抗菌塑料及其在包装行业的应用

彭红芳 李毕忠*，2

（1.常州崇高纳米材料有限公司；2.北京崇高纳米科技有限公司）

抗菌塑料及其在包装行业的应用

彭红芳1李毕忠*1，2

（1.常州崇高纳米材料有限公司；2.北京崇高纳米科技有限公司）

概述了抗菌塑料及其包装的制备技术，介绍了抗菌塑料薄膜和容器的研发及其在食品、化妆品、药品等包装的应用情况，并对抗菌塑料包装的前景做了展望。

抗菌塑料 包装 食品 化妆品 药品

1 前言

中国2014年包装工业总产值为14800亿元，是2002年2500多亿元的近6倍。中国已成为仅次于美国的第二包装大国，其塑料包装占包装产业总产值的1/3以上[1]。商品包装不仅起着隔离、保护、定量、装饰等作用，而且伴随着商品的生产、流通、储存以及使用等全过程。包装的性能直接关系到商品质量的优劣。近年来，对商品特别是食品的品质、安全和延长货架期起到积极作用的抗菌塑料包装已成为包装领域的关注点。

2 抗菌塑料

抗菌塑料是自上世纪末迅速发展起来的新型材料，它能够抑制和杀死与其接触的细菌、真菌等微生物。抗菌塑料制品的抗菌性是材料本身赋予的功能特性，是长期保有的性能。

目前几乎所有的塑料品种都可以经改性而具有抗菌塑料特性。

制备抗菌塑料的途径有多种，最常见的是用抗菌剂和塑料进行混合的制备方法。该技术的关键和难点在于抗菌剂在树脂中的分散性、相容性以及加工稳定性。混合技术又细分为：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[2]。直接添加法是将抗菌剂与树脂掺混均匀，然后加工成型。该法操作简单，但抗菌剂在树脂中分散性较难保证。表面黏合法多用于注塑成型加工工艺中，抗菌物质以薄膜或薄片等形式粘附于制品表面。层压法是将抗菌剂与树脂先制成抗菌薄片，通过层压设备将其热压在需要处理的塑料制品表面部位。这两种方法可有效降低抗菌剂用量，控制成本，但抗菌剂成分仅存在于制品表面，需要关注抗菌制品的长期稳定性能。后加工处理是对成型后的塑料制品表面进行处理，目前多采用表面喷镀法和真空溅射表面喷镀法，此法对设备要求高[3]。抗菌母粒法是将抗菌剂和适宜的基体树脂通过挤出造粒制得高浓缩母粒，再以一定比例的母粒与树脂掺混，然后加工成型。经过双螺杆的剪切捏合和制品成型加工过程的再分散，抗菌剂在制品中的分散性以及与基体树脂的相容性得到了显著提高。而且在抗菌制品生产中，颗粒状的抗菌母粒不会形成粉尘，对工作环境改善大为有利。

3 抗菌包装

使用抗菌塑料制得的塑料包装，能够保持包装物自身及被包装产品的清洁，防止微生物污染和滋生，在食品、化妆品、药品包装领域的应用有广阔前景。

食品安全是民生的重要问题。由于食品本身含有丰富的营养，在生产到消费的各个环节中，受微生物污染的概率很大。环境中微生物种类繁多且难以控制，其危害程度为：（1）轻度、间接传播：大肠菌群、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌；（2）中度、局部传播：蜡样芽胞杆菌、产荚膜杆菌；（3）中度、广泛传播：沙门氏菌、副溶血性弧菌、病原大肠杆菌；（4）重度危害：肉毒梭菌、霍乱弧菌、伤寒杆菌[4]。

一旦微生物污染了食品，在适宜的环境下食品上的微生物菌群会大量繁殖，腐败菌及其代谢产物会加速食品的变质。致病菌及其产生的毒素，经食用后则会引起食物中毒。目前，控制食品中微生物的主要手段是添加化学防腐剂，防腐剂的滥用和过量使用又带来了新的食品安全问题。

我国2012年护肤、化妆品零售规模达2000亿元，已跻身全球第二大化妆品市场，预计2017年市场规模将突破4000亿元[5]。化妆品的原料来源广泛，种类丰富，既有天然营养物质，如动植物提取物，也有合成物质、脂类衍生物等。化妆品含有丰富的水分，为微生物生长繁殖提供了有利条件。化妆品被微生物污染后，微生物在酶的作用下可分解利用化妆品中的营养物质，并产生相应的代谢产物，如色素、硫化物、酸败气味等，使化妆品发生成分及性状等变化。消费者使用了被有害微生物污染的化妆品，可能会发生感染或过敏，损害健康[6]。化妆品中微生物的危害早就引起了人们的重视。1972年，日本化妆品工业联合会（JCIA）颁布了《防止眼部周围用化妆品遭受细菌污染的制造管理办法及实验标准》。1978年，ISO/TC217的发布推进了化妆品微生物控制的国际化进程[7]。美国药品和食品管理局（FDA）对化妆品中的微生物也有明确要求[6]。

