应用前景广阔 “铺路www.4136.com”应为先 ——聚焦抗菌不锈钢

作者: 冶金矿产  发布:2020-04-30

董鹏 邓春红 李姗

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在上篇中,我们介绍了抗菌不锈钢的抗菌功能。本篇,我们将通过分析其在各领域的应用、应用过程中面临的挑战,探索如何打破抗菌不锈钢发展滞后的局面。

银及银锌复合抗菌剂以其突出的性能成为抗菌塑料普遍使用的抗菌剂之一。如今,抗菌塑料市场份额不断扩大,在家用电器、日常用品、电子信息产品、汽车、食品包装、医药卫生等领域获得广泛应用。抗菌剂是细菌、霉菌等微生物及病毒等病原体高度敏感的化学物质。通过研制和筛选适当的抗菌剂品种,我们只需将其少量添加於其它通用材料中,经适当加工工艺过程後,便可制成符合特定使用要求的抗菌材料及制品。无机抗菌剂与有机类、天然类抗菌剂相比,具有安全性高、长效性好等优点,尤其是其优异的耐热性,使其成为在塑料、化纤、甚至陶瓷等材料中使用的首选抗菌剂。中国科学家从1990年代开始跟踪研究无机抗菌剂和抗菌防霉材料,如西北有色金属研究院、昆明贵金属研究所、中国建筑材料研究院等。其中,具有代表性的是中国科学院化学研究所及其所属的工程塑料国家工程研究中心,在沸石基银及银锌复合无机抗菌剂的研制和应用中,发挥了学科交叉和“产学研”结合的优势,开发出一种成本适中、耐变色的无机抗菌剂,并获得中国发明专利。这种无机抗菌剂在海尔等品牌家电产品中首先应用,带动了中国抗菌材料和抗菌产品的迅速发展,并荣获2000年度国家科技进步二等奖。据统计,中国1998年塑料抗菌剂的产量40吨,销售额300万元,抗菌制品产值30亿元;1999年抗菌剂产量150吨,销售额1200万元,抗菌制品100亿元。2000年抗菌剂销售量达到200吨。2005年将发展到500吨抗菌剂,抗菌制品达400亿元。银锌复合抗菌剂的性能抗菌剂的抗菌性能主要从两个方面体现,即抗菌剂本身和抗菌剂应用的制品,重点要体现在抗菌制品的性能上。应用抗菌剂制得的抗菌塑料首先要保持塑料材料基本性能。抗菌塑料的常规物理机械性能,如熔体流动速率、拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率、缺口冲击强度、弯曲强度、弯曲模量、硬度、色度、表面光洁度等均按国家有关塑料测试标准和产品标准执行。抗菌剂和抗菌塑料还要达到规定的卫生安全性,抗菌塑料成品无毒、无异味、对环境无害。在抗菌剂和抗菌塑料的应用中,抗菌性是其特殊的功能,要求高效、广谱、长效,在相关环境中适用。下面以崇光纳米科技有限公司开发的安迪美TM-AM银锌复合抗菌剂的试验结果进行说明。抗菌谱抗菌谱是指抗菌剂对细菌、真菌、霉菌、酵母、藻类等各种微生物的抗菌有效面。但是,仅在住宅空间中就有80属60种类、建筑物有120属120种类的霉菌,一般说来不能对所有的菌种逐一测试,而是选择有代表性的菌株进行实验。通常是选择大肠埃希氏菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌等进行试验。另外,还经常选用肺炎克雷伯氏菌、沙门氏杆菌、绿脓杆菌、枯草芽孢杆菌等。对霉菌一般选择黑曲霉,土并霉,出芽短梗霉,宛氏拟青霉,绳状青霉,绿色木霉,赭绿青霉,柄帚霉等作防霉试验。安迪美-AM抗菌剂具有广谱抗菌和防霉作用。抗菌剂最低抑菌浓度一种抗菌剂的抗菌能力强弱,可以用最低抑菌浓度来衡量。将抗菌剂稀释为不同浓度,作用於菌株,定量测定一定作用时间的抑菌效果,得到MIC值。最低抑菌浓度数值越小,抗菌剂的抗菌性越强。安迪美-AM抗菌剂对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度为150ppm,达到国际着名抗菌剂产品MIC值同一水平。抗菌塑料抗菌性 抗细菌性抗菌材料的种类多、材料中组分多、性质差别大、制成品的形态各异,如抗菌塑料制成抗菌冰箱内胆、果蔬盒、抗菌空调过滤网、抗菌电话外壳,还有抗菌陶瓷制成卫生洁具、餐具,抗菌纤维制成抗菌地毯、内衣等。因此,抗菌材料和抗菌制品的抗菌性检验方法及评价标准的确定事关重大,但长期以来,抗菌性能检测方法和标准制定的滞後却不能适应市场的发展需求。经过业内多年努力,2003年中国制定和颁布了轻工行业标准QB/T2591-2003《抗菌塑料——抗菌性能试验方法及抗菌效果》。该方法是测定抗菌塑料抗菌性的定量试验方法。它反映了抗菌塑料的接触抗菌原理,并在实验设计中考虑了抗菌塑料的实际使用条件等外部因素,能较客观地反映抗菌塑料抗菌能力。抗菌塑料抗菌率大於90%为合格产品,判定为有抗菌性;大於99%为有较强抗菌性。安迪美抗菌塑料达到的抗菌率一般可大於99%。抗霉菌性QB/T2591-2003《抗菌塑料——抗菌性能试验方法及抗菌效果》的抗霉菌试验方法,把防霉等级分为0、1、2、3、4级。最高防霉等级为0级是不长,显微镜下放大50倍观察不到霉菌生长;1级是痕迹生长,可见生长的面积小於10%;2级、3级、4级分别是轻微生长、中等生长和严重生长。抗菌塑料的防霉等级为1级可以报告有抗霉菌作用,0级则可报告有强抗霉菌作用。安迪美-AM抗菌剂防霉等级为1级。抗菌剂的应用日常生活和工业制品中大量使用塑料,如橱具、卫生设施、家用电器、壁纸、食品包装等。使用抗菌塑料可提高产品的卫生性,减少致病菌的污染。下表所列的抗菌剂和抗菌塑料应用领域显示出巨大的发展前景。

