分子组装技术制备抗菌聚丙烯管材

郑安呐1，管 涌1， 周强2， 程岩3?
( 1.华东理工大学材料科学与工程学院， 上海 200237；
2. 上海塑杰科技有限公司， 上海 200237；3.合众化工有限公司, 广东珠海 519015)

　　中图分类号： TU991.3
　　文献标识码： D
　　文章编号： 1000-4602(2002)07-0091-02

　　在目前广泛使用的塑料管材中，聚丙烯管材以其卓越的综合性能而受到重视，但在使用中也暴露了低温脆性、收缩率大等问题，另外还有一个致命的缺陷即管材滋生真菌，由于聚丙烯是一种有机高分子材料，容易被微生物侵蚀，因此在使用一段时间后表面就会产生一层滑腻物，实际上是生长了真菌，且管道一旦安装便难以清理。
　　目前常用的无机抗菌剂，因其溶出的重金属离子含量严重超过国家有关标准(GB/T17219—1998)而不能用于输水管材；有机小分子抗菌剂则存在易渗出、不耐久和渗出物毒性等问题，也不适用于制备具有长久抗菌效果的输水管道。为此，提出分子组装抗菌化新技术即将经过优选的有机抗菌功能团组装到聚丙烯基体树脂的分子链上得到抗菌母粒，由于抗菌功能团是以化学键接到树脂上的，因此克服了普通有机抗菌剂不耐热、与聚丙烯基体相容性差、不耐浸泡洗涤的缺点，具有抗菌高效广谱、安全无毒、效果持久、热稳定性优、与树脂的相容性好、易加工、价格适中等多方面优势，是目前国内外其他抗菌功能材料所不能比拟的。?

1 试验材料及方法

1.1 材料
　　聚丙烯B8101，抗菌母粒PPNH(抗菌功能团组装量为20%)。试验中的用量为2.5%～7.5%(即抗菌功能团组装量为0.5%～1.5%)。
1.2 测试仪器及方法
　　测试仪器：Shimadzu AG-200A拉力机；XJJ-5简支梁冲击试验机。
　　抗菌性能测试：由上海工业微生物研究所按照GB15979—1995方法进行测试。
　　防霉性能测试：由上海工业微生物研究所按照GB/T2423.16—1999方法进行测试。
　　毒理试验：包括急性经口毒性试验、皮肤刺激试验、微核试验，由上海卫生防疫站按照GB15193—1994和GB/T17409—1998方法进行测试。

2 结果与讨论

　　分子组装技术可对聚丙烯材料的多种性能产生影响。
2.1 材料力学性能
　　抗菌母粒可在体系中起到成核剂的作用，加入后可使材料结晶速度加快、球晶变小、结晶度略有增加。可见，加入抗菌母粒不仅不会对材料的力学性能带来不利影响，而且能同时使材料的冲击强度和其他强度得到一定程度的改善，具体数据如表1所示。

表1 分子组装技术对材料力学性能的影响 项 目 1 2 3 抗菌功能团组装量(%) 0 0.7 1.0 缺口冲击强度(kJ/m²) 11.2 11.8 11.3 拉伸强度(MPa) 35.2 35.8 35.9 断裂伸长率(%) 500 500 500 弯曲强度(MPa) 44.5 48.5 49.7 弯曲模量(MPa) 795 964 984

2.2 抗菌效果
　　① 有效性和广谱性
　　具有不同抗菌功能团组装量的聚丙烯样品对大肠杆菌(菌种号：8099)的抑制效果如表2所示。

表2 聚丙烯样品的抗菌性能 项 目 空白 1 2 3 4 5 抗菌功能团组装量(%) 0 0.5 0.7 1.0 1.5 1.0 菌浓度(个/mL) 1.20×10⁴ 1.8×10³ 45 0 0 0 抑菌率(%) 　 85.00 99.63 100 100 100

　　从表2可见，抗菌功能团组装量在1.0%以上时样品对大肠杆菌的抑制率几乎为100%，而且耐久性优异(长时间浸泡并未使抗菌性能降低)；抗菌功能团组装量为0.5%时抑菌率略低，但仍达85%。
　　为检测抗菌效果及其广谱性，取含有1.0%抗菌官能团的聚丙烯试板，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、巨大芽孢杆菌、荧光假单胞杆菌、枯草杆菌混合菌液进行平均抗菌性能的测试，结果如表3所示。另外，选择日本进口聚丙烯纳米抗菌母粒做对比试验，方法是将抗菌母粒纺制成纤维，加弹后织成袜筒，洗涤后再对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌进行检测，结果也列于表3。可以看到，分子组装抗菌化技术不仅具有高效、广谱性，而且效果优于进口样品。

表3 分子组装技术的抗菌效果 %? 试 样 对5菌种的平均抗菌率 对2菌种的平均抗菌率 分子组装抗菌化技术聚丙烯薄板?(组装量为1%) 79 　 丙纶弹力丝(组装量为1%) 分子组装抗菌化技术 　 81 日本进口 　 75

　　② 防霉效果
　　通常的无机银系抗菌剂的抗霉菌效果较差。
　　在温度为(28±1)℃、相对湿度≥95%的条件下，将采用分子组装抗菌化技术制得的聚丙烯薄板(抗菌功能团组装量为1.0%)置于黑曲霉菌、黄曲霉菌、变色霉菌、桔青霉、绿色木霉、球毛壳霉、宛氏拟青霉、蜡叶芽枝霉混合液中，历时28d后样板上无霉菌生长，长霉等级为0级；同样情况下，作为对比的不含抗菌功能团的空白聚丙烯样板，肉眼可明显看到霉菌，长霉等级为2级。可见分子组装技术具有优良的防霉效果。
　　③ 使用安全性
　　急性经口毒性试验：直接将浸提液对昆明种小鼠按20mL/kg体重剂量灌胃，在试验期间各组动物活动正常、毛色光泽度好，未见任何中毒症状和死亡，属无毒级物质。
　　皮肤刺激试验：取合格的新西兰家兔，将0.2mL浸提液均匀涂在试验区皮肤上，观察皮肤反应，试验结果为受试物对急性皮肤刺激(最高)总积分平均值为零，属无刺激性物质。
　　微核试验：该试验是检验样品是否诱发小鼠骨髓染色体畸变的试验，样品骨髓多染红细胞微核试验结果为阴性，显示不会引起染色体畸变。?

3 结论 ?

　　① 抗菌母粒在体系中可起到成核剂的作用，提高了结晶温度，加快了材料的结晶速率，在一定程度上改善了材料的力学性能。
　　② 当抗菌官能团组装量在0.5%以上时，材料即具有优良的抗菌作用，对革兰氏阴性、阳性菌以及真菌、霉菌均有很强的抑制效果，而且耐久性优良，其抗菌性能优于进口无机银系抗菌母粒。
　　③ 由分子组装抗菌化技术制得的抗菌母粒有极为优秀的使用安全性，其浸提液无毒性、刺激性和促染色体畸变性，达到食品包装级的安全卫生要求，故适用于制作给水管材。

参考文献：

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　　［2］张务德，张雪芹.新型塑料给水管材的性能和应用［J］.新型建筑材料，2001，(4)：1-3.
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　　收稿日期：2002-04-30