銅系廣譜抗菌紙主要成分--
時(shí)間:2005-06-25
關(guān)鍵詞:
銅系 抗菌 主要 成分 來(lái)源：慧聰紙業(yè)商務(wù)網(wǎng)
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越重視日用品的舒適性和功能性。據(jù)1997年的CBS調(diào)查顯示，歐美國(guó)家已逐漸重視日用品的抗菌性，有52％的美國(guó)民眾購(gòu)買(mǎi)日用品時(shí)，會(huì)注意產(chǎn)品是否具有抗菌功能，因此抗菌紙的研究有著重要的意義和誘人的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)前景，尤其流通領(lǐng)域用紙、食品及藥品包裝用紙、餐巾紙及生活用紙等。
抗菌紙之所以具有抗菌效果是因?yàn)樵诳咕垉?nèi)含有抗菌劑?？咕鷦┓譃闊o(wú)機(jī)抗菌劑和有機(jī)抗茵劑。本研究主要采用的是銅系無(wú)機(jī)抗菌劑，將銅離子復(fù)合在聚丙烯腈(俗稱：腈綸)的第一單體丙烯腈上，制得改性腈綸復(fù)合纖維，然后再將改性腈綸配加到植物纖維中，配抄各種用途的紙，即可制得抗菌紙。
含銅化合物是一種常用的無(wú)機(jī)抗菌劑，其抗菌機(jī)理是銅離子阻礙電子傳遞系統(tǒng)，損傷細(xì)胞膜，因此，具有廣譜殺菌效果。銅系抗菌不是藥物抗菌，對(duì)細(xì)菌沒(méi)有“即殺性”特性，只有與抗菌劑接觸，才能抑殺細(xì)菌。因此抗菌紙只有“自潔作用”，不可能破壞自然界中微生物的平衡和人體自身的免疫功能，所以抗菌紙是安全的。由于復(fù)合有銅離子的改性腈綸纖維與植物纖維是均勻混合配抄成紙的，而且銅離子比較穩(wěn)定，所以其抗菌效果持續(xù)耐久。
1 實(shí) 驗(yàn)
1.1 合成抗菌劑 將CuS04、Na2S203、Na2S溶于適量的水中,按一定比例混合，然后將腈綸纖維加入，控制一定的反應(yīng)溫度，并不斷攪拌，使反應(yīng)均勻，至一定時(shí)間后，終止反應(yīng)，取出纖維，用清水洗凈。
1.2 銅離子含量的測(cè)定 取0.5g改性腈綸纖維，使用可調(diào)電爐灰化，然后在(575±25)℃灼燒1h，冷卻后用10mL硝酸處理殘?jiān)?，移?0mL容量瓶，再多次沖洗，洗液全部移人容量瓶，并稀釋至刻度。使用原子吸收分光光度計(jì)在324.7nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度，并與銅離子標(biāo)準(zhǔn)吸光度對(duì)照，以得到銅離子的濃度。
1.3 配抄抑菌紙 將改性腈綸纖維剪至2～3mm，按不同的比例配人木漿纖維中，共混分散，分別進(jìn)行施膠和未施膠的對(duì)比抄片，以檢測(cè)配加改性腈綸纖維對(duì)成紙物理性能的影響。
1.4 抗菌紙的抑菌性 分別配制適于細(xì)菌和霉菌生長(zhǎng)的牛肉湯蛋白胨和土豆培養(yǎng)基，經(jīng)滅菌后在試樣上分別接種大腸桿菌、米曲霉菌和天然雜菌，然后放入培養(yǎng)箱，在30～35℃培養(yǎng)，每隔24h觀察微生物生長(zhǎng)情況，測(cè)量試樣未長(zhǎng)菌的面積，計(jì)算抑菌率：
抑菌率=試樣未長(zhǎng)菌的面積／試樣總面積
2 結(jié)果與討論
2.1 抗菌劑的合成
本研究采用CuS04、Na2S203、Na2S對(duì)腈綸進(jìn)行改性處理。腈綸是聚丙烯腈的俗稱，第一單體丙烯腈占85％以上，氰基(-CN)具有很好的化學(xué)活性，使-CN與過(guò)渡金屬一價(jià)的銅離子(Cu+)相配位，形成絡(luò)合物，并與活性硫(S2-)反應(yīng)，在纖維內(nèi)部及表面生成Cu9S5。Cu+有空的4s、4p軌道，雜化形成的sp和sp2或sp3軌道可以接受供電子性原子提供的孤對(duì)電子；而-CN基對(duì)Cu+具有很強(qiáng)的親和力，一旦形成絡(luò)合物，即可穩(wěn)定存在于溶液中?？咕鷦┲械你~，主要存在于Cu9S5中，主要價(jià)態(tài)為+1價(jià)，少量+2價(jià)銅亦可能存在于Cu9S5晶格點(diǎn)陣上。或存在于少量CuS結(jié)晶中。Cu9S5生成經(jīng)歷3個(gè)過(guò)程：①反應(yīng)液中的二價(jià)銅(Cu2+)被還原為一價(jià)銅(Cu+)；②一價(jià)銅(Cu+)與氰基(-CN)配位絡(luò)合，生成四氰化銅絡(luò)合物；③絡(luò)合物與溶液中的活性硫(S2-)反應(yīng)，生成具有復(fù)合價(jià)次的硫化銅。