抗菌不锈钢可在多领域广泛应用

抗菌剂和抗菌塑料的应用领域举例

抗菌不锈钢是一类结构功能一体化的材料,具有优异的抗菌性能和综合力学性能,其生物安全性也符合标准要求,应用范围极广,产品生产服务范围覆盖了医疗器械、食品器械、餐饮器具、家用电器、卫浴器具等。例如,铁素体抗菌不锈钢可用于餐具、厨具、家电等方面,奥氏体抗菌不锈钢可用于餐厨具、家电、食品工业、医疗器械等方面,马氏体抗菌不锈钢可用于制造餐厨刀具等。

抗菌剂应用於塑料制品可以通过以下三条途径:将抗菌剂直接与塑料混合,分散在塑料中制成抗菌塑料;将抗菌母粒与塑料掺混加工;在制品成型工艺中将抗菌剂嵌入塑料表面。抗菌剂直接添加法工艺简单,但抗菌剂在塑料中分散较差,抗菌剂颗粒容易分散,抗菌效果较差,抗菌剂利用不充分,使用成本增加。抗菌母粒法的核心技术是抗菌母粒的研制。抗菌母粒是抗菌剂分散在载体树脂中的高度浓缩体,含抗菌剂量10%-40%。抗菌母粒与塑料一起加工,或与塑料一起再次共混分散,有利於抗菌剂的分散和抗菌作用的发挥,是目前已普遍接受和广为应用的技术途径。合理的抗菌母粒设计和使用,可大大节约抗菌剂使用成本。在制品成型阶段加工抗菌塑料产品,主要目的是为了节约抗菌剂的用量,合理使用抗菌剂,控制成本。目前了解到的具体实施方案有两种,一种是将超细的抗菌剂粒子制成喷雾液,喷涂在塑料模具表面,在塑料注塑成型时抗菌剂就进入到塑料件的表面;另一种是将抗菌剂与塑料制成薄膜,然後将薄膜附在模具表面,在塑料成型时将抗菌塑料膜结合到制件表面。使用这种抗菌成型技术,可以大大节约抗菌剂的用量,但目前应用还不普遍,主要原因是设备投资较大。为了安全使用抗菌剂,尤其是用於食品、化妆品、儿童用品时,需要对抗菌剂作毒理学评价,为制订使用标准作为依据。毒理学评价除了做分析检验外,通常要通过动物毒性试验取得数据。重要的试验标准包括:急性毒性试验,亚急性毒性试验,慢性毒性试验,致癌性试验,致突变性试验,致畸性试验,胚胎毒性试验,皮肤刺激性试验,眼刺激性试验,皮肤过敏性试验等。但实际上,对多数抗菌剂并不需要一一做上述试验。对新的抗菌剂配方,如果配方中的各组分已作过试验而相互之间又不发生化学变化,则可大大减少试验项目。抗菌塑料应用家用电器日本在1986年开发制造出抗菌冰箱,抗菌化的重点起初在箱体内部件,用抗菌聚乙烯材料制成果蔬盒盖、制冰器的注水管,用抗菌聚苯乙烯制成制冰器的盒、食品托盘,用抗菌ABS树脂制成内胆等。所用抗菌剂为含银沸石。1993年在440万台冰箱中抗菌冰箱占15%-20%。後来,抗菌件不仅限於在箱体内部使用,冰箱外部手接触部分也使用了抗菌件。抗菌冰箱的市场份额在2-3年後增加了一倍。1998年海尔集团率先应用FS-ZN抗菌剂试制成功并上市带有抗菌功能的冰箱、空调、波轮洗衣机、滚筒洗衣机、冷柜、洗碗机、吸尘器、电热杯、煤气灶等系列产品,後又上市电话、移动电话等。