抗菌材料机理及性能研究

刘睿

北京市第三建筑工程有限公司 北京 100032

前言

复合材料是当前我国广泛应用的一种材料，通过添加抗菌材料可以制备具有优良性能的复合材料，而当前的建筑行业中，由于建筑工程使用的年限较长，对部分建筑结构使用抗菌材料可以有效延长建筑工程的使用寿命，而相对于有机抗菌材料而言，复合材料具有更好的环保效果，因此受到了建筑行业的广泛青睐。

1 抗菌材料主要机理分析

复合材料能够产生抗菌效果的主要原因是由于这些复合材料中的功能添加物可以对其使用环境中的一些微生物以及其生物链形成一种消极的影响力。这一抗菌效果主要表现为将微生物生存时间缩短，减少微生物食物，使微生物的繁殖能力降低，抗菌材料的这一特性能够明显减少微生物的数量。复合材料抗菌功能发生的机理主要可以从三个方面实现：其一就是干扰细胞壁的合成过程，由于通常细菌的细胞壁有一种非常重要的组成成分就是肽聚糖，在无机非金属材料对细菌细胞壁结构形成干扰时，其主要影响过程就是通过对多糖链以及四肽交联结构之间发生连接作用的影响而使细菌细胞壁无法实现完整而导致细菌死亡；其二就是对细菌细胞膜造成损伤，由于细菌微生物进行生命活动时起到保护作用的主要结构就是细胞壁，而无机非金属材料对细胞壁进行破坏后就会导致细菌快速死亡；其三就是控制细菌中蛋白质合成的主要过程，由于细胞中进行功能表达的主要物质就是蛋白质，而如果阻断了蛋白质合成的过程就会使细菌细胞无法正常活动，从而导致细菌死亡[1]。

2 复合抗菌材料主要分类及相关应用

抗菌材料就是降低环境中细菌污染的概率，抑制建筑结构中细菌的生长与生存。当前在建筑材料中能够实现抗菌环保功能的有两种材料：其一就是无机材料，这一材料类型能够抗高温影响，且抗菌效果好，功能也相对稳定，在建筑行业应用的前景非常好；其二就是有机材料，这种材料对于环境具有一定的影响，且可能危害使用者健康，在建筑市场中应用的潜力不如无机材料大[2]。当前具有抗菌环保性能的无机材料类型如下：

2.1 金属复合抗菌材料

由于金属离子的抗菌性能已经得到了广泛的认可，例如具有较大抗菌效果的银、铜离子等，其毒性较小，在抗菌工作中非常常见，不过由于金属离子在实现抗菌环保功能时对于光与热的环境要求较高，无机非金属材料本身又具有很好的耐高温吸能，两者融合就能提升材料的环保抗菌效果，使抗菌材料具有更好的耐热性和耐久性，在现阶段无机抗菌材料的主要形成过程就是通过物理反应使硅胶等耐高温物质表面与金属离子的结合而形成无机抗菌剂，这一材料在建筑行业应用较为普遍[3]。

2.2 半导体复合抗菌材料

在20世纪七十年代日本就已经有学者通过实验验证了TiO2电极上光电解水的可能，在世界范围内引发了学界的关注，而在纳米技术应用在半导体生产中广泛应用的今天，半导体与光催化理论之间融合的效果越来越紧密，学界也证明了TiO2的抗菌环保性能，因此这类材料的市场应用前景非常客观。正是因此，在21世纪，在净化领域，太阳能得到了积极的应用，甚至引发了光催化净化的技术革新，但是由于在材料选择方面可选择的范围非常窄，因此在当前较为广泛应用的材料只有二氧化钛和氧化锌[4]。

2.3 无机复合抗菌材料

在建筑材料如地砖、瓷砖和一些涂料中使用无机抗菌剂可以形成真正的无机抗菌建筑材料制品，这种应用的主要方法以及模式就是在所需使用的建筑材料表面进行抗菌剂涂抹来形成抗菌制品。世界上对于抗菌环保建材研制与应用最早关注的企业是日本TOTO公司，该公司通过光催化无机材料的应用研发了一些抗菌建筑材料。而在国内，一些材料学专家与山东一家陶瓷集团合作，成功地利用稀土激活技术研制出抗菌卫生陶瓷，并于1999年通过山东省的专家组认定而投产。淄博一家科技公司与河北工业大学合作成功地研制出具有环保功能的陶瓷:具有较好的抗菌功能，辐射较强的远红外线，微量元素的释放。淄博博纳科技发展公司与华辰集团合作，二者成功地利用抗菌陶瓷材料研制出抗菌环保易洁墙面砖，并且经过国家建筑材料工业环境监测中心检测，该产品对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀菌率高达95%[5]。

2.4 稀土复合抗菌材料

稀土元素因其自身具有独一无二的外层电子结构，并且业已在医学抗菌消炎药物领域获得应用，学界研究者利用这一材料相继研发出建筑材料和日用品。美国Saad等专家利用稀土元素研制出碱硅酸盐涂层材料，含有氧化铈12%到30%左右，具有很好的自洁功能。日本NIPG公司研发的抗菌防霉涂层材料用于生产抗菌环保玻璃粉。但是上述建筑材料目的是加入稀土以便改善产品的质量，并未充分关注稀土元素的抗菌环保功能，实验结果表明，将稀土与纳米二氧化钛复合以后，然后在二氧化钛中添加表面能级，这样的话，建筑材料在光照情况下发生化学反应从而产生具有良好的抗菌和净化功能的羟基自由基，具有良好的环保功能[6]。

3 结束语

在建筑工程建设施工中应用复合抗菌材料有助于建筑重要结构耐久性的提升以及建筑结构环保效果的优化，在建筑中应用复合材料可以在强化其材料抗菌性效果时优化其力学性能及环境友好性，使其实现抗菌、防腐等功能时无须通过一些特殊的化学方法，进而使之能够更加环保，此类复合抗菌材料能够大力推动建筑行业的发展，并使其更加符合社会需求。