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鄒小姐：13326633089 -
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隨著科技的飛速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，構(gòu)建良好的生態(tài)環(huán)境、提高生活質(zhì)量、環(huán)保這一思想逐漸成為人們關(guān)注的話題，有抗菌功能的日用陶瓷、建筑陶瓷的開發(fā)和生產(chǎn)逐漸成為人們的關(guān)注對象。抗菌陶瓷是一種新型的環(huán)保功能材料，技術(shù)含量高，生產(chǎn)工藝稍顯復(fù)雜，一方面它既包括陶瓷制品原有的使用功能和裝飾效果，另一方面其增加了抗菌及化學(xué)降解的功能。多功能的特性讓其廣泛應(yīng)用于衛(wèi)生、醫(yī)療、家庭居室、民用住宅或工業(yè)建筑等各個領(lǐng)域。
抗菌材料與抗菌陶瓷
那么什么是抗菌陶瓷？抗菌陶瓷按照JT/C 897-2014《抗菌陶瓷制品抗菌性能》給出的定義，抗菌瓷磚是具有抗菌功能的瓷磚。
那么“抗菌”又指的是什么呢？抗菌材料中的“抗菌”的概念是相對于其他一些相關(guān)術(shù)語而來的，例如“滅菌”指完全殺死或除去微生物；“殺菌”指殺死一部分微生物；“消毒”指殺死一部分病原性微生物；“除菌”是指除去微生物；“制菌”指阻止特定微生物的繁殖；“凈菌”指組織或控制微生物增殖；“防腐”指防止微生物腐化；“抗菌”是滅菌、殺菌、消毒、除菌、制菌、凈菌、防腐、防霉及防菌的總稱。而抗菌材料按照化學(xué)物質(zhì)內(nèi)部成分的不同，可以將抗菌材料分為天然、無機和有機抗菌材料。常見的抗菌材料分類及優(yōu)缺點如下表所示：
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類別 |
天然抗菌材料 |
無機抗菌材料 |
有機抗菌材料 |
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常見材料 |
植物精油、殼聚糖、抗菌肽等 |
金屬離子、金屬氧化物、納米級金屬材料等 |
季銨鹽類、多酚類、吡啶類等 |
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抗菌機理 |
微生物的拮抗作用,細胞滲透性的改變,殺菌物質(zhì)的緩慢釋放 |
接觸殺菌,金屬離子溶出殺菌,活性氧殺菌 |
通過靜電吸附作用殺菌,協(xié)同殺菌 |
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優(yōu)點 |
綠色、安全,廣譜抗菌,良好的生物相容性 |
化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,抗菌效果持久性好,使用安全 |
抗菌效果強,價格便宜 |
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缺點 |
提取工藝復(fù)雜,抗菌效果持續(xù)時間較短 |
光催化抗菌材料要在光照條件下才具有抗菌作用,部分抗菌材料成本較高 |
有較強的毒性,過度使用易產(chǎn)生耐藥菌,受熱易分解 |
抗菌材料分類及其優(yōu)缺點
由表可知，相比于天然抗菌材料其抗菌效果持續(xù)時間較短和有機抗菌材料其較強的毒性，無機抗菌材料具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，抗菌效果持久性好，使用安全的特點，這為抗菌陶瓷在日常生活中使用打下了基礎(chǔ)。近年來研究的無機抗菌材料可以細分為三類：