化妆品中的微生物污染包括生产过程中的一次污染和使用过程中的二次污染。化妆品的微生物污染问题普遍存在，二次污染情况更严重[8,9,10]。目前，添加防腐剂是控制化妆品中微生物污染的主要方法，但近年来微生物污染化妆品的事件仍然频繁发生[11,12]，而防腐剂的长期和高剂量使用，不仅会增强微生物的抗药性还会对使用者的皮肤造成健康损害。

医药用品是特殊商品。药品包装物与药品直接接触，在流通、储存和使用过程中对保证药品药效、延缓变质起着重要的作用。有些药品不良反应与药品包装有关[13]。药品中微生物的控制一直是临床应用的重要前提和必要保证。药品在生产、包装及使用多个环节均存在被微生物感染的可能。药品及包材上携带的微生物可污染药品，加速药品变质失效。因此，应用具有抗菌自净功能的药品包装十分重要。无菌包装是药品包装未来发展趋势之一[14]。

此外，抗菌自洁功能性塑料包材也广泛适用于纺织品、五金交电产品、各种器材、服装和日常生活用品等的包装中。

4 抗菌塑料包材的研发及应用

近年来“以塑代木，以塑代钢，以塑代玻”发展较快，在塑料包装中占较大比重的是塑料薄膜、塑料包装箱及容器等[15]。软塑包装薄膜在塑料包装材料总量中约占40%左右。

抗菌塑料薄膜是重要包装应用材料之一，主要用于食品，尤其是蔬菜、水果以及肉制品的抗菌保鲜包装。为此，国内外进行了大量研究。Be gona Panea等[16]将质量分数分别为5%和10%的ZnO-Ag复合纳米粒子添加到LDPE膜中，用该抗菌膜包装鸡肉制品，并观察储藏21天内的各项指标变化，通过迁移实验验证了膜材的抗菌性能。李侠等[17]将玻璃载银抗菌剂粉体加入聚丙烯薄

膜中，制得抗菌性能高效且持久的薄膜产品。Yu nhong Jiang等[18]制备了纳米ZnO/PVC复合涂膜，研究了涂膜对纳米粒子粒径的影响，纳米氧化锌的粒径和添加量对薄膜抗菌性能的影响以及抗菌性能的耐水性。郭韵恬[19]采用涂布法制备了PVA纳米ZnO/PE和PVA纳米TiO2/PE复合包装薄膜，将其用来包装新鲜果蔬，进行包膜保鲜效果考察。这种抗菌薄膜显著提升了樱桃和松茸的保质期。

在日本，家用抗菌塑料保鲜膜、保鲜袋等产品已得到市场的广泛认可[20]。巴西科研人员近期开发的抗微生物剂的塑料薄膜，瑞典一家公司研制的IPR新型绿色包装材料，都起到了保证食品质量，防腐保鲜的作用[21]。德国加工厂和包装技术协会研究人员在塑料包装薄膜上涂覆抗菌物质，替代了向食品中添加防腐剂[22]。在中国，各类纳米抗菌塑料包装袋，纳米抗菌保鲜膜等产品已开始出现在市场上[23]。如PE/纳米银类、PP/纳米TiO2类等在食品包装工业中已开始规模化应用，并取得良好的使用效果[24]。

北京崇高纳米科技有限公司长期从事抗菌材料的研制和应用，开发出了维蔬乐（Vegifre）®（果蔬）长时保鲜袋（膜）系列产品以及纳米银抗菌包装材料。

维蔬乐（Vegifre）®（果蔬）长时保鲜袋（膜）通过在树脂基体中添加无机透湿剂、抗菌剂、乙烯吸收分解剂等多种功能组分，并通过偶联分散剂包覆技术，提高了各组分间及其与树脂间的材料相容性和可加工性，解决了各组分间性能的互相制约问题。通过抑制和吸收催熟气体（乙烯）、调控包装内O2/CO2等气体的含量和比例，改善和调整包装环境内的湿度，抑制微生物引起的腐烂变质，降低了果蔬内源代谢速度和外源微生物引起的腐败，显著提高了果蔬保鲜效果。将其用于黄瓜、茄子、豆角、辣椒、柚子等包装贮存，并通过测定可滴定酸值计算维生素C含量，光谱吸收法测定叶绿素含量以及目测果蔬变质情况及好果率来评价保鲜效果。

