无机抗菌剂的应用



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  1、无机抗菌剂
     抗菌陶瓷制品是指在各类陶瓷制品的釉中加入或在釉面喷涂抗菌剂,从而使陶瓷制品表面上的致病细菌得以杀灭或抑制。迄今为止,具有抗菌杀菌作用的物质为数不少,大体上可以分为有机、天然和无机杀菌剂三大系列。其中有机抗菌剂如季胺盐、聚乙烯吡咯烷酮、双弧和咪唑等,它们杀灭细菌的即效性好,但耐热性差,一般只有350℃左右,易分解,不适用于抗菌陶瓷制品。天然抗菌剂如中草药提取液、虾、蟹、甲壳类提取物等,它们的安全性高,但杀菌效果一般,耐热性差,也不适用于抗菌陶瓷制品。而无机抗菌剂如载银磷酸锆、载银磷酸钛、载银磷酸钙和具有光催化作用的二氧化钛、氧化锌等,由于它们的抗菌性能和耐高温性能均好,适用于抗菌陶瓷制品。
     采用西安康旺抗菌科技股份有限公司生产的载银磷酸锆钠做抗菌剂实验,其主要技术指标如表1所示。

    

表1                                 康旺无机抗菌剂性能

化学式

含银量%

外观

平均粒径μm

水分%

耐热温度℃

结晶构造

AgxNa1-xZr2(PO4)3

3.6±0.5

白色粉末

1.6±0.5

<0.8

1350℃不分解

典型六面体结构

     2、无机抗菌剂在建筑卫生陶瓷中的应用
     2.1 抗菌卫生陶瓷的生产
     按比例将称好的抗菌剂加入釉料中,并入球磨制浆,球磨细度(釉料)万孔筛全部通过,将制好的釉浆施于卫生瓷坯体表面即可。工艺过程是在施釉工段中将干燥好的青坯先施一半未加抗菌剂的釉浆,接着再施一半加抗菌剂釉浆(抗菌剂釉浆与未加抗菌剂釉浆各占施釉量的50%),其后工艺与目前卫生瓷生产工艺相同。
     2.2 抗菌釉面内墙砖的生产
     工艺过程是在釉面砖的制作过程中,加入抗菌剂制成抗菌釉浆,并施于砖坯表面,烧制而成。
     工艺流程为:坯体干燥→施底釉→施面釉①→施面釉②→干燥→烧成→检包
     其中面釉②为加入抗菌剂釉浆或加抗菌剂印花釉,面釉①为不加抗菌剂的釉浆。
     (1)釉面砖坯体的化学组成如表2所示。

    

表2                                坯体的化学组成(质量%)

SiO2

Al2O3

Fe2O3

TiO2

CaO

MgO

K2O

Na2O

71.29

17.01

1.24

0.47

4.67

3.52

1.54

0.26


    
     (2)底釉的化学组成如表3所示。

    

表3                               底釉的化学组成(质量%)

SiO2

Al2O3

Fe2O3

TiO2

CaO

MgO

K2O

Na2O

ZnO

B2O3

ZrO2

烧失

47.95

23.30

0.11

0.09

1.86

0.44

3.93

2.82

2.35

4.28

9.66

3.02

    
     (3)面釉配方为:95%水晶透明熔块+5%高岭土,外加抗菌剂3%。
    
     3、抗菌性能检测
     对于抗菌陶瓷国家目前还没有统一的检验标准,本送检样品参照执行了FZ/T01021 - 92(织物抗菌性能试验方法)、GB15979 - 1995 (附录B - 产品抑菌和杀菌性能与稳定性测试方法)和日本食品分析检测中心的塑料(陶瓷)抗菌试验FILM密着分析方法。抗菌性能由广东省微生物分析检测中心检测,分析检测结果如图1、图2所示。


    

    4、结论
     4.1 抗菌剂分布对抗菌效果的影响
     在陶瓷制品面釉中加入无机抗菌剂后,陶瓷制品便显示抗菌活性。由于Ag+在釉层中的分布直接影响抗菌效果,即Ag+均匀地富集釉表层抗菌效果较好。试验时,我们通过二次施釉使抗菌剂分布于抗菌产品的釉表层,可减小Ag+在釉中向坯体扩散的趋势,保证了Ag+在釉表层的富集量,因此,Ag+就容易产生缓释作用,从而使产品具有较好的杀菌作用。这与我们用EPMA观察的结果相符。
     4.2 抗苗剂加入量对抗菌效果的影响
     抗菌剂性能强弱与无机抗菌剂的添加量呈线性关系。当无机抗菌剂加入量增至3%时,此时,陶瓷制品在一定时间内(24h)可将致病的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌杀灭97%以上。加入量>3%时,虽然抗菌性能有所增加但变化不大,而釉料成本却大大增加。以抗菌剂加入量为3%和6%为例,杀灭率分别为97.7%和98.7%,但加入量为3%时釉料成本增加一倍,加入量为6%时釉料成本却增加六倍。由此可见,抗菌剂最佳加人量为3%。同时,陶瓷制品的外观(光泽、色调等)保持与不加抗菌剂相同,克服了用氧化银抗菌时,氧化银能与釉料中某些化合物结合而失去抗菌活性的缺陷。
     4.3 釉载体成分对抗菌效果的影响
     抗菌剂选择磷酸锆钠作为载银体,釉面体选择硼硅酸盐玻璃作为灭菌材料的载体。由于载银磷酸锆钠晶格中的银离子是络合反应,不是单一的物理吸附,在具有微孔的硼硅酸盐玻璃体釉中,磷酸锆钠银晶格中的银随着载体材料的水溶而缓释出来,据测定缓释出来的银离子达到100mg/L时,就可以与细菌蛋白酶的硫基强烈结合,发生下列反应:
    
     从而可使细菌赖以代谢的酶被破坏,使细菌不能繁殖。此外银离子可与细菌菌体的DNA强烈键合,破坏DNA的结构使细菌被杀灭。
     综上所述,在传统的建筑卫生陶瓷生产工艺中,釉面砖釉料中加入3%的康旺无机抗菌剂,经1140℃下烧制成抗菌内墙砖。卫生瓷釉料中加入3%的抗菌剂,二次施釉于坯体表面,经1220℃下烧制成抗菌卫生瓷。由于釉面均一分布着载银离子络合物,可缓释出银离子,从而使这种内墙砖及卫生瓷对常见致病菌如大肠杆菌、金黄色葡萄球具有良好的杀来作用。

信息来源:中国陶瓷信息资源网