂直接混入高分子基体的方法，由于低分子机抗菌或杀菌剂很容易渗出，不仅影响使用的持久性，更重要的是将对人体的安全性造成较大威胁。另一方面，如使用无机超细或“纳米”粉体抗菌剂混入树脂基体的方法，银离子等对真菌、霉菌等抑制效果很差，而且重金属离子含量严重超过国家标准。而分子组装抗菌化技术不仅不含任何重金属，对真菌、霉菌都具有很高的抑制效果，而且组装有效抗菌基团都是由化学键组装到基体树脂分子上的，所以不可能渗出，从而既保证了饮用水的安全性，又保证了抗菌作用的持久化。可见分子组装抗菌化技术将在 PP-r、PP-b上水管的发展中将起至关重要的作用。 
    (3)在细旦丙纶及无纺布领域的应用：该类产品在军队士兵的内衣、女性内衣和卫生用品、婴儿的尿不湿、医护人员的工作服、病院的床单和被褥、餐厅用桌布等，需求量很大。分子组装抗菌化技术不仅具有抗菌效率高、加工性能优异的特点，还具有一定的价格优势，产品经国内外机构检测，抗菌性能优于目前市场上处于世界先进领先水平的日本产品，所以具有极强的竞争力。 
    (4)在汽车及家用电器领域的应用：由于分子组装抗菌化技术的广谱、高效的抗菌防霉能力，可为家用电器以及汽车器件等的健康绿色化作出积极的贡献。例如，日本市场呼吁需求不霉变发黑的洗衣机；不发霉的冰箱密封橡胶垫；不产生霉味的汽车空调通风管；抗菌、不发霉变色的汽车坐椅织物及内饰等。 
    除上述列举的例子外，分子组装抗菌化技术在涂料、粘合剂以及纸张浸渍剂等方面还有着极为广阔的应用前景，尚有待于进一步研究和开发。由此可见，分子组装抗菌化技术是一项有着极为广泛工业化应用前景的技术，必将对我国高分子功能化材料工业和日常生活产生令人注目的影响。