无机纳米抗菌包装材料研究

1前言

聚乙烯（PE）作为通用树脂中产量最大、应用范围最广的品种，在包装领域中被广泛用作与内装物直接接触的材料。纳米粒子对PE材料抗菌性的优化研究，不仅对更好地维护产品质量，延长被包装物的货架期有着关键的作用，也为新型PE材料的开发与应用开拓了良好的前景。国内外学者在该领域的相关研究包括金属型PE/纳米抗菌包装材料[1]，光催化型PE/纳米抗菌包装材料以及PE/纳米抗菌包装材料安全性的研究[2-3]。然而，研究中仍存在一些问题。本文旨在进一步深入分析探讨PE/无机纳米抗菌包装材料研究存在的问题及其解决办法。

2无机纳米抗菌剂种类及其作用机理

2.1金属离子抗菌剂

金属离子抗菌剂主要包括纳米银，铜，锌粉和纳米多孔材料（如沸石、硅胶、活性炭、磷灰石、麦饭石等）载银，铜，锌抗菌剂。其杀菌机理为：带正电的金属离子与带负电的细菌细胞膜依靠库仑引力牢固结合，金属离子穿透细胞膜进入细胞内与菌体酶蛋白的巯基结合破坏细菌合成酶的活性，使细胞丧失分裂增殖能力而死亡，达到杀菌目的。

2.2光催化抗菌剂

光催化抗菌剂主要包括纳米TiO2，ZnO，CaO等。其杀菌机理为：在紫外光的照射下，光催化抗菌剂的电子会发生跃迁，形成高活性的电子-空穴对，空穴和电子与抗菌剂表面吸附的H2O和O2发生反应，形成活性羟基、超氧离子、过羟基和双氧水，这四种物质都可与生物大分子及核酸大分子反应，对生物细胞结构引起广泛的损伤性破坏。

3PE/无机纳米抗菌包装材料的研究进展

3.1金属型PE/纳米抗菌包装材料

金属型PE/无机纳米抗菌包装材料的研究热点是载银抗菌包装材料。日本开发的银沸石纳米抗菌母料和瑞士CIBA公司推出的CibaIrgaguardB5000银系纳米抗菌剂，经试验研究表明将其添加至PE制品中可起到良好的抗菌效果。国内李喜宏等将含银纳米材料与PE共混，经吹塑制成保鲜薄膜，该薄膜具有广谱抗菌，长效抗菌的特点。

3.2光催化型PE/纳米抗菌包装材料

光催化型PE/纳米抗菌包装材料的研究热点主要为纳米TiO2和纳米ZnO抗菌材料。Maneerat等研究发现涂布纳米TiO2的PE膜能减缓果蔬贮存过程中的褐变及青霉菌引起的腐烂。付国柱研究表明加入纳米TiO2的PE薄膜，具有抗菌广谱、长效、安全稳定等性能，且锐钛型TiO2的抗菌性能明显优于金红石型TiO2。刘慧玲等用溶胶-凝胶法制备纳米LDPE/纳米TiO2薄膜，测得当抗菌粉体的添加量为3.0%时，薄膜抗菌率达到99.99%。项素云等研究表明纳米ZnO可赋予PE材料优越的抗菌性能，并且在不同光照条件下对材料的抗菌性能进行测定，证明了纳米ZnO的抗菌机理是离子溶出机理和光照氧化机理的共同作用的结果。

3.3PE/无机纳米抗菌包装材料的安全性

当前关于纳米抗菌材料健康危险度评价的信息很缺乏，仅美国环保局于2003年正式提出纳米颗粒或纳米材料对人类健康和环境存在潜在影响。国内周玲对PE/Ag2O纳米包装的使用安全性进行了评价，结果显示复合包装袋上负载的纳米银较稳定，具有较好的使用安全性。黄延敏[4]对PE/纳米材料迁移试验的研究结果表明，现行的通用扩散系数模型不适用于纳米材料的安全评价，需要完善现有的理论模型来适应纳米材料的研究。

4PE/无机纳米抗菌包装材料研究存在的问题与解决办法

PE/无机纳米抗菌包装材料的研究已成为塑料包装领域的一个研究热点，也是PE材料改性研究的一个重要发展方向。由于起步时间，研究条件等限制，我国此方面的发展水平与国际水平存在较大差距。结合目前的研究情况，我国PE/无机纳米抗菌包装材料的研究应针对以下几个问题进行深入探讨。

4.1纳米抗菌剂稳定性与分散性的问题

纳米抗菌剂自身的强催化活性导致其容易发生化学反应，如银离子易发生氧化还原反应而变色，这不仅会降低材料的抗菌性，还将导致PE材料外观产生变化。同时纳米抗菌剂极高的表面能导致生产时易出现团聚体，影响材料的各项性能，也制约了PE/无机纳米抗菌包装材料的产业化。因此，应对纳米抗菌剂的理化性质更深入的研究，并不断对制备方法进行优化改进，以研制出适合工业化生产的高稳定性PE/无机纳米抗菌包装材料。

4.2材料安全性的问题

国内关于纳米抗菌包装材料安全性评价的研究较少，尚未建立成熟的分析方法和相对完善的评价标准。抗菌剂迁移特性的定量研究还不多见。国内关于抗菌包装安全性方面的相关法规和标准也比较缺乏。因此加快相关分析方法体系的建立，督促标准的颁发和法规的制定对纳米抗菌包装材料的研发意义重大。

4.3抗菌功能的多样化的问题

目前PE/无机纳米抗菌包装材料的抗菌方式较为单一，研究集多种抗菌方式于一身的功能型抗菌材料，可充分发挥各种抗菌方式的优点，进一步提高和完善抗菌材料的性能。

4.4材料低成本多功能化的问题

纳米抗菌剂赋予PE材料良好的杀菌功能，同时也将对材料的其他包装功能造成影响。如改善力学性能，但降低材料透明度和热封强度，而对印刷适性的影响研究目前还处于相对空白状态。同时纳米抗菌剂较高的成本也制约了其更大范围的应用。探索各项性能最优平衡点及成本与技术最佳结合点是PE/纳米抗菌包装材料未来重要的研究方向。

5结语

PE/无机纳米抗菌材料在广谱与长效抗菌方面具有独特的优越性，在包装领域具有较大的应用空间和较好的发展前景。随着理论研究的深入和技术水平的提高，PE/无机纳米抗菌材料的各项功能将不断完善。政府也应加大对纳米抗菌材料的研究投入，出台相关法律法规，以加快PE/无机纳米抗菌包装材料规范化和产业化的进程。

作者：李晓敏 史堡匀 单位：大连工业大学