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的顆粒或晶體與其他包裝材料複合或添加製成的具有納米級結構單元的納米複合包裝材料。納米抗菌材料是一類具備抑菌性能的新型材料,由於材料本身賦予抗菌性,可以使微生物包括細菌、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。用抗菌材料製成的各種製品,具有衛生自潔功能,可有效避免細菌的傳播。納米結構可能成為技術改進的基礎,一旦能夠控製材料的臨界尺寸,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化,直至超過我們認為可能達到的程度。正如我們研究的對象納米無機抗菌劑可耐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,食物豐富的營養成分在高溫的包裝內部環境下就成為微生物滋生繁殖的營養源。因此,具有抗菌保鮮功能的食品包裝材料的研製就顯得非常重要。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。抗菌材料的製作一般是將抗菌劑以適當的方式添加到基材中或塗覆在基材表麵,因此可以說,抗菌材料的優劣最終取決於抗菌劑的研製。
雖然抗菌劑的品種繁多,應用較廣,但日常使用的消毒劑隻能產生短期效應,且有害人體健康,因此新型抗菌材料的開發從未停止。對抗菌劑的要求不僅要無毒無害和長效性外,同時具有健康功能也是一個重要的發展趨勢。
抗菌材料分為有機抗菌材料、無機抗菌材料和天然抗菌材料。有機抗菌材料對環境和人體有害且作用壽命短,使用溫度低於300℃;無機抗菌劑克服了上述缺點。
包裝是最大的塑料製品使用行業。抗菌包裝物對於食品保質、防止外來汙染非常有用。日本從1996年發生全國性的o-157大腸杆菌汙染引起食物中毒事件以後,抗菌材料應用發展很快,其中有一大應用是食品包裝。食品包裝物必須嚴格按照食品衛生包裝物的要求來檢驗和判定。
果蔬采摘後包裝是保持和提高果蔬價值的重要環節,需要運用綜合調節技術延長果蔬貯存期,以滿足果蔬貯藏、長途運輸等需求。其中,應用抗菌材料和抗菌技術可防止黴毒等微生物對果蔬的侵害,獲得較好的保鮮效果。某些產品的抗菌防黴包裝也具有非常良好的經濟和社會效益,如出口服裝、光學器材等。
在抗菌材料的實際應用過程中,應根據材料的用途和加工方法等要求,對抗菌劑進行必要的選擇,主要考慮的因素有:抗菌效果主要是由mic值(阻礙細菌繁殖的抗菌劑的最小濃度)體現出來的,mic值越小證明抗菌效果越好。對於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麵的抗菌劑來實現的,因此,添加量一般要高於其mic值。
不同的抗菌劑對於不同的細菌具有不同的抗菌能力,也就是說抗菌劑隻對特定的細菌表現出抗菌性,在選擇抗菌劑的時候應考慮抗菌劑的抗菌範圍,抗菌範圍當然越廣越好。但是達不到時也可以對幾種不同的抗菌劑進行複配,以期達到理想的抗菌範圍。
作為食品包裝材料,抗菌劑的選用一定要對人體無害,應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,有機抗菌劑的使用就具有很大的局限性,而無機抗菌劑和天然抗菌劑則因其安全性而成為應用的熱點。
二、納米抗菌材料在包裝行業的應用
(一)納米無機抗菌塑料
抗菌材料應用於包裝行業主要是抗菌塑料,其使用形式有薄膜、中空容器以及周轉箱等。有機抗菌劑因其安全性問題,使其在包裝行業的應用受到了限製,而天然抗菌劑則以高效安全備受人們的關注。
1.抗菌劑應用於塑料製品可以通過以下三種途徑:①將抗菌劑直接與塑料混合,分散在塑料中製成抗菌塑料;②將抗菌母粒與塑料摻混加工;③在製品成型工藝中將抗菌劑嵌入塑料表麵。抗菌劑直接添加法工藝簡單,但抗菌劑在塑料中分散較差,抗菌劑顆粒容易團聚,抗菌效果較差,抗菌劑利用不充分,使用成本增加。抗菌母粒法的核心技術是抗菌母粒的研製。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,有利於抗菌劑的分散和抗菌作用的發揮,是目前已普遍接受和廣為應用的技術途徑,合理的抗菌母粒設計和使用,可大大節約抗菌劑使用成本。在製品成型階段加工抗菌塑料產品,主要目的是為了節約抗菌劑的用量,合理使用抗菌劑,控製成本。目前了解到的具體實施方案有兩種:一種是將超細的抗菌劑粒子製成噴霧液,噴塗在塑料模具表麵,在塑料注塑成型時抗菌劑就進入到塑料件的表麵;另一種是將抗菌劑與塑料製成薄膜,然後將薄膜附在模具表麵,在塑料成型時將抗菌塑料膜結合到製件表麵。使用這種抗菌成型技術,可以大大節約抗菌劑的用量,使用抗菌成型技太,可以大大節約抗菌劑的用量,但目前應用還不普遍,主要原因是設備投資較大。
2.無機抗菌塑料是將無機抗菌劑添加到樹脂中去,依靠無機抗菌劑在樹脂中的遷移,在樹脂表麵形成具有抗菌能力的表層,通過與被包裝物的接觸進行殺菌。由於無機抗菌劑多為粉末狀,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,一般先將抗菌劑製成抗菌母料,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,所以需要對抗菌劑進行預處理,添加偶聯劑、分散劑等。
實驗表明,通過將銀係抗菌劑和ldpe樹脂的共混吹膜,對該薄膜進行了基本性能的測試,結果表明添加銀係抗菌劑之後,該薄膜具有較好的抗菌性,隻是薄膜的拉伸強度、斷裂伸長率和透氧率略有下降。但是完全符合生產標準及包裝薄膜的性能要求。
3.目前製取抗菌材料主要使用添加無機納米抗菌材料的方法,即在塑料原料中添加納米抗菌材料。全新的接觸型無機納米抗菌材料的抗菌原理有別於傳統的溶出型有機納米抗菌材料和光觸媒型無機納米抗菌材料。其滅菌機理是當帶正電荷的抗菌成分接觸到帶負電荷的微生物細胞後,相互吸附,即有效地擊穿細胞膜,使細胞蛋白質變性,無法呼吸、代謝和繁殖,直至死亡,完成滅菌。此時,抗菌成分並未做任何消耗,仍保持原有的抗菌能力,因此它的抗菌能力可長期有效。
（來源：慧聰網）
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