高分子材料通常没有抗菌性能，但加工过程中可以添加抗菌剂，使高分子材料具有抗菌作用，添加抗菌剂的高分子复合材料具有杀灭微生物或者抑制微生物生长效果[1-2]。目前，复合材料中抗菌剂种类较多，主要包括无机抗菌剂和有机抗菌剂，均包含天然抗菌剂和人工合成抗菌剂[3-4]。无机抗菌剂包含Ag+、Zn2+、Cu2+等金属离子或含有这些金属的氧化物；有机抗菌剂包含低分子有机物和高分子有机物[4]。多种植物提炼的精油、软体动物贝壳中提取的壳聚糖和甲壳素、以及微生物代谢产生的乳酸链球菌肽等均具有抗菌作用，属于天然抗菌剂[5-6]。艾草在日常生活中常用于止血、抗菌，可以驱除蚊虫，是常用的天然抗菌药物[7-8]。艾草中化学成分包括桉树脑、檬烯和香茅醇等化合物挥发油，还包括黄酮类、苯丙素类、三环萜等化合物，具有抵抗植物病原菌和真菌作用。艾草作为天然有机抗菌剂在中药领域广泛使用，且艾草中抗菌成分对人体无害[8]。本实验将艾草提取物与可降解的高分子材料聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)混合，利用高岭土作为改性剂，制备含有艾草提取物的抗菌PBAT复合母粒，并采用流延法制备PBAT/高岭土/艾草抗菌可降解薄膜。研究艾草提取物的加入对薄膜的流变性、抗拉性、耐热性、水浸润性、抗菌性的影响。1实验部分1.1主要原料聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)，TH801T，新疆蓝山屯河聚酯有限公司；艾草，采于2021年端午节（陕西汉中秦岭南坡），自然风干；高岭土、乙醇，分析纯，天津市百世化工有限公司；二氯乙烷，分析纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司。1.2仪器与设备双螺杆挤出机，SH-20S，南京海思挤出设备有限公司；熔体流动速率(MFR)测定仪，SRZ-400E、电子拉力试验机，LDS-500，长春市智能仪器设备有限公司；接触角测量仪，JC2000CS，上海中晨数字技术设备有限公司；同步热分析仪(TG)，TGA/DSC1，瑞士梅特勒-托利多公司；扫描电子显微镜(SEM)，JSM-6390LV，日本JEOL公司；细菌培养箱， LRH-1500F，上海一恒科学仪器有限公司。1.3抗菌薄膜的制备1.3.1艾草提取物的制备将端午节采集的艾草，包括根、茎、叶的全株晾干粉碎，放入带网眼的无纺布包，置于索氏提取器上部，乙醇装入下方烧瓶中，用电热套加热至沸腾，采用蒸汽浸出法，提取艾草中的抗菌成分，得到艾草提取液。1 L乙醇能够提取干艾草460 g。1.3.2艾草提取物/PBAT/高岭土复合材料的制备采用喷雾法将100 mL艾草提取液与400 g高岭土混合均匀，放入烘箱50 °C烘干，再与1 600 g颗粒状PBAT在混料机中混合均匀，经双螺杆挤出机混合挤出，冷却、切粒、烘干，制得PBAT/高岭土/艾草复合材料。1.3.3PBAT/高岭土/艾草抗菌薄膜的制备称取80 gPBAT/高岭土/艾草复合材料，溶解于50 mL的二氯乙烷中，制得黏稠状液体，将黏稠状液体置于匀胶机上，均匀涂膜，低温烘干得到PBAT/高岭土/艾草抗菌薄膜。1.4性能测试与表征MFR测试：熔融状态的树脂，测试10 min内流过标准口模的熔料质量。拉伸性能测试：Ⅱ型试样，按GB/T 13022—1991进行测试。拉伸速率500 mm/min，每种样品测试5~8次，去掉不合格数据2~3个，选择可靠数据作图。TG分析：测试温度为50~600 ℃，升温速率10 ℃/min，N2气氛，气体流量50 mL/min。接触角测试：测试气相-液相界面和固相-液相界面两切线夹液相的角度。若夹角小于90°，则固体表面是亲水性，即液体易润湿固体，夹角越小，表示润湿性越好；若夹角大于90°，则固体表面是疏水性，即液体不容易润湿固体，容易在表面上移动。SEM分析：将纯PBAT、PBAT/高岭土及PBAT/高岭土/艾草利用液氮脆断，对断面喷金处理，放大1500倍观察材料断面形态。