塑料制品和我们的生活息息相关。塑料材料在使用过程中，容易受到细菌和真菌的侵蚀和污染，从而给人们带来伤害。抗菌包装材料可以有效提高食品货架期和安全性[1]。为了解决这个问题，采用添加抗菌防霉剂等手段解决。常用的抗菌剂分为三大类：一种为无机类抗菌剂，主要以银锌系为代表的抗菌材料，这些无机物耐高温同时也具有抗菌时间长的优点，但同时也存在添加量偏高、添加后影响材料透明度或直接不透明[2-4]。第二种为有机类抗菌剂，这类抗菌剂抗菌效率高，往往只需要少量添加就能达到很好的抗菌效果，但也存在一些问题，如耐热不好，容易析出，且分解后容易生产有毒物质[5]。第三种是综合无机和有机类抗菌剂优点制成的复配型抗菌剂[6-7]。聚碳酸酯(PC)是兼具有强韧性和高透明性的一种通用工程塑料，同时还具有热稳定性好、表面光泽、成型收缩率低等优点[8-9]。此外，PC透明性好，抗冲击性能优良，在生活中应用广泛[10-12]。因为PC的优良特性，使用的范围和频率都很大，产品表面的细菌也多。为了健康，这些透明产品需要具有良好的抗菌性能。但由于PC材料的加工温度比较高，黏度比较大，很多抗菌剂不耐温，不能使用。近年来，许多报道主要是针对PC进行抗菌改性[13-14]。梁佳丰等[14]制备了PC/Cu@氧化石墨烯(GO)抗菌复合材料，添加的Cu负载GO提高了PC的拉伸强度、压缩强度和弯曲强度，也有效提高了PC的抗菌性，使PC对大肠杆菌和金黄色葡糖球菌的抗菌率分别达到99.8%和99.9%，但由于Cu@GO在PC基体中的分散性，且本身颜色深，影响了PC的透光性。有报道通过添加无机纳米粒子制备PC/无机纳米复合材料[15-17]。有研究通过添加有机小分子制备PC/有机纳米复合材料[18-19]。王文惠等[20]通过添加2-（2’-羟基-5’-甲基苯基）苯并三唑(UV-P)至PP/PC复合材料以提高抗紫外性能，添加0.1份(UV-P)后PP/PC复合材料的透光率为83.39%，雾度为93.65%。有报道通过双螺杆挤出工艺改善PC的光学特性，孟明等[21]通过调整双螺杆挤出机的螺杆剪切强度，发现在相对弱的剪切强度下，PC透光率增大。有报道通过加入生物基材料改善PC的光学特性[22-25]。而对PC进行光学和抗菌同步改性鲜有报道[26-27]。本实验采用双螺杆挤出造粒法将自制抗菌剂ZH001添加到PC中，制备具有高透明性抗菌效果优良的PC抗菌材料。分别测试了PC材料的熔体流动速率、简支梁缺口冲击强度、拉伸强度、弯曲性能、透光率、雾度和抗菌性能，并与添加市售抗菌剂的PC材料性能进行对比。1实验部分1.1主要原料聚碳酸酯(PC)，1225Z100，日本帝人株式会社；抗菌剂，ZH001，玻璃载银类，自制；抗菌剂，ECO，有机复配物，广州艾浩尔防霉抗菌科技有限公司；抗菌剂，PC-G2，噻唑啉酮类有机物，北京崇高纳米科技有限公司；抗菌剂，Novaron AG1100，磷酸皓载银，纺丝级，上海润河纳米材料有限公司。1.2仪器与设备双螺杆挤出机，SHJ-20，南京杰亚挤出装备有限公司；注射机，HT-LD50，中山市海腾机械有限公司；熔体流动速率测试仪(MFR)，XNR-400C，承德市大加仪器有限公司；万能试验机，XNR-400C、电子式简支梁冲击试验机，JC-50，承德精密试验机有限公司；透光率/雾度测试仪，WGT-S，上海申光仪器仪表公司。1.3样品制备表1为抗菌PC材料配方。将PC在110 ℃鼓风干燥机干燥3 h；抗菌材料在110 ℃鼓风干燥机干燥3 h。将干燥好的PC料和不同抗菌剂按表1配方混合均匀，放入双螺杆挤出机经塑化，拉条，冷却，切粒。双螺杆挤出机的加工温度为240、260、265、270、275、280、285、285、285、285 ℃，机头温度290 ℃，喂料螺杆转速21 r/min，即可制得抗菌PC材料，其中1#不用抽粒。得到的抗菌PC材料在110 ℃干燥4 h，用注射机打成5 cm×5 cm×0.1 cm的片材，测试其透明度和抗菌性能。同时按标准注塑成标准样品测试物理性能，注射温度为285、290、290 ℃，机头温度为290 ℃。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2024.03.005.T001表1抗菌PC材料配方Tab.1Formula of antibacterial PC material产品编号PC1225Z100ZH001ECOPC-G2AG11001#100.02#99.40.63#99.40.64#99.40.65#99.40.6%%1.4性能测试与表征MFR测试：按GB/T 3682.1—2018进行测试，测试条件：温度300 ℃，砝码质量1.2 kg。透光率/雾度测试：测试条件为25 ℃，85% RH条件下测试，每个配方测试15块样品，取平均值，将制备的样品条自然冷却24 h后测试其性能。力学性能测试：按GB/T 1043.1—2008测试简支梁缺口冲击强度。按ASTM D638—22测试拉伸强度和断裂伸长率，拉伸速率100 mm/min。按ASTM D790—17测试弯曲强度和弯曲模量，弯曲速率5 mm/min。抗菌性能测试：产品的抗菌性能送第三方结构检测。按GB/T 31402—2015进行测试，采用的菌种为大肠杆菌ATCC 8739，金黄色葡萄球菌ATCC 6538P，测试抗菌性能前用75%酒精清洗片材表面再测试。2结果与讨论2.1不同抗菌PC材料流动性表2为不同抗菌PC材料的MFR。从表2可以看出，抗菌PC材料的MFR略大于纯PC1225Z100，这主要是由于PC料和抗菌剂经过双螺杆剪切后，材料有一定的降解，同时为了使抗菌剂能更好地与树脂相容，厂家都会对其表面进行改性处理，使其更容易分散在树脂中，表面处理都会在一定程度提高材料的MFR。