為了探討最佳反應(yīng)條件，進(jìn)行了三因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)。
由極差分析可以看出，反應(yīng)時(shí)間對(duì)合成的影響最大，其次是溫度和濃度，最佳工藝條件為[A3B3C2]，即在70℃反應(yīng)70min，反應(yīng)藥液濃度為10g／L，則復(fù)合的銅離子濃度最高，達(dá)到2.193％。
2.2 抗菌紙的抑菌效果
商品木漿經(jīng)打漿后分別加入1％、2％、3％、4％、5％的抗菌劑，并進(jìn)行了天然菌、細(xì)菌(以大腸桿菌為代表)和霉菌(以米曲霉菌為代表)的抑菌實(shí)驗(yàn)，即先將商品木漿與改性腈綸混合分散，然后加入1％的松香膠，攪拌混合約30s，再加入2％的礬土溶液，混合后抄取手抄片，然后取樣作抑菌實(shí)驗(yàn)。
在植物纖維中只要配加抗菌劑就有明顯的抑菌效果，當(dāng)配入量達(dá)到2％時(shí)，其72h抑菌率仍超過(guò)90％。繼續(xù)增加抗菌劑的量，其抑菌效果雖然也逐漸提高，但考慮到成本，以采用2％的抗菌劑加入量為宜。
對(duì)比#4和#4'的抑菌效果，可以看到施膠操作對(duì)抑菌效果的影響不明顯。
2.3 抗菌紙的物理性能
為了考察抗菌劑的加入對(duì)抗菌紙物理性能的影響，取商品木漿，使用PFI打漿機(jī)將其打漿度由13°SR提高到28°SR，按不同的配比加入抗菌劑，然后檢測(cè)其物理指標(biāo)。
隨著抗菌劑用量的增加，紙的白度逐漸下降，裂斷長(zhǎng)也逐漸降低，而撕裂指數(shù)和耐破指數(shù)逐漸上升。這是由于配加的抗菌劑為改性腈綸，纖維長(zhǎng)度為2～3mm，長(zhǎng)于木漿的纖維，所以使撕裂指數(shù)和耐破指數(shù)有所上升，而腈綸纖維經(jīng)過(guò)打漿不能分絲帚化，所以裂斷長(zhǎng)有所下降。由于經(jīng)過(guò)改性的腈綸纖維呈藍(lán)綠色，固而使紙的白度下降幅度較大。加入2％抗菌 劑的試樣與原紙相比，白度下降了13.2％，裂斷長(zhǎng)降低了7.6％，撕裂指數(shù)和耐破指數(shù)分別上升了27.5％和45.1％。
對(duì)比#4和#4'，可以看出成紙是否經(jīng)過(guò)施膠處理對(duì)于物理指標(biāo)的影響并不大，但未經(jīng)施膠的紙有掉毛掉粉的現(xiàn)象，經(jīng)內(nèi)部施膠處理，可改善成紙的表面強(qiáng)度。
3 結(jié) 論
3.1 使用CuS04、Na2S203和Na2S對(duì)腈綸進(jìn)行改性的最佳工藝條件為(上述3者的比例為1:1:1時(shí))：藥液濃度10g/L，反應(yīng)溫度70℃，反應(yīng)時(shí)間70min，則復(fù)合的銅離子濃度最高，達(dá)到2.193％。
3.2 銅系抗菌紙的抑菌效果具有廣譜性，對(duì)大腸桿菌、米曲霉菌及天然雜菌均有良好的抑菌效果。
3.3 抗菌劑的加入量在2％時(shí)，其72h抑菌率即仍超過(guò)90％，綜合考慮抑菌效果和生產(chǎn)成本，選擇2％的抗菌劑比較適宜。
3.4 內(nèi)部施膠對(duì)抗菌紙的抑菌率和物理指標(biāo)影響不大，但可改善成紙的表面強(qiáng)度，減少掉毛掉粉現(xiàn)象。
3.5 隨著抗菌劑加入量的提高，成紙的白度下降，裂斷長(zhǎng)減少，而撕裂指數(shù)和耐破指數(shù)明顯升高。2％抗菌劑的配加量，使白度下降13.2％，裂斷長(zhǎng)降低7.6％，而撕裂指數(shù)增加27.5％，耐破指數(shù)提高45.1％。
