塑料
一、納米抗菌包裝材料
所謂納米包裝材料,就是用分散相尺寸為1mm-100mm的顆�；蚓w與其他包裝材料復(fù)合或添加制成的具有納米級(jí)結(jié)構(gòu)單元的納米復(fù)合包裝材料。納米抗菌材料是一類具備抑菌性能的新型材料,由于材料本身賦予抗菌性,可以使微生物包括細(xì)菌、真菌、酵母菌、藻類以及病毒等的生長和繁殖保持較低的水平。用抗菌材料制成的各種制品,具有衛(wèi)生自潔功能,可有效避免細(xì)菌的傳播。納米結(jié)構(gòu)可能成為技術(shù)改進(jìn)的基礎(chǔ),一旦能夠控制材料的臨界尺寸,也就能使新型材料的臨界尺寸,也就能使新型材料的特性和器件的功能得到強(qiáng)化,直至超過我們認(rèn)為可能達(dá)到的程度。正如我們研究的對(duì)象納米無機(jī)抗菌劑可耐1300℃的高溫而不喪失其抗菌效力一樣神奇。
人類感染細(xì)菌的途徑之一就是通過入口的食物,而食品包裝材料一般是與食品直接接觸的,食物豐富的營養(yǎng)成分在高溫的包裝內(nèi)部環(huán)境下就成為微生物滋生繁殖的營養(yǎng)源。因此,具有抗菌保鮮功能的食品包裝材料的研制就顯得非常重要。目前,抗菌材料的種類繁多,大體上包括抗菌塑料、抗菌纖維和織物、抗菌陶瓷和抗菌金屬�？咕牧系闹谱饕话闶菍⒖咕鷦┮赃m當(dāng)?shù)姆绞教砑拥交闹谢蛲扛苍诨谋砻?因此可以說,抗菌材料的優(yōu)劣最終取決于抗菌劑的研制。
雖然抗菌劑的品種繁多,應(yīng)用較廣,但日常使用的消毒劑只能產(chǎn)生短期效應(yīng),且有害人體健康,因此新型抗菌材料的開發(fā)從未停止。對(duì)抗菌劑的要求不僅要無毒無害和長效性外,同時(shí)具有健康功能也是一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。
抗菌材料分為有機(jī)抗菌材料、無機(jī)抗菌材料和天然抗菌材料。有機(jī)抗菌材料對(duì)環(huán)境和人體有害且作用壽命短,使用溫度低于300℃;無機(jī)抗菌劑克服了上述缺點(diǎn)。
包裝是最大的塑料制品使用行業(yè)�？咕b物對(duì)于食品保質(zhì)、防止外來污染非常有用。日本從1996年發(fā)生全國性的o-157大腸桿菌污染引起食物中毒事件以后,抗菌材料應(yīng)用發(fā)展很快,其中有一大應(yīng)用是食品包裝。食品包裝物必須嚴(yán)格按照食品衛(wèi)生包裝物的要求來檢驗(yàn)和判定。
果蔬采摘后包裝是保持和提高果蔬價(jià)值的重要環(huán)節(jié),需要運(yùn)用綜合調(diào)節(jié)技術(shù)延長果蔬貯存期,以滿足果蔬貯藏、長途運(yùn)輸?shù)刃枨�。其�?應(yīng)用抗菌材料和抗菌技術(shù)可防止霉毒等微生物對(duì)果蔬的侵害,獲得較好的保鮮效果。某些產(chǎn)品的抗菌防霉包裝也具有非常良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,如出口服裝、光學(xué)器材等。
在抗菌材料的實(shí)際應(yīng)用過程中,應(yīng)根據(jù)材料的用途和加工方法等要求,對(duì)抗菌劑進(jìn)行必要的選擇,主要考慮的因素有:抗菌效果主要是由mic值(阻礙細(xì)菌繁殖的抗菌劑的最小濃度)體現(xiàn)出來的,mic值越小證明抗菌效果越好。對(duì)于添加了抗菌劑的抗菌材料來說,其抗菌能力主要是依賴材料表面的抗菌劑來實(shí)現(xiàn)的,因此,添加量一般要高于其mic值。
不同的抗菌劑對(duì)于不同的細(xì)菌具有不同的抗菌能力,也就是說抗菌劑只對(duì)特定的細(xì)菌表現(xiàn)出抗菌性,在選擇抗菌劑的時(shí)候應(yīng)考慮抗菌劑的抗菌范圍,抗菌范圍當(dāng)然越廣越好。但是達(dá)不到時(shí)也可以對(duì)幾種不同的抗菌劑進(jìn)行復(fù)配,以期達(dá)到理想的抗菌范圍。