抗菌性能测试：薄膜抗菌性的测试参考文献[9-12]中方法。超净工作台上将纯PBAT、PBAT/高岭土和PBAT/高岭土/艾草薄膜剪成直径为15 mm的圆片，使用70%酒精溶液进行消毒，利用无菌镊子将圆片分别紧贴在含有金黄色葡萄球菌的琼脂培养基表面，置于37 ℃恒温恒湿培养箱中培养24 h，观察抑菌圈的形貌，测量抑菌圈直径。2结果与讨论2.1MFR分析MFR是分析塑料流动性的重要指标，同种塑料的MFR越大，流动性越好；但流动性过高，会影响塑料的成膜性能。图1为纯PBAT、PBAT/高岭土、PBAT/高岭土/艾草的MFR。从图1可以看出，纯PBAT的MFR为30.4 g/10min，加入高岭土的复合材料MFR为20.2 g/10min，而PBAT/高岭土/艾草的MFR为24.6 g/10min。纯PBAT的流动性最好，成膜效果最差。高岭土是无机材料，在复合材料中属于不熔组分，可以有效降低PBAT的MFR，提高成膜质量。加入艾草提取物使复合材料的MFR略有提高，因为艾草提取物均为有机小分子物质，高温流动性较好，在复合材料中起润滑剂作用；但PBAT/高岭土/艾草复合材料的MFR低于纯PBAT，说明复合材料的成膜加工性得到提高。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.02.015.F001图1纯PBAT、PBAT/高岭土、PBAT/高岭土/艾草的MFRFig.1MFR of pure PBAT， PBAT/Kaolin， PBAT/Kaolin/wormwood2.2拉伸性能分析图2为纯PBAT、PBAT/高岭土、PBAT/高岭土/艾草三种材料的拉伸性能。从图2可以看出，纯PBAT薄膜的拉伸强度为11.24 MPa，断裂伸长率为142.7%；PBAT/高岭土薄膜的拉伸强度为11.60 MPa，断裂伸长率为277.6%；PBAT/高岭土/艾草薄膜的拉伸强度为13.01 MPa，断裂伸长率为589.1%。PBAT具有较好的柔性，但其拉伸强度和模量较低；高岭土是片状无机填料，加入PBAT中可以阻碍PBAT分子链锻滑移，起增强增刚作用。艾草提取物和PBAT具有良好的相容性，使高岭土和PBAT分子的相界面结合力更强，提高PBAT的强度和韧性[13-15]。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.02.015.F002图2纯PBAT、PBAT/高岭土、PBAT/高岭土/艾草三的拉伸性能Fig.2Tensile properties of pure PBAT， PBAT/Kaolin， PBAT/Kaolin/wormwood2.3耐热性分析图3为纯PBAT、PBAT/高岭土、PBAT/高岭土/艾草的TG曲线。从图3可以看出，PBAT/高岭土/艾草的起始热分解温度是384.66 ℃，PBAT/高岭土的起始热分解温度是384.32 ℃，较纯PBAT的起始热分解温度(386.69℃)有所降低。PBAT/高岭土/艾草失重率为73.656 8%，PBAT/高岭土失重率为75.262 7%，纯PBAT薄膜失重率是96.934 9%。N2气氛中，高分子材料不会被氧化燃烧，主要是热解断裂自身化学键，大分子随着温度的升高逐渐变成小分子，与N2气流一起扩散至炉体外，剩余材料主要是灰分。由实验配方可知，高岭土在复合材料中的含量为20%，700 ℃以下不会分解，PBAT/高岭土/艾草和PBAT/高岭土热分解后的残渣主要是高岭土和灰分。因此，复合材料的失重率低于纯PBAT的失重率，复合材料中添加的艾草提取物和高岭土没有对PBAT的耐热性产生较大影响。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.02.015.F003图3纯PBAT、PBAT/高岭土、PBAT/高岭土/艾草的TG曲线Fig.3TG curves of pure PBAT， PBAT/Kaolin， PBAT/Kaolin/wormwood2.4复合材料对水的浸润性分析图4为纯PBAT、PBAT/高岭土、PBAT/高岭土/艾草的接触角。