从对比试验可以看出，在7～10℃下，普通蔬果的保鲜时间可延长1～2倍，12～20℃下可保鲜7～20天以上。叶绿素损失情况区别不明显，可能是因为普通包装膜内的CO2浓度较高，高CO2浓度有利于延缓果蔬叶绿素的降解。对比试验结果见表1、表2。

常州崇高纳米材料有限公司开发的纳米银抗菌包装材料包括纳米银抗菌涂层材料和抗菌聚酯薄膜。抗菌涂层材料是通过涂布工艺，在树脂基体上形成微米厚度的纳米银抗菌薄膜，制得抗菌涂层包装材料。抗菌聚酯薄膜是先将纳米银单质粉体进行包覆改性，然后制得纳米银抗菌母粒，将此母粒与聚酯切片混合，通过熔融挤出与拉伸等工序制得抗菌聚酯薄膜。以上所制得的薄膜保持高效抗菌性能，而且薄膜透明性高，具有广阔的应用前景。纳米银抗菌包装材料的主要性能指标见表3、表4。

抗菌塑料包装箱产品主要有塑料周转箱、果蔬箱、托盘等，中空容器类产品则涵盖食品、家用电器、医药品、保健品、化妆品、文具、生活日用品等各类包装，尤其是液态食品和饮料，药品以及化妆品的包装。

化妆品包装行业“以塑代玻”是总的趋势。塑料包装容器使得化妆品更便于携带且透明度和光泽度可与玻璃相媲美，这为抗菌塑料包装的发展提供了机遇。例如，一种将无机金属抗菌剂分散于吹瓶原料中经过改进吹塑工艺生产的抗菌塑料瓶，受到了市场的欢迎[25]。日本一家化学工业公司用纤维化塑料和聚丙烯等合成材料与一种用于食品薄膜的抗菌剂混合制成一种抗菌塑料包装容器，防止所盛装的食品、化妆品或药物变质，大大延长了保质期。德国科学家利用医药专业技术研制出抗菌塑料包装，用于牛奶等液体饮料的包装，是食品包装技术领域的一项重要变革。

表1 维蔬乐®长时保鲜袋对蔬菜的保鲜效果Tab.1 The preservation effect of Vegifre® long-term fresh-keeping plastic bags on vegetables

表2 维蔬乐®长时保鲜袋贮藏后蔬果的营养成分和好果率Tab.2 The comparison of nutrient reservation and commercial-value status of fresh vegetables and fruits stored by Vegifre® and neat plastics bags

续表2

表3 纳米银抗菌涂层双向拉伸聚酯薄膜材料的抗菌效果Tab.3 Antibacterial effect of antibacterial coating with nano-silver on BOPET film

在中国，人们可以较容易地在市场上找到食品抗菌保鲜盒的身影。国内多个婴幼儿用品厂家生产的抗菌奶瓶已得到较大范围的推广应用，这是对抗菌塑料包装材料的安全及稳定性高度认可。

表4 抗菌双向拉伸聚酯薄膜的主要性能指标Tab.4 Main performance properties of antibacterial BOPET film

抗菌包装在药品中的应用报道较少。由于药品本身的特殊性，需要进行更为谨慎繁杂的研究工作，存在众多未知领域亟待探索，但药品抗菌塑料包装的应用开发前景非常乐观，如纳米抗菌包装等已成为药品包装领域开发的新材料[26]。

5 结语

抗菌塑料是抗菌材料中发展最快、应用最广的包装材料。抗菌塑料包装能够抑制或杜绝人与人、人与物、物与物间有害菌的传递蔓延，从而创造一个卫生安全的环境，保护人们的健康和生命安全。

在当下商品物资生产、运输、储存和消费等环节向多样性和个性化发展的背景下，改善外部环境卫生状况，维持内部产品品质安全，运用抗菌塑料包装显得尤为必要。

目前，抗菌塑料包装技术在我国的应用尚处于起步阶段，产品大多为高科技企业或产学研合作单位领头研制，生产规模和推广力度有限。随着抗菌包装应用于中高端商品、军用包装或出口产品的发展及包装新材料、新技术的不断出现，高性能、多功能、复合型绿色抗菌塑料包装材料将会不断涌现。抗菌塑料包装也将在食品、化妆品、药品、生活用品、器材设备等多领域得到越来越多的应用。

