纳米氧化锌抗菌塑料性能研究

2015-10-31卢焱林汕头市彩虹塑料纤维母粒厂广东汕头515000

化工管理 2015年6期

卢焱林（汕头市彩虹塑料纤维母粒厂，广东汕头515000）

纳米氧化锌抗菌塑料性能研究

卢焱林（汕头市彩虹塑料纤维母粒厂，广东汕头515000）

本文以聚丙烯为载体，制备了以纳米氧化锌为抗菌剂的抗菌塑料，并以力学性能测试仪，XRD和SEM等对其机械性能，结晶性能，相容性进行了测试，同时测试其对金黄葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌能力。测试结果表明：纳米氧化锌作为抗菌剂有较好的抗菌能力，机械性能稍有提高，结晶度略微下降。

抗菌塑料；纳米氧化锌；性能

生活中，人们不可避免地要接触到各种各样的细菌、真菌，病毒等微生物。其中各种有害微生物的传播和蔓延严重威胁着人类的健康。据统计，全世界1995年死亡5200万人，其中因微生物传染引起的死亡为1700万人，约占1/3。20世纪80年代初，国外开始进行抗菌材料的研究。欧美主要研究有机抗菌剂，到目前为止主要应用于普通日用品和玩具中；日本在抗菌领域中的材料制备和应用性能研究是最为发达和成熟的，主要集中研究银系无机抗菌剂，其进展速度飞快。在抗菌材料所用的抗菌剂中，银系抗菌剂占着十分重要的位置。但是由于银系抗菌剂本身存在容易变色，银离子溶出带来安全问题等一些缺点，同时价格比较昂贵，这使它的应用受到一定的限制。因此，本文应用氧化锌作为抗菌剂（无色无毒稳定便宜），研究其和聚丙稀混合制成的抗菌塑料的抗菌性能、机械性能、结晶性能等。［1］［2］

1.实验部分

1.1 材料

聚丙烯：牌号HI1500，韩国现代石油化工公司，注塑级，熔体流动速率12，密度0.9g/cm3。抗菌剂（纳米氧化锌）：市购。

1.2 主要设备

40型双螺杆挤出机，南京鼎天机械制造有限责任公司；HDE 48注塑机，宁波市海达塑料机械有限公司；H10K-S力学性能测试仪，Hounsfield试验设备有限公司；JSM-6360LA扫描电镜，日本电子株式会社；D8 ADVANCE X射线衍射仪，Bruker公司。

1.3 试样制备

将纳米氧化锌分别按0份，1份，2份，3份的比例添加到聚丙烯中，经高速混合机混合3分钟，然后用双螺杆挤出机造粒，加工温度100℃，180℃，190℃，190℃，190℃，190℃，180℃，转速300转。制备得样品分别为PP，PPZ01，PPZ02，PPZ03。最后再把样品用注塑机制成测试样条。

1.4 性能测试

1.4.1 抗菌性能测试

将纳米氧化锌抗菌PP制成测试样品后，委托广东省微生物分析检测中心检测，测试菌种为大肠杆菌和金黄葡萄球菌。

1.4.2 相容性测试

使用日本电子株式会社的JSM-6360LA扫描电镜对冲断样条的断口进行观察。

1.4.3 结晶分析

使用bruker公司的D8 ADVANCEX射线衍射仪进行结晶分析。

1.4.4 机械性能测试

按GB/T 16421-93塑料拉伸性能小试样试验方法，用力学试验机进行拉伸力学性能测试。

2.结果与讨论

2.1 抗菌性能测试

纳米氧化锌的抗菌性能测试结果如下

表1 PPZ02抗菌测试结果

从表1可以看出，纳米氧化锌的抗菌效果十分明显，这说明在PP中添加纳米氧化锌作为抗菌剂是可行的，具体添加比例可再进行试验确定优化。

2.2 相容性测试

图1 纳米氧化锌抗菌塑料的冲断界面扫描电镜照片（放大1000倍和5000倍）

图2 各样品的X射线衍射图谱

可以看出，纯PP的断面不是很平整，有比较明显的屈服拉伸韧性断裂现象，而添加纳米氧化锌后，断面比较平整，屈服现象不明显，呈现一定的脆性断裂。从5000倍的照片来看，ZnO

