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抗菌剂应用的最新进展

 2014-07-07 10:15:36 浏览量:0

 近年来,接连发生的“非典”袭击、“禽流感”肆虐等各种致病性微生物对人类社会的危害事件,使人们对疾病控制和预防的重视提高到了前所未有的高度。公众对自身居住、工作、生活的环境卫生要求得到了进一步的提高,促进了抗菌技术和抗菌材料的快速发展,催生了抗菌制品的大市场。
      抗菌材料和抗菌制品通常通过添加抗菌剂获得。人们在生活中使用抗菌制品,可以减少接触致病菌,因为抗菌制品具有杀菌、抑菌的自动清洁作用;而且,抗菌制品只是对本身自清洁,一般不影响制品以外的空间和用品的微生物环境,对环境安全。
      抗菌剂主要分为有机类、无机类和天然类3大类。有机类抗菌剂包括多种传统抗菌杀菌剂,杀菌力强、即效好,但存在安全性较差、会产生微生物耐药性、化学稳定性较差、导致抗菌制品寿命短等不足,另外耐热性较差,在高温、高压和高剪切条件下易分解失效,其分解产物甚至有毒。同样,天然抗菌剂在150~180℃就开始炭化分解,应用范围窄。无机抗菌剂具有长效、不产生耐药性等优点,但抗菌效力发生较慢,成本较高,但是其突出的耐热性(>600℃)使其在塑料、化纤、陶瓷制品的应用中占有很大优势。
近年来,抗菌材料及其制品产业的纳米技术、光触媒空气净化技术的研究在不断深化,而且逐步成为热点,并在建材、空气净化等领域得到应用。
1 国外抗菌材料的发展近况
国际上,以日本为代表,经过20多年的研究和应用,含金属离子的无机抗菌剂生产技术不断完善,特别是含银抗菌剂的变色问题基本得到了解决。
无机抗菌剂通过金属离子的抗菌、杀菌作用来抑制细菌的生长繁殖。经过多年研究筛选,抗菌领域主要使用对人体安全的银、铜、锌等几种金属离子。抗菌离子通常由某些无机物负载着,如沸石、磷酸盐、羟基磷灰石、可溶性玻璃等,通过缓释作用使抗菌剂具有长效抗菌性。银离子的抗菌力最强,但其化学性质活泼,易转变为棕色的氧化银或经紫外光催化还原成黑色的单质银。无机抗菌剂变色后不仅降低了抗菌性,而且还将使白色和浅色制品无法应用,因此,易变色抗菌剂的使用价值很低。另外,大量使用银,成本高,制约了抗菌剂在更大范围的应用。
以产品产量、市场推广的影响(包括对中国市场的影响)为评价依据,日本抗菌剂的生产企业主要有石蟓硝子、品川燃料、东亚合成、钟纺、兴亚硝子、松下电器等制造商。
日本抗菌剂生产和应用的高峰期出现在1999年。其背景原因是,1996年日本国内发生了0-157致病性大肠杆菌食物中毒事件,使国民对抗菌制品的需求膨胀。抗菌剂的国内需求翻了数番,消费量从1994年的100t、1996年的250t上升到1999年的近1000t。此后,抗菌剂和抗菌制品进入了一个平稳发展期,消费达到了基本成熟,此后抗菌剂的年消费量略有回落。日本抗菌塑料用于涉水物品的生产占32% 、家电制品占18% 、建材占14% 、食品包装占24% 、其他12% 。
近年来,欧美对抗菌材料和制品的认识逐渐提高,应用逐步扩大,并从原来多采用有机抗菌剂转向更多地采用无机抗菌剂。在这方面,一些抗菌公司如美国MICROBAN、瑞士CIBA公司等,起到了积极的推动作用。
2 国内抗菌材料行业的发展现状
改革开发以来,国内经济发展迅速,科技水平不断提高。与人们生活水平相适应,抗菌剂和抗菌技术也取得了卓有成效的进展。20世纪90年代末,中科院化学所工程塑料国家工程研究中心和海尔集团合作开发成功含银/锌的沸石型无机抗菌剂,抗菌性强、不变色、成本低,并批量运用在抗菌系列家电产品中,翻开了我国抗菌材料和制品领域的新的一页,带动了我国抗菌行业的形成。
