抗菌材料機(jī)理及性能研究

劉睿

北京市第三建筑工程有限公司 北京 100032

前言

復(fù)合材料是當(dāng)前我國廣泛應(yīng)用的一種材料，通過添加抗菌材料可以制備具有優(yōu)良性能的復(fù)合材料，而當(dāng)前的建筑行業(yè)中，由于建筑工程使用的年限較長，對部分建筑結(jié)構(gòu)使用抗菌材料可以有效延長建筑工程的使用壽命，而相對于有機(jī)抗菌材料而言，復(fù)合材料具有更好的環(huán)保效果，因此受到了建筑行業(yè)的廣泛青睞。

1 抗菌材料主要機(jī)理分析

復(fù)合材料能夠產(chǎn)生抗菌效果的主要原因是由于這些復(fù)合材料中的功能添加物可以對其使用環(huán)境中的一些微生物以及其生物鏈形成一種消極的影響力。這一抗菌效果主要表現(xiàn)為將微生物生存時間縮短，減少微生物食物，使微生物的繁殖能力降低，抗菌材料的這一特性能夠明顯減少微生物的數(shù)量。復(fù)合材料抗菌功能發(fā)生的機(jī)理主要可以從三個方面實現(xiàn)：其一就是干擾細(xì)胞壁的合成過程，由于通常細(xì)菌的細(xì)胞壁有一種非常重要的組成成分就是肽聚糖，在無機(jī)非金屬材料對細(xì)菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)形成干擾時，其主要影響過程就是通過對多糖鏈以及四肽交聯(lián)結(jié)構(gòu)之間發(fā)生連接作用的影響而使細(xì)菌細(xì)胞壁無法實現(xiàn)完整而導(dǎo)致細(xì)菌死亡；其二就是對細(xì)菌細(xì)胞膜造成損傷，由于細(xì)菌微生物進(jìn)行生命活動時起到保護(hù)作用的主要結(jié)構(gòu)就是細(xì)胞壁，而無機(jī)非金屬材料對細(xì)胞壁進(jìn)行破壞后就會導(dǎo)致細(xì)菌快速死亡；其三就是控制細(xì)菌中蛋白質(zhì)合成的主要過程，由于細(xì)胞中進(jìn)行功能表達(dá)的主要物質(zhì)就是蛋白質(zhì)，而如果阻斷了蛋白質(zhì)合成的過程就會使細(xì)菌細(xì)胞無法正?；顒?，從而導(dǎo)致細(xì)菌死亡[1]。

2 復(fù)合抗菌材料主要分類及相關(guān)應(yīng)用

抗菌材料就是降低環(huán)境中細(xì)菌污染的概率，抑制建筑結(jié)構(gòu)中細(xì)菌的生長與生存。當(dāng)前在建筑材料中能夠?qū)崿F(xiàn)抗菌環(huán)保功能的有兩種材料：其一就是無機(jī)材料，這一材料類型能夠抗高溫影響，且抗菌效果好，功能也相對穩(wěn)定，在建筑行業(yè)應(yīng)用的前景非常好；其二就是有機(jī)材料，這種材料對于環(huán)境具有一定的影響，且可能危害使用者健康，在建筑市場中應(yīng)用的潛力不如無機(jī)材料大[2]。當(dāng)前具有抗菌環(huán)保性能的無機(jī)材料類型如下：

2.1 金屬復(fù)合抗菌材料

由于金屬離子的抗菌性能已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)可，例如具有較大抗菌效果的銀、銅離子等，其毒性較小，在抗菌工作中非常常見，不過由于金屬離子在實現(xiàn)抗菌環(huán)保功能時對于光與熱的環(huán)境要求較高，無機(jī)非金屬材料本身又具有很好的耐高溫吸能，兩者融合就能提升材料的環(huán)?？咕Ч箍咕牧暇哂懈玫哪蜔嵝院湍途眯?，在現(xiàn)階段無機(jī)抗菌材料的主要形成過程就是通過物理反應(yīng)使硅膠等耐高溫物質(zhì)表面與金屬離子的結(jié)合而形成無機(jī)抗菌劑，這一材料在建筑行業(yè)應(yīng)用較為普遍[3]。

