無機抗菌材料及應用

隨著人民生活水平的提高,人們對工作和生活環境的衛生日益重視,從而促進了具有抗菌功能材料的研究與開發,各種抗菌制品應運而生,并獲得了迅速發展。根據材料的不同,將基礎抗菌劑分為有機抗菌劑和無機抗菌劑兩種類型。有機抗菌劑

為傳統抗菌劑,在醫療及工業領域得到廣泛應用,無機抗菌劑在使用安全性、持久性、抗菌性和耐熱性等方面都優于有機抗菌劑。因此,近年來無機抗菌劑得到了廣泛的開發和應用。

一、無機抗菌材料的種類

無機抗菌劑按其作用于微生物的機理可分為兩類,一類是具有抗菌作用的金屬化合物

(銀、銅、鋅等的鹽類)與無機載體(如沸石、膨潤土、活性炭等)結合制備而成,稱之為銀系抗

菌劑;另一類為采用具有光催化作用的物質作抗菌主體,如氧化鈦是廣泛應用的光催化劑,

稱之為二氧化鈦光觸媒系抗菌劑。

1、?銀系抗菌劑

利用銀、銅、鋅等金屬本身所具有的抗菌能力,通過物理吸附或離子交換等方法,將銀、

銅、鋅等金屬(或其離子)固定在不同載體上制得不同類型的銀型抗菌劑:(1)沸石抗菌劑:沸

石是一類具有很大陽離子交換能力的堿或堿土金屬的鋁硅酸鹽礦物,通過交換將Ag+結合

到其結構中而制得沸石抗菌劑。(2)膨潤土抗菌劑:膨潤土是一種具有良好一價陽離子交換

性能的層狀結構無機礦物(離子交換容量為100mmol/100g),可通過陽離子交換將Ag+引

入層間制得膨潤土抗菌劑。(3)硅膠抗菌劑:硅膠具有很大的比表面積,可通過吸附絡合物,

并利用溶膠-凝膠法在其表面形成SiO2層而制得具有熱穩定性和抗菌持久性的抗菌劑。

(4)磷酸復鹽抗菌劑:利用多孔微晶玻璃的方法制得。通過多孔微晶玻璃首先制得具有很強

離子交換能力的LATP粉末,再與硝酸銀溶液進行離子交換,制得Ag-LATP抗菌劑。鹽。而皮膚刺激及致突變性試驗結果也呈陰性。

2、二氧化鈦光觸媒系抗菌劑

利用TiO2的光催化性可充分抑制或殺滅環境中的有害微生物,使環境微生物對人的危

害降低。實驗證明,TiO2具有分解病原菌、毒素的作用,在玻璃上涂一薄層TiO2,光照射3h?

達到殺滅大腸桿菌的效果,光照射4h毒素的含量控制在5%以下[2]。值得注意的是,氧化

鈦光觸媒的消毒殺菌作用只能在有光線照射的條件下才能產生,其效果也因光照強度及光

源種類而不同。為了使光觸媒在光線暗處亦有抗菌性,可以在漿料中加入銀、銅等離子化合

物,然后將漿料涂于制品表面,再經煅燒而制得抗菌制品。最近已用此方法制得了抗菌陶

瓷,其耐久性、耐酸、耐堿性好,是醫院、賓館、衛生設施等抗菌防臭的理想陶瓷。

二、無機抗菌材料的抗菌機理與性能指標

無機抗菌劑的抗菌機理 銀系抗菌劑屬于廣譜抗菌劑 ,有離子溶出型及接觸型。關于抗菌機理有兩種觀點?: (1)銀離子接觸反應 ,造成微生物共有成分破壞或產生阻礙。當微量銀離子到達微生物細胞 膜時 ,因后者帶有負電荷 ,依靠庫侖引力 ,使二者牢固吸附 ,銀離子穿透細胞壁進入胞內 ,使 蛋白質凝固 ,破壞細胞合成酶的活性 ,細胞喪失分裂增殖能力而死亡。同時 ,銀離子也能破 壞微生物電子傳輸系統、 呼吸系統、 物質傳送系統。持此觀點者認為 ,銀離子具有較高的氧 化還原電位( ± 0. 798 eV ,25 ℃ ) ,反應活性很大 ,通過反應達到穩定的結構狀態。(2)催化假 說認為 ,物質表面分布的微量銀離子能起到催化活性中心的作用 ,銀激活空氣或水中的氧 , 產生羥基自由基(· OH)及活性氧離子(O 2 ) ,它們能破壞微生物細胞的增殖能力 ,抑制或殺 滅細菌。兩種假說都有一定依據。不過 ,目前實驗研究結果傾向于支持前者。 所謂光觸媒 ,就是通過吸收光而處于高能狀態 ,并以此能量與某些物質發生化學反應的 材料。TiO2 的禁帶寬度為 3. 2 eV(銳鈦型) ,在波長小于 400 nm 的光照下 ,價帶電子被激發 到導帶形成空穴 電子對。在電場作用下 ,電子與空穴分離 ,遷移到粒子表面的不同位 置。熱力學理論表明 ,分布在表面的空穴 H+ 可以將吸附在 TiO2 表面的 OH- 和 H2O 分子 氧化成· OH 自由基?！?OH 自由基的氧化能力是水體中存在的氧化劑中最強的 ,能氧化大部 分有機污染物及部分無機污染物 ,將其最終降解為 CO2、 H2O 等無害物質 ,而且· OH 自由基 對反應物幾乎無選擇性 ,因而在光催化氧化中起著決定性的作用 。

三、無機抗菌材料的應用

抗菌布料 生產布料纖維時 ,將無機抗菌劑分散于其中 ,制得抗菌纖維 ,在紡織中將抗菌纖維以一 定比例應用于布料 ,制得抗菌布料。用 65 %的摻沸石抗菌劑的纖維加入 35 %棉紡制成抗菌 布料 ,對其進行抗菌及耐久性試驗 ,結果表明:該布料對大腸桿菌、 綠膿桿菌、 枯草桿菌、 肺炎 桿菌、 白癬菌等具有良好的抗菌性;洗滌 50 次后該布料對肺炎桿菌的滅菌率為 74 % ,洗滌 150 次后對肺炎桿菌的滅菌率為 69 % ,具有良好的耐洗滌性能。?