纳米氧化锌的新型抗菌剂应用进展

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纳米氧化锌(ZnO)是一种新型的精细无机化工材料,其粒径介于1-100nm,由于其粒子尺寸小、比表面积大，因而具有明显的表面与界面效应,量子尺寸效应,体积效应和宏观量子隧道效应以及高透明度、高分散性等特点,使得其具有很好的压电性、导电性、荧光性、无毒和杀菌、非迁移性、吸收和散射紫外线能力等，被广泛地应用于压敏电阻、压电材料、静电材料、荧光体、化妆品、气体传感器、变阻器、图象记录材料、磁性材料、紫外线屏蔽材料、高效催化剂、光催化剂以及抗菌剂等,尤其是作为抗菌剂,以其长效性、耐高温等优点受到人们的关注,并已经在橡胶、塑料、染料、油墨、涂料、玻璃、压电陶瓷、光电子以及日用化工等领域获得应用,开发利用前景广阔。
2 纳米氧化锌的应用
纳米氧化锌作为一种新型功能抗菌材料,在磁、电、光、敏感、抗菌消毒、紫外线屏等方面具有广泛的用途。
2.1 在橡胶工业中的应用
纳米氧化锌是橡胶工业中有效的无机活性剂和硫化促进剂。纳米氧化锌具有颗粒微小，比表面积大,分散性好,疏松多孔,流动性好等物理化学特性,因此,与橡胶的亲和性好,熔炼时易分散，胶料生热低,扯断变形小,弹性好,可用于改善材料的工艺性能和物理性能。用于制造高速耐磨的橡胶制品,如飞机轮胎、高级轿车用的子午线轮胎等,具有防止老化、抗摩擦着火、使用寿命长等优点,可大幅度提高橡胶制品的光洁度、机械强度、耐温和耐老化性能,特别是耐磨性能。另外，氧化锌作为橡胶制品中硫化体系的必用助剂,其填充量较高,一般为5份左右。由于氧化锌比重大,填充量大,其对胶料密度的影响非常大,对制品使用寿命和能源消耗都不利。而使用纳米氧化锌,其用量仅为等级氧化锌用量的30%-50%,这样不仅降低了生产成本,而且在强伸性能、生热、老化等方面的性能远优于普通氧化锌。
2.2 在塑料工业中的应用
纳米氧化锌对各种复合材料的力学性能有明显的增强效果。作为抗菌剂,其抗菌效果也是很明显的。通过研究纳米氧化锌在丙烯酸树脂中抗菌效果,结果表明,纳米氧化锌有很好的杀菌效果，且对葡萄球菌的杀菌效果好于大肠杆菌;当纳米氧化锌的质量分数为1%时，5min 内对金黄色葡萄球菌的杀菌率为98.86%,对大肠杆菌的杀菌率为99.93%;纳米氧化锌/PP复合材料的抗菌性能研究结果表明,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌都有一定的杀菌效果,且在光照下的杀菌效果更好，PP/纳米ZnO 复合材料的具有抗菌性同时在光照条件下和加入偶联剂均能提高复合材料的抗菌性能。研究发现,改性纳米氧化锌具有优异的抗菌性和可控光降解性能。纳米氧化锌改性后与PP 混合有很好的流动性,偶联剂用量对其流动性起到很关键的作用;纳米氧化锌有很好的抗菌效率,抗菌的时效性也很好,两个月之后的抗菌率还能保持很好;纳米氧化锌对PP 的自然光降解具有一定的催化作用,可用作PP 材料可控光降解的光敏剂。
2.3 在日用化工方面的应用
纳米氧化锌在阳光,尤其是在紫外线照射下，在水和空气中,能自行分解出自由移动的带负电的电子,同时留下带正电荷的空穴。这种空穴可以将空气中的氧变成活性氧,有极强的化学活性,能与大多数有机物发生氧化反应(包括细菌类的有机物),从而把大多数的病菌和病毒杀死。在石膏中掺入纳米氧化锌及金属过氧化物粒子后,可制得色彩鲜艳、不易褪色的石膏产品,具有优异的抗菌性能,适用于建筑材料和装饰材料。将一定量的超细氧化锌、氢氧化钙以及硝酸银等物质加入质量分数为25%的磷酸盐溶液中,经混合、干燥、粉碎等再制成涂料涂于电话机、微机表层有很好的抗菌性能。
2.4 在涂料方面的应用
纳米氧化锌与其他纳米材料配合用于建筑内外墙乳液涂料及其他涂料中,可使涂层具有屏蔽紫外线、吸收红外线及抗菌防霉的作用,同时还具有增稠作用,以便于颜料分散的稳定性。在乳胶漆中使用纳米氧化锌可以增大乳胶漆对紫外线辐射的抵抗力,减弱乳胶漆对潮湿环境条件下的敏感性,提高耐老化性。纳米氧化锌能够散射光线，使乳胶漆的遮盖力得到一定程度的改善。采用纳米氧化锌作原料制成的船舶专用涂料,不仅可以起到屏蔽紫外线的作用,而且可以杀死各种微生物，从而提高航行速度并延长检修期限。此外,用纳米氧化锌制造的汽车专用变色颜料,添加在金属闪光的面漆中,随着角度的变化,能使涂层产生丰富而神秘的“颜色效应”,使车身表面产生较好的成像效果,增辉闪光,深受汽车配色专家的偏爱。
2.5 用作催化剂
纳米氧化锌因为气体通过的扩散速度比较快,因此是一种极好的催化剂,纳米氧化锌因其尺寸小、比表面积大，表面键性和颗粒内部的不同，表面原子配位不全等,导致表面的活性位置增多，形成了凸凹不平的原子台阶,加大了反应接触面，纳米氧化锌的催化活性和选择性远远大于其传统催化剂。纳米氧化锌还是一种很好的光催化剂。水中的有害有机物质如有机氯化物、农药、表面活性剂、色素等,用目前的水处理技术充分去除是很困难的,而纳米氧化锌作为光催化剂可以使有机物。分解。研究表面,纳米氧化锌粒子的反应速率是普通氧化锌粒子的10-1000倍,而且与普通粒子相比,它几乎不引起光的散射,且有大的比表面积和宽的能带,因此被认为是极具应用前景的光催化剂之一。
纳米氧化锌作为一种新型的抗菌剂,具有性能快速、高效、广谱、持久、无耐药性等优点，克服了常用无机抗荣剂杀荣速度慢，易不色以及和有机抗菌剂耐热性差,有效时间短等缺点，具有非常好的市场前景。今后应该加强纳米氧化锌物理化学性能方面的研究,尤其是分散性能的优化,加强工业化生产水平,尤其是与其他纳米复合材料或非纳米材料的复合添加技术及相关设备的研究，加强制备原理与理论和工终止而在聚合物中存在的头头单元发生主链断裂而引发。如此生成的大自由基很容易解缀合放出单体,这样质量随时间变化迅速损失。质量的快速损失热失重分析法可以看出，总共损失的等量苯乙烯单体热释气体分析法可以证明。相反,苯乙烯单体用硝酰端基传递聚合,接着用还原技术除去硝酰基,制备的全头尾聚苯乙烯,比用常用自由基聚合制备的相应聚合物热稳定得多。和常用聚合物观察到的单体的放出不同,无规主链断裂的降解生成的是低聚物。用阴离子技术生成的头尾聚苯乙烯具有相似的性能。