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2024.03.005.T002表2不同抗菌PC材料的MFRTab.2MFR of different antimicrobial PC material项目产品编号1#2#3#4#5#MFR12.215.413.312.512.7［g·（10 min）-1］［g·（10 min）-1］2.2不同抗菌PC材料的简支梁缺口冲击强度图1为不同抗菌PC材料简支梁缺口冲击强度。从图1可以看出，抗菌剂的加入都会提升材料的简支梁缺口冲击强度。1#材料的缺口冲击强度为71.000 kJ/m2，5#材料缺口冲击强度74.189 kJ/m2，2#材料缺口冲击强度73.259 kJ/m2。这主要是因为这两种抗菌剂都是无机纳米粒子均匀分散在PC材料里面，当受到冲击能量时，能产生大量银纹，银纹可以吸收冲击产生的能量，从而提升材料的冲击强度[28]。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2024.03.005.F001图1不同抗菌PC材料简支梁缺口冲击强度Fig.1Notched impact strength of different antibacterial PC material2.3不同抗菌PC材料拉伸性能和弯曲性能图2为不同抗菌PC材料的拉伸性能测试。从图2可以看出，抗菌剂的加入使材料的断裂伸长率得到提升。1#材料的断裂伸长率为75.000%，2#材料和5#材料的断裂伸长率分别为78.425%和79.119%。而拉伸强度的变化有增加也有减小，这主要是抗菌剂的种类不同导致的。ZH001和AG1100无机纳米粒子，ECO和PC-G2是有机类抗菌剂，而无机纳米粒子的加入会增加韧性，提高断裂伸长率[29]。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2024.03.005.F002图2不同抗菌PC材料的拉伸性能Fig.2Tensile properties of different antibacterial PC material图3为不同抗菌PC材料的弯曲性能。从图3可以看出，抗菌剂的加入导致材料的弯曲强度和弯曲模量下降。1#的弯曲强度是95.325 MPa，弯曲模量是2 525.425 MPa，添加了0.6%的AG1100后，弯曲强度下降到91.725 MPa，弯曲模量下降到2 175.420 MPa。这主要是由于抗菌剂AG1100本身尺寸很小，达到纳米级，比表面积大；同时PC又是一种黏度比较大的高分子材料。在双螺杆挤出过程中[30]，由于受到剪切的作用，表面未处理好的纳米级抗菌剂在材料中容易发生团聚，分散不均，在材料中产生缺陷，当受到外力时这些缺陷会导致材料弯曲性能下降。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2024.03.005.F003图3不同抗菌PC材料的弯曲性能Fig.3Bending properties of different antibacterial PC material2.4不同抗菌PC材料的透明度和抗菌性能表3为不同抗菌PC材料的透明度和抗菌性能。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2024.03.005.T003表3不同抗菌PC材料的透明度和抗菌性能Tab.3Transparency and antimicrobial properties of different antimicrobial PC material产品编号透光率（1 mm）雾度（1 mm）抗菌率（大肠杆菌）抗菌率（金黄色葡萄球菌）1#94.18.62#90.29.499.9999.993#88.412.394.2194.154#26.586.973.2069.805#92.39.199.9999.97%%从表3可以看出，抗菌剂的加入对材料的透光率和雾度有影响。PC-G2的加入导致材料不透明，雾度达到86.9%。这主要是由于抗菌剂PG-G2是有机类抗菌剂，在PC的加工温度下不耐温，抗菌剂分解导致材料不透明，不适合做PC类抗菌剂。其他3种抗菌剂的加入也导致材料的透光率下降，雾度上升。其中ZH001和AG1100影响较小，这主要是由于两者都是纳米银系抗菌剂，其粒子的尺寸较小，对光的折射和PC材料的折射接近，从而对透明度的影响较小[14, 16]。而ECO是有机类抗菌剂，按理说不会影响PC的透明度和雾度，但由于ECO带有一定颜色以及在材料中的分散不好，从而导致了透光率下降和雾度上升。同时，抗菌剂的加入会导致材料的抗菌性能提升，ZH001抗菌剂添加后大肠杆菌抗菌率为99.99%，金黄色葡萄球菌抗菌率为99.99%，是抗菌效果最好的。AG1100抗菌效果仅次于ZH001，但其价格昂贵。而ZH001为自制产品成本不超过300元/kg，性能优，对PC材料透明度影响较小，从性价比看，ZH001更适合用于大规模抗菌透明制品。3结论抗菌剂的加入会提高PC材料的流动性能，主要是由于抗菌剂厂家为了使其更好和聚合物相容，对其表面进行处理。抗菌剂的加入会提高PC材料的韧性，其中自制抗菌剂ZH001的加入明显增加材料的韧性。抗菌剂的加入会影响材料的透明度和雾度，其中抗菌剂ZH001和AG1100对PC的透明度和雾度均影响不大，但AG1100价格昂贵，限制其大规模的应用。而ZH001成本低，性能优，对PC材料透明度影响较小，从性价比看ZH001更适合用于大规模抗菌透明制品。抗菌剂的加入会增加材料的抗菌效果，加入自制抗菌剂ZH001，PC的抗菌效果最佳，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果均为99.99%。