作為食品包裝材料,抗菌劑的選用一定要對(duì)人體無害,應(yīng)避免使用具有急性毒性、慢性毒性、氣味較大、刺激皮膚等類的抗菌劑。由此看來,有機(jī)抗菌劑的使用就具有很大的局限性,而無機(jī)抗菌劑和天然抗菌劑則因其安全性而成為應(yīng)用的熱點(diǎn)。
二、納米抗菌材料在包裝行業(yè)的應(yīng)用
(一)納米無機(jī)抗菌塑料
抗菌材料應(yīng)用于包裝行業(yè)主要是抗菌塑料,其使用形式有薄膜、中空容器以及周轉(zhuǎn)箱等。有機(jī)抗菌劑因其安全性問題,使其在包裝行業(yè)的應(yīng)用受到了限制,而天然抗菌劑則以高效安全備受人們的關(guān)注。
1.抗菌劑應(yīng)用于塑料制品可以通過以下三種途徑:①將抗菌劑直接與塑料混合,分散在塑料中制成抗菌塑料;②將抗菌母粒與塑料摻混加工;③在制品成型工藝中將抗菌劑嵌入塑料表面�？咕鷦┲苯犹砑臃üに嚭唵�,但抗菌劑在塑料中分散較差,抗菌劑顆粒容易團(tuán)聚,抗菌效果較差,抗菌劑利用不充分,使用成本增加�？咕噶７ǖ暮诵募夹g(shù)是抗菌母粒的研制。抗菌母粒是抗菌劑分散在載體樹脂中的高度濃縮體,含抗菌劑量10%～40%。抗菌母粒與塑料一起加工,或與塑料一起再次共混分散,有利于抗菌劑的分散和抗菌作用的發(fā)揮,是目前已普遍接受和廣為應(yīng)用的技術(shù)途徑,合理的抗菌母粒設(shè)計(jì)和使用,可大大節(jié)約抗菌劑使用成本。在制品成型階段加工抗菌塑料產(chǎn)品,主要目的是為了節(jié)約抗菌劑的用量,合理使用抗菌劑,控制成本。目前了解到的具體實(shí)施方案有兩種:一種是將超細(xì)的抗菌劑粒子制成噴霧液,噴涂在塑料模具表面,在塑料注塑成型時(shí)抗菌劑就進(jìn)入到塑料件的表面;另一種是將抗菌劑與塑料制成薄膜,然后將薄膜附在模具表面,在塑料成型時(shí)將抗菌塑料膜結(jié)合到制件表面。使用這種抗菌成型技術(shù),可以大大節(jié)約抗菌劑的用量,使用抗菌成型技太,可以大大節(jié)約抗菌劑的用量,但目前應(yīng)用還不普遍,主要原因是設(shè)備投資較大。
2.無機(jī)抗菌塑料是將無機(jī)抗菌劑添加到樹脂中去,依靠無機(jī)抗菌劑在樹脂中的遷移,在樹脂表面形成具有抗菌能力的表層,通過與被包裝物的接觸進(jìn)行殺菌。由于無機(jī)抗菌劑多為粉末狀,顆粒粒徑少,在加工過程中一般需要將這些顆粒均勻的分散到樹脂中才能得到理想的抗菌效果。因此,一般先將抗菌劑制成抗菌母料,再以所需比例與樹脂共混,另外還需要考慮抗菌劑與樹脂的相容性,所以需要對(duì)抗菌劑進(jìn)行預(yù)處理,添加偶聯(lián)劑、分散劑等。
實(shí)驗(yàn)表明,通過將銀系抗菌劑和ldpe樹脂的共混吹膜,對(duì)該薄膜進(jìn)行了基本性能的測試,結(jié)果表明添加銀系抗菌劑之后,該薄膜具有較好的抗菌性,只是薄膜的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率和透氧率略有下降。但是完全符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)及包裝薄膜的性能要求。
3.目前制取抗菌材料主要使用添加無機(jī)納米抗菌材料的方法,即在塑料原料中添加納米抗菌材料。全新的接觸型無機(jī)納米抗菌材料的抗菌原理有別于傳統(tǒng)的溶出型有機(jī)納米抗菌材料和光觸媒型無機(jī)納米抗菌材料。其滅菌機(jī)理是當(dāng)帶正電荷的抗菌成分接觸到帶負(fù)電荷的微生物細(xì)胞后,相互吸附,即有效地?fù)舸┘?xì)胞膜,使細(xì)胞蛋白質(zhì)變性,無法呼吸、代謝和繁殖,直至死亡,完成滅菌。此時(shí),抗菌成分并未做任何消耗,仍保持原有的抗菌能力,因此它的抗菌能力可長期有效。
