纳米银抗菌剂在纸张印刷油墨中的应用研究

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阳文 常德红 李泽国 崔辉仙
（北京崇高纳米科技有限公司，100094）

摘要：本文综合论述了对流通领域用纸进行抗菌功能化的必要性，重点论述了崇高纳米公司纳米银产品的技术开发情况，同时以纳米银抗菌剂在卷烟用接装纸（水松纸）上的应用试验为例，说明添加安迪美®CAG600纳米银溶液按1.0%（重量比）比例加入到印刷油墨中，搅拌后通过凹版印刷工艺，制得抗菌接装纸，抗菌检测试验证明其对常见细菌表现出了良好的抑杀效果。另外，还列举介绍了含纳米银抗菌剂印刷油墨一些重点开发应用领域，市场前景广阔。
关键词：纳米银；抗菌剂；印刷油墨；卷烟接装纸；水松纸

纸是人们生活中不可缺少的日常用品，抗菌纸的研究具有重要的意义，尤其是流通领域用纸，例如作业本、扑克牌、病历纸、检验单、菜谱、钞票纸、香烟接装水松纸等。这些纸或纸制品的频繁流通，容易造成细菌传播或交叉感染。有研究表明^[1]：采集的100份纸币样本上每平方厘米的细菌数为6-10918cfu，远高于塑质材质的澳元和信用卡每平方厘米的细菌数。60份硬币样本每平方厘米细菌数为2-380cfu，少于纸币。另有资料报道^[2]，抽样检测卷烟水松纸的微生物情况，结果显示：目前某些卷烟厂所用水松纸不同程度的染有细菌和真菌，有一部分样品相当严重，每克水松纸上的菌落总数达到305-895cfu。还有吸烟者相互敬烟是人们处于礼貌的一种习惯，然而曾经有人做过实验^[3]：将连续7天内在多种场合接受别人递给的过滤嘴香烟112支立即放入无菌的塑料袋内，经微生物学检验发现，75%的嘴棒表面都不同程度的带有各种病菌，其中有甲肝病毒、乙肝病毒、大肠杆菌等。所以对一些流通领域用纸进行抗菌化处理是非常必要的。抗菌纸的核心成分是抗菌剂，在纸张上通过添加有机抗菌剂、无机抗菌剂、天然抗菌剂等实现抗菌功能的研究目前主要有两类^[4][5]：（1）在纸张制作过程中将抗菌剂添加到纸浆中达到抑菌/杀菌目的；（2）将抗菌剂添加到油墨中通过印刷工艺达到抗菌目的。在印刷油墨中添加抗菌剂具有简单，易操作，成本更低的优点。纳米银 (Nano Silver)作为抗菌材料一上市即受到市场的高度关注，其目前主要是指将粒径做到纳米级的金属银单质，粒径大多在25纳米左右。纳米银对大肠杆菌、淋球菌、沙眼衣原体等数十种致病微生物都有强烈的抑制和杀灭作用，而且不会产生耐药性、安全无毒。该种纳米银抗菌剂在印刷油墨中应用的报道还不多。

1 崇高纳米公司纳米银产品的开发情况
北京崇高纳米科技有限公司自2001年成立以来就致力于抗菌材料、纳米材料、功能性材料的研发和生产。2009年5月11日公司纳米银抗菌剂的研究成果《一种纳米银溶胶及其制备方法与它们的用途》已获得1项国家发明专利授权，发明号是ZL200910091031.1。
目前，崇高纳米公司已推出系列纳米银产品，牌号为安迪美®CAG系列，产品的关键技术指标见表1。 
 
表1 安迪美®CAG系列产品关键技术指标

产品牌号	安迪美®CAG-1	安迪美®CAG600
银（Ag）含量	≥600ppm	≥600ppm
银（Ag）单质平均粒径	20-30nm	20-30nm
溶剂体系	水	乙醇
物理状态	淡黄色透明液体	淡黄色透明液体
气    味	淡清新醇香味	淡清新醇香味
凝 固 点	<0℃	<0℃
pH    值	6.5-7.2	6.5-7.2
应用领域	纯棉、丝绸等天然纺织品抗菌后整理；水性印刷油墨抗菌化处理。	溶剂体系印刷油墨抗菌化处理。

