用于水处理的无机银系抗菌剂 NOVARON
时间：2015-05-09 14:16:18 来源： 点击量：
概要：含有载银磷酸锆的树脂成型件，浸泡于像天然水一样洁净的水中，在水中可保持一定的银浓度。另一方面，含银的粒状玻璃在水中持续溶解，也会保持一定量的银溶出。含有载银磷酸锆成分的树脂成型件和含银的粒状玻璃，这两种材料都可以在水处理方面具有持续有效的抗菌效果。
80年代，首先开发出了以沸石为载体的无机银系抗菌剂，此后，以磷灰石，氧化硅，玻璃，磷酸锆等各种材料为载体的银系无机抗菌剂相继上市。但是，在无机银系抗菌剂的主要应用领域塑料制品中，耐变色性和抗菌性是一对矛盾，不引起变色又能起到良好抗菌效果的无机系抗菌剂的种类非常有限。在欧美,只能使用已备案注册认可的无机银系抗菌剂，除了抗菌剂性能品质外还有其他的法规，只有载银磷酸锆,载银玻璃,载银沸石被认可普遍应用。
含银磷酸锆和含银沸石，都是将银负载与无机离子交换体中，通过离子交换平衡来调整银的溶出浓度，从而控制抗菌性和耐变色性。在离子交换方面的控制能力方面，磷酸锆载体要优于沸石载体，这已经在市场上得到证实。另一方面，含银玻璃，通过调整玻璃成分及玻璃本身的溶解速度来控制抗菌性和耐变色性。近来，随着银系无机抗菌剂各种用途的进一步开发，利用银溶出浓度可控的功能，开发出了持续有效的水处理抗菌剂。本报告即是介绍含有载银磷酸锆的树脂成型件和含银的粒状玻璃的持续性效果在水处理抗菌方面的应用。
- 水处理用的载银磷酸锆抗菌材料 [加工成树脂成型件]
２－１．载银磷酸锆抗菌剂加工成树脂成型件
载银磷酸锆抗菌剂是不溶于水的微粒子粉末，直接添加于水中，会由于不溶于水而影响水质。如果将载银磷酸锆抗菌剂添加于树脂中加工成树脂成型件，再浸泡在水中，则不会影响水质，通过树脂成型件中的银离子的溶出，从而起到抗菌效果。
对于磷酸锆离子交换体，银离子溶出决定了水中的银离子浓度。但是，磷酸锆中银较难溶出，需要用含银量高的抗菌剂，否则其置于水中的银浓度就较低，难以得到理想的抗菌效果。因此，选定含银量10%的NOVARON AG1100作为评价；NOVARON AG1100 的代表特性及显微镜照片，见附表1。
树脂成型：选用尼龙树脂和PMMA，两种树脂，分别按10%的添加量加入NOVARON AG1100，制成１０ｃｍ×１０ｃｍ×０．２1ｃｍ的片材。
２－２．含有载银磷酸锆的树脂成型件银离子溶出过程分析
添加10%载银磷酸锆的尼龙树脂板（约20克）在20℃的1 L天然水中浸泡，定时对天然水中的银浓度利用ICP光谱分析法测定。另外，天然水每天更换一次并进行相同的测试；天然水的矿物质浓度是钠-0.87毫克/ L，钙-1.0毫克/ L，镁-0.29毫克/ L，K -0.13毫克/ L，pH值为7。
