摘要：摘妥：本文针对轨道交通轻质化和公共环境卫生需求，研究了聚酰胺复合材料抗菌母粒的高效制备工艺。研究表明，该工艺制备的抗菌母粒可有效分散于聚酰胺复合材料中，保持材料优异的力学性能，在降低轨道交通重量、实现双碳目标和改善公共卫生环境方面具有重要意义。
主编：蒋作梁 张晨 张春强 张素霞
参与单位：1. 山东宝泰隔热材料有限公司 262600
2. 山东大学 山东济南 250061
3.临朐县检验检测中心 山东省潍坊市临朐具 262600
摘妥：本文针对轨道交通轻质化和公共环境卫生需求，研究了聚酰胺复合材料抗菌母粒的高效制备工艺。研究表明，该工艺制备的抗菌母粒可有效分散于聚酰胺复合材料中，保持材料优异的力学性能，在降低轨道交通重量、实现双碳目标和改善公共卫生环境方面具有重要意义。
关键词：聚酰胺；复合材科；抗菌母粒；高效制备工艺
引言：
在"双碳"战略背景下，轨道交通材料轻质化成为重要发展趋势。以高性能聚酰胺复合材料替代金属材料不仅能有效降低列车重量，提升能量利用效率，还能促进节能减排，实现绿色可持续发展。然而，塑料材料在公共交通环境中容易附着细菌、病毒等微生物，特别是在潮湿环境中易滋生霉菌，对公众健康构成威胁。防霉抑菌聚酰胺复合材料通过在材料中添加抗菌剂，能有效抑制微生物生长、切断传染病传播链条。[1]
一、抗菌母粒在聚酰胺复合材料中的应用现状
抗菌塑料自20世纪90年代发展以来，已广泛应用于家电、医疗、汽车等领域。据市场分析，2022年全球抗菌塑料市场规模约136.8亿美元，预计2026年将增长至160.0亿美元。随着"双碳"战略推进和疫情后健康意识提升，抗菌材料在轨道交通和建筑领域需求激增。聚酰胺复合材料因其优异的力学性能、尺寸稳定性和耐水解性，成为理想的金属替代材料，可应用于地铁空调格栅、高铁行李架和断桥铝隔热条等产品。
二、抗菌母粒高效制备的技术难点与解决路径
聚酰胺复合材料抗菌母粒的制备面临三个关键技术难点：一是抗菌剂的选择与复配比例优化；二是负载化抗菌剂的纳米分散与界面改性；三是抗菌母粒的挤出加工工艺控制。
针对抗菌剂的选择与复配，可采用正交试验方法，系统研究不同抗菌剂组合对抗菌效果和聚酰胺复合材料力学性能的影响。通过设计主体抑菌剂(锌系)和辅助抑菌剂(银系)的种类、比例和含量等因素的试验，可确定最佳复配方案，实现抗菌率>90%的指标要求。实验结果表明，以锌系抗菌剂为主体(80-90%)，辅以少量银系抗菌剂(10-20%)，能在保证抗菌效果的同时有效降低成本。
针对负载化和表面改性，可采用共研磨或超声分散等方法将复合抗菌剂均匀分散在载体上。研究表明，控制载体粒径在0.5-2微米范围，抗菌剂负载量在15-25%之间，可获得最佳分散效果。表面改性方面，KH550等硅烷偶联剂在3-5%的添加量下，能显著改善负载抗菌剂与聚酰胺的界面相容性，提高抗菌母粒的分散均匀性。
针对挤出加工工艺控制，可利用布拉本德流变仪研究抗菌母粒在不同温度、剪切速率下的流变行为，确定最佳加工参数。实验表明，控制挤出温度在240-255℃，螺杆转速在40-60rpm，可保证抗菌剂的活性和均匀分散。此外，通过优化螺杆结构和模具设计，增加混合段和剪切区，可进一步提高抗菌母粒的分散性和均匀性。
三、聚酰胺复合材料抗菌母粒的高效制备工艺与性能评估
(一)抗菌母粒制备工艺流程
聚酰胺复合材料抗菌母粒的高效制备工艺主要包括以下几个关键步骤：原料预处理、复合抗菌剂制备、载体负载、表面改性和挤出成型。