从图4可以看出，PBAT/高岭土的接触角与纯PBTA的接触角相近，PBAT/高岭土/艾草的接触角相比纯PBAT降低8°，说明复合材料接触角的减小只与艾草提取物有关，因为艾草提取物中有机小分子包含亲水基团，使PBAT薄膜的浸润性更好。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.02.015.F004图4纯PBAT、PBAT/高岭土、PBAT/高岭土/艾草的接触角Fig.4Contact angles of pure PBAT， PBAT/Kaolin，PBAT/Kaolin/wormwoo2.5SEM分析图5为纯PBAT、PBAT/高岭土、PBAT/高岭土/艾草断面的SEM照片。图5纯PBAT、PBAT/高岭土、PBAT/高岭土/艾草断面SEM照片Fig.5SEM images of cross section of pure PBAT， PBAT/Kaolin， PBAT/Kaolin/wormwoo10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.02.015.F5a1（a）纯PBAT10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.02.015.F5a2（b）PBAT/高岭土10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.02.015.F5a3（c）PBAT/高岭土/艾草从图5a可以看出，纯PBAT断面虽然光滑均匀，但断裂面明显，层次清晰，说明PBAT的界面黏结松散，强度较差。从图5b可以看出，PBAT作为连续相，高岭土作为分散相，且高岭土的粒径大部分均小于10 μm，断面形貌比较粗糙。从图5c可以看出，加入艾草提取物，颗粒状的高岭土分布更均匀，说明艾草加入改善高岭土和 PBAT的相容性。这主要是艾草提取物含有有机酯类和有机醇类，起偶联剂作用，降低PBAT与高岭土的界面张力，改善二者相容性。2.6抑菌性能分析图6为纯PBAT、PBAT/高岭土、PBAT/高岭土/艾草抗菌性。从图6可以看出，同样的生长条件下，纯PBAT和PBAT/高岭土周围菌群较多，抑菌圈为5 mm左右；而PBAT/高岭土/艾草试样周围菌群显著减少，抑菌圈达到25 mm左右，可以判断艾草提取物的加入，抑制菌群的生长，使复合材料具备一定的抗菌性。中药的抗菌机理较复杂，其抗菌效果是中药对细菌机体多环节多途径作用的综合结果。艾草含有多种挥发油类和黄酮类，能够抑制细菌糖代谢，抑制细菌繁殖生长。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2022.02.015.F006图6纯PBAT、PBAT/高岭土、PBAT/高岭土/艾草抗菌性Fig.6Antibacterial properties of pure PBAT， PBAT/Kaolin， PBAT/Kaolin/wormwood3结论（1）高岭土可以有效降低PBAT的MFR，提高成膜质量；加入艾草提取物使复合材料的MFR有所提高，但复合材料的MFR依旧低于纯PBAT。（2）高岭土可以阻碍PBAT分子链段滑移，起增强增刚作用，艾草提取物和PBAT具有良好的相容性，使高岭土和PBAT分子的相界面结合力增强，提高复合材料的强度和韧性。（3）艾草提取物中的有机小分子带有亲水基团，使PBAT薄膜的浸润性更好。艾草提取物中含有机酯类和有机醇类，起偶联剂的作用，降低PBAT与高岭土的界面张力，改善高岭土和PBAT的相容性。（4）同样的生长条件下，PBAT/高岭土/艾草试样周围菌群显著减少，说明艾草提取物的加入，抑制菌群的生长，使复合材料具备一定的抗菌性。