納米氧化鋅抗菌塑料性能研究

盧焱林（汕頭市彩虹塑料纖維母粒廠，廣東汕頭515000）

納米氧化鋅抗菌塑料性能研究

盧焱林（汕頭市彩虹塑料纖維母粒廠，廣東汕頭515000）

本文以聚丙烯為載體，制備了以納米氧化鋅為抗菌劑的抗菌塑料，并以力學(xué)性能測(cè)試儀，XRD和SEM等對(duì)其機(jī)械性能，結(jié)晶性能，相容性進(jìn)行了測(cè)試，同時(shí)測(cè)試其對(duì)金黃葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌能力。測(cè)試結(jié)果表明：納米氧化鋅作為抗菌劑有較好的抗菌能力，機(jī)械性能稍有提高，結(jié)晶度略微下降。

抗菌塑料；納米氧化鋅；性能

生活中，人們不可避免地要接觸到各種各樣的細(xì)菌、真菌，病毒等微生物。其中各種有害微生物的傳播和蔓延嚴(yán)重威脅著人類的健康。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界1995年死亡5200萬人，其中因微生物傳染引起的死亡為1700萬人，約占1/3。20世紀(jì)80年代初，國(guó)外開始進(jìn)行抗菌材料的研究。歐美主要研究有機(jī)抗菌劑，到目前為止主要應(yīng)用于普通日用品和玩具中；日本在抗菌領(lǐng)域中的材料制備和應(yīng)用性能研究是最為發(fā)達(dá)和成熟的，主要集中研究銀系無機(jī)抗菌劑，其進(jìn)展速度飛快。在抗菌材料所用的抗菌劑中，銀系抗菌劑占著十分重要的位置。但是由于銀系抗菌劑本身存在容易變色，銀離子溶出帶來安全問題等一些缺點(diǎn)，同時(shí)價(jià)格比較昂貴，這使它的應(yīng)用受到一定的限制。因此，本文應(yīng)用氧化鋅作為抗菌劑（無色無毒穩(wěn)定便宜），研究其和聚丙稀混合制成的抗菌塑料的抗菌性能、機(jī)械性能、結(jié)晶性能等。［1］［2］

1.實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料

聚丙烯：牌號(hào)HI1500，韓國(guó)現(xiàn)代石油化工公司，注塑級(jí)，熔體流動(dòng)速率12，密度0.9g/cm3。抗菌劑（納米氧化鋅）：市購(gòu)。

1.2 主要設(shè)備

40型雙螺桿擠出機(jī)，南京鼎天機(jī)械制造有限責(zé)任公司；HDE 48注塑機(jī)，寧波市海達(dá)塑料機(jī)械有限公司；H10K-S力學(xué)性能測(cè)試儀，Hounsfield試驗(yàn)設(shè)備有限公司；JSM-6360LA掃描電鏡，日本電子株式會(huì)社；D8 ADVANCE X射線衍射儀，Bruker公司。

1.3 試樣制備

將納米氧化鋅分別按0份，1份，2份，3份的比例添加到聚丙烯中，經(jīng)高速混合機(jī)混合3分鐘，然后用雙螺桿擠出機(jī)造粒，加工溫度100℃，180℃，190℃，190℃，190℃，190℃，180℃，轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)。制備得樣品分別為PP，PPZ01，PPZ02，PPZ03。最后再把樣品用注塑機(jī)制成測(cè)試樣條。

1.4 性能測(cè)試

1.4.1 抗菌性能測(cè)試

將納米氧化鋅抗菌PP制成測(cè)試樣品后，委托廣東省微生物分析檢測(cè)中心檢測(cè)，測(cè)試菌種為大腸桿菌和金黃葡萄球菌。

1.4.2 相容性測(cè)試

使用日本電子株式會(huì)社的JSM-6360LA掃描電鏡對(duì)沖斷樣條的斷口進(jìn)行觀察。

1.4.3 結(jié)晶分析

使用bruker公司的D8 ADVANCEX射線衍射儀進(jìn)行結(jié)晶分析。

1.4.4 機(jī)械性能測(cè)試

按GB/T 16421-93塑料拉伸性能小試樣試驗(yàn)方法，用力學(xué)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸力學(xué)性能測(cè)試。