所謂納米包裝材料,就是用分散相尺寸為1mm-100mm的顆�；蚓w與其他包裝材料復(fù)合或添加制成的具有納米級(jí)結(jié)構(gòu)單元的納米復(fù)合包裝材料。納米抗菌材料是一類具備抑菌性能的新型材料,由于材料本身賦予抗菌性,可以使微生物包括細(xì)菌、真菌、酵母菌、藻類以及病毒等的生長和繁殖保持較低的水平。用抗菌材料制成的各種制品,具有衛(wèi)生自潔功能,可有效避免細(xì)菌的傳播。納米結(jié)構(gòu)可能成為技術(shù)改進(jìn)的基礎(chǔ),一旦能夠控制材料的臨界尺寸,也就能使新型材料的臨界尺寸,也就能使新型材料的特性和器件的功能得到強(qiáng)化,直至超過我們認(rèn)為可能達(dá)到的程度。正如我們研究的對(duì)象納米無機(jī)抗菌劑可耐1300℃的高溫而不喪失其抗菌效力一樣神奇。
人類感染細(xì)菌的途徑之一就是通過入口的食物,而食品包裝材料一般是與食品直接接觸的,食物豐富的營養(yǎng)成分在高溫的包裝內(nèi)部環(huán)境下就成為微生物滋生繁殖的營養(yǎng)源。因此,具有抗菌保鮮功能的食品包裝材料的研制就顯得非常重要。目前,抗菌材料的種類繁多,大體上包括抗菌塑料、抗菌纖維和織物、抗菌陶瓷和抗菌金屬�？咕牧系闹谱饕话闶菍⒖咕鷦┮赃m當(dāng)?shù)姆绞教砑拥交闹谢蛲扛苍诨谋砻?因此可以說,抗菌材料的優(yōu)劣最終取決于抗菌劑的研制。
雖然抗菌劑的品種繁多,應(yīng)用較廣,但日常使用的消毒劑只能產(chǎn)生短期效應(yīng),且有害人體健康,因此新型抗菌材料的開發(fā)從未停止。對(duì)抗菌劑的要求不僅要無毒無害和長效性外,同時(shí)具有健康功能也是一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。
抗菌材料分為有機(jī)抗菌材料、無機(jī)抗菌材料和天然抗菌材料。有機(jī)抗菌材料對(duì)環(huán)境和人體有害且作用壽命短,使用溫度低于300℃;無機(jī)抗菌劑克服了上述缺點(diǎn)。
包裝是最大的塑料制品使用行業(yè)�？咕b物對(duì)于食品保質(zhì)、防止外來污染非常有用。日本從1996年發(fā)生全國性的o-157大腸桿菌污染引起食物中毒事件以后,抗菌材料應(yīng)用發(fā)展很快,其中有一大應(yīng)用是食品包裝。食品包裝物必須嚴(yán)格按照食品衛(wèi)生包裝物的要求來檢驗(yàn)和判定。
果蔬采摘后包裝是保持和提高果蔬價(jià)值的重要環(huán)節(jié),需要運(yùn)用綜合調(diào)節(jié)技術(shù)延長果蔬貯存期,以滿足果蔬貯藏、長途運(yùn)輸?shù)刃枨�。其�?應(yīng)用抗菌材料和抗菌技術(shù)可防止霉毒等微生物對(duì)果蔬的侵害,獲得較好的保鮮效果。某些產(chǎn)品的抗菌防霉包裝也具有非常良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,如出口服裝、光學(xué)器材等。
在抗菌材料的實(shí)際應(yīng)用過程中,應(yīng)根據(jù)材料的用途和加工方法等要求,對(duì)抗菌劑進(jìn)行必要的選擇,主要考慮的因素有:抗菌效果主要是由mic值(阻礙細(xì)菌繁殖的抗菌劑的最小濃度)體現(xiàn)出來的,mic值越小證明抗菌效果越好。對(duì)于添加了抗菌劑的抗菌材料來說,其抗菌能力主要是依賴材料表面的抗菌劑來實(shí)現(xiàn)的,因此,添加量一般要高于其mic值。
不同的抗菌劑對(duì)于不同的細(xì)菌具有不同的抗菌能力,也就是說抗菌劑只對(duì)特定的細(xì)菌表現(xiàn)出抗菌性,在選擇抗菌劑的時(shí)候應(yīng)考慮抗菌劑的抗菌范圍,抗菌范圍當(dāng)然越廣越好。但是達(dá)不到時(shí)也可以對(duì)幾種不同的抗菌劑進(jìn)行復(fù)配,以期達(dá)到理想的抗菌范圍。
