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鄒小姐：13326633089 -
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隨著科技的飛速發展和人民生活水平的不斷提高，構建良好的生態環境、提高生活質量、環保這一思想逐漸成為人們關注的話題，有抗菌功能的日用陶瓷、建筑陶瓷的開發和生產逐漸成為人們的關注對象。抗菌陶瓷是一種新型的環保功能材料，技術含量高，生產工藝稍顯復雜，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降解的功能。多功能的特性讓其廣泛應用于衛生、醫療、家庭居室、民用住宅或工業建筑等各個領域。
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術語而來的，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物質內部成分的不同，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,協同殺菌 |
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優點 |
綠色、安全,廣譜抗菌,良好的生物相容性 |
化學性質穩定,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 |
提取工藝復雜,抗菌效果持續時間較短 |
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,過度使用易產生耐藥菌,受熱易分解 |
抗菌材料分類及其優缺點
由表可知，相比于天然抗菌材料其抗菌效果持續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性質穩定，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。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，抑制細菌生長或將細菌殺死，其用途最廣、產量最大。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、損傷細胞膜；3.干擾DNA的結合。
（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。抗菌機理主要是金屬氧化物可以吸收光能，發生電子躍遷，生成帶有強氧化還原性的物質。該物質與細菌細胞內的物質發生反應，阻礙了細胞內物質的正常合成，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，化學性質穩定。
（3）復合型無機抗菌材料
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合制備無機抗菌材料。目前出現了很多復合型抗菌材料，主要有：無機-無機復合型、無機-有機復合型、稀土元素激活銀系、金屬離子與光催化復合型、光催化復合型。相對于單一金屬離子型抗菌材料，復合型抗菌材料有其自身的優點：無機-有機復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，并綜合了兩者的優點：即復合型無機抗菌劑具有有機系的即效性、持續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良的抗菌瓷磚呢？目前業內以日本伊奈公司（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，最后經燒結可制得抗菌陶瓷。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雜。另一種抗菌陶瓷制備方法即在燒結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；（3）干燥焙燒基質成膜。一般來說，溶膠-凝膠法與傳統的燒結方法相比較有以下優點：（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，并且溶劑雜質在初處理過程中易被除去；（3）焙燒溫度比傳統方法低，因為所需的生成物在焙燒前已經初步成型，形成凝膠的比表面積很大；（4）反應過程易于控制，可大幅減少副反應的發生，并可避免結晶等。
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的形式沉積在基質上。使用該方法可以在幾何形狀復雜的基體表面涂覆，制備的涂層與基底結合十分牢固。MOCVD技術的優點有結晶結構和氧化程度易控制，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，可按預期生長多組元和多層結構的多功能金屬氧化物薄膜，能直接由實驗室轉工業規模生產等。
（三）物理氣相沉積法（PVD）
物理氣相沉積法是利用熱蒸發或輝光放電等物理過程，在基材表面沉積所需要的涂層，該法是制備硬質鍍層的常用技術。其包括真空蒸發鍍膜、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、活化反應蒸發、離子束濺射、離子束團束（ICB）技術、直流（交流）反應磁控濺射等物理氣相沉積方法制備。
PVD真空鍍膜技術示意圖
（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電基底上形成均勻的薄膜的成膜技術。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。應用電化學方法制備的薄膜，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電基底上成膜，但同時也正是由于導電基底的依附，成膜的效果有望獲得更優良的光催化性質。
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生的化學平衡反應，將金屬氧化物沉積到反應液中的底物上。此法特點在于只要用普通的設備就可將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。此法的優點是可保持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，應用更加廣泛，但缺點在于涂層厚度不易控制。
結語
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品越來越關注。消費者對產品健康功能的關注，反應到瓷磚產品上，就是對抗菌瓷磚這一品類產品的認可。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。因此，在當前新冠肺炎疫情影響持續發酵和“房子是用來住的，不是用來炒的”的房地產政策調控形勢下，開發抗菌瓷磚，對于瓷磚企業而言，是應對產業危機、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）抗菌技術及其在瓷磚中的應用，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薄膜的動力學研究，丁希樓，張國棟。
粉體圈小鄭
