抗菌技术在大理石瓷砖中的应用*

2021-09-26杨奎彬易仕伟管蒙蒙

陶瓷 2021年8期

杨奎彬易仕伟管蒙蒙

(海鸥冠军有限公司江苏苏州 215312)

前言

早在90年代初，诸如日本等许多国外企业就开展了抗菌陶瓷的研究开发和生产，如鸣海制陶、INAX、TOTO等[1-2]。我国抗菌瓷砖的研究起步较晚，目前尚没有非常稳定的工艺，大多存在检测数据不稳定的情况。笔者结合大理石瓷砖的实际生产工艺，研究了抗菌技术在大理石瓷砖生产过程中的应用，获得了抗菌性能稳定的产品并完成了工业化生产，产品的各项性能除达到GB/T 4100-2015《陶瓷砖》等相关标准的指标要求外，经权威第三方检测机构检测还达到很好的抗菌防霉要求。

1 实验方法

1.1 抗菌材料的选择

目前市面上抗菌剂的种类主要有天然抗菌剂、有机抗菌剂和无机抗菌剂三大类[3-4]。由于大理石瓷砖的生产需要经过高温烧成，因此我们选用了耐高温性好的无机材料作为基体材料，将Ag+,Cu2+,Zn2+分别或按照一定的比例进行混合后引入基体，通过球磨后，再于高温条件下进行烧结，保温一段时间后，随炉开始降温，取出研磨，过筛分级后即得自制抗菌剂。

1.2 坯体原料的配方及组成

本实验所用坯体原料如表1所示。

表1 坯体原料配方及组成(%)Tab.1 The composition of the body formula(%)

1.3 抗菌釉的配制及工艺的确定

在工厂已经成熟的大理石瓷砖生产工艺基础上结合实验摸索，研究人员尝试寻找一种新的抗菌釉及抗菌防污剂，在保持原有抛釉理化特性不变的前提下增加抗菌性能，同时不影响大理石表面纹理花色的表现，可以在现有生产线基础上进行生产，并可以对成本进行合理管控。研究人员利用现有的釉料配方基础，在此基础上添加不同的自制抗菌剂，同时调整不同的添加比例，通过科学的正交实验，我们获得了添加量相对较少的比例，结果表明，自制抗菌釉药的特性与普通釉药性能相比，其物理化学性能基本维持不变，与原有的坯体在烧成工艺中能够较好的相适应，另外，研发人员优选出的一款Ag+,Cu2+,Zn2+复合抗菌剂具有耐高温、抗菌性能稳定的特点，能够耐1 250 ℃的高温，可以实现满足现场生产要求、且不增加工艺难度并且避免增加设备、控制成本的目标，通过反复的实验确立了制备抗菌釉的工艺及配方(如表2和图1所示)。

表2 抗菌釉配方及组成(%)Tab.2 The composition of the antimicrobial glaze formula(%)

图1 抗菌釉制备流工艺程图Fig.1 Model of technological process for preparing antimicrobial glaze

1.4 抗菌防污剂配制及工艺的确定

大理石瓷砖经过烧成后必须经过一道表面打磨抛光工艺，为了解决抛光后的表面防污及提高表面的镜面效果，必须增加一道纳米涂层工艺，这层涂层会隔离抗菌釉和病源微生物，为了达到更好的抗菌效果，使产品的抗菌性能能够稳定地通过实验检测，本实验在纳米防污涂层中也需要增加抗菌性能，为此我们同样选择我们的抗菌剂加入纳米防污有机硅溶胶体系中，通过抗菌剂粒径的控制，我们将其制备到纳米级(中位径D50=0.1 μm)，同时添加适量的分散剂和悬浮剂，使其能够稳定且均匀地分散到有机硅溶胶体系中，得到稳定的抗菌防污剂的配方(如表3)。

表3 抗菌防污剂配方(%)Tab.3 The composition of the antibacterial antifouling(%)agent formula

1.5 生产工艺全流程

本实验整个生产加工工艺如图2所示。

图2 备抗菌大理石瓷砖工艺流程图Fig.2 Model of technological process for preparing antimicrobial marble tile

1.6 抗菌效果及性能检测

本实验选择了两种病源微生物(革兰氏阳性大肠杆菌及革兰氏阴性金黄色葡萄球菌)为代表，依据JC/T 897-2014《抗菌陶瓷制品抗菌性能》要求(抗细菌性能≥90%，抗菌耐久性大于等于85%)进行检测，对不同条件下样品抗菌性能的检测数据如表4、表5、表6中所示。

表4 釉层添加抗菌剂、无纳米防污层的样品抗菌性能检测结果Tab.4 The antimicrobial rate of samples with antimicrobial agent in the glaze layer and without nano antifouling layer

表5 釉层添加、纳米防污层中未添加抗菌剂的样品抗菌性能检测结果Tab.5 The antimicrobial rate of samples with antimicrobial agent in the glaze layer and without antimicrobial agent in the nano antifouling layer

表6 釉层和纳米防污层中均添加抗菌剂的样品抗菌性能检测结果Tab.6 The antimicrobial rate of samples with antimicrobial agent in both the glaze layer and the nano antifouling layer

2 结果与讨论

瓷砖的抗菌过程为被动式接触抗菌。由于抗菌剂在生产过程中和瓷砖结合为一体，因此，只有细菌接触到含有抗菌效果的瓷砖表面时，瓷砖才能发挥抗菌的作用。

从表4可以看出，产品釉层中添加抗菌剂、不增加纳米防污层，其表面抗菌性能数据相对稳定且效果较好，说明自制抗菌釉抗菌性能良好。

但仅在釉层中添加抗菌剂而纳米防污层未添加抗菌剂的产品，产品表面不同的点会出现抗菌性能数据较低的点(见表5中数据)，即同一片产品不同的点进行抗菌检测的时候，可能会出现抗菌性能不稳定的情况，这是由于瓷砖表面抗菌过程为被动式接触抗菌，而表面增加的纳米防污层对釉层与细菌的接触过程起到了局部分隔的作用，使得局部釉层的抗菌作用得不到发挥，而纳米防污层又未进行抗菌处理，从而导致该点的抗菌性能降低。而从表6的数据可以看出，当表面纳米防污层中添加了抗菌剂的时候，产品表面不同点之间抗菌性能几乎无差别，抗菌性能稳定均匀，这是由于在纳米防污层中添加了抗菌剂，使得原先起到分隔细菌和抗菌釉层的部分也具备了抗菌性能，因而不存在分隔的情况，产品表面各部分均进行了抗菌处理，杜绝了出现分隔的可能性。