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)性能測試儀，XRD和SEM等對其機械性能，結(jié)晶性能，相容性進行了測試，同時測試其對金黃葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌能力。測試結(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重威脅著人類的健康。據(jù)統(tǒng)計，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80年代初，國外開始進行抗菌材料的研究。歐美主要研究有機抗菌劑，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)達和成熟的，主要集中研究銀系無機抗菌劑，其進展速度飛快。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，同時價格比較昂貴，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、機械性能、結(jié)晶性能等。［1］［2］

1.實驗部分

1.1 材料

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

1.2 主要設(shè)備

40型雙螺桿擠出機，南京鼎天機械制造有限責(zé)任公司；HDE 48注塑機，寧波市海達塑料機械有限公司；H10K-S力學(xué)性能測試儀，Hounsfield試驗設(shè)備有限公司；JSM-6360LA掃描電鏡，日本電子株式會社；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)高速混合機混合3分鐘，然后用雙螺桿擠出機造粒，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制成測試樣條。

1.4 性能測試

1.4.1 抗菌性能測試

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

1.4.2 相容性測試

使用日本電子株式會社的JSM-6360LA掃描電鏡對沖斷樣條的斷口進行觀察。

1.4.3 結(jié)晶分析

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

1.4.4 機械性能測試

按GB/T 16421-93塑料拉伸性能小試樣試驗方法，用力學(xué)試驗機進行拉伸力學(xué)性能測試。

2.結(jié)果與討論

2.1 抗菌性能測試

納米氧化鋅的抗菌性能測試結(jié)果如下

表1 PPZ02抗菌測試結(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行試驗確定優(yōu)化。

2.2 相容性測試

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堿，它的存在使等當(dāng)點時溶液呈微堿性。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)氫氧化鈉標準溶液滴定時反應(yīng)都能進行到底。如以甲醛法測定硝酸銨為例，總反應(yīng)方程式為：

5.2 甲醇影響機理

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。在用氫氧化鈉標液滴定時，H+被中和，化學(xué)平衡被打破，（1）、（2）反應(yīng)向右進行，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)。接近滴定終點時，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)假終點并使測定結(jié)果偏低。

6.結(jié)語

通過以上實驗，分析，可以判斷使用甲醛法測定硝酸銨產(chǎn)品時，影響測定結(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，但在實際工作中應(yīng)用此方法繁瑣，不能快速的得到檢驗結(jié)果，在工廠品控流程化檢驗過程中較難實現(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，并在測定時注意以下幾個問題：

（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準溶液滴定至微紅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.尿素國家標準分析方法學(xué)習(xí)班講義（第三講）.化工部化肥監(jiān)測中心.1982.

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

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

［5］GBT 3600-2000.肥料中氨態(tài)氮含量的測定甲醛法.

［6］徐壽昌.有機化學(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)衍射圖譜計算的絕對結(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，同時對PP分子鏈段的有序排列形成阻礙，分子鏈運動空間減小，結(jié)晶度降低。

2.4 機械性能測試

表2 納米氧化鋅抗菌塑料機械性能測試結(jié)果

通常情況下無機填料與樹脂混合后會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度比純樹脂一般偏低［4］。從表2的測試數(shù)據(jù)來看，加入納米氧化鋅以后，屈服應(yīng)力/拉伸強度有了一定的提高，斷裂伸長也有比較明顯的提高，斷裂應(yīng)力稍微降低一點。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，相容性較好，結(jié)晶速率較快，晶體粒徑減小，機械性能得到一定的改善。

3.結(jié)語

納米氧化鋅對塑料有良好的抗菌能力，加入納米氧化鋅以后會使聚丙烯的結(jié)晶度下降，拉伸強度和拉伸模量還有斷裂伸長率都有一定的改善，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：

［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)晶動力學(xué)研究，高分子學(xué)報，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)晶動力學(xué)研究，高分子學(xué)報，1996.4，2，178-182.