2.結(jié)果與討論

2.1 抗菌性能測(cè)試

納米氧化鋅的抗菌性能測(cè)試結(jié)果如下

表1 PPZ02抗菌測(cè)試結(jié)果

從表1可以看出，納米氧化鋅的抗菌效果十分明顯，這說明在PP中添加納米氧化鋅作為抗菌劑是可行的，具體添加比例可再進(jìn)行試驗(yàn)確定優(yōu)化。

2.2 相容性測(cè)試

圖1 納米氧化鋅抗菌塑料的沖斷界面掃描電鏡照片（放大1000倍和5000倍）

圖2 各樣品的X射線衍射圖譜

可以看出，純PP的斷面不是很平整，有比較明顯的屈服拉伸韌性斷裂現(xiàn)象，而添加納米氧化鋅后，斷面比較平整，屈服現(xiàn)象不明顯，呈現(xiàn)一定的脆性斷裂。從5000倍的照片來看，ZnO

六次甲基四胺是極弱的有機(jī)堿，它的存在使等當(dāng)點(diǎn)時(shí)溶液呈微堿性。又由于它是可逆反應(yīng)，在酸性溶液中不能定量地完成。但是當(dāng)氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定時(shí)反應(yīng)都能進(jìn)行到底。如以甲醛法測(cè)定硝酸銨為例，總反應(yīng)方程式為：

5.2 甲醇影響機(jī)理

在酸的催化下，醛能與一分子醇加成，生成半縮醛，半縮醛不穩(wěn)定，可與另一分子醇進(jìn)一步縮合生成縮醛。在含甲醇的甲醛溶液中含有一定量的縮醛和半縮醛。

（3）、（4）是可逆反應(yīng)，由于該反應(yīng)的存在降低了測(cè)定溶液中甲醛的濃度和活性，使甲醛與銨鹽的反應(yīng)速度減慢且不完全。在用氫氧化鈉標(biāo)液滴定時(shí)，H+被中和，化學(xué)平衡被打破，（1）、（2）反應(yīng)向右進(jìn)行，甲醛繼續(xù)與銨鹽作用；隨溶液中甲醛濃度降低，（3）、（4）反應(yīng)向左進(jìn)行，縮醛、半縮醛水解出更多的甲醛再與銨鹽反應(yīng)。接近滴定終點(diǎn)時(shí)，參與正向主反應(yīng)和逆向副反應(yīng)的物質(zhì)濃度越來越低，反應(yīng)速度變慢，同時(shí)因被滴定液逐步接近于微堿性，副反應(yīng)趨于穩(wěn)定，釋放出來的甲醛更少，主反應(yīng)難以加速，從而出現(xiàn)假終點(diǎn)并使測(cè)定結(jié)果偏低。

6.結(jié)語

通過以上實(shí)驗(yàn)，分析，可以判斷使用甲醛法測(cè)定硝酸銨產(chǎn)品時(shí)，影響測(cè)定結(jié)果偏低的原因，并得出了解決方法，即可以用蒸餾分離法脫除甲醛試劑中的甲醇，以消除此影響因素，但在實(shí)際工作中應(yīng)用此方法繁瑣，不能快速的得到檢驗(yàn)結(jié)果，在工廠品控流程化檢驗(yàn)過程中較難實(shí)現(xiàn)。最直接的解決辦法就是控制所用甲醛試劑的質(zhì)量，使用不含甲醇雜質(zhì)的甲醛試劑，并在測(cè)定時(shí)注意以下幾個(gè)問題：

（1）使用多聚甲醛配制成25%甲醛溶液。一定要控制甲醛含量。

（2）中和過的甲醛溶液與硝酸銨溶液混合后，靜置5分鐘后再用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至微紅pH=8.5為宜。

［1］武漢大學(xué).分析化學(xué).高等教育出版社.2000.

