【摘要】综合阐述了陶瓷抗菌剂的种类和原理，介绍了国内外抗菌保健新产品开发现状和动态，以及稀土激活银系和光催化剂陶瓷抗菌剂以及新型复合型陶瓷抗菌剂的成功应用实例。
【关键词】陶瓷抗菌剂、抗菌保健产品、稀土激活、双层釉
1、概述
随着生活水平的不断提高，人们更加追求生活环境的卫生化、舒适化和保健化。因此各种抗菌保健陶瓷新产品不断被研制开发，逐渐推向市场。抗菌保健陶瓷新产品主要是引进无机抗菌保健剂，以其耐热性好、安全性高的优点，得到较快的发展，应用范围不断扩大。所谓无机抗菌保健剂指的是银系抗菌剂、光敏系（光触媒系）抗菌剂、远红外线原料和麦饭石保健系列原料等，可广泛应用于涂料、纤维布匹、有机塑料（包括冰箱内壳）、陶瓷、搪瓷等领域。本文根据已有文献报道，并结合笔者从事陶瓷抗菌剂的研制实践，就陶瓷抗菌剂和抗菌陶瓷产品的开发现状及其发展动向介绍如下：
2、无机抗菌保健剂的主要种类和原理
（1）银系抗菌剂
银系抗菌剂等主要用于陶瓷、搪瓷面釉中，烧成后使其保持抗菌性能，既可以喷涂到日用陶瓷、建筑卫生陶瓷釉面上，又可以用膜液镀于陶瓷、玻璃制品，并在高于400℃温度烧后而具有抗菌性能。 银系抗菌剂其抗菌机理目前有两种理论，其一是微量的银离子进入菌体内部，破坏了微生物细胞的呼吸系统及传输系统，引起酸的破坏（或氨基酸等的变形、损坏）；其二是由于银离子的催化作用，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。
（2）氧化钛系光触抗菌剂
氧化钛光触剂是一种半导体，充满电子的价电子带，由能传导电子的传导带和不能存在电子的禁带构成，当含有紫外线的光照射到抗菌剂时，产生电子（e-）和空穴（h+），产生的电子和空气中的组分反应，生成过氧化氢（还原反应）：e-+O2+H2→H2 O2 。空穴和抗菌剂表面的微量水分反应生成氢氧根（氧化反应）：h++H2O→OH-+H+，过氧化氢和氢氧团具有杀菌作用，可将有机物分解成二氧化碳和水，因此可将细菌慢慢分解，并具有防污、除臭功能，引入方式同银系抗菌剂类似，此外，ZnO、SnO2、WO3均属此系列。
（3）稀土元素激活银系
光触媒系抗菌剂 稀土元素的原子构造可以用4fn5d16S2来表示，n从0变化到14，外层价电子是5d16S2，故稀土元素均以正三价出现。稀土元素随着原子序数的增加，4fn层逐步被填满。 对其激活抗菌机理，我们初步认识是：在银系、光触媒系抗菌剂中加入稀土元素原料，由于其外层的价电子带存在，当含有紫外线的光照射到光触媒系抗菌剂时，产生电子(e-)和空穴（h+），产生的电子一部分跳跃而形成Ag-离子，而另一部分则较多地被稀土元素的外层价电子带所俘获，这样便可产生更多的空穴，与此同时，稀土元素价电子带俘获的部分电子也极易被银原子所夺而形成Ag-离子，由于以上两激活，而更加有效地强化了银系或光触媒系抗菌剂的抗菌性能。
（2）麦饭石和远红外材料
