新型抗菌涂料的应用研究

1、新型抗菌涂料的应用研究转载上海涂料08/2/2/P10前言抗菌涂料用抗菌剂主要包括天然抗菌剂、有机抗菌剂和无机抗菌剂3种。由于天然抗菌剂存在稳定性差、有颜色等问题，在涂料中应用很少；有机抗菌剂抗色变能力强，但存在耐热性差、易分解和使用寿命短等缺点，有的还有毒副作用，在涂料中亦很少使用；无机抗菌在安全性、持久性、广谱抗菌性、耐热性等方面都存在优势，故无机抗菌剂的研究和应用越越来越受到人们的重视，并得到了广泛应用和发展。目前，人们按抗菌机理将无机抗菌剂主要分为两类：一是金属离子溶出型，即抗菌剂在使用过程中，抗菌金属离子，如Ag+、Zn2+逐渐从抗菌材料中溶出，与生物体内的蛋白质等官能团发生反应，达

2、到抗菌目的，如沸石载锌抗菌剂；二是活性氧抗菌型，即抗菌剂在光的作用下和水或空气发生反应，产生具有很高反应活性的超氧自由基O2·-和羟基自由基·OH等活性官能团，这些官能团与微生物体发生反应生成CO2和H2O，从而达到抗菌的目的，如纳米TiO2光触媒。据资料记载，金属离子抗菌剂是金属离子首先通过细胞外膜过入细胞内部，然后通过离子的抑菌作用使细菌失活，但是由于细菌外膜非常致密，几乎没有多孔性蛋白质，使金属离子很难进入，因此，金属离子的抗菌具有局限性；TiO2光催化剂在紫外光照射下，能有效杀灭细菌，但是，在弱紫外光下产生的活性自由基少，基杀菌活性很低，在实际应用中没有什么效果。本

3、文将钛和锌离子共掺杂在羟基磷灰石上制得的新型抗菌剂，具有金属离子抑菌和光催化抗菌的协同作用，抗菌效果良好。1实验部分1.1材料羟基磷灰石新型抗菌剂（自制）；纳米TiO2光催化剂；锌系抗菌剂、银系抗菌剂；大肠杆菌（E.coliDH4a）和金黄色葡萄球菌（A.aureus ATCC6538）；滑石粉、重钙、钛白粉及各种助剂，均为市售工业品。1.2新型抗菌剂及抗菌涂料的制备羟基磷灰石新型抗菌剂的制备：用硝酸钙、磷酸和硫酸钛通过共沉淀反应制得羟基磷酸钛（HAPTi），然后用抗菌离子Zn2+与HAPTi通过离子交换法制得新型抗菌剂。抗菌涂料的制备：将一定量的抗菌剂、颜填料和润湿分散剂、消泡剂等助剂加入搅

4、拌罐中，用SDF04搅拌分散机分散后，再用KWS-25C卧式砂磨机（江阴精细化工机械有限公司）研磨至要求细度，加入丙烯酸乳液、成膜助剂、增稠剂等搅拌均匀，经ZDS500振动筛过滤，制成抗菌涂料。分别称取等量的抗菌涂料涂在载玻片上制成抗菌涂膜。并将其编号：1#是锌系抗菌涂料、2#是银系抗菌涂料、3#是纳米TiO2光催化抗菌涂料、4#是羟基磷灰石抗菌涂料。1.3抗菌涂料抗菌性能测试实验以大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为目标菌，采用平板菌落计数法对抗菌涂料进行抗菌性能评价。2结果与讨论2.1不同抗菌剂对抗菌涂料抗菌性的影响不同抗菌剂在涂料中相同掺量（3%）条件下，进行抗菌涂料抗菌性的测定，结果见表1。表1

