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納米抗菌材料分類與應用

嘉峪檢測網        2020-08-03 17:04

微生物也引起人們的重視,抗菌始終是人們保障健康的重要任務。納米抗菌材料是一類具備抑菌性能的新型材料,是在納米技術出現后,將抗菌劑通過一定的方法和技術制備成納米級抗菌劑,再與抗菌載體通過一定的方法和技術制備而成的具有抗菌功能的材料。

 

納米抗菌材料的分類

 

1、金屬型納米抗菌材料

無機納米抗菌材料中使用的金屬離子多限于對人體安全的銀、銅、鋅等幾種。金屬離子對細菌的抗菌效果和對人體的危害程度如下:

抗菌效果:As5+=Sb2+=Se2+>Hg2+>Ag+> Cu2+> Zn2+> Ce3+=Ca2+

危害程度:As5+=Sb2+=Se2+>Hg2+>Zn2+> Cu2+>Ag+> Ce3+=Ca2+

Ag+對原核生物(細菌)有毒性,而對真核生物細胞無毒性作用,一般用量為10~6ug/g(24h)或≤0.5ug/ml(1h)即可滅菌,其抗菌能力在可安全使用的幾種金屬離子中最強,Ag+對12種革蘭氏陰性菌、8種革蘭氏陽性菌、6種霉菌均有強烈的殺滅作用。由于銀無毒、廣譜及良好的抗菌性能,目前載銀無機抗菌材料在無機抗菌材料中占主導地位,在醫用產品、民用紡織品、家電產品中得到廣泛應用

醫用產品

傷口敷料、醫用防護服、手術隔離罩等

民用紡織品

襪子、手套、內衣、女性一次用品等民用抗菌紡織品

家電產品

冰箱外殼、內膽等

 

2、光催化型納米抗菌材料

光催化型納米抗菌材料是指以納米TiO2為代表的,具有光催化性能的一類半導體無機材料,如納米TiO2、ZnO、WO3、ZrO、V2O3、SnO2、SiC,以及相互之間的復合物等。就使用程序和性價比而言,納米TiO2相比其他幾種光催化抗菌材料具有極大優勢:一般常用的殺菌劑其銀、銅成分能使細菌細胞失去活性,但細菌殺死后會釋放內毒素等有害物質,而納米TiO2不僅能影響細菌繁殖力,而且能攻擊細菌細胞的外層,穿透細胞膜,徹底降解細菌,防止產生內毒素引起二次污染。

納米抗菌材料分類與應用

 

3、季銨鹽修飾的無機納米抗菌材料

此類抗菌材料常見的有插層型納米抗菌材料蒙脫土、接枝結構的納米抗菌材料納米SiO2粒子等。

蒙脫土屬于2:1層狀硅酸鹽,每個單位晶胞由兩層硅氧四面體夾帶一層鋁氧八面體構成,其兩個相鄰晶層之問沒有氫鍵,只有結合力較弱的范德華力。片層之間可以隨機旋轉、平移,層問具有可交換的水合陽離子,同時具有很強的吸附性能,適合作為無機和有機陽離子抗菌材料的載體。

納米抗菌材料分類與應用

無機的納米SiO2粒子作為塑料中的摻雜相,被塑料包裹不易向外遷移和析出,從而使得抗菌塑料具有良好的抗菌長效性。在納米SiO2表面共價接枝高分子季銨鹽,制備出抗菌納米SiO2粉體,抗菌效果與載銀無機抗菌材料相當,兩種抗菌材料對沙門氏菌和大腸桿菌的抗菌率都達到90%以上,接枝高分子抗菌材料的納米SiO2粉體對革蘭氏陽性菌的抗菌效果要高于載銀的無機抗菌材料,后者在對革蘭氏陰性菌的抗菌效果較好。

 

4、復合型納米抗菌材料

目前,絕大多數納米抗菌材料使用的是單一納米抗菌材料,存在一定的局限性,因此設計開發新型具有快速、高效殺菌功能的抗菌材料成為當前納米技術擴展研究的一個重要方向。沸石是堿金屬或堿土金屬的鋁硅酸鹽化合物,其骨架結構中的金屬離子Na+、K+、Mg2+可以被Ag+等金屬陽離子交換,將Ag+引入到沸石結構進行改性,可以克服普通載銀沸石抗菌材料易變色、綜合性能差等不足。

納米抗菌材料的制備方法

納米抗菌材料的制備方法按抗菌離子引人納米級載體結構的方式,可以分為后期添加法和本體加入法兩種。后期添加法是在已有的無機納米材料上負載抗菌離子來實施的,具體又可分為離子交換法和絡合-被覆法。