2001年,中国首届抗菌材料产业发展大会在北京召开,标志着我国抗菌产业的初步形成。此后,一年一度的抗菌产业发展大会和抗菌产品博览会极大地促进了该领域的技术发展。目前以中国抗菌材料和制品协会200多家企业会员单位为基本产业单元,组成了抗菌剂、抗菌材料开发应用、抗菌产品生产和市场推广的上、中、下游一条龙产业结构。
近年来,抗菌材料的技术标准得到了制定,国内外技术交流活跃,抗菌产品逐步被纳入了一个科学理性的管理框架中。抗菌陶瓷、抗菌塑料、抗菌管材的行业标准已经颁布,抗菌剂的行业标准正在制定中;抗菌技术得到了规范,并在制品厂家和消费者中得到了普及,抗菌产业发展的上升势头旺盛。据估测,中国1998年塑料抗菌剂的产量40t,销售额300万元,抗菌制品产值30亿元;1999年抗菌剂产量150t,销售额1200万元,抗菌制品产值100亿元。预计,2005年抗菌剂产量达到500t,抗菌制品产值达400亿元。
3 抗菌剂及其应用的新进展
3.1 含金属离子的无机抗菌剂
含金属离子的无机抗菌剂是目前市场的主流抗菌剂。该类型抗菌剂是含银、铜、锌的无机物负载抗菌剂,目前主要还是针对其易变色、成本高这两大缺点开展耐变色、降低成本的研究。
通过金属离子复合、复配,发挥银、铜或锌的抗菌协同作用,可提高抗菌性能并降低变色性。此外,通过使用无机和有机抗变色助剂,可以使产品抗菌活性大幅度提高,并极大地抑制变色倾向。例如,用稀土Ce3+ 、NH4+ 、纳米SiO2、有机抗氧剂,均有较好的效果。
3.2 无机抗菌防霉剂
无机抗菌防霉剂是为了发挥无机物耐热、稳定、抗菌性能良好的优点,克服其防霉作用较弱的缺点而开发的。铜的防霉、防藻作用较好,通过合理的组分配比,可以更好地体现无机抗菌剂的防霉特性。
3.3 金属氧化物抗菌剂
金属氧化物CuO、ZnO、CaO、MgO的抗菌用途开发具有经济廉价的实用意义。实际应用时,可以将金属氧化物共熔,产生更好的抗菌性能。
3.4 纳米抗菌剂
纳米抗菌剂具有微米抗菌剂所不具备的优异抗菌效率,可以减少抗菌剂的使用量。在一些需要高效抗菌剂的体系中使用,有较好的发展前景。纳米抗菌剂有纳米无机物(如SiO2、TiO2)载银离子、纳米ZnO等几种类型的抗菌剂。
3.5 无机/有机复合抗菌剂
无机抗菌剂抗菌效果产生较缓、防霉性差,有机抗菌剂速效、防霉性好;无机抗菌剂耐热性好,有机抗菌剂热稳定性较差。为了达到抗菌防霉的综合性能,将无机抗菌剂和有机抗菌剂复合使用。同时,为了提高有机物的耐热性,将有机抗菌防霉剂用无机抗菌剂包覆,或通过有机插层处理,使有机物的耐热性得到大幅度的提高。
3.6 光催化空气净化材料
TiO2等半导体材料和光催化材料可以激发其表面吸附的H2O和O2,进而氧化、分解其表面所附着的有机物、微生物。通常认为其作用机理是:光激发使价带电子跃迁至导带,形成具有强烈氧化还原性的电子空穴对。但是,光催化空气净化材料在实际应用中面临着催化效率低、长期净化效果不稳定等不足。围绕着这些相关技术问题。该材料还在不断发展中。
3.7 抗菌金属材料
金属是重量最大的一类材料,近年来已出现抗菌不锈钢等抗菌金属材料。抗菌金属的生产为抗菌材料和制品行业的发展提供了良好的契机。抗菌金属中含铜等抗菌成分。
4 抗菌材料和制品行业存在的问题
经过10多年来的发展,我国抗菌材料和制品的技术水平已接近国际发达国家的水平,这为我国抗菌材料进入国际市场奠定了基础。目前,日本已出面联系中国等抗菌材料发展较好的同行国家,准备申请将日本国家工业标准《抗菌加工制品》升级为国际标准(ISO)。
但是,我国抗菌制品的发展也出现了不平衡,尤其值得注意的是,国内抗菌制品的市场秩序比较混乱。有的产品并没有达到、或者没有抗菌性,但宣传内容和产品挂牌中却明示有抗菌性。这是极为有害的,属于欺骗消费者的行为,需要业内同行密切关注。行业协会应当严加管理此类现象,否则,将导致消费者对抗菌产品失去信任,使行业遭受灾难性损失。

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