5、 不同抗菌剂对抗菌涂料抗菌性的影响抗菌涂料编号60min灭菌率/%大肠杆菌金黄色葡萄球菌1#84852#92933#91.592.44#96.194.2同表1可见，1#对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的灭菌率均较差，2#、3#和4#分别是在强紫外光（光强1mW/c）和日光灯（光强0.2mW/c）照射下测得的数据。2.2抗菌剂对抗菌涂料耐老化性的影响耐老化性是涂料的一项重要性能指标，它关系到涂料的使用寿命和最终装饰效果。不同抗菌剂对涂料耐老化性的影响见表2。表2 不同抗菌剂对涂料耐老化性的影响耐老化性（600h）基础涂料抗菌涂料1#2#3#4#色差E2.12.16.85.52.0粉化/级11121变色

6、/级11331由表2可见：2#和3#抗菌涂料的变色为3级，说明银型抗菌剂及二氧化钛光催化抗菌剂降低了涂料的耐老化性，这是因为Ag+化学性质较活泼，对光和热较敏感，特别是经紫外光照射易还原为黑色的单质银，使涂膜变色；纳米TiO2光催化抗菌剂受紫外光照射后，能够被激发产生光生电子-空穴对，其中空穴的电势大于3.0V，比高锰酸根、氯气、臭氧甚至比氟气的电极电势还高，具有很强的氧化性，它能够氧化多种有机物，反而使涂料中的聚合物乳液发生降解，粘结力下降，引起涂料的粉化、变色，加快涂料的老化。1#、4#涂料的耐老化性与基础涂料相比没有明显变化，说明锌型抗菌剂和羟基磷灰石抗菌剂对涂料的耐老化性没有影响。这是

7、因为锌型抗菌剂的抗菌作用主要是Zn2+缓慢溶出穿透细胞膜，进入细胞，与细胞中的巯基反应，使蛋白质变形，造成细胞丧失分裂增殖能力而死亡，但对涂膜性能没有负面影响；羟基磷灰石抗菌剂具有良好的光稳定性，对涂料的耐老化性无影响。2.3抗菌剂在涂料中的分散性抗菌剂在涂料在的分散性，直接影响到涂料的抗菌性能，是抗菌涂料产业化的关键。依据抗菌涂料体系的粘度变化来评价抗菌剂的分散性，抗菌涂料的粘度低，说明抗菌剂的分散性较好。在相同条件下，掺加不同类型抗菌的涂料粘度检测结果见表3。表3 抗菌涂料体系的粘度变化涂料编号基础涂料1#2#3#4#涂料粘度*95110110130100注：按照GB 926988测定，涂

8、料的粘度单位为KU。由表3可知：1#、2#和4#抗菌涂料的粘度与基础涂料相比变化不大，说明锌型抗菌剂和羟基磷灰石抗菌剂在涂料中的分散性较好；3#抗菌涂料的粘度偏高，说明该抗菌剂在涂料中的分散性不好，这是因为纳米TiO2颗粒粒径很小，表面能大，易产生二次团聚。2.4新型抗菌剂的抗菌机理研究为研究羟基磷灰石抗菌剂的抗菌机理，我们以甲醇为溶剂，5，5-二甲基吡咯氮氧化合物（DMPO）用作电子自旋共波谱（ESR）的自旋捕捉剂（Sigma化学公司），测得在不同反应中所产生的超氧自由基（O2·-）的信号（图1）。由图1可见：纯DMPO甲醇溶液中没有O2·-的特片信号峰；在黑暗条件下，也

9、没有O2·-的特征信号峰，说明抗菌剂对大肠杆菌只有抗菌离子的抑制作用，灭菌效果较差；在弱紫外光（光强0.2mW/c，UV-365）照射下，它兼具催化氧化和抗菌离子的作用，具有很高的灭菌活性。以上研究结果证明：羟基磷灰石抗菌剂的抗菌过程主要是通过钛的光催化氧化作用产生的少量活性物质首先部分分解细胞外膜，接着金属锌离子可以有效地通过部分分解的外膜进入细胞内部，最后通过金属离子的抑菌作用使细胞失活。因此，羟基磷灰石抗菌剂的抗菌机理是催化氧化分解细菌和金属离子抑菌性能的协同作用。3结语通过对4类无机抗菌剂在涂料中的应用研究，结果证明：1）锌型抗菌剂在涂料中的分散性、稳定性和耐老化性较好，但对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果较差；银型抗菌剂在涂料中的分散性较好，涂料的抗菌效