作為食品包裝材料,抗菌劑的選用一定要對(duì)人體無害,應(yīng)避免使用具有急性毒性、慢性毒性、氣味較大、刺激皮膚等類的抗菌劑。由此看來,有機(jī)抗菌劑的使用就具有很大的局限性,而無機(jī)抗菌劑和天然抗菌劑則因其安全性而成為應(yīng)用的熱點(diǎn)。
二、納米抗菌材料在包裝行業(yè)的應(yīng)用
(一)納米無機(jī)抗菌塑料
抗菌材料應(yīng)用于包裝行業(yè)主要是抗菌塑料,其使用形式有薄膜、中空容器以及周轉(zhuǎn)箱等。有機(jī)抗菌劑因其安全性問題,使其在包裝行業(yè)的應(yīng)用受到了限制,而天然抗菌劑則以高效安全備受人們的關(guān)注。
1.抗菌劑應(yīng)用于塑料制品可以通過以下三種途徑:①將抗菌劑直接與塑料混合,分散在塑料中制成抗菌塑料;②將抗菌母粒與塑料摻混加工;③在制品成型工藝中將抗菌劑嵌入塑料表面�？咕鷦┲苯犹砑臃üに嚭唵�,但抗菌劑在塑料中分散較差,抗菌劑顆粒容易團(tuán)聚,抗菌效果較差,抗菌劑利用不充分,使用成本增加�？咕噶７ǖ暮诵募夹g(shù)是抗菌母粒的研制。抗菌母粒是抗菌劑分散在載體樹脂中的高度濃縮體,含抗菌劑量10%～40%。抗菌母粒與塑料一起加工,或與塑料一起再次共混分散,有利于抗菌劑的分散和抗菌作用的發(fā)揮,是目前已普遍接受和廣為應(yīng)用的技術(shù)途徑,合理的抗菌母粒設(shè)計(jì)和使用,可大大節(jié)約抗菌劑使用成本。在制品成型階段加工抗菌塑料產(chǎn)品,主要目的是為了節(jié)約抗菌劑的用量,合理使用抗菌劑,控制成本。目前了解到的具體實(shí)施方案有兩種:一種是將超細(xì)的抗菌劑粒子制成噴霧液,噴涂在塑料模具表面,在塑料注塑成型時(shí)抗菌劑就進(jìn)入到塑料件的表面;另一種是將抗菌劑與塑料制成薄膜,然后將薄膜附在模具表面,在塑料成型時(shí)將抗菌塑料膜結(jié)合到制件表面。使用這種抗菌成型技術(shù),可以大大節(jié)約抗菌劑的用量,使用抗菌成型技太,可以大大節(jié)約抗菌劑的用量,但目前應(yīng)用還不普遍,主要原因是設(shè)備投資較大。
2.無機(jī)抗菌塑料是將無機(jī)抗菌劑添加到樹脂中去,依靠無機(jī)抗菌劑在樹脂中的遷移,在樹脂表面形成具有抗菌能力的表層,通過與被包裝物的接觸進(jìn)行殺菌。由于無機(jī)抗菌劑多為粉末狀,顆粒粒徑少,在加工過程中一般需要將這些顆粒均勻的分散到樹脂中才能得到理想的抗菌效果。因此,一般先將抗菌劑制成抗菌母料,再以所需比例與樹脂共混,另外還需要考慮抗菌劑與樹脂的相容性,所以需要對(duì)抗菌劑進(jìn)行預(yù)處理,添加偶聯(lián)劑、分散劑等。
實(shí)驗(yàn)表明,通過將銀系抗菌劑和ldpe樹脂的共混吹膜,對(duì)該薄膜進(jìn)行了基本性能的測試,結(jié)果表明添加銀系抗菌劑之后,該薄膜具有較好的抗菌性,只是薄膜的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率和透氧率略有下降。但是完全符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)及包裝薄膜的性能要求。
3.目前制取抗菌材料主要使用添加無機(jī)納米抗菌材料的方法,即在塑料原料中添加納米抗菌材料。全新的接觸型無機(jī)納米抗菌材料的抗菌原理有別于傳統(tǒng)的溶出型有機(jī)納米抗菌材料和光觸媒型無機(jī)納米抗菌材料。其滅菌機(jī)理是當(dāng)帶正電荷的抗菌成分接觸到帶負(fù)電荷的微生物細(xì)胞后,相互吸附,即有效地?fù)舸┘?xì)胞膜,使細(xì)胞蛋白質(zhì)變性,無法呼吸、代謝和繁殖,直至死亡,完成滅菌。此時(shí),抗菌成分并未做任何消耗,仍保持原有的抗菌能力,因此它的抗菌能力可長期有效。
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（苒兒）