图1是不更换水条件下银溶出效果， 图2为更换水条件下银溶出效果。图1中，最初的几天，银离子浓度略有提高，之后稳定在50ppb的水平。这是因为在最初的几天，树脂板表面的载银磷酸锆与天然水间进行离子交换，故有更多的银离子溶出；之后树脂板内部的银离子缓慢溶出，天然水中的银离子浓度在50ppb左右达到平衡。另一方面，在保持更换水的条件下，银离子浓度的变化出现类似的变化倾向，在更换水的条件下，银离子浓度在30ppb达到平衡，比不更换水时的离子浓度略低。测试结果表明，更换水对溶出银离子浓度影响不大，证明该系列抗菌剂在水处理方面具有持续的抗菌效果。另外，这里使用的尼龙类树脂是含有水分的树脂，通过银离子在树脂内部移动，树脂内的载银磷酸锆的银离子也溶出而达到效果。如果在不含有水分的树脂（如：聚丙烯树脂）中添加载银磷酸锆，树脂内的载银磷酸锆的银离子难以溶出，这样的树脂在水中不能得到持续稳定的银离子浓度。
２－３．添加载银磷酸锆的树脂成型件的抗菌效果
天然水通常不含有营养成分，一般的细菌不会在其中繁殖。但是，一些可在自然的水环境这样的低有机营养环境下生存的异养细菌，可在天然水中繁殖，造成微生物污染。因此，通过测量天然水中的异养细菌来评价含有载银磷酸锆的树脂成型件的抗菌效果。
准备两个3L容器，各放入2L的天然水，其中一个放入加工好的含有载银磷酸锆的PMMA树脂板，另一个放入不含有载银磷酸锆的PMMA树脂板。在20℃条件下静置保存，定时的对水中的异养细菌数通过R2A琼脂培养基更混释培养法测定，见图3。放入载银磷酸锆的丙烯树脂板的天然水， 即使超过3周以后，测出的菌数也在５００ｃｆｕ／ｍＬ以下；放入不含有载银磷酸锆的PMMA树脂板的天然水，同法测定在2周以后，天然水中的细菌数就出现显著的增加。
3. 银系玻璃抗菌剂的水处理效果
３－１．粒状的银系玻璃抗菌剂AQ -30B
在日常生活使用的玻璃餐具和玻璃窗，都是由不溶于水的玻璃制成的。但是，由于玻璃的构成成分自由度很大，通过改变玻璃的构成组分，可以制成一种含银玻璃，使玻璃中的银离子能够在水中定量持续溶出。在此，选择由含有高浓度硼的硼硅玻璃，和2%银含量 的在水中易于溶出的玻璃系NOVARON AQ-30B为样品，测量银溶出浓度和抗菌效果。NOVARON AQ-30B的代表特性和外观照片见附表2、照片2.
３－２．粒状银系玻璃抗菌剂AQ -30B银离子溶出过程
分别在20℃和40℃的离子交换水中以每升1克的量添加NOVARON AQ -30B，并静置保存。每天水中的银溶度利用光谱分析装置测量，结果见图4。确认银离子溶度是持续增加的趋势，玻璃的溶解速度几乎是一定的。 但是，试样的银溶出量随着粒状玻璃表面积的减少而减少，经过更长时间后，银溶出浓度显现出逐渐减少的倾向。
３－３．粒状银系玻璃抗菌剂AQ -30B的银溶出浓度和抗菌效果
NOVARON AQ -30B的银溶出浓度和抗菌效果的关系采用绿脓菌来进行评价。约10
5cfu / mL绿脓菌（NBRC3080）的按1/500稀释到500毫升普通肉汤培养基中，添加入０．５ｇ的NOVARON AQ -30B，25℃振荡后的细菌数和银离子浓度的测量结果如图5所示。银离子浓度超过10ppb以上抗菌效果开始显现，随着银浓度的增加，抗菌效果呈现不断提高的趋势。
在树脂制品中常用的两种银系无机抗菌剂，都可以通过控制银溶出浓度，从而在水处理方面得到有效的利用。利用离子平衡机制，含有抗菌剂的树脂成型件，微量的银离子持续溶出可以达到一定的浓度，可以应用于天然水等防止污染，保护水质清洁。另一方面，含银玻璃通过玻璃的持续溶解，高浓度的银离子可以持续溶出，可以有效用于易污染用水方面，例如可防止洗衣用水、各种排放水的变质腐败。