以麦饭石和远红外材料作为主要原料，例如麦饭石、ZrO2、Fe2O3、 Al2O3 Ni2O3等。用途之一是添加石英、粘土等，可制成麦饭石类器保健水具；另一用途是不添加石英、粘土等，而是将其和远红外原料按特定比例混合均匀，共同粉碎后过40目筛，然后在1100℃左右煅烧，粉碎成细粉或超细粉，并引入到高分子材料（布匹或高强度塑料）中，做成的产品在常温下由于可见光的激发能发射出8~18μm波长的远红外线，应用于医疗保健则能促进人体微循环，益于人体健康。 一般而言，优质麦饭石应为中偏碱性次火石岩。其岩石化学成分中，SiO2含量应在65%~70%之间，Al2O3含量应大于15%，全碱含量应大于8.5%，此外，人体必需的矿物质和微量元素种类较多，含量丰富，由于麦饭石是一种天然矿石，它对生物无毒有益，为此是一种具有一定生物活性的矿物质保健药石。宋代的《图经本草》已有记载，明代的杰出医药学家李时珍在其巨著《本草纲目》中记载此药"甘、温、无毒，主治一切痛疽发背"。因共外观颇似握紧的麦饭团而得名。在近代，麦饭石传到国外，日本称其为"健康石"，韩国称"矿泉药石"。 麦饭石在水中浸泡，可溶出对人体有益的元素，经其矿化的水，水质接近或超过饮用水标准，有的甚至达到矿泉水的标准，对人体有害的Pb、Cd、Hg、As等重金属及苯酚、氰化物、亚硝酸基等有害物质成分其具有较强的吸附能力，并对生鱼、生肉的异味有明显的抑制作用；经抗疲劳和耐缺氧实验，机体免疫功能实验，表明麦饭石对生物体具有明显的生物活性。国内外通过对麦饭石的应用研究，由其对主要原料而研制成的新产品正在不断开发；它还被应用于制成多孔过滤芯，净化水质或饮料酿造用的矿化水，或治疗皮肤病变及用于健身强体、化妆美容等领域。 3、抗菌剂和抗菌保健新产品的开发 目前所研制的无机抗菌剂以陶瓷抗菌剂为主，国外已在大量应用，我国也处于起步阶段。所谓陶瓷抗菌剂，主要是指以沸石、磷酸钙、硅藻土等陶瓷材料为基体，浸渍或被覆银、铜、锌等金属离子而制成的抗菌剂及二氧化钛等光催化剂菌。陶瓷抗菌剂由于具有杀死细胞或阻止细菌繁殖，抑制各种微生物生长等功能，目前已获得广泛应用。如制成抗菌卫生洁具、抗菌瓷砖、抗菌玻璃器、净水器、冰箱、洗衣机、电话机等的抗菌塑料部件、抗菌菜板、抗菌牙刷、食品包装用抗菌塑料薄膜、医院用抗菌工作服、病号服等。
（1）四川成都市栾殿玺等发明的"高温保健陶瓷"。
由含长石、石英、粘土的瓷土泥浆、麦饭石10%~39%、含钇、铈、钕、镨、浮集物、氧化铝的添加剂0.5%~7%，按陶瓷制法制成。加入添加剂使制品具有高温急剧加热不炸裂的优点。可制成于高温用的烹调、洗浴、饮食、卫生消毒、医疗制品，使陶瓷中麦饭石富含对人体的有益元素被高温激发而大量释放，以达到对人体的调补保健和治疗目的。
（2）山东淄川奎山陶瓷厂司志永发明的"麦饭石质炻器保健水具"，是以麦饭石或麦饭石为主体的矿物为主体原料的日用炻器制品，麦饭石的用量范围为65%~70%，除具有一般日用炻器水具的使用功能外，还可大量溶出人体所必需的各种微量元素，且吸附水中有害元素离子，具有日常保健、营养和治疗的功效，其制造工艺与一般日用炻器相同，烧成温度为1050~1100℃，易于推广生产。
（3）中国人民解放军济南军区后勤部军事医疗研究所孙华斌等发明的"自消毒搪瓷陶瓷材料及其制备工艺"，利用半导体光催化原理，研制成一种能自动杀灭细菌和病毒的新材料。该材料在微量水和光的作用下催化产生高活性自由基，无选择性地氧化细菌和病毒，达到灭菌消毒的目的。该材料是在普通瓷釉中混入复合半导体光催化剂(TiO2、ZnO、SnO2、WO3)在特殊的工艺条件下面烧成。
