抗菌陶瓷技术

抗菌陶瓷技术

1 抗菌陶瓷的国内外发展概况

目前，随着科技的发展和人们生活水平的提高，人们的环保意识不断增强，同时，由于环境恶化、地球变暖促使细菌滋生、传染病的感染、发病率也逐步上升。尤其是近两年的SARS病毒、禽流感的肆虐更让人们认识到居家环境的净化、清洁的室外空气、有效的保护水资源等都与健康息息相关，也催生了环保抗菌用品的大市场。对于陶瓷行业而言，这一抗菌材料和制品就是抗菌陶瓷。

抗菌陶瓷是指在卫生陶瓷的釉中或釉面上加入或在其表面上浸渍、喷涂或滚印上无机抗菌剂，从而使陶瓷制品表面上的致病细菌控制在必要的水平之下的抗菌环保自洁陶瓷。早在上世纪80年代末，工业发达国家就在医院、餐厅、高级住宅首先开始使用抗菌建筑卫生陶瓷制品。近年来，普通家庭逐步开始使用抗菌陶瓷。在研制使用抗菌陶瓷方面最早首推是日本，生产抗菌材料的厂家现已超过100家，特别是1996年日本发生全国范围内病原性大肠杆菌0157感染事件之后，掀起了抗菌陶瓷热。日本最大的制陶公司NAX公司研发中心的研究人员于1999年研制成功一种称之为Kilamie抗菌陶瓷，该陶瓷釉中含银，它可以较好地抑制陶瓷制品表面细菌的增长，特别适用于卫生间的坐便器与浴缸。日本东陶(TOTO)公司也将光催化抗菌瓷砖和卫生瓷商品化生产，用于医院、食品加工等场所。另外一些厂家，如大阪住友水泥株式会社研发出一系列载银抗菌釉已申请多项专利。韩国赛拉米克公司研究的二氧化钛含银、铜等离子瓷砖, 即使在弱光照射下也能起光催化作用,抗菌效果显著, 适用于医院、厨房、卫生间等场合。美国、德国、韩国相继在建筑卫生陶瓷、日用陶瓷、涂料等方面使用。

我国自从20 世纪 90年代开始对抗菌材料进行研究。在抗菌材料方面研究首先取

先取得突破的有中国建材研究院、景德镇陶瓷学院、武汉工业大学等; 国家超细粉末工程研究中心及清华、浙江大学等均成功地研制出纳米抗菌材料;上海泰谷科技有限公司、浙江金地亚等公司均已生产出成品，并在江苏宜兴联陶、福建豪盛等公司生产出墙地砖和卫生陶瓷样品，有的已批量投产。国内很多高校相继开发成了抗菌或易洁陶瓷技术，山东淄博博纳科技发展有限公司开发的无机复合抗菌剂，成功应用于山东淄博华光陶瓷股份有限公司，该抗菌陶瓷经中国疾病预防控制中心和国家建筑材料工业环境监测中心检测，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀抑率高达96％以上，成为我国抗菌日用陶瓷的领头羊。

中南大学和中科院广州能源所用溶胶—凝胶法制备了陶瓷基纳米二氧化钛抗菌薄

膜。该材料在紫外光照射下具有较好的抗菌和空气净化功能。南京理工大学化工学院开发的以钛酸丁酯为主要原料，采用金属离子掺杂、复合半导体等方法制备不同的纳米二氧化钛复合材料，应用其制备的陶瓷对大肠杆菌和金黄葡萄球菌的杀抑率均在99％以上，具有较高的抗菌效果。

2．抗菌陶瓷的分类

总结国内外抗菌剂的发展及应用，基本上可以把抗菌保健陶瓷分为四种。

(1) 银系抗菌陶瓷

将含有金属离子的无机物加入到釉料中通过适当的烧成制度制备抗菌釉，从而制成抗菌陶瓷制品。其抗菌机理是因为微量的银离子进入菌体内部，破坏了微生物细胞(细菌、病毒等)的呼吸系统及电子传输系统，引起了活性酶的破坏或氨基酸的坏死。另外，细菌和病毒接触到银离子、铜离子时，这些离子会进入微生物体内，引起它们的蛋白质的沉淀及破坏其内部结构，从而杀死细菌和病毒等。与此同时，银离子的催化作用，可将氧气或水中的溶解氧变成了活性氧，这种活性氧具有抗菌作用。研究表明，银系陶瓷制品的抗菌效果达到90%以上，而且化学稳定性良好，具有长期的抗菌功能。