所用的抗菌剂是海尔科化公司的复合型无机抗菌剂和挤板型抗菌母粒和注塑型抗菌母粒。海尔抗菌冰箱使用的抗菌部件包括:内部的内胆、门衬、搁物架、搁物架饰条、瓶座、瓶止档、蛋盒、冰盒、刮霜板、果盒、接水盘上下部、排水槽、冰室排水口、蒸发器搁板、风道、风道盖板,外部的门把手、饰条、门封条等。材料包括HIPS、PS、ABS、PP、PE、PVC等。空调的抗菌部件有遥控器外壳、按键、导风板、接水盘。波轮洗衣机的波轮、内桶、水道、过滤盖。滚筒洗衣机的控制面板按钮、控制旋钮。冷柜的门体把手、门封条、密封条、断档、柜口、控制面板、除雪铲。洗碗机的内胆、上盖内衬、喷淋器。吸尘器的上盖、电源开关按钮、手柄架。煤气灶的旋钮。近年来,崇高纳米公司进一步开发出高性能抗菌母粒的品种,目前已为美菱、新飞、海信、科龙、西门子、伊莱克斯、华日、LG、三星等冰箱生产企业提供全方位技术服务。其部件均全部或部分采用安迪美抗菌剂和抗菌母粒,其产品已获准中国抗菌材料及制品协会“抗菌标志”的产品认证。洗衣机在聚丙烯洗涤部件上使用抗菌材料,由於技术和价格限制,开始时日本采用的是有机类抗菌剂,如咪唑类有机物、唑类有机物,後来无机抗菌剂的使用也在增加。浙江吉德电器公司在波轮洗衣机的波轮和内桶采用崇高纳米公司无机抗菌母粒安迪美-PG1,抗菌性特别是耐水性测试达到行业技术规范要求的指标,已获准“抗菌标志”的认定。餐具乾燥机等涉水用品的抗菌化应用推广很快,抗菌材料主要是聚丙烯。电饭煲主要在外壳的聚乙烯件中使用抗菌剂。在浴室、厨房等场所使用的换气扇,已采用抗菌材料,主要为AS树脂。另外,电话机的抗菌话筒、抗菌按键已推广应用。空调器的抗菌部件有遥控器外壳、按键、导风板、接水盘。饮水塑料管塑料管材作为上水管和热水管使水质得到很大的改善,但是由於塑料表面会附着、滋生微生物,当管道中水流缓慢或水暂时存留时,细菌附着在管壁上并开始繁殖。特别在热水管道中会滋生一种特殊的细菌,它们很快大量繁殖,严重时使管道堵塞。嗜肺军团菌定居、生长在水源里,主要通过空调、水龙头、淋浴器等传播。抗菌塑料管一般采用专用抗菌母粒,制成抗菌PEX、铝塑复合管及PP-R管等,长效性好,安全无污染,在增加较小成本的情况下,具有抗菌功效,提高饮用水的质量。包装物包装是最大的塑料制品使用行业。抗菌包装物对於食品保质、防止外来污染非常有用。日本从1996年发生全国性的O-157大肠杆菌污染引起食物中毒事件以後,抗菌材料应用发展很快,其中有一大应用是食品包装。食品包装物必须严格按照食品卫生包装物的要求来检验和判定。果蔬采後保鲜是保持和提高果蔬价值的重要环节,需要运用综合调节技术延长果蔬贮存期,以满足果蔬贮藏、长途运输等需求。其中,应用抗菌材料和抗菌技术可防止霉菌等微生物对果蔬的侵害,获得较好的保鲜效果。其他一些产品的抗菌防霉包装也具有非常良好的经济和社会效益,如武器、出口服装、光学器材等。(end)

