张 彬1 唐晓宁2 谢 刚2 王晓楠3(1·昆明理工大学理学院,昆明650093;2·昆明理工大学材料与冶金工程学院,昆明650093;3·辽宁鞍山市鞍钢化工总厂研化中心,鞍山114021)
作者简介:张彬(1975-),女,讲师,硕士,主要从事无机抗菌材料研究。
抗菌材料的发展正从有机[1]转向无机,目前发展较快且应用较广的是金属离子型无机抗菌剂。目前国内外商品化的金属离子型无机抗菌材料多选用Ag+[2]、Cu2+[3-4]和Zn2+[5-7]作为抗菌离子。其中Ag+的抗菌效果最好,但价格较高,且银离子在见光、受热条件下易变色;此外,Ag+易与水介质中的Cl-、HS-和S2-等发生反应,形成不溶于水的沉淀AgCl和Ag2S,从而失去抗菌活性。Cu2+和Zn2+的价格低廉,且不存在变色问题,但抗菌效果均比Ag+差。本研究选用Ag+离子作为抗菌离子,对其进行改性处理,以解决变色问题。并对样品进行应用研究。本方法采用白炭黑作为抗菌载体,通过溶胶-凝胶法制备,工艺简单,成本低。采用白炭黑作为抗菌载体制成抗菌剂的研究少见报道[8-11]。
1 实验部分
1.1 银型抗菌白炭黑的制备
将预热好的一部分水玻璃和碳酸氢钠注入内盛表面活性剂的恒温(90℃)反应器中,在500
r/min转速下进行第一步反应1h。待第一步反应结束后,调低转速,加入剩余的水玻璃,稍后加入剩余的碳酸氢钠进行第二步反应。调pH值到5·5~6·0,继续反应2h。加抗菌离子盐溶液(AgNO3水溶液)。控制温度在90℃左右,离子交换时间>3h。反应结束后趁热抽滤,并用去离子水洗涤,至样品中不含游离Ag+。称量滤液体积并保存以备离子检测用。滤饼送烘箱,在120℃下进行干燥,将烘干的样品研碎,过200目筛子,所得即为银型抗菌白炭黑粉末。
1.2 性能检测
1.2.1 抗菌离子含量的测定
用ICP(WLY100-1等离子型单道扫描光电直读光谱仪)测出滤液中抗菌离子的谱线、强度和浓度。利用测出的滤液中抗菌离子的浓度,运用差量法,计算出抗菌离子的吸收率,进一步计算出银型抗菌白炭黑中抗菌离子的含量。
1.2.2 抗菌性能检测(菌落计数法)
将1mL培养好的菌液(大肠杆菌)加入0·1mg银型抗菌白炭黑中,于振荡器中振荡0·5h。静置后,取上层清液,并使用0·85%的盐水稀释至所需倍数。取0·1mL稀释好的菌液,与15mL
40℃的琼脂培养基混和摇匀,加盖冷却至培养基凝固,将其倒置在培养箱中,于37℃下培养24h。即可用肉眼数出培养皿中大肠杆菌的菌落数,与空白实验做对比,计算出杀菌率。
1.3 应用
1.3.1 在橡胶中的应用
将原橡胶溶于120号汽油中,并添加银型抗菌白炭黑。待原橡胶凝结后,检测其各项指标以及抗菌性能,以确定抗菌剂在橡胶中的应用。
1.3.2 在金属镀件表面上的应用
将实验样品添加到镀液中,使镀液具有抗菌性,通过对镀件进行抗菌、耐腐蚀和耐磨实验来确定镀件的抗菌性能和机械性能。
(1)抗菌性:实验以大肠杆菌为菌种测试其抗菌性能,用菌落计数法算得镀件的抗菌性。
(2)耐蚀性:本实验用10%的FeC13溶液对添加了抗菌白炭黑的金属镀件进行点蚀试验(GB
4334.7-87),对其测试后表面进行观察,并计算其腐蚀率,从而了解镀件的耐蚀性[12]。
(3)耐磨性:用负载500g的硬制绘图橡皮擦拭镀件表面,检查其磨损情况[12]。
2 结果和讨论
2.1 最佳样品的确定
抗菌剂质量的优良与否可以利用其杀菌率来说明。本检测采用的细菌是大肠杆菌。通过对一系列样品进行抗菌实验,选用最佳的样品进行应用实验。不同样品(抗菌离子含量不同)杀菌率关系曲线如图1。
由图1可知,随着抗菌离子含量的增加,银型抗菌白炭黑的杀菌率不断提高。但是,当抗菌离子的含量达到一定的限度时,抗菌剂的杀菌率变化不再明显。当Ag+的含量为2·76%和3·25%时,杀菌率分别为99·88%和99·90%。因此,抗菌白炭黑中银离子的含量达到2·76%时为最佳。因此应用研究所用试样选用银离子含量为2·76%的样品。
2.2 银型抗菌白炭黑的应用初探
目前抗菌材料被广泛地应用于陶瓷、玻璃制品、塑料、橡胶、纤维、纸张、涂料等方面。由于白炭黑是最优良的橡胶补强剂,所以在橡胶中的应用将成为抗菌白炭黑应用的主要方面。本方法还探讨了抗菌白炭黑在金属镀件表面上的应用。
2.2.1 在橡胶中的应用
将一小块原橡胶溶于120号汽油中,并添加银型抗菌白炭黑1mg。待原橡胶凝结后,检测其各项指标以及抗菌性能。结果如表1和表2所示。
由表1,表2可知,橡胶的各项指标均符合国家要求,并具有很好的抗菌性。所以将银型抗菌白炭黑添加到橡胶中,会使得橡胶在具有其优良性能的同时又具有抗菌性。
2.2.2 在金属镀件表面上的应用
首先通过除油、除锈、清洗等工艺处理金属镀件,以得到洁净的表面。将银型抗菌白炭黑粉末添加到镀液中搅拌均匀并保持镀液在90℃,将处理过的镀件浸入镀液中60min。吹干镀件并做抗菌、耐腐蚀和耐磨实验,以检验其抗菌和机械性能。
(1)抗菌性能的检测:实验以大肠杆菌为菌种测试其抗菌性能。将镀件浸入稀释过的大肠杆菌菌液中,在37℃的恒温培养箱中培养24h,然后取出菌液,用菌落计数法算得镀件的抗菌性。
(2)耐腐蚀性能的检测:将添加了抗菌白炭黑的镀件浸泡于10%FeC13溶液中1h,称量镀件失重,计算其腐蚀率。
(3)耐磨性能的检测:用负载500 g的硬制绘图橡皮擦拭镀件表面100次,检查其磨损情况。其结果如表3所示。
由表3可知,在镀件表面附着抗菌白炭黑对其耐腐蚀性和耐磨性均没有影响,但抗菌性能却大大提高。所以,在镀液中添加抗菌剂可以使镀件在提高机械性能的同时,具有抗菌性能。
3 结 论
抗菌白炭黑中银离子的含量达到2·76%时为最佳。因此选用银离子含量为2·76%的样品,通过应用实验可知,将银型抗菌白炭黑添加到原橡胶中和金属镀件表面,对橡胶和镀件的机械性能没有影响,但可增加其抗菌性能。所以本方法制得的无机抗菌材料具有一定应用前景。
参考文献(略)
