一、抗菌塑料概述

抗菌塑料是一类在使用环境中能对沾污在塑料表面上的细菌、霉菌、藻类甚至病毒等起抑制增殖或杀灭作用的塑料，通过抑制微生物的繁殖来保持自身清洁。

二、抗菌机理及抗菌剂种类

抗菌剂

多数抗菌材料是通过抗菌剂来实现的，主要分为有机抗菌剂与无机抗菌剂，用于塑料的抗菌剂还有少量天然抗菌剂和高分子抗菌剂。

抗菌剂类别	主要品种	优点	缺点
无机抗菌剂	银沸石、银活性炭、银硅胶、银玻璃珠、磷酸钛盐、银陶瓷等	耐热性好、抗菌谱广、有效抗菌期长、毒性低、不产生耐药性	银系抗菌剂易变色、制造困难、在塑料中使用工艺复杂
有机抗菌剂	季铵盐、酚醚类、苯酚类、有机金属类、砒啶类等	杀菌速度快、部分抗菌剂无毒、加工方便、颜色稳定	耐热性差、易在溶剂环境中析出、易生产耐药性、分解产物有毒
天然抗菌剂	壳聚糖、三梨酸等	抗菌效率高、安全无毒	加工困难、耐热性差
高分子抗菌剂	聚苯乙烯内酰胺、聚吡啶等	长效、广谱、安全无毒、颜色稳定好	运用范围不广

抗菌剂的作用机理有以下四种：

1.金属离子接触反应

银离子抗菌机理

金属离子带有正电荷，当微量金属离子接触到微生物的细胞膜时，与带负电荷的细胞膜发生库伦吸引，使两者牢固结合，金属离子穿透细胞膜进入细菌内与细菌体内蛋白质上的疏基、氨基等发生反应。细胞合成酶的活性中心与金属离子结合后，该蛋白质活性中心的结构被破坏，造成微生物死亡或丧失分裂增殖能力。例如：银离子与蛋白质疏基的结合破坏了微生物的电子传输系统、呼吸系统和物质传输系统。

2.催化激化机理

有些微量的金属元素，能起到催化活性中心的作用，如银、钛、锌。该活性中心能吸收环境的能量，如紫外线，激活空气和水中的氧，产生羟自由基（·OH）和活性阳离子(O2-)。它们能氧化或使细菌细胞中的蛋白质、不饱和脂肪酸等发生反应，破坏其正常结构，从而使其死亡或丧失繁殖的能力。

3.阳离子固定机理

细菌在中性条件下带负电荷，带负电荷的细菌会被抗菌材料上的阳离子所吸引，束缚细菌的自由活动，抑制其呼吸机能，即发生“接触死亡”。

4.细胞内容物、酶、蛋白质、核酸损坏机理

许多抗菌剂属于这个抗菌机理，如对细胞器的作用、对蛋白质和核酸等结构物质的作用，对酶体系的作用、对呼吸作用的影响、对有丝分裂的影响。

三、抗菌塑料的制备方法

抗菌剂在塑料中的分散性及与塑料的相容性是制备抗菌塑料的关键。抗菌塑料生产工艺复杂，不仅需要满足塑料本身应该具备的性能，同时还需具备抗菌功能，常用抗菌塑料制备方法有直接添加法、抗菌母粒法、表面黏合法、层压法和后加工处理法等。

1、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。

2、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。

图 抗菌母粒  图片来自晋大科技

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，抗菌剂母粒化然后制备抗菌制品成为了目前抗菌制品最主要的生产方法。

3、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。

4、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。

5、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。

四、电子烟上的应用

如今全球疫情流行未止，抗菌材料的应用早已成了热门话题，而电子烟作为与人体密切接触的电子产品，其卫生安全防护的重要性不言而喻。其中，烟嘴更是会直接和用户的嘴接触，长时间放置空气中，霉菌和细菌的滋生速度会很快，多次使用会不卫生，这也是一个用户痛点。

国内电子烟品牌飞喜FEIXI曾推出一款产品，在烟嘴上应用了FDA认证的银离子抗菌技术，可以有效抑制和杀灭有害物质，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌抗菌率达到99%。

理论上，电子烟的大部分材料都可以采用抗菌材料，比如抗菌不锈钢，抗菌喷漆涂层，抗菌塑料（PP、PC、PPSU、PEEK）、抗菌硅胶套等等。根据相关资料显示，在电子烟上面应用的还有抗菌负离子涂层、抗菌环氧树脂吸嘴/油杯、抗菌发泡PC/ABS外壳等方案。