大势所趋！抗菌塑料如何起到抗菌作用，在5G时代有何应用？

我们平时出去玩，公共场所卫生间方便时，总会遇到这种尴尬的情况：居然是马桶而不是蹲坑！即便是再干净的卫生间，也让人觉得心里略微不适：“这个马桶被那么多人坐过，能干净吗？”。

在当下疫情不容乐观时，公共卫生的安全更是尤为重要。除了及时消毒和清理卫生外，有没有别的办法能够更直接快速地解决问题呢？

答案是肯定的，作为材料人，自然从材料着手。马桶圈的材质可以采用添加抗菌剂的抗菌塑料，从细菌滋生的源头除菌。

你是不是心里起疑：这就能起到作用？

那就让小八来给大家讲讲每一个合格抗菌塑料的评估过程有多严格！

抗菌塑料的评估

抗菌塑料抗菌评估方式：在其表面培养金黄色葡萄球菌和大肠杆菌来测试。

抗菌和防霉有相同的地方，也有不同，抗菌塑料一般具有一定的防霉效果，所以通常未作明确区分。

国内外常见的抗菌测试标准中，通常以抗菌活性值或者抗菌率来表征抗菌性能，抗菌活性值R=2时，相当于抗菌率为99%，R=3时，相当于99.9%，一般认为抗菌率达到99%时具有较强的抗菌效果。

而防霉测试一般是让霉菌在28℃，RH（90±5）%条件下，培养28天，检测其生长面积来评估。

只有防霉要求达到0级或1级，才表示该塑料具有一定的防霉效果。抗菌塑料是具备抗菌功能的塑料，需要同时达到作为塑料使用时的性能要求和抗菌要求。

目前国内外抗菌塑料的检测标准主要有ASTM E 2149(2010)、ISO 22196(2007)、JIS Z2801(2006)、QB/T2591(2003)、JC/T939(2004)和GB21551.1(2008)。根据抗菌塑料的亲疏水性、形态结构和抗菌剂的类型，可运用不同的测试方法。

抗菌剂抗菌性实验的细菌培养照片

严格的评估流程保障了每种抗菌塑料的抗菌效果。那么抗菌塑料又是怎么起到抗菌作用的呢？谈到这个问题，我们首先要搞清楚细菌和病毒、霉菌，才能对抗菌塑料的功效有更深刻的理解。

抗菌剂可以抗什么？

抗菌剂是指能够在一定时间内，使某些微生物（细菌、真菌、酵母菌、藻类及病毒等）的生长或繁殖保持在必要水平以下的物质。抗菌剂一般分为无机抗菌剂，有机抗菌剂和天然抗菌剂。

病毒

病毒结构简单，繁殖方式也简单，所以常用的抗菌机理对它一般是没有作用的，比如抗菌常用的抗生素主要是破坏细菌的细胞壁，而病毒没有细胞壁，所以抗生素对病毒束手无策。

但银系抗菌剂具有广谱杀菌性，对一些病毒有一定的抑制作用。但目前尚未有报道银系抗菌剂对COVID-19新型冠状病毒有杀灭作用，只是根据原理猜测可能性。

虽然抗病毒和抗菌防霉并不是一回事儿，但是抗菌防霉材料的开发是很有必要的，因为细菌和霉菌在我们生活中非常常见，也会导致一些严重的疾病。

细菌

细菌是比病毒“相对高级”一些的原核生物，能独立生存。它以无性二分裂方式繁殖。而抗菌剂主要是通过阻断细菌繁殖而起作用，抗菌剂的主要分类及优缺点如下：

无机的银系抗菌剂具有广谱杀菌、安全性高、热稳定性好、不易产生耐药性等优点，已在医疗、卫浴、厨房、电器等领域得到了广泛的应用。其抗菌机理主要是使细菌细胞失活。

对人们来说，可能接触到致病性细菌的场所有马桶盖、冰箱、空气净化器等，这些领域采用抗菌材料是很有必要的。

霉菌

霉菌有的使食品转变为有毒物质，有的可在食品中产生毒素，即霉菌毒素。防霉剂也分为无机、有机和天然三大类，各自优缺点如下：

杀灭霉菌主要也是使细胞失活或者切断其传播途径，失去繁殖能力。一般温暖潮湿环境中的产品要具有防霉功能，比如空调蒸发器、排水管、冰箱密封条等。

那么，抗菌塑料又是如何生产出来的呢？

抗菌塑料的生产方法

直接添加混炼法

直接添加混炼法就是将抗菌剂添加到塑料原料中，通过物理手段使抗菌剂同其他材料充分混合后，直接进行成型加工，制备得到相应的抗菌塑料制品。

直接添加法操作简单，抗菌剂添加量也可以准确控制，缺点是抗菌剂在抗菌制品中总体分布虽然均匀，但抗菌剂在塑料基材中的分散性受材料、抗菌剂的相容性及加工工艺的限制，往往抗菌剂是以一定的团聚体分布在塑料基材中，分散性能差，因此相对抗菌性能较差。

抗菌剂母粒化法

为了避免直接添加法制备的抗菌制品中宏观均匀、微观分散性差的问题，可先将抗菌剂和基材树脂或和基材树脂有良好相容性的树脂通过双螺杆挤出机挤出制备成抗菌母粒，一般抗菌母粒中的抗菌剂浓度为抗菌制品中抗菌浓度的25倍或50倍，抗菌效果显著。

由于在制备母粒过程中抗菌剂和载体树脂经过了双螺杆的剪切和捏合，再通过成型过程的分散，母粒化抗菌剂在抗菌制品中的分散性较直接添加法要好得多，而且使用的抗菌母粒呈颗粒状，在成型操作中无粉尘飞扬，减少了生成过程的污染，使用过程不需要对抗菌剂进行表面处理，优化了抗菌塑料制品的生产工艺。