抗菌不锈钢在医院及其相关领域可有效防止病菌传播和交叉感染,如工作台面、手术室敷料车、洗手池、清洁护理车、洗涤设施等,以及病患人员出入场所的各种设施,如门把手、扶手、餐车等。急救车厢内的不锈钢设备如使用抗菌不锈钢,可提高医疗设备的无菌化水平,增强无菌医疗救援对复杂环境的适应能力;可利用抗菌材料自身的清洁能力降低消毒器械的保存难度,同时降低病人感染风险,有效提高急救成功率。

同时,抗菌不锈钢在制造各种医疗器械方面也大有可为,其自身的抗菌特性使医疗器械能够满足无菌要求,避免需要反复消毒处理的麻烦,保证器械在常规条件下的无菌状态。

抗菌不锈钢在餐具、厨具等方面也有广泛的应用,如抗菌不锈钢筷子、抗菌不锈钢餐勺、抗菌不锈钢餐盘等,可防止“病从口入”。同时,抗菌不锈钢还可用来制造洗衣机滚筒、净水机、电饭煲、热水壶、饮水机内胆等家用电器配件,提高人们日常生活品质。此外,用抗菌不锈钢制造的各种公共场所用品,如商场及公共汽车上的扶手、公共食堂的炊具餐具、旅店宾馆中的电梯及卫生洗浴设施等,可有效防止病菌的扩散传播。

抗菌不锈钢应用仍面临问题

虽然抗菌不锈钢具有各种各样的优点,但也存在相当多的问题,其制品在反复使用和清洗消毒的过程中,表面涂层会产生磨损,抗菌功能因此减弱,从而导致感染性疾病的发生。在国内外学者的共同努力下,尽管抗菌剂及其制品的研究开发已得到快速发展,但在其应用过程中仍存在一些亟待解决的问题。

一是由于不同抗菌材料的用途与加工方法不同,其制作工艺需要考虑多方面因素,如抗菌剂的安全性、化学稳定性、药效持久性、抗菌能力、载体材料复合时的兼容性等。同时,抗菌元素的种类、添加剂量、添加形式、添加方法、添加时机以及抗菌处理方法等也存在一些问题,如抗菌不锈钢在冶炼过程中,表面会产生一层钝化膜阻碍含铝、铜不锈钢溶出抗菌离子,导致在轧制时出现表面开裂问题。

另外,抗菌不锈钢材料制品在使用过程中通常需要暴露在空气中,所添加的抗菌剂成分会逐渐从载体材料中迁移出来,导致抗菌效果减弱。因此,要保证抗菌制品抗菌效果的持久性,就必须控制抗菌剂的迁移速度,延长抗菌的时效性。

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