(2) 光触媒钛系抗菌保健陶瓷

也称光催化性抗菌陶瓷。指的是在基础釉中加入二氧化钛，或通过在普通卫生陶瓷表面采用高温溶胶—凝胶法被覆Ti02膜制备而成。这种陶瓷具有净化、白洁、杀菌功能。其作用机理是二氧化钛等光触媒剂是一种半导体，在大于其带隙能含有紫外线的光照射条件下，二氧化钛等光触剂不仅能完全降解环境中的有害有机物生成CO2和H2O，而且可除去大气中低浓度的氮氧化物NO X和含硫化合物H2S、SO2等有毒气体。另外，光照下生成的过氧化氢和氢氧团具有杀菌作用。同时，还可以在Ti02中掺杂银系离子以提高其功效。银系离子加入后，一方面可为钛系半导体提供中间能量，使光的量子效率提高；另一方面可克服钛系触媒剂需要光照才能发挥的局限性，使该类制品在无光的情祝下也能发挥良好的抗菌效果。钛系抗菌陶瓷不仅能杀菌，而且可以分解油污，除去异味，净化环境。(3) 稀土激活银系、光触媒系复合抗菌素陶瓷

指的是在银系、光触媒抗菌剂中加入稀土元素原料而制成的抗菌保健瓷。其激活抗菌机理是当含有紫外线的光照射到光触媒抗菌剂时，由于其外层价电子带的存在，即产生电子和空穴，产生电子的同时，便伴随产生空穴，稀土元素价电子带会俘获光催化电子，故加入稀土的抗菌剂所产生的电子—空穴浓度远远高于未加入稀土的抗菌剂；与此

同时，跳跃到稀土元素价电子带的部分电子也极易被银原子所夺而形成负银离子。由于稀土元素的激活，使抗菌剂的表面活性增大，提高了抗菌、杀菌效果，产生保健、抗菌、净化空气的综合功效。该类产品对各类细菌杀灭率高达95%以上。

(4) 将远红外材料(锆、锰、铁、钴、镍、铬)及其氧化物加入到光触媒抗菌剂中而制成的

抗菌陶瓷

该种产品在常温下能发射出8—18微米波长的远红外线，在医疗保健中能促进人体微循环，有利于人体健康。因此，这种材料在原有功能的基础上又增加了新的保健功能，更加受到人们的喜爱。但加入远红外材料后也有不利的一面。如二氧化锆的引入会降低杀菌效率，另外，过渡金属离子还会引起釉面不同的着色，故对日用陶瓷不宜引入。但对建筑卫生陶瓷，如内、外墙砖、地面砖可选择适量引入远红外材料。研究表明，含远红外原料的抗菌陶瓷较适用在白色荧光照明下使用。

由于抗菌陶瓷产品既保持了陶瓷制品原有的使用功能和装饰效果，同时又具备抗菌杀菌、除臭净化、保健等功能，从而得到广泛应用。可以针对不同的使用场合选择不同品种的抗菌陶瓷制品。如医院、学校、幼儿园公共场所可选择银系、光触媒、稀土激活类抗菌陶瓷产品，它能有效地避免细菌交叉感染，杀死各类细菌、病毒；理疗保健室宜使用含有远红外材料的抗菌陶瓷；对于家庭居室如厨房、卫生间等可以使用光触媒钛系或稀土激活钛系的抗菌净化陶瓷，它不仅能杀死室内的各类细菌，防止各种微生物生长，而且能消除污垢、除去异味，净化室内空气等，有利于人们的身体健康。

3. 抗菌陶瓷的作用机理

抗菌材料有天然系与合成系之分，天然系来自天然动植物的提取液。合成系包括有机和无机两种,有机抗菌材料主要是有机酸、有机酯、醇和酚类。无机抗菌材料是20 世纪80 年代中期发展起来的一类抗菌材料, 其主要是利用一些无机抗菌离子或氧化物实现抗菌的一类抗菌材料。现今用于陶瓷制品的抗菌材料, 主要是无机抗菌材料。按照抗菌材料的不同，抗菌陶瓷主要分为载银抗菌陶瓷和二氧化钛抗菌陶瓷两大类。

3. 1载银抗菌陶瓷的作用原理

银抗菌陶瓷是将抗菌效果好、安全性高的银或其离子固定在沸石、磷灰石、磷酸钙、磷酸锆、粘土矿物等载体上，并加入到陶瓷釉料中，经施釉和烧结后, 使之在陶瓷表面