［2］胡哲生.尿素國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析方法學(xué)習(xí)班講義（第三講）.化工部化肥監(jiān)測(cè)中心.1982.

［3］劉守清.硝酸銨含氮量的滴定實(shí)驗(yàn)研究.鐵道師院學(xué)報(bào).1998.15卷4期.62-64.

［4］張志賢.有機(jī)官能團(tuán)定量分析.化學(xué)工業(yè)出版社.1990.215-216.

［5］GBT 3600-2000.肥料中氨態(tài)氮含量的測(cè)定甲醛法.

［6］徐壽昌.有機(jī)化學(xué).高等教育出版社.1993.

［7］武漢大學(xué).分析化學(xué).高等教育出版社.2000.的分散均勻，粒子與樹脂的結(jié)合緊密，沒有空洞出現(xiàn)，這說明ZnO與PP樹脂的相容性和分散性都比較好［3］。

2.3 結(jié)晶分析

表2 根據(jù)衍射圖譜計(jì)算的絕對(duì)結(jié)晶度（%）

從表中可以看出：純PP是以α晶型為主，含有少量β晶的多晶樣品。添加納米氧化鋅后則屬于α晶型。產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因尚需進(jìn)一步研究。而結(jié)晶度則隨這ZnO的加入而降低。這是由于納米ZnO在PP中起到類成核劑作用，結(jié)晶速度加快，同時(shí)對(duì)PP分子鏈段的有序排列形成阻礙，分子鏈運(yùn)動(dòng)空間減小，結(jié)晶度降低。

2.4 機(jī)械性能測(cè)試

表2 納米氧化鋅抗菌塑料機(jī)械性能測(cè)試結(jié)果

通常情況下無機(jī)填料與樹脂混合后會(huì)降低單位界面上樹脂的受力面積，特別在填料和樹脂相容性較差的情況下容易形成空洞脫離，所以填充樹脂的拉伸強(qiáng)度比純樹脂一般偏低［4］。從表2的測(cè)試數(shù)據(jù)來看，加入納米氧化鋅以后，屈服應(yīng)力/拉伸強(qiáng)度有了一定的提高，斷裂伸長(zhǎng)也有比較明顯的提高，斷裂應(yīng)力稍微降低一點(diǎn)。其中以添加2份納米氧化鋅的樣品的綜合性能最優(yōu)。綜合結(jié)晶分析和相容性分析，這表明了納米氧化鋅與PP的相互作用比較強(qiáng)，相容性較好，結(jié)晶速率較快，晶體粒徑減小，機(jī)械性能得到一定的改善。

3.結(jié)語

納米氧化鋅對(duì)塑料有良好的抗菌能力，加入納米氧化鋅以后會(huì)使聚丙烯的結(jié)晶度下降，拉伸強(qiáng)度和拉伸模量還有斷裂伸長(zhǎng)率都有一定的改善，綜合以上分析，這應(yīng)該是由于ZnO和PP的良好相容性和它的成核作用和阻礙作用多重影響的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

［1］王志東，康桂芝，抗菌塑料的開發(fā)應(yīng)用，聚氯乙烯，2001，（3）：43-47.

［2］季君暉，史維明，抗菌材料，化學(xué)工業(yè)出版社，2003年第一版.

［3］劉立敏，朱曉光，漆宗能，尼龍6/蒙脫土納米復(fù)合材料的等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)研究，高分子學(xué)報(bào)，1999.6，3，274-279.

［4］葉春民，唐功本，劉景江，氧化釹填充聚丙烯的等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)研究，高分子學(xué)報(bào)，1996.4，2，178-182.