（1）金屬離子型無機抗菌材料
金屬離子型無機抗菌材料主要是金屬離子直接作用于細菌，抑制細菌生長或?qū)⒓毦鷼⑺?，?/span>用途最廣、產(chǎn)量最大。其中銀離子抗菌效果最強，過往研究最多的就是銀離子，近年來，銅、鋅、鐵離子等也受到了廣泛的關(guān)注。目前的研究認為，銀、銅等金屬離子的抗菌機理是：1.阻礙微生物的呼吸；2.阻礙微生物酶的合成、破壞蛋白質(zhì)、損傷細胞膜；3.干擾DNA的結(jié)合。
（2）光催化抗菌材料
光催化抗菌材料是指金屬氧化物（如常見的ZnO、SiO2、TiO2）必須在有光照的情況下，才能具有抗菌效果?？咕鷻C理主要是金屬氧化物可以吸收光能，發(fā)生電子躍遷，生成帶有強氧化還原性的物質(zhì)。該物質(zhì)與細菌細胞內(nèi)的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，阻礙了細胞內(nèi)物質(zhì)的正常合成，從而達到抑制細菌生長的作用。光催化性抗菌材料對大部分細菌具有很強的抑制效果，而且作用條件簡單、安全，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。
（3）復(fù)合型無機抗菌材料
為了克服單一金屬離子型無機抗菌劑的缺陷，人們采用將多種離子進行復(fù)合制備無機抗菌材料。目前出現(xiàn)了很多復(fù)合型抗菌材料，主要有：無機-無機復(fù)合型、無機-有機復(fù)合型、稀土元素激活銀系、金屬離子與光催化復(fù)合型、光催化復(fù)合型。相對于單一金屬離子型抗菌材料，復(fù)合型抗菌材料有其自身的優(yōu)點：無機-有機復(fù)合型抗菌材料的抗菌性既克服了有機抗菌劑易洗脫、耐熱性不好等缺點又克服了無機抗菌劑抗菌的局限性，并綜合了兩者的優(yōu)點：即復(fù)合型無機抗菌劑具有有機系的即效性、持續(xù)性和無機系的安全性、無變色性等特點。
東陶（TOTO）海潔特賽樂板抗菌效果圖
抗菌陶瓷的制備
那么如何制備一塊性能優(yōu)良的抗菌瓷磚呢？目前業(yè)內(nèi)以日本伊奈公司（INAX）和東陶公司（TOTO）為代表，逐漸形成了兩大技術(shù)流派：金屬離子摻雜型制備方法和光催化表面鍍膜型制備方法。一種是將無機抗菌劑摻入面釉中，制得 抗菌面釉漿料，將其涂敷于陶瓷器表面，最后經(jīng)燒結(jié)可制得抗菌陶瓷。但此種方法制備的抗菌陶瓷對抗菌材料耐熱性的要求十分高，抗菌材料不宜尋得，另外燒制過程的工藝復(fù)雜。另一種抗菌陶瓷制備方法即在燒結(jié)好的陶瓷表面鍍一層抗菌薄膜，以達到抗菌的效果。接下來我們重點介紹光催化表面鍍膜型抗菌陶瓷的制備方法：
（一）浸漬提拉法
浸漬提拉法主要分為三個步驟：（1）制備溶膠-凝膠溶液；（2）提拉浸漬基質(zhì)；（3）干燥焙燒基質(zhì)成膜。一般來說，溶膠-凝膠法與傳統(tǒng)的燒結(jié)方法相比較有以下優(yōu)點：（1）成膜均勻度高，尤其是多組分制品，其均勻度可達分子或原子尺寸；（2）成膜純度高，由于所用原料的純度高，并且溶劑雜質(zhì)在初處理過程中易被除去；（3）焙燒溫度比傳統(tǒng)方法低，因為所需的生成物在焙燒前已經(jīng)初步成型，形成凝膠的比表面積很大；（4）反應(yīng)過程易于控制，可大幅減少副反應(yīng)的發(fā)生，并可避免結(jié)晶等。
浸漬提拉法示意圖
（二）MOCVD