2.2 半導(dǎo)體復(fù)合抗菌材料

在20世紀(jì)七十年代日本就已經(jīng)有學(xué)者通過實驗驗證了TiO2電極上光電解水的可能，在世界范圍內(nèi)引發(fā)了學(xué)界的關(guān)注，而在納米技術(shù)應(yīng)用在半導(dǎo)體生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的今天，半導(dǎo)體與光催化理論之間融合的效果越來越緊密，學(xué)界也證明了TiO2的抗菌環(huán)保性能，因此這類材料的市場應(yīng)用前景非?？陀^。正是因此，在21世紀(jì)，在凈化領(lǐng)域，太陽能得到了積極的應(yīng)用，甚至引發(fā)了光催化凈化的技術(shù)革新，但是由于在材料選擇方面可選擇的范圍非常窄，因此在當(dāng)前較為廣泛應(yīng)用的材料只有二氧化鈦和氧化鋅[4]。

2.3 無機(jī)復(fù)合抗菌材料

在建筑材料如地磚、瓷磚和一些涂料中使用無機(jī)抗菌劑可以形成真正的無機(jī)抗菌建筑材料制品，這種應(yīng)用的主要方法以及模式就是在所需使用的建筑材料表面進(jìn)行抗菌劑涂抹來形成抗菌制品。世界上對于抗菌環(huán)保建材研制與應(yīng)用最早關(guān)注的企業(yè)是日本TOTO公司，該公司通過光催化無機(jī)材料的應(yīng)用研發(fā)了一些抗菌建筑材料。而在國內(nèi)，一些材料學(xué)專家與山東一家陶瓷集團(tuán)合作，成功地利用稀土激活技術(shù)研制出抗菌衛(wèi)生陶瓷，并于1999年通過山東省的專家組認(rèn)定而投產(chǎn)。淄博一家科技公司與河北工業(yè)大學(xué)合作成功地研制出具有環(huán)保功能的陶瓷:具有較好的抗菌功能，輻射較強(qiáng)的遠(yuǎn)紅外線，微量元素的釋放。淄博博納科技發(fā)展公司與華辰集團(tuán)合作，二者成功地利用抗菌陶瓷材料研制出抗菌環(huán)保易潔墻面磚，并且經(jīng)過國家建筑材料工業(yè)環(huán)境監(jiān)測中心檢測，該產(chǎn)品對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的殺菌率高達(dá)95%[5]。

2.4 稀土復(fù)合抗菌材料

稀土元素因其自身具有獨一無二的外層電子結(jié)構(gòu)，并且業(yè)已在醫(yī)學(xué)抗菌消炎藥物領(lǐng)域獲得應(yīng)用，學(xué)界研究者利用這一材料相繼研發(fā)出建筑材料和日用品。美國Saad等專家利用稀土元素研制出堿硅酸鹽涂層材料，含有氧化鈰12%到30%左右，具有很好的自潔功能。日本NIPG公司研發(fā)的抗菌防霉涂層材料用于生產(chǎn)抗菌環(huán)保玻璃粉。但是上述建筑材料目的是加入稀土以便改善產(chǎn)品的質(zhì)量，并未充分關(guān)注稀土元素的抗菌環(huán)保功能，實驗結(jié)果表明，將稀土與納米二氧化鈦復(fù)合以后，然后在二氧化鈦中添加表面能級，這樣的話，建筑材料在光照情況下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而產(chǎn)生具有良好的抗菌和凈化功能的羥基自由基，具有良好的環(huán)保功能[6]。

3 結(jié)束語

在建筑工程建設(shè)施工中應(yīng)用復(fù)合抗菌材料有助于建筑重要結(jié)構(gòu)耐久性的提升以及建筑結(jié)構(gòu)環(huán)保效果的優(yōu)化，在建筑中應(yīng)用復(fù)合材料可以在強(qiáng)化其材料抗菌性效果時優(yōu)化其力學(xué)性能及環(huán)境友好性，使其實現(xiàn)抗菌、防腐等功能時無須通過一些特殊的化學(xué)方法，進(jìn)而使之能夠更加環(huán)保，此類復(fù)合抗菌材料能夠大力推動建筑行業(yè)的發(fā)展，并使其更加符合社會需求。