新型环保功能材料-抗菌陶瓷 - 技术科普 - 新闻动态 - 广州国际先进陶瓷产业链展览会

新型环保功能材料-抗菌陶瓷

日期：2021-07-29 浏览次数：次

随着科技的(de)飞速(su)发(fa)(fa)展和(he)人民(min)生活水平(ping)的(de)不(bu)断提高(gao)(gao)，构建(jian)良好的(de)生态环境、提高(gao)(gao)生活质量、环保(bao)这一(yi)思想逐渐成为人们关注(zhu)的(de)话题(ti)，有(you)抗(kang)菌功(gong)(gong)能的(de)日用(yong)(yong)陶瓷(ci)、建(jian)筑陶瓷(ci)的(de)开发(fa)(fa)和(he)生产逐渐成为人们的(de)关注(zhu)对象。抗(kang)菌陶瓷(ci)是(shi)一(yi)种新(xin)型的(de)环保(bao)功(gong)(gong)能材料，技术含量高(gao)(gao)，生产工(gong)艺稍(shao)显复(fu)杂，一(yi)方面(mian)它既包括陶瓷(ci)制品原有(you)的(de)使用(yong)(yong)功(gong)(gong)能和(he)装(zhuang)饰(shi)效(xiao)果，另一(yi)方面(mian)其增加了抗(kang)菌及(ji)化学降解(jie)的(de)功(gong)(gong)能。多功(gong)(gong)能的(de)特性让其广泛(fan)应用(yong)(yong)于(yu)卫(wei)生、医疗、家(jia)庭居室、民(min)用(yong)(yong)住宅或工(gong)业建(jian)筑等各(ge)个(ge)领域(yu)。

抗菌材(cai)料(liao)与抗菌陶瓷

那(nei)么(me)什么(me)是抗菌陶瓷(ci)？抗菌陶瓷(ci)按(an)照(zhao)JT/C 897-2014《抗(kang)菌陶瓷制品抗(kang)菌性(xing)能》给出的(de)定义，抗(kang)菌瓷砖是具有抗(kang)菌功能的(de)瓷砖。

那么“抗(kang)(kang)(kang)菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)”又(you)指(zhi)的(de)是什么呢？抗(kang)(kang)(kang)菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)材料(liao)(liao)中的(de)“抗(kang)(kang)(kang)菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)”的(de)概念是相(xiang)对于其他(ta)一(yi)(yi)些相(xiang)关术语而来的(de)，例如(ru)“灭菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)”指(zhi)完全杀(sha)死或除(chu)(chu)去(qu)微生物(wu)；“杀(sha)菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)”指(zhi)杀(sha)死一(yi)(yi)部分(fen)微生物(wu)；“消毒(du)”指(zhi)杀(sha)死一(yi)(yi)部分(fen)病原性微生物(wu)；“除(chu)(chu)菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)”是指(zhi)除(chu)(chu)去(qu)微生物(wu)；“制菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)”指(zhi)阻止特定微生物(wu)的(de)繁殖；“净菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)”指(zhi)组织或控制微生物(wu)增(zeng)殖；“防(fang)(fang)腐(fu)”指(zhi)防(fang)(fang)止微生物(wu)腐(fu)化(hua)；“抗(kang)(kang)(kang)菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)”是灭菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)、杀(sha)菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)、消毒(du)、除(chu)(chu)菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)、制菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)、净菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)、防(fang)(fang)腐(fu)、防(fang)(fang)霉及防(fang)(fang)菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)的(de)总称。而抗(kang)(kang)(kang)菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)材料(liao)(liao)按照化(hua)学(xue)物(wu)质内(nei)部成分(fen)的(de)不同，可以将抗(kang)(kang)(kang)菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)材料(liao)(liao)分(fen)为天然、无(wu)机(ji)和有机(ji)抗(kang)(kang)(kang)菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)材料(liao)(liao)。常见的(de)抗(kang)(kang)(kang)菌(jun)(jun)(jun)(jun)(jun)材料(liao)(liao)分(fen)类及优缺点如(ru)下表所示：