首先，原料预处理环节至关重要。聚酰胺材料具有较强的吸湿性，加工前必须进行充分干燥(通常在80-100℃下干燥8-12小时)，以避免水解反应导致材料分子量降低和性能下降。同时，需对沸石载体进行活化处理，在350-400℃下煅烧2-4小时，以增大其比表面积和孔隙率，提高后续负载效率。
其次，复合抗菌剂的制备是工艺成功的关键。优化后的锌系抗菌剂(如纳米氧化锌、锌离子交换沸石)与银系抗菌剂(如纳米银、银离子交换沸石)按 85：15 的比例混合，并添加1-2%的分散剂(如聚乙烯吡咯烷酮)，在球磨机中以 300-350rpm 的速度球磨4-6小时，形成粒径均一、分散性良好的复合抗菌剂。该配比能在保证抗菌效果的同时显著降低成本。
载体负载过程采用湿法负载技术，将复合抗菌剂分散于乙醇-水混合溶液(体积比7：3)中，通过超声分散30分钟形成稳定悬浮液，然后加入预处理的沸石载体，在60-70℃下恒温搅拌3-4小时，控制溶液pH值在8.5-9.5范围内，以促进抗菌离子与载体表面的离子交换和吸附。随后通过离心分离、洗涤和干燥(110℃，4小时)，获得抗菌剂负载率达20-25%的载体复合物。
(二)抗菌母粒性能评估方法与结果
抗菌母粒的性能评估主要从抗菌性能、分散性、热稳定性三个方面进行。抗菌性能测试采用JIS Z 2801 标准方法，将抗菌母粒以不同添加比例(1%、3%、5%、7%)与聚酰胺基体复合，制备测试样片，分别对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌进行24小时抑菌试验。结果表明，5%的添加比例即可实现对两种菌种的抗菌率均超过95%，且在经过40次反复水洗后仍保持90%以上的抗菌效果，显示出良好的长效抗菌性能。通过扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)观察表明，抗菌离子能持续缓慢释放，保证长期抗菌效果。
分散性评估通过透射电镜(TEM)和光学显微镜观察抗菌母粒在聚酰胺基体中的分布状态。结果显示，表面改性后的抗菌剂颗粒平均尺寸为0.8-1.2um，在聚酰胺基体中呈现均匀分散，无明显团聚现象。通过热场发射扫描电镜分析，纳米抗菌剂均匀分布在载体表面，载体与聚酰胺基体界面结合良好，无明显界面缺陷。
结论：
总而言之，本研究成功开发了一种高效、低成本的聚酰胺复合材料抗菌母粒制备工艺，所制母粒兼具优异的抗菌性能、分散性与热稳定性，能在保持基体力学性能的同时，实现长效广谱抗菌，已在轨道交通等领域展现出良好应用前景。展望未来，随着公共卫生安全标准不断提高及绿色低碳发展需求的加剧，抗菌母粒将在更多高性能复合材料中得到推广。后续研究可进一步探索智能响应型抗菌技术、绿色可降解抗菌剂的应用，推动聚酰胺复合材料向智能化、环保化方向发展，助力轨道交通材料升级与“碳中和”目标实现。
参考文献：
[1]魏元博.天然源抗菌剂的制备及应用研究[J].广东化工，2025，52(05)：26-28.
[2]张龙凤，冯新星，张华，等.聚酰胺6/二氧化硅气凝胶复合纤维的制备与隔热性能[J/OL].东华大学学报(自然科学版)，1-11[2025-04-10].https：//doi.org/10.19886/j.cnki.dhdz.2024.0441.
[3]胡棚，徐豪，蔡少君.废弃环氧树脂/聚酰胺复合材料的制备及性能研究[J].中国塑料，2024，38(12)：138-142.
来源：才貌双全胡渐彪