MOCVD法是將N2或Ar等惰性氣體以載氣的形式通過含鈦的金屬有機物，當氣相中的金屬有機物濃度達到一定恒定值時，在高溫條件下分解有機物，Ti便以TiO2的形式沉積在基質(zhì)上。使用該方法可以在幾何形狀復(fù)雜的基體表面涂覆，制備的涂層與基底結(jié)合十分牢固。MOCVD技術(shù)的優(yōu)點有結(jié)晶結(jié)構(gòu)和氧化程度易控制，沉積溫度低和沉積速率高，薄膜的致密性、均勻性和覆蓋性較好，可按預(yù)期生長多組元和多層結(jié)構(gòu)的多功能金屬氧化物薄膜，能直接由實驗室轉(zhuǎn)工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)等。
（三）物理氣相沉積法（PVD）
物理氣相沉積法是利用熱蒸發(fā)或輝光放電等物理過程，在基材表面沉積所需要的涂層，該法是制備硬質(zhì)鍍層的常用技術(shù)。其包括真空蒸發(fā)鍍膜、離子鍍和濺射鍍膜。PVD法沉積溫度較低，因此基底不易變形、開裂，并能保證鍍層性能。TiO2薄膜可通過電子束蒸發(fā)、活化反應(yīng)蒸發(fā)、離子束濺射、離子束團束（ICB）技術(shù)、直流（交流）反應(yīng)磁控濺射等物理氣相沉積方法制備。
PVD真空鍍膜技術(shù)示意圖
（四）電泳
電泳法是利用帶電粒子的遷移，在一定的直流偏壓下使粒子聚集在導(dǎo)電基底上形成均勻的薄膜的成膜技術(shù)。電泳法制備的薄膜具有高平整度與高粗糙度的特點，薄膜的厚度可以通過成膜電流及成膜時間來進行控制。應(yīng)用電化學(xué)方法制備的薄膜，也需要對膜進行熱處理，該方法最大的缺點是必須依附在導(dǎo)電基底上成膜，但同時也正是由于導(dǎo)電基底的依附，成膜的效果有望獲得更優(yōu)良的光催化性質(zhì)。
電泳法鍍膜示意圖
（五）液相沉積法（LDP）
液相沉積法是利用水溶液中氟的金屬配離子和金屬氧化物之間發(fā)生的化學(xué)平衡反應(yīng)，將金屬氧化物沉積到反應(yīng)液中的底物上。此法特點在于只要用普通的設(shè)備就可將TiO2膜沉積在各種形狀的基底上，TiO2成膜厚度和晶相都可實現(xiàn)人工可控，但缺點是不易得到純的TiO2膜。
液相沉積法制備TiO2薄膜示意圖
（六）TiO2粉末料漿法
TiO2粉末料漿法是以TiO2粉末為原料，將其在有添加劑的水中分散并制成 TiO2漿液，再將其負載在基底上，干燥后洗去附著不牢固的TiO2粉末，即可用于光催化反應(yīng)。此法的優(yōu)點是可保持TiO2粉體良好的光催化性能，不需要高溫焙燒過程，故載體就可選用不耐高溫的有機材料，應(yīng)用更加廣泛，但缺點在于涂層厚度不易控制。
結(jié)語
隨著生活水平的提高以及健康意識的提升，社會公眾對具有健康功能的產(chǎn)品越來越關(guān)注。消費者對產(chǎn)品健康功能的關(guān)注，反應(yīng)到瓷磚產(chǎn)品上，就是對抗菌瓷磚這一品類產(chǎn)品的認可。消費者對抗菌功能的認可，就為抗菌瓷磚的市場推廣提供了消費群體基礎(chǔ)。因此，在當前新冠肺炎疫情影響持續(xù)發(fā)酵和“房子是用來住的，不是用來炒的”的房地產(chǎn)政策調(diào)控形勢下，開發(fā)抗菌瓷磚，對于瓷磚企業(yè)而言，是應(yīng)對產(chǎn)業(yè)危機、迎合消費需求的一個可行選擇。而其市場前景，也非常值得期待。
參考來源：
（1）Zn/Ce、Zn/Y離子摻雜TiO2制備抗菌陶瓷及抗菌性的探討，欒澈。
（2）Zn/Co共摻雜TiO2納米材料抗菌陶瓷的制備工藝及其性能研究，薛菲。
（3）常見抗菌材料的研究進展，劉呈坤，江志威，毛雪，吳紅。
（4）抗菌技術(shù)及其在瓷磚中的應(yīng)用，張迎增。
（5）Zn、Zn/Ce、Zn/Y及B摻雜TiO2納米材料的抗菌性能及抗菌陶瓷的制備，王昱征。
（6）液相沉積法制備TiO2薄膜的動力學(xué)研究，丁希樓，張國棟。
粉體圈小鄭