类(lei)别	天(tian)然抗菌材料(liao)	无机抗菌材(cai)料	有机抗菌材料(liao)
常(chang)见材料	植物精油(you)、壳聚(ju)糖、抗菌肽等(deng)	金属(shu)离(li)子、金属(shu)氧化物、纳(na)米级(ji)金属(shu)材料等(deng)	季铵(an)盐类(lei)、多酚(fen)类(lei)、吡啶类(lei)等
抗菌机理	微生(sheng)物(wu)的(de)拮抗作用,细胞渗(shen)透性的(de)改变,杀菌物(wu)质的(de)缓慢(man)释(shi)放	接触杀菌,金属离子溶出杀菌,活(huo)性(xing)氧杀菌	通(tong)过静(jing)电(dian)吸(xi)附作(zuo)用(yong)杀菌,协同杀菌
优(you)点	绿色、安全,广谱(pu)抗(kang)菌,良(liang)好的生物相容性(xing)	化学(xue)性(xing)质稳定(ding),抗菌(jun)效果持(chi)久性(xing)好,使用(yong)安全	抗(kang)菌(jun)效果强,价(jia)格便(bian)宜
缺点	提(ti)取(qu)工(gong)艺复(fu)杂,抗菌(jun)效果持续时间较短	光(guang)催化(hua)抗菌(jun)材料要(yao)在光(guang)照条件下才(cai)具有(you)抗菌(jun)作(zuo)用,部分(fen)抗菌(jun)材料成本较高	有(you)较(jiao)强的毒性(xing),过度使用易产(chan)生耐药菌,受热易分(fen)解

抗菌(jun)材料分类及其优(you)缺点

由表可知，相比于天然抗菌(jun)材(cai)料(liao)其抗菌(jun)效果(guo)持(chi)续时间较短和(he)有(you)(you)机(ji)抗菌(jun)材(cai)料(liao)其较强的毒(du)性，无机(ji)抗菌(jun)材(cai)料(liao)具有(you)(you)化学性质稳定(ding)，抗菌效果持久(jiu)性好，使用安全的特点，这为抗(kang)菌陶瓷在日常生活中使(shi)用(yong)打下了基础(chu)。近年来研究的无机(ji)抗(kang)菌材料可(ke)以细分为三类(lei)：

（1）金(jin)属离子型无(wu)机(ji)抗菌材(cai)料(liao)

金(jin)属离(li)子(zi)型无机(ji)抗菌材料主要是(shi)金(jin)属离(li)子(zi)直接作用(yong)于(yu)细菌，抑(yi)制细菌生长或将细菌杀(sha)死(si)，其(qi)用途(tu)最广(guang)、产量最(zui)大。其中银离(li)子抗(kang)菌(jun)效果最(zui)强(qiang)，过往研究最(zui)多的就是银离(li)子，近年(nian)来，铜(tong)、锌(xin)、铁离(li)子等也受(shou)到了广泛的关注。目前的研究认(ren)为，银、铜(tong)等金属离(li)子的抗(kang)菌(jun)机理是：1.阻碍(ai)微生物的(de)(de)呼(hu)吸；2.阻碍(ai)微生物酶的(de)(de)合(he)成、破坏蛋白质、损(sun)伤细(xi)胞膜(mo)；3.干扰DNA的(de)(de)结合(he)。

（2）光催化(hua)抗菌(jun)材料

光催化(hua)抗菌材料是指金属(shu)氧(yang)化(hua)物（如常见(jian)的ZnO、SiO₂、TiO₂）必须在有(you)光照的(de)(de)(de)情况下，才能具有(you)抗(kang)菌效(xiao)果。抗(kang)菌机理(li)主(zhu)要是金属氧(yang)化物(wu)可(ke)以吸收光能，发(fa)生(sheng)电(dian)子跃(yue)迁，生(sheng)成带有(you)强(qiang)(qiang)氧(yang)化还原性的(de)(de)(de)物(wu)质。该(gai)物(wu)质与细(xi)(xi)菌细(xi)(xi)胞内的(de)(de)(de)物(wu)质发(fa)生(sheng)反(fan)应，阻碍(ai)了细(xi)(xi)胞内物(wu)质的(de)(de)(de)正常合(he)成，从而达到抑(yi)制细(xi)(xi)菌生(sheng)长的(de)(de)(de)作用。光催化性抗(kang)菌材料对大(da)部分细(xi)(xi)菌具有(you)很强(qiang)(qiang)的(de)(de)(de)抑(yi)制效(xiao)果，而且作用(yong)条件简单、安(an)全，化学性(xing)质稳定。

