塑料工业中的抗菌剂

 

    在塑料工业中，抗菌剂主要用于以下两种情况：

 

    作为生物稳定剂（即防腐剂）

 

    作为抗菌活性剂

 

    二者的主要区别在于必需的抗菌活性分布。

 

    抗菌生物稳定剂（防腐剂）

 

    向塑料制品中加入抗菌生物稳定剂（生物杀灭剂）或防腐剂，可以有效地对材料进行保护，避免使其受到诸如细菌、真菌和藻类微生物的侵袭，进而避免塑料产品发生不必要的化学和物理性质的变化，或者造成塑料产品不必要的外观改变。细菌生长的危险性以及伴随着的对塑料的损害在潮湿、多雨的环境中（例如，浴室、厨房）以及室外应用中（例如，水池衬板、温室、遮阳篷）尤其普遍。

 

    由微生物所引起的对塑料的生物腐蚀作用主要有三种不同的产生模式：

 

    微生物利用塑料中的成分作为营养源，发生直接降解

 

    微生物代谢物（例如，酸、酶、色素）所引起的塑料制品外观的间接降解或变化

 

    微生物未发生降解，而在塑料制品表面发生沉降所引起的表面效应

 

    塑料制品最初会常常受到真菌的侵袭。而真菌也会使塑料制品发生最严重的降解，但是细菌也可以靠塑料中的添加剂为生。一旦诸如增塑剂之类的添加剂开始进行生物降解，并转变为较小的有机化合物，其他微生物就会进入并且导致生物腐蚀现象的加剧。生物腐蚀作用常常会导致塑料产品耐用性和使用寿命的下降。微生物的活动所造成的主要影响包括：

 

    染色：由胞内色素（例如青霉素可以使塑料出现粉色污点）或胞外染料（有色代谢物的微生物释放，例如硫化亚铁FeS的产生所引起的白色或黑色的脱色现象）所造成。

 

    电学性质的变化：产品的电学性能，尤其是绝缘性能会由于微生物的侵袭而发生变化。这种现象是通过微生物在塑料表面的沉降而引起的，但是在该过程中不会伴随有材料的变质现象。当由于微生物的存在而产生外多糖之类的高分子材料时，相应的电学性能的衰退现象也会加剧。

 

    机械性能的降低：由细菌和/或真菌所引起的增塑剂的代谢作用可以使塑料脆化、收缩、最终导致拉伸强度和完整性的损失。增塑剂被破坏进而变成较小的分子，这一现象也会促使微生物的生长，进而使原本完整的增塑剂发生代谢。

 

    污物吸收力的增强：由于塑料表面被微生物所侵袭，增加了表面的粗糙度，从而使得污垢更容易在表面堆积。这种现象通常是由于增塑剂降解而使表面发生变化的结果。

 

    溶剂和气体的渗透性：塑料机械性能的降低也会导致溶剂和气体渗透性的增加。

 

    气味：微生物的代谢会导致胺类物质、氨水或硫化氢等的产生，这些代谢产物都会形成难闻的气味。

 

    受微生物侵袭影响的塑料制品

 

    聚氯乙烯（Polyvinylchloride，PVC）：塑料中常用的添加剂，例如增塑剂、淀粉填料、增稠剂、润滑剂、和油脂尤其容易受到微生物生长的威胁。而在增塑聚氯乙烯（增塑PVC）中所使用的增塑剂则容易受到真菌类微生物的攻击。真菌类微生物将增塑剂和其他成分作为其碳源，会使材料发生变色、产生异味、出现粘性并最终导致脆化。

 

    聚氨酯（Polyurethanes，PUR）：发泡聚氨酯特别容易受到微生物的侵袭。原因在于发泡聚氨酯具有开孔结构，从而容易沉积土壤、灰尘以及真菌或细菌孢子，进而促使微生物在聚氨酯表面生长。聚酯型聚氨酯较聚醚型聚氨酯更容易受到微生物的影响而使产品的性能变差。

 

    聚乙烯（Polyethylene，PE）：通常来讲，与增塑PVC和聚氨酯相比，聚乙烯比较不容易受到微生物侵袭的影响。低分子量聚乙烯（<10,000）和支化度相对较小的聚合物受微生物侵袭的风险比较高。

 

    聚酯（Polyesters）：聚酯通常对微生物的降解具有抵抗力，仅仅在特殊情况下才会受到微生物的影响，例如由e-己内酯所得到的聚酯会受到微生物降解的影响。

 

    我们可以通过在加工过程中加入抗菌添加剂的方法，对微生物的降解形成阻碍。生物杀灭剂（抗菌生物稳定剂）可以通过对一个或多个酶系统进行分割从而对微生物的新陈代谢进行干预。然而，为了使添加剂具有有效性，绝大多数的添加剂都必须迁移到塑料表面。而添加剂迁移的过程会受到添加剂的化学性质以及其与基体聚合物相容性的影响。许多化学物质都具有抗菌性，但是几乎都不适宜用于塑料中。原因在于这类化学物质要具有低的成本，在加工过程中具有兼容性、热稳定性，并且要求化学物质具有环境稳定性和安全/方便的操作性。