石墨烯抗菌塑料在冰箱中的应用

冰箱作为一种家庭常用的电器，可以为肉类和蔬菜等食物提供恒定的低温状态，从而延长食物的储存时间。消费者在购买冰箱时除了关心冰箱的能耗等级、制冷保鲜功能和外观造型外，健康和安全问题逐渐成为人们关注的核心，尤其是此次新型冠状病毒的流行，使得更多的消费者对冰箱材料的抗菌需求更加凸显。

什么是抗菌塑料

抗菌塑料指的是塑料本身具有一定的抗菌功能，并且可以在一定的时间段内使依附在塑料上的细菌失去繁殖能力或失去活性，或最终将细菌杀灭。相比通常使用的化学或物理杀菌方法，抗菌塑料具有抗菌时效长和抗菌范围广的特点，在不影响材料使用性能情况下就可以实现抗菌功能。抗菌塑料通常是通过在塑料中添加抗菌剂的方法实现抗菌效果。

石墨烯抗菌材料的原理

物理切割作用

石墨烯的抗生特性与其独特的结构有关，石墨烯具有很大的面厚比，因而侧面具有机械切割与穿刺作用，接触到石墨烯表面的细菌将失去其完整性，细胞内容物发生泄漏从而导致细胞崩溃与凋亡，这是当前石墨烯无抗药性杀菌最基础的机制之一。

吸附包覆作用

石墨烯拥有较大的比表面积，其中氧化石墨烯的表面存在大量含氧基团，能够以胶体状态存在液相中，还易于通过改性呈现出官能团多样性与可设计性。基于这些特性，石墨烯材料在与生物细胞相遇时，会通过氢键、静电力以及氧化还原反应等多种方式相互结合，表现出很强的的亲和力。在相互作用的同时，GO会诱导脂双分子层的破裂并形成纳米复合结构。

氧化应激作用

在同细菌接触过程中，石墨烯表面缺陷和尖锐的边缘结构均会诱导细菌产生活性氧成分，尤其是氧化石墨烯的高氧化电位会导致其产生大量的活性氧，从而导致其正常生理代谢紊乱，造成细菌死亡。

竞争性吸附

石墨烯可方便地进行表面改性，引入大量阴离子基团（如羧基、磺酸基），这种仿生结构类似硫酸乙酰肝素，本身大比表面积的特点又可大幅提高其竞争性吸附的效率。研究表明，这种带有负电的仿生结构可通过固定、捕集方式实现对细菌传播的预防与抑制。同样，使用核酸适配体对氧化石墨烯进行改性也可获得特异的结合作用。因此，石墨烯阴离子改性复合物不仅具有竞争性吸附结构，还可通过其大比表面积强化竞争吸附效果，同时通过仿生结构可进一步改善其对细胞的相容性，成为优良的抑菌产品。

抗菌塑料在冰箱中的应用

冰箱中塑料部件占整个冰箱使用材料的50%以上，冰箱中塑塑料部件的材质有很多，如ABS、HIPS、PP、改性PP或PVC等。根据部件材质和使用需求的不同，需要开发不同的抗菌塑料，通过注塑或挤塑等加工方式实现应用。目前冰箱具备抗菌功能的塑料件还很少，因此抗菌塑料在冰箱上具有广阔的应用前景。

抗菌塑料在冰箱中的应用

抗菌效果实验对比

通过母粒化法制备抗菌母粒，通过在塑料基材中添加不同比例的抗菌母粒验证抗菌效果。按照《GB21551.2-2010家用和类似用途电器的抗菌除菌净化功能抗菌材料的特殊要求》中附录A贴膜法进行测试。

为保证抗菌测试结果的有效性和认可广泛性，以及抗菌实验的可重现性，抗菌测试选用的菌种为国标要求的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。

实验组与对照组菌落生长情况

通过对比测试可知，添加3%、4%、5%浓度的抗菌材料对金黄色葡萄球菌抗菌率分别为99.2%、100%、100%，以贴膜法判断，3%、4%、5%浓度的抗菌材料均有抗菌活性。

通过对比测试可知，添加3%、4%、5%浓度的抗菌材料对大肠杆菌抗菌率分别为99.5%、99.9%、99.9%。以贴膜法判断，3%、4%、5%浓度的抗菌材料均有抗菌活性。

由深圳石墨烯研究院自主研发拥有自主知识产权的石墨烯抗菌防霉改性PP做到了抗菌防霉效果，并通过了广东微生物分析检测中心的防霉等级检测，检测效果为0级。

0级：放在表面的孢子不长，即显微镜下（放大50倍）没有生长；
1级：微量生产，肉眼可见生长，但生长覆盖面积小于10%（有防霉作用）；
2级：霉菌生长覆盖面积不小于10%，不大于25%；
3级：占孢子霉菌生产面积的25%以上

广微测检测报告

将抗菌塑料代替普通塑料应用在冰箱产品的塑料部件中，使冰箱产品本身具有抗菌功能，不仅能满足消费者对冰箱产品的健康和安全需求，也是冰箱产品创新亮点。目前冰箱应用抗菌功能的塑料件还很少，因此抗菌塑料在冰箱上具有广阔的应用前景。如何推动抗菌塑料的健康开发和规范化应用，需要制定相关技术标准规范，继而推动抗菌塑料健康发展。