（3）复合型无机抗菌材料

为了克服单一金属离(li)子(zi)型(xing)无(wu)机抗菌(jun)剂的缺陷，人们采用将多种离(li)子(zi)进(jin)行复合制备无(wu)机抗菌(jun)材料。目(mu)前(qian)出现(xian)了很多复合型(xing)抗菌(jun)材料，主(zhu)要有(you)：无(wu)机-无(wu)机(ji)(ji)复(fu)合(he)型(xing)(xing)、无(wu)机(ji)(ji)-有(you)机(ji)(ji)复(fu)合(he)型(xing)(xing)、稀土元素激活银系(xi)、金属离子与光(guang)催化(hua)复(fu)合(he)型(xing)(xing)、光(guang)催化(hua)复(fu)合(he)型(xing)(xing)。相对于单一金属离子型(xing)(xing)抗菌(jun)(jun)(jun)材料，复(fu)合(he)型(xing)(xing)抗菌(jun)(jun)(jun)材料有(you)其(qi)自身的(de)优(you)点：无(wu)机(ji)(ji)-有(you)机(ji)(ji)复(fu)合(he)型(xing)(xing)抗菌(jun)(jun)(jun)材料的(de)抗菌(jun)(jun)(jun)性既克服(fu)(fu)了有(you)机(ji)(ji)抗菌(jun)(jun)(jun)剂(ji)易洗脱、耐热(re)性不好等缺(que)点又克服(fu)(fu)了无(wu)机(ji)(ji)抗菌(jun)(jun)(jun)剂(ji)抗菌(jun)(jun)(jun)的(de)局限性，并(bing)综合(he)了两者的(de)优(you)点：即(ji)复(fu)合(he)型(xing)(xing)无(wu)机(ji)(ji)抗菌(jun)(jun)(jun)剂(ji)具有(you)有(you)机(ji)(ji)系(xi)的(de)即(ji)效性(xing)、持续(xu)性和无机系(xi)的安(an)全性(xing)、无变色性(xing)等(deng)特点。

东陶（TOTO）海洁特赛(sai)乐(le)板抗菌效果图

抗菌陶瓷的制(zhi)备

那(nei)么(me)如何制备(bei)一块性能优(you)良的抗(kang)菌瓷砖呢(ni)？目(mu)前业内以日(ri)本(ben)伊(yi)奈公司（INAX）和东陶(tao)公司（TOTO）为代表，逐(zhu)渐形(xing)成(cheng)了两大技术(shu)流派：金属离子掺杂型(xing)制(zhi)备方法和(he)光催化表面镀(du)膜型制(zhi)备方法。一种是将无机抗菌剂掺入面(mian)釉(you)中，制(zhi)得抗(kang)菌(jun)面釉浆料，将其涂敷于陶瓷器表(biao)面，最(zui)后经烧结可制得抗(kang)菌(jun)陶瓷。但此种方(fang)法制备的抗(kang)菌(jun)陶瓷对抗(kang)菌(jun)材料耐热(re)性(xing)的要求(qiu)十分高，抗菌材料不宜寻得，另外烧制过程的(de)工艺复杂。另一种(zhong)抗菌(jun)陶(tao)瓷(ci)制备(bei)方(fang)法(fa)即在烧结好的陶(tao)瓷(ci)表面(mian)镀(du)一层抗菌(jun)薄膜，以达到抗菌(jun)的效果。接下来我们重点介绍光催化表面(mian)镀(du)膜型抗菌(jun)陶(tao)瓷(ci)的制备(bei)方(fang)法(fa)：