（4）中国建筑材料科学研究院金宗哲等发明的"保健、抗菌、除臭薄膜及其陶瓷、玻璃制品"，由光催化剂、抗菌金属元素、远红外元素及其氧化物组成，用明钛溶液(TiSoL)配制而成薄膜，该膜镀于陶瓷、玻璃制品上，在高于400℃温度下烧结后的产品，具有保健、抗菌、除臭等多功能特征。
（5）中国建材研究院陶瓷耐火材料研究所开发的新产品"光催化抗菌釉面砖"，该产品将光催化剂与建筑材料结合起来，在阳光室内照明光源中所含微弱紫外光的激发下，可以杀灭细菌和微生物，防止霉菌生长。消除有害气体，可创造更为洁净、舒适的生活、工作环境。其技术性能：
A、抗菌性能--对细菌繁殖体（金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌）的抗菌实验表明，该材料在黑暗条件下2小时的杀菌率>70%，24小时的杀菌率可达95%；在日光灯下2小时的杀菌率>80%，24小时的杀菌率可达98%。
B、防霉性能--对霉菌（白色念株菌）的抗菌评价表明，该材料在黑暗条件下2小时的杀菌率>60%，24小时的杀菌率可达95%；在日光灯下2小时的杀菌率>70%，24小时的杀菌率可达98%。
C、装饰性能--具有较高表面光洁度，有镜面效果和装饰效果。
（6）日本国爱知县伊奈斯株式会社今井茂雄等发明的"抗菌陶瓷及其生产工艺"，则通过减少金属使用量并通过气相沉积，把抗菌金属均匀并坚固地附着在陶瓷的表面，例如瓦或卫生陶器的表面；方式是通过在窑内加热银或氧化银来气化银或氧化银，在冷却区中蒸汽与陶瓷接触便可沉积在表面；银或氧化银可容纳在多孔容器中，放置在窑中的适合部位，通过窑高温或加热器来气化沉积抗菌金属于产品表面。 （7）最近日本研制出一种高效多孔抗菌陶瓷。
这种抗菌陶瓷安全性好，强度高，耐热、耐水，抗菌防毒，而且抗菌性能持久。这种抗菌陶瓷与现有抗菌陶瓷不同，是在镁、钙锶等碱土金属类，锌和氧中的一种以上的金属难溶性正磷酸盐或其难溶性正磷酸复盐中国入铜离子和/或银离子溶液，在40℃下反应，得到结晶粉料，再与烧结温度高于结晶粉料的陶瓷材料（粒径0.1~0.5mm）混合成型，于65℃以上的温度烧结而成。
（8）中国建筑材料科学研究院金宗哲等发明的"保健、抗菌多功能陶瓷釉及其陶瓷制品"
是含有光催化抗菌剂，远红外元素及氧化物，用以装修公共设施，家庭居室及医疗设施，可提高生活环境卫生水平及大众健康水平。
（9）轻工业陶研所胡海泉等开发一种稀土激活的复合型（银系和光催化系）高效陶瓷抗菌剂，用这种复合型抗菌剂以5%~10%加入到不同的基质材料中，在不同光源下（自然光、白色荧光和黑暗条件下等）24h后测定其杀菌率均为1005。可广泛应用于建筑卫生陶瓷、玻璃制品、净水器、塑料、橡胶、纤维、纸、涂料等领域。制出的陶瓷产品经卫生防疫部门检测，在不同光源下杀菌率24h后均为100%故高效安全。经检测各项指标均达到日用陶瓷和建筑卫生陶瓷国家标准。信息来源：中国陶瓷信息资源网
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