六次甲基四胺是极弱的有机碱，它的存在使等当点时溶液呈微碱性。又由于它是可逆反应，在酸性溶液中不能定量地完成。但是当氢氧化钠标准溶液滴定时反应都能进行到底。如以甲醛法测定硝酸铵为例，总反应方程式为：

5.2 甲醇影响机理

在酸的催化下，醛能与一分子醇加成，生成半缩醛，半缩醛不稳定，可与另一分子醇进一步缩合生成缩醛。在含甲醇的甲醛溶液中含有一定量的缩醛和半缩醛。

（3）、（4）是可逆反应，由于该反应的存在降低了测定溶液中甲醛的浓度和活性，使甲醛与铵盐的反应速度减慢且不完全。在用氢氧化钠标液滴定时，H+被中和，化学平衡被打破，（1）、（2）反应向右进行，甲醛继续与铵盐作用；随溶液中甲醛浓度降低，（3）、（4）反应向左进行，缩醛、半缩醛水解出更多的甲醛再与铵盐反应。接近滴定终点时，参与正向主反应和逆向副反应的物质浓度越来越低，反应速度变慢，同时因被滴定液逐步接近于微碱性，副反应趋于稳定，释放出来的甲醛更少，主反应难以加速，从而出现假终点并使测定结果偏低。

6.结语

通过以上实验，分析，可以判断使用甲醛法测定硝酸铵产品时，影响测定结果偏低的原因，并得出了解决方法，即可以用蒸馏分离法脱除甲醛试剂中的甲醇，以消除此影响因素，但在实际工作中应用此方法繁琐，不能快速的得到检验结果，在工厂品控流程化检验过程中较难实现。最直接的解决办法就是控制所用甲醛试剂的质量，使用不含甲醇杂质的甲醛试剂，并在测定时注意以下几个问题：

（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）中和过的甲醛溶液与硝酸铵溶液混合后，静置5分钟后再用氢氧化钠标准溶液滴定至微红pH=8.5为宜。

［1］武汉大学.分析化学.高等教育出版社.2000.

［2］胡哲生.尿素国家标准分析方法学习班讲义（第三讲）.化工部化肥监测中心.1982.

［3］刘守清.硝酸铵含氮量的滴定实验研究.铁道师院学报.1998.15卷4期.62-64.

［4］张志贤.有机官能团定量分析.化学工业出版社.1990.215-216.

［5］GBT 3600-2000.肥料中氨态氮含量的测定甲醛法.

［6］徐寿昌.有机化学.高等教育出版社.1993.

［7］武汉大学.分析化学.高等教育出版社.2000.的分散均匀，粒子与树脂的结合紧密，没有空洞出现，这说明ZnO与PP树脂的相容性和分散性都比较好［3］。

2.3 结晶分析

表2 根据衍射图谱计算的绝对结晶度（%）

从表中可以看出：纯PP是以α晶型为主，含有少量β晶的多晶样品。添加纳米氧化锌后则属于α晶型。产生此现象的原因尚需进一步研究。而结晶度则随这ZnO的加入而降低。这是由于纳米ZnO在PP中起到类成核剂作用，结晶速度加快，同时对PP分子链段的有序排列形成阻碍，分子链运动空间减小，结晶度降低。

2.4 机械性能测试

表2 纳米氧化锌抗菌塑料机械性能测试结果

通常情况下无机填料与树脂混合后会降低单位界面上树脂的受力面积，特别在填料和树脂相容性较差的情况下容易形成空洞脱离，所以填充树脂的拉伸强度比纯树脂一般偏低［4］。从表2的测试数据来看，加入纳米氧化锌以后，屈服应力/拉伸强度有了一定的提高，断裂伸长也有比较明显的提高，断裂应力稍微降低一点。其中以添加2份纳米氧化锌的样品的综合性能最优。综合结晶分析和相容性分析，这表明了纳米氧化锌与PP的相互作用比较强，相容性较好，结晶速率较快，晶体粒径减小，机械性能得到一定的改善。