（一）浸渍提拉法

浸渍提(ti)拉法主要分为三个步骤(zhou)：（1）制备溶胶-凝胶溶液；（2）提拉浸(jin)渍基质；（3）干(gan)燥焙烧基质成(cheng)膜(mo)。一般来说，溶胶-凝胶法(fa)(fa)与传统的烧结方法(fa)(fa)相比较有以下优点：（1）成(cheng)膜(mo)均匀度(du)高，尤其是多组分制(zhi)品，其均(jun)匀度可达分子(zi)或(huo)原子(zi)尺寸；（2）成(cheng)膜纯度(du)高，由于(yu)所用(yong)原料的纯度高(gao)，并且(qie)溶剂杂质在初处理过(guo)程中易被除去；（3）焙烧温(wen)度(du)比(bi)传统方法低，因(yin)为所需(xu)的生成物(wu)在(zai)焙烧前(qian)已经(jing)初步(bu)成型，形成凝(ning)胶的比表面积(ji)很(hen)大；（4）反(fan)应(ying)过(guo)程易于(yu)控制，可(ke)(ke)大幅减少(shao)副反应的发生，并可(ke)(ke)避免结(jie)晶(jing)等。

浸渍(zi)提拉法示意图(tu)

（二）MOCVD

MOCVD法(fa)是将N₂或Ar等惰性气(qi)体以载(zai)气(qi)的形式通过(guo)含钛的金(jin)属有(you)(you)机物(wu)，当(dang)气(qi)相中的金(jin)属有(you)(you)机物(wu)浓度达到一定恒定值(zhi)时，在(zai)高(gao)温条件下分解有(you)(you)机物(wu)，Ti便(bian)以TiO₂的形式沉积在(zai)基质上。使用该方法可以在(zai)几何形状复杂(za)的基体(ti)表面涂覆，制备的涂层与基底结合十分(fen)牢固。MOCVD技术的优点有结(jie)晶结(jie)构和氧化程度(du)易控制，沉积温度低和沉积速率高，薄膜的致密性、均(jun)匀性和(he)覆(fu)盖性(xing)较好，可按(an)预期生长多组(zu)元和多层结(jie)构的多功能金属氧化物薄(bo)膜(mo)，能直接由(you)实(shi)验室转工业规(gui)模生产等。

（三）物理气相沉积法(fa)（PVD）

物理(li)气相(xiang)沉积(ji)法(fa)是利(li)用(yong)热蒸(zheng)发或(huo)辉光放(fang)电等物理(li)过程，在基(ji)材表面(mian)沉积(ji)所需要的涂层(ceng)，该法(fa)是制备(bei)硬质(zhi)镀(du)层(ceng)的常用(yong)技术(shu)。其包括(kuo)真空(kong)蒸(zheng)发镀(du)膜、离子镀(du)和溅射镀(du)膜。PVD法沉积温度较低，因此基底不易(yi)变形、开(kai)裂(lie)，并能(neng)保证(zheng)镀层性(xing)能(neng)。TiO₂薄膜可通过电子束(shu)蒸发、活化反应蒸发、离(li)子束(shu)溅射、离(li)子束(shu)团(tuan)束(shu)（ICB）技(ji)术(shu)、直(zhi)流（交流）反(fan)应磁控溅射等物理气相(xiang)沉积方法(fa)制备。

PVD真空镀(du)膜技(ji)术示意图

（四(si)）电泳

电(dian)(dian)泳法是利用带(dai)电(dian)(dian)粒子的迁移，在(zai)一定(ding)的直流(liu)偏压下使粒子聚集在(zai)导电(dian)(dian)基底上形成均匀的薄(bo)膜(mo)的成膜(mo)技(ji)术。电(dian)(dian)泳法制备的薄(bo)膜(mo)具有高平(ping)整度(du)与高粗糙度(du)的(de)特点，薄膜的(de)厚度可以通过成膜电流及成膜时间来进行控(kong)制(zhi)。应用电化学方法制(zhi)备的(de)薄膜，也需要对膜进行热处理，该方法最大的(de)缺(que)点是(shi)必须依附在导电基底上成(cheng)膜，但同时(shi)也正是由于导电基底的依附，成(cheng)膜的效果有(you)望获得更优良的(de)光催化性(xing)质。