[1]张展达,张晓慧.浅谈包装行业现状与包装企业经营管理[J].上海塑料,2016,(2):52-53

[2]孙振玲,刘俊龙.抗菌塑料的制备及应用研究进展[J].塑料科技,2007,35(10):102-107

[3]张立娟.抗菌塑料的研究进展简述[J].广州化学,20 16,41(1):76-79

[4]张新武,杜小波,徐素玲,等.食品微生物危害的分析和控制[J].食品安全质量检测学报,2014,5(10):3295-3299

[5]文霞,杨秀茳,谢小保,等.化妆品中腐败微生物的抗药性研究[J].工业微生物,2015,45(5):37-41

[6]陈倩,陈昭斌.抗微生物技术在化妆品生产中的应用[J].中国消毒学杂志,2017,34(1):65-68

[7]胡静.国际化妆品微生物控制动向[J].日用化学品科学,2012,35(11):32-38

[8]朱紫杭,周焕宁,卢嘉明.化妆品微生物二次污染研究[J].海峡预防医学杂志,2006,12(2):50-51

[9]郑萍,陈西平.化妆品微生物污染情况调查[J].中国卫生检验杂志,2009,19(10):2405-2406

[10]韩伟,谢小珏,袁辰刚,等.进出口化妆品的卫生状况及微生物种群分析[J].香料香精化妆品,2013,(3):37-42

[11]Furuhata K,Edagawa A,Miyamoto H,et al.Porphyrobacter c olymbi sp.nov.isolated from swimming pool water in Tokyo,Japan[J]. Journal of General&Applied Microbiology,2013,59(3):245-250

【】【】

[12]Samiah HS Al-Mijalli.Isolation of human phtho genic bacteria from baby shampoo and their susceptibili ty to common antibiotics in Riyadh,Saudi Arabia.Interna tional Conference on Medical Sciences and Chemical E ngineering Penang:ICMSCE,2013.28-29

[13]方敏,于西全,郑笈.医院门诊药房现行药品管理模式分析[J].中国药业,2012,21(19):48-49

[14]王超.高分子材料在药品包装中的应用[J].天津化工,2011,25(4):10-12

[15]宁晓琴.塑料包装行业发展现状及趋势分析[J].塑料包装,2014,24(3):1-4

[16]Panea B,Ripoll G,Gonza Lez J,et al.Effect of Nano-composite Packaging Containing Different Proporti ons of ZnO and Ag on Chicken Breast Meat Quality[J]. Journal of Food Engineering,2014,123(2):104-112

[17]李侠,薛涛,何力,等.磷酸盐玻璃载银抗菌PP复合材料的抗菌性能研究[J].塑料,2007,36(2):19-22

[18]Jiang Yunhong,O’neill AJ,Ding Y.Zinc oxide na noparticle-coated films:Fabrication,Characterization,and a ntibacterial properties[J].Journal of nanoparticle research, 2015,17(4):2993-2996

[19]郭韵恬.PE基纳米包装材料的研制及其性能研究[D].2015,大连工业大学.

[20]李毕忠,李泽国,阳文,等.食品活性包装用抗菌材料技术进展[J].2012,26(3):10-16

[21]仝其根.食品抗菌包装前景看好[J].中国包装工业, 2015(Z1):27

[22]郭晓沛.食品包装薄膜的研究进展[J].塑料科技,2 016,44(3):103-106

[23]李辉,杨玺,田然,等.纳米抗菌材料在包装领域中的应用及展望[J].云南化工,2016,43(6):33-37

[24]孙新,黄俊彦,吴双岭,等.纳米复合包装材料的研究与应用进展[J].塑料科技,2012,40(12):100-103

[26]赵丽美,韩永生.现代化妆品包装材料的发展[J].塑料包装,2009,19(4):42-44

[26]韩斐.论药品包装材料的现状及发展趋势[J].中国包装工业,2014(10):11

Antibacterial Plastics and Its Application in Packaging Industry

Peng Hongfang1Li Bizhong*1,2
（1.Changzhou ChamGo Nanomaterials Co.,Ltd;2.Beijing ChamGo Nano-Tech Co.,Ltd)

The technology of preparing antibacterial plastics and its packaging products was summarized.New research and development with antibacterial plastic films and containers and their applications in package of food,cosmetics and medicine were discussed.The prospect of antibacterial plastic packaging was forecasted.

antibacterial plastic packaging food cosmetic medicine