張 彬1 唐曉寧2 謝 剛2 王曉楠3(1·昆明理工大學理學院,昆明650093;2·昆明理工大學材料與冶金工程學院,昆明650093;3·遼寧鞍山市鞍鋼化工總廠研化中心,鞍山114021)
作者簡介:張彬(1975-),女,講師,碩士,主要從事無機抗菌材料研究。
抗菌材料的發展正從有機[1]轉向無機,目前發展較快且應用較廣的是金屬離子型無機抗菌劑。目前國內外商品化的金屬離子型無機抗菌材料多選用Ag+[2]、Cu2+[3-4]和Zn2+[5-7]作為抗菌離子。其中Ag+的抗菌效果最好,但價格較高,且銀離子在見光、受熱條件下易變色;此外,Ag+易與水介質中的Cl-、HS-和S2-等發生反應,形成不溶于水的沉淀AgCl和Ag2S,從而失去抗菌活性。Cu2+和Zn2+的價格低廉,且不存在變色問題,但抗菌效果均比Ag+差。本研究選用Ag+離子作為抗菌離子,對其進行改性處理,以解決變色問題。并對樣品進行應用研究。本方法采用白炭黑作為抗菌載體,通過溶膠-凝膠法制備,工藝簡單,成本低。采用白炭黑作為抗菌載體制成抗菌劑的研究少見報道[8-11]。
1 實驗部分
1.1 銀型抗菌白炭黑的制備
將預熱好的一部分水玻璃和碳酸氫鈉注入內盛表面活性劑的恒溫(90℃)反應器中,在500 r/min轉速下進行第一步反應1h。待第一步反應結束后,調低轉速,加入剩余的水玻璃,稍后加入剩余的碳酸氫鈉進行第二步反應。調pH值到5·5~6·0,繼續反應2h。加抗菌離子鹽溶液(AgNO3水溶液)。控制溫度在90℃左右,離子交換時間>3h。反應結束后趁熱抽濾,并用去離子水洗滌,至樣品中不含游離Ag+。稱量濾液體積并保存以備離子檢測用。濾餅送烘箱,在120℃下進行干燥,將烘干的樣品研碎,過200目篩子,所得即為銀型抗菌白炭黑粉末。
1.2 性能檢測
1.2.1 抗菌離子含量的測定
用ICP(WLY100-1等離子型單道掃描光電直讀光譜儀)測出濾液中抗菌離子的譜線、強度和濃度。利用測出的濾液中抗菌離子的濃度,運用差量法,計算出抗菌離子的吸收率,進一步計算出銀型抗菌白炭黑中抗菌離子的含量。
1.2.2 抗菌性能檢測(菌落計數法)
將1mL培養好的菌液(大腸桿菌)加入0·1mg銀型抗菌白炭黑中,于振蕩器中振蕩0·5h。靜置后,取上層清液,并使用0·85%的鹽水稀釋至所需倍數。取0·1mL稀釋好的菌液,與15mL 40℃的瓊脂培養基混和搖勻,加蓋冷卻至培養基凝固,將其倒置在培養箱中,于37℃下培養24h。即可用肉眼數出培養皿中大腸桿菌的菌落數,與空白實驗做對比,計算出殺菌率。
1.3 應用
1.3.1 在橡膠中的應用
將原橡膠溶于120號汽油中,并添加銀型抗菌白炭黑。待原橡膠凝結后,檢測其各項指標以及抗菌性能,以確定抗菌劑在橡膠中的應用。
1.3.2 在金屬鍍件表面上的應用
將實驗樣品添加到鍍液中,使鍍液具有抗菌性,通過對鍍件進行抗菌、耐腐蝕和耐磨實驗來確定鍍件的抗菌性能和機械性能。
(1)抗菌性:實驗以大腸桿菌為菌種測試其抗菌性能,用菌落計數法算得鍍件的抗菌性。
(2)耐蝕性:本實驗用10%的FeC13溶液對添加了抗菌白炭黑的金屬鍍件進行點蝕試驗(GB 4334.7-87),對其測試后表面進行觀察,并計算其腐蝕率,從而了解鍍件的耐蝕性[12]。
(3)耐磨性:用負載500g的硬制繪圖橡皮擦拭鍍件表面,檢查其磨損情況[12]。
2 結果和討論
2.1 最佳樣品的確定
抗菌劑質量的優良與否可以利用其殺菌率來說明。本檢測采用的細菌是大腸桿菌。通過對一系列樣品進行抗菌實驗,選用最佳的樣品進行應用實驗。不同樣品(抗菌離子含量不同)殺菌率關系曲線如圖1。
由圖1可知,隨著抗菌離子含量的增加,銀型抗菌白炭黑的殺菌率不斷提高。但是,當抗菌離子的含量達到一定的限度時,抗菌劑的殺菌率變化不再明顯。當Ag+的含量為2·76%和3·25%時,殺菌率分別為99·88%和99·90%。因此,抗菌白炭黑中銀離子的含量達到2·76%時為最佳。因此應用研究所用試樣選用銀離子含量為2·76%的樣品。
2.2 銀型抗菌白炭黑的應用初探
目前抗菌材料被廣泛地應用于陶瓷、玻璃制品、塑料、橡膠、纖維、紙張、涂料等方面。由于白炭黑是最優良的橡膠補強劑,所以在橡膠中的應用將成為抗菌白炭黑應用的主要方面。本方法還探討了抗菌白炭黑在金屬鍍件表面上的應用。
2.2.1 在橡膠中的應用
將一小塊原橡膠溶于120號汽油中,并添加銀型抗菌白炭黑1mg。待原橡膠凝結后,檢測其各項指標以及抗菌性能。結果如表1和表2所示。
由表1,表2可知,橡膠的各項指標均符合國家要求,并具有很好的抗菌性。所以將銀型抗菌白炭黑添加到橡膠中,會使得橡膠在具有其優良性能的同時又具有抗菌性。
2.2.2 在金屬鍍件表面上的應用
首先通過除油、除銹、清洗等工藝處理金屬鍍件,以得到潔凈的表面。將銀型抗菌白炭黑粉末添加到鍍液中攪拌均勻并保持鍍液在90℃,將處理過的鍍件浸入鍍液中60min。吹干鍍件并做抗菌、耐腐蝕和耐磨實驗,以檢驗其抗菌和機械性能。
(1)抗菌性能的檢測:實驗以大腸桿菌為菌種測試其抗菌性能。將鍍件浸入稀釋過的大腸桿菌菌液中,在37℃的恒溫培養箱中培養24h,然后取出菌液,用菌落計數法算得鍍件的抗菌性。
(2)耐腐蝕性能的檢測:將添加了抗菌白炭黑的鍍件浸泡于10%FeC13溶液中1h,稱量鍍件失重,計算其腐蝕率。
(3)耐磨性能的檢測:用負載500 g的硬制繪圖橡皮擦拭鍍件表面100次,檢查其磨損情況。其結果如表3所示。
由表3可知,在鍍件表面附著抗菌白炭黑對其耐腐蝕性和耐磨性均沒有影響,但抗菌性能卻大大提高。所以,在鍍液中添加抗菌劑可以使鍍件在提高機械性能的同時,具有抗菌性能。
3 結 論
抗菌白炭黑中銀離子的含量達到2·76%時為最佳。因此選用銀離子含量為2·76%的樣品,通過應用實驗可知,將銀型抗菌白炭黑添加到原橡膠中和金屬鍍件表面,對橡膠和鍍件的機械性能沒有影響,但可增加其抗菌性能。所以本方法制得的無機抗菌材料具有一定應用前景。
參考文獻(略)