新型环保功能材料-抗菌陶瓷

电泳法(fa)镀膜示意图

（五(wu)）液相沉积法（LDP）

液相沉积法是利用水溶液中氟(fu)的(de)金属(shu)配离子(zi)和金属(shu)氧(yang)化(hua)物(wu)(wu)之间发生的(de)化(hua)学平衡反(fan)(fan)应，将(jiang)金属(shu)氧(yang)化(hua)物(wu)(wu)沉积到反(fan)(fan)应液中的(de)底物(wu)(wu)上(shang)。此法特点在于只要(yao)用普(pu)通的(de)设备(bei)就(jiu)可将TiO₂膜(mo)沉积在各种形状(zhuang)的基底上，TiO₂成膜厚度和晶相都可实(shi)现人工可控，但(dan)缺点是(shi)不易得到纯的TiO₂膜。

液相沉积法(fa)制备(bei)TiO₂薄膜示意(yi)图

（六(liu)）TiO₂粉末料浆法

TiO₂粉末料(liao)浆法是以TiO₂粉末为原料(liao)，将(jiang)其在有添加剂的水中分散(san)并制成 TiO₂浆液，再将其(qi)负(fu)载在(zai)基底上，干燥后(hou)洗去附着(zhe)不牢固的TiO₂粉(fen)末，即可用于光催化反应。此法的优点是(shi)可保持TiO₂粉体良好的光催化性能，不(bu)需要高温(wen)焙烧(shao)过(guo)程，故载体就(jiu)可(ke)选(xuan)用不耐高温(wen)的有机(ji)材料(liao)，应用更加广泛，但缺点在于涂层厚度(du)不易控制。

结语

随着生活水(shui)平的(de)提高以及(ji)健(jian)康(kang)意识(shi)的(de)提升，社会公众(zhong)对(dui)具有健(jian)康(kang)功能(neng)(neng)的(de)产品(pin)越来越关注(zhu)。消费者(zhe)对(dui)产品(pin)健(jian)康(kang)功能(neng)(neng)的(de)关注(zhu)，反(fan)应(ying)到瓷砖产品(pin)上，就(jiu)是对(dui)抗(kang)菌(jun)(jun)瓷砖这(zhei)一品(pin)类产品(pin)的(de)认(ren)可。消费者(zhe)对(dui)抗(kang)菌(jun)(jun)功能(neng)(neng)的(de)认(ren)可，就(jiu)为(wei)抗(kang)菌(jun)(jun)瓷砖的(de)市场推广(guang)提供了消费群体基础。因(yin)此，在(zai)当(dang)前新(xin)冠(guan)肺炎疫情(qing)影响(xiang)持续发酵和(he)“房子是用来住的(de)，不是用来炒的(de)”的(de)房地(di)产政(zheng)策调控形势下，开发(fa)抗(kang)菌瓷砖，对于(yu)瓷砖企业(ye)而言，是应对产业(ye)危机、迎合消费需(xu)求的(de)一个可(ke)行选择。而其市场前景，也(ye)非常值得(de)期待。

参(can)考来(lai)源：

（1）Zn/Ce、Zn/Y离(li)子掺杂TiO2制备(bei)抗菌(jun)陶瓷及抗菌(jun)性的探讨，栾澈。

（2）Zn/Co共掺杂TiO2纳米(mi)材料抗菌陶瓷的制(zhi)备工艺及其性能研究，薛(xue)菲。

（3）常(chang)见抗菌材料的研究进(jin)展，刘(liu)呈坤(kun)，江志威(wei)，毛(mao)雪，吴红。

（4）抗菌技术及其在瓷砖中的应(ying)用(yong)，张迎(ying)增。

（5）Zn、Zn/Ce、Zn/Y及B掺杂(za)TiO2纳米(mi)材(cai)料的抗菌性(xing)能及抗菌陶瓷的制备，王昱征。

（6）液相沉积法制备TiO₂薄膜的动力学(xue)研(yan)究，丁希(xi)楼(lou)，张国(guo)栋。