因此，先将抗菌剂母粒化再制备抗菌制品成为了目前抗菌制品主要的生产方法。

表面粘合法

表面粘合法是将抗菌剂喷洒在制品成型模具表面，注塑时抗菌剂黏附在制品表面形成抗菌制品，有时也使用添加了抗菌剂的薄膜或塑料薄片先安置在成型模具内，注塑时将薄膜或薄片黏附在制品表面形成抗菌制品。

这种方法可以降低抗菌剂的使用量，但是应用范围较窄，只能在有模具的塑料产品中使用。

层压法

层压法是先将抗菌剂和塑料制备成抗菌薄片，并将该薄片叠合在需要处理的塑料制品表面，在层压设备内热压成所需的抗菌制品，其优点在于可选择抗菌部位，提升抗菌有效面积。

后加工处理法

后加工处理法是在塑料制品制备完成后在塑料件表面进行处理，使其具备抗菌性能。目前采用的方法有表面喷镀法和真空溅射表面喷镀法，将抗菌剂附着于塑料产品表面，加工设备成本较高，不利于规模化应用。

抗菌通用塑料的主要品种

用于制造抗菌日用品的抗菌塑料，是具有抑菌或杀菌作用的新型功能高分子材料。这些材料包括PE、PP、PVC、ABS等，用抗菌功能塑料及其合金制成的塑料制品，具有自洁功能，用于特殊应用场景时，可减少消毒次数。

除结构型抗菌塑料本身就具有抗菌活性外，其他抗菌塑料大多是通过添加极少量的抗菌剂制成，属添加型抗菌功能塑料，其核心成分是抗菌剂。添加型抗菌功能塑料易于实现工业化生产，性价比可望被市场接受。

抗菌PE

抗菌PE通过添加抗菌母料引入抗菌组分，可赋予PE明显的抗菌活性。随着抗菌组分用量的增加，抑菌圈明显增大;与此相对应，试片/菌液接触仅6h的抗菌率，呈逐步上升的趋势;且抗菌率都在90%以上，满足了抗菌材料的要求。此外，PE的外观没有改变。

抗菌PP

通过添加抗菌母料引入抗菌组分后，PP均表现出明显的抗菌活性。随着样品/细菌接触时间的延长，抗菌率提高;当抗菌组分相同时，抗菌活性随着抗菌组分含量的增加而提高，接触时间短时抗菌率变化明显。

抗菌PVC

通过添加抗菌母粒引入抗菌组分后，PVC均可表现出明显的抗菌活性。随着抗菌母料用量的增加，抑菌圈有所增大，仅接触6h的抗菌率也大致呈上升趋势，且均大于90%。此外，抗菌PVC仍能保持其透明性。

抗菌ABS

在ABS中引入抗菌组分后，ABS表现出了明显的抗菌活性。其抗菌效果非常好，其6h、24h 的抗菌率都在98%以上。由此可见，复合抗菌组分的协同作用和偶联剂对提高ABS的抗菌性能的效果都非常明显。

抗菌材料在手机上的应用

电子产品上面粘附的细菌多到不敢想象。据英国研究人员检测发现，人们随身携带使用的手机、平板电脑、笔记本电脑上每平方厘米的细菌约有12万个，含量是男厕的18倍；而根据媒体报道，全球每年死亡人数约为5200万人，其中因微生物有关的疾病造成的死亡人数约占33%。

因为社会的发展，环境的恶化，这样的数据还在每年更新上升，在“超级细菌”出现的今天，5G时代的智能电子产品的抗菌显得极其重要。

抗菌保护膜

部分厂家将手机使用抗菌性需求转移到屏幕保护膜以及保护壳上，针对手机在使用过程中外部保护的一个抗菌功效，将银、铜等金属离子，置换进钢化玻璃或者涂覆在PET等树脂基材上。

抗菌保护壳

除了手机膜、手机保护壳更是频繁应用在手机表面，大部分手机保护壳PC/ABS、TPE/TPU、PS、硅胶等有机高分子针对抗菌性需求开发出相应的抗菌材料，采用在基体树脂中添加抗菌剂，制备出具有抗菌性能的塑胶粒子，从而制备出满足条件的抗菌保护壳。

在2020年消费电子展（CES）上，Speck推出的Presidio2系列iPhone保护壳，这种手机壳能够提供抗菌保护，以防止引起污点和气味的细菌。

抗菌屏幕

据了解，手机自身的抗菌性主要体现在外露部分的触摸玻璃盖板表面抗菌；康宁、肖特、科立视等厂家一直在探索功能性表面的处理，并研究如何通过抗菌表面减少病菌通过物体传播的可能。

目前大部分玻璃抗菌功能主要是利用银、铜、锌等金属（离子）的抗菌能力，通过物理吸附离子交换，将银、铜、锌等金属（或化合物）整合在盖板加工过程中固定在玻璃表面，这种抗菌性持久，能够有效减少玻璃表面的细菌量，也可防止真菌的传播。

除了抗菌玻璃，此外智能手机屏幕中的一种导电塑料PEDOT也可以实现抗菌效果，通过触摸控制电压的方式向屏幕反馈，诱导欺骗细菌生长和老死。

据行业人士介绍，抗菌玻璃技术相对成熟，不过由于抗菌性没有直观性的效果来表示，抗菌效果宣传比较难。抗菌测试需要通过培养细菌，然后来测试抑制细菌的中间10-20天的时间，没有直观的效果，因此厂家在关于手机自身配件上的抗菌性并没有作过多宣传。