安迪美®CAG系列纳米银溶胶采用X射线衍射(XRD)与透射电子显微镜进行了表征。XRD使用D/max-rA转靶多晶体X射线衍射仪分析（日本Rigaku出品），其条件如下：铜靶（Cu Ka）、X射线波长1.5406nm、扫描范围为10-90°、扫描速率为0.02度/秒。将本产品的纳米银溶胶滴于载玻片上进行X射线衍射分析，其结果见下面图1，该图存在单质银的特征吸收峰，表明本产品中纳米银的胶粒是银粒。
透射电子显微镜分析使用JEM-1200EX（日本JEOL出品），在工作电压160KV下进行测定，其结果见下面图2。这个结果表明，本产品纳米银溶胶的平均粒径为20-30nm。  
 
图1 纳米银的X射线衍射图
 
图2 纳米银的透射电子显微镜图

2 纳米银抗菌剂在印刷油墨中的应用研究试验
2.1 抗菌卷烟用接装纸（水松纸）的制备
将安迪美®CAG600纳米银溶液按1.0%（重量比）比例加入到印刷油墨中，搅拌后可分散均匀，然后，通过凹版印刷工艺，将含纳米银抗菌剂的油墨转移到接装原纸上，制得抗菌接装纸。
2.2 接装纸的抗菌性能检验
（1）定性试验
按照中华人民共和国卫生部《消毒技术规范》（2002版）2.1.7.2 抑菌环试验（抑菌圈试验）规定的方法进行。试验菌种为大肠杆菌（ATCC25922）。
（2）定量试验
按照中华人民共和国国家标准GB15979-2002《一次性使用卫生用品卫生标准 》C5规定的方法进行。试验菌种为大肠杆菌（ATCC25922）、金黄色葡萄球菌（ATCC6538P）。
2.3 试验结果
在图3中，中间样品是未添加纳米银的接装纸样品，周边四个样品是添加了纳米银的抗菌接装纸样品。试样贴附于涂有大肠杆菌的表面皿上,经24h培养后可以看出抗菌接装纸样品周边出现明显的抑菌圈，抑菌圈环宽为2-3mm，而为添加纳米银空白样周边则没有显示出抑菌性，甚至在纸下面也长满细菌。

                       图3 抑菌圈试验效果图
 
    表2 抗菌接装纸定量抗菌检测结果

试验菌种		大肠杆菌 （ATCC25922）		金黄色葡萄球菌（ATCC6538P）
菌液浓度(cfu/mL)		5.0´104		5.5´105
测试样品		对照样	抗菌样	对照样	抗菌样
在不同接触时间后获得的菌落数(cfu/mL)	“0”小时接触时间（振荡前）	5.2´104	5.1´104	5.6´104	5.5´104
	“1”小时接触时间（振荡后）	5.0´104	1.8´104	5.0´104	1.3´104
抗菌率（%）		3.8	64.7	10.7	76.4
被试样片组抑菌率与对照样片组抑菌率的差值（%）		60.9		65.7

从上面所列的表2可以看出，添加纳米银的接装纸样品对试验菌都表现出了很强的抑菌活性，作用1h之后，被试样片组抑菌率与对照样片组对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑菌率的差值都超过60%，完全达到并超过了GB15979-2002 C5规定的指标（按标准规定：被试样片组抑菌率与对照样片组抑菌率的差值＞26%，产品具有抗菌率。）。

3 含纳米银抗菌剂印刷油墨的应用领域
随着社会的进步，人们对生活质量、人身健康的要求也越来越高。减少与病菌、病毒物体的接触，避免病菌、病毒的侵害已经是人们对文明社会的普遍诉求。日常生活中，人们大量使用印刷制品，如食品袋、食品容器、卫生纸巾、餐巾纸、食品拜访纸、内衣包装带、药品袋、药品容器等；也大量接触报纸、杂志、书籍印刷品等。这些印刷制品所用的油墨在生产和储存过程中，有可能被生产原料带入的、生产设备污染的、因储存不当而被外界引入的微生物而污染，并且这些微生物一旦在适宜的温度和湿度下很容易滋生、繁殖，给接触的人造成很大安全隐患。另外还有本文中前言中提到的流通领域用纸，例如作业本、扑克牌、病历纸、检验单、菜谱、钞票纸、香烟接装水松纸等更容易造成细菌传播或交叉感染。所以这些可能与人身体直接接触的物品非常有必要进行抗菌化处理，而将纳米银抗菌剂添加到相关油墨中通过常规印刷工艺很容易制得抗菌制品，所以纳米银抗菌剂在印刷油墨中的应用空间非常大，范围非常广。

参考文献
1、陈婧. 北京市人民币污染状况及硬币金属抗菌性能的研究.北京化工大学硕士研究生硕士论文，2008届. 
2、CN1417413A.
3、CN101191312A.
4、杨开吉等.纸张抗菌剂的研究进展.造纸化学品,2006.10,18(6):26-29.
5、CN101084756A.