后期添加法

離子交換法

用抗菌金屬離子與載體中起平衡電價作用的鈉、鉀、鈣等陽離子相交換,從而賦予載體抗菌功能。

絡合-被覆法

通過抗菌金屬離子與絡合劑硫代硫酸鈉等絡合,然后用硅膠吸附帶負電的絡合金屬離子或金屬離子,最后,用溶膠-凝膠法外涂覆一層二氧化硅膜獲得抗菌產品。

本體加入法

以抗菌離子作為原料之一參與納米級載體的納米抗菌材料合成的方法。

 

三種方法各有千秋:

離子交換法是目前最為常見的納米抗菌材料制備方法,原則上可適用于一切結構中存在可交換陽離子的無機載體;絡合-被覆法制備的納米抗菌材料具有優良的穩定性;本體加入法主要應用于可溶性玻璃抗菌材料的制備,即在成分設計時將抗菌金屬離子的鹽作為組成的一部分,按照玻璃的通常制備方法制得玻璃抗菌材料。

 

納米抗菌材料的應用

 

1、納米抗菌涂料

童忠良通過在乳液聚合過程中加入含SiMPC/MMA/BA乳液,引入接枝粒徑較小的單分散有機硅單體種子乳液生成水性的高固含量三元聚合納米復合乳液,可應用于水性材料的抗紫外線防老化保護。

 

2、納米抗菌塑料

塑料抗菌材料是一類新型塑料添加劑,添加少量抗菌材料可賦予塑料長期的抗菌和殺菌能力。一項檢驗結果顯示:用塑料制作的手機,每平方厘米駐扎著的細菌約有12萬個,被稱為“手機上的細菌比馬桶還多”。塑料抗菌材料添加量為1%即可在塑料中長期抗菌和殺菌,國內已普遍使用。

 

抗菌塑料的應用

應用領域

應用產品

食品用具

食品保鮮膜(袋)、餐具、菜板、食品加工機、保溫瓶殼

電子通信

電話機、傳真機、移動電話、話筒、鍵盤

家用電器

冰箱、洗衣機、空調、洗碗機、錄像機、電飯鍋、電熨斗、換氣扇

建材

裝飾板、內墻涂料、油漆、壁紙、家具、衛生間設施

辦公用品

紙張、文具

玩具

塑料、木制玩具、棋子

醫療衛生

醫院設施、注射器、輸液器、醫護人員及病人的服裝

日常用品及其它

牙刷、交通工具內飾件、樂器、助聽器、污物筒、包裝袋等

 

3、納米抗菌纖維

纖維由于能夠吸附很多微生物,如果溫度適宜,微生物就會迅速繁殖,進而對人體產生種種危害,紡織品纖維抗菌是人們保證健康的重要環節。

納米抗菌材料分類與應用

圖美國Noble纖維技術公司研發生產鍍銀纖維X-Static具有抗菌、抗靜電、導熱功能

 

德國特雷維拉公司推出了多功能抗菌纖維TreviraBioactive,既能抵抗所有普通細菌,同時纖維手感及抗起球性優良,可與棉纖維混紡或用作填充纖維。

納米抗菌材料分類與應用

 

4、納米抗菌陶瓷

日本最大的兩家建筑陶瓷和衛生陶瓷公司INAX和TOTO推出的抗菌型制品,在國際市場上引起人們對無機抗菌材料生產與研究的極大關注。國內抗菌衛生潔具率先在廣東佛山問世并少量投放市場。江西瓷廠等單位合作研制開發納米磷酸鋯載體銀為抗菌材料的抗菌陶瓷餐具等產品,實現了陶瓷餐具表面抗菌化。

納米抗菌材料分類與應用

 

5、納米抗菌建材

現代建筑氣密性好,隔熱和換氣不充分,墻壁可能結露、潮濕,這種環境為真菌等微生物的繁殖、增生提供了有利條件。使用抗菌建材和抗菌涂料、抗菌油漆等可使家具表面、居室內墻、室內空氣中的細菌存活率大大降低,是降低細菌交叉感染和接觸感染概率的有效途徑。

 

納米抗菌材料具有不同與宏觀復合材料的許多優異性能,比如耐熱性高、使用方便、化學性能穩定、抗菌的光譜長效以及對人體安全無害等,使得納米抗菌材料廣泛應用于建材、陶瓷潔具、紡織品、塑料等眾多領域。相信隨著科研的不斷深入,納米抗菌材料必將在醫藥、日用、化工、建材等各個領域發揮越來越大的效用。

 

參考資料:

1、孫鎮鎮.納米抗菌材料的分類及抗菌機理與應用

2、沈海軍,史友進.納米抗菌材料的分類、制備、抗菌機理及其應用

3、張文毓.納米抗菌粉體材料的制備與應用

4、賈冬舒,楊飛華,童忠良.納米抗菌材料制備方法與應用研究進展

 

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來源:曦析/粉體圈

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