温大抗菌抑菌材料课件第5章 抗菌陶瓷

第五章抗菌陶瓷日本是研究开发抗菌陶瓷最早的国家TOTO公司1993开发了光催化抗菌陶瓷INAX公司开发了含银抗菌陶瓷产品主要有两类:具有抗菌性能的金属离子掺杂型抗菌陶瓷银离子和其他抗菌成分的缓释溶出抑制微生物二氧化钛光催化型抗菌陶瓷半导体光催化反应产生羟基自由基第一节陶瓷用无机抗菌剂一、抗菌陶瓷用无机抗菌剂选择原则要具有很强的耐高温能力，耐温500~1000℃长期的抗菌有效性和陶瓷制品中各组分有良好的相容性适应陶瓷制备工艺对原制品的外观、质量无影响二、抗菌陶瓷用无机抗菌剂的种类及特征(一)金属离子掺杂型抗菌材料（主要是Ag+）银型无机抗菌剂的抗菌作用机理：1.银离子缓释杀菌抗菌机理低浓度破坏细胞膜结合酶蛋白的巯基，降低细胞原生质活性酶的活性不能分解净化微生物2.银离子的活性氧抗菌机理高氧化态银和水或空气作用，O2-和·OH自由基攻击细胞膜，导致微生物细胞膜蛋白质变性.可排除细菌残骸3.金属离子掺杂型抗菌材料的性能指标尚无具有权威性的标准日本自发修订《银等无机抗菌剂的自主规格及其抗菌试验法》规定的无机抗菌剂性能指标如下：(1)抗菌有效性对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最低抑制浓度(MIC)<800μg/mL(2)安全性急性毒性>2000mg/kg,无刺激反应,基因突变为阴性4.金属离子掺杂型抗菌材料的种类根据载体类型分类：沸石抗菌剂、磷酸复盐抗菌剂、硅胶抗菌剂、膨润土抗菌剂、可溶性玻璃抗菌剂、托勃莫来石抗菌剂引入抗菌成分的方法离子交换法、熔融法和吸附法抗菌陶瓷中使用的金属离子型抗菌剂磷酸复盐抗菌剂、膨润土抗菌剂、可溶性玻璃抗菌剂(1)磷酸复盐抗菌剂①磷酸钛盐抗菌剂Ag+在抗菌剂晶体中稳定，缓释，抗菌持久②磷酸锆盐抗菌剂通过离子交换将Ag+引入磷酸锆晶体，在光照条件下，光催化作用（机理），抗菌广谱、持久(2)膨润土抗菌剂膨润土：典型的层状黏土矿物，层间的阳离子易被交换Ag+很快游离并还原，有毒性，不能保久的抗菌，容易变色，影响外观(3)可溶性玻璃抗菌剂成份：磷酸盐、硼酸盐、氧化还原剂和铜盐、银盐缓释Ag+产生抗菌效果（二）TiO2光催化型抗菌材料利用室外紫外光，具有光催化抗菌作用中国建筑材学研究院：稀土/纳米TiO2，扩展光谱利用范围第二节抗菌陶瓷的制备一、金属离子溶出型抗菌陶瓷的制备陶瓷生产是一个复杂的过程原料选择、坯釉料制备、成型、生坯干燥、施釉、烧成抗菌陶瓷的制备关键是抗菌陶瓷釉的制备(一)抗菌釉用原料釉：施于陶瓷坯体表面上的一层极薄的玻璃体制备：可耐温800~1350℃抗菌剂添加到釉料(二)釉的基本性质及坯釉适应性1.釉的基本性质(1)釉的熔融温度无固定的熔点，在一定的温度范围内逐渐熔融，分上限温度和下限温度熔融温度下限是指釉的软化变形点，习惯上称为釉的始熔温度熔融温度上限是指釉的成熟温度，即釉料充分熔化并在坯上铺展成具有要求性能的平滑优质釉面，通常称为釉的熔化温度或烧成温度与釉的化学组成、细度，均匀程度和烧成时间的长短密切相关(2)釉熔体黏度取决于其化学成分，决定其高温流动性能黏度过小，则流动性过大，黏度过大，则流动性差(3)釉的膨胀系数同一釉料由于添加氧化物的种类和数量不同釉的膨胀系数也不同同种氧化物由于基釉不同，对膨胀系数的影响也有所差别直接影响到釉层在坯体上的附着、开裂、崩裂(4)釉的机械强度使成品釉层稍受压应力，提高成品的机械强度(5)釉的弹性与釉层厚薄及化学成分有关弹性好的釉抵抗破坏的能力强物体受到外力时其体积或形状发生变化，内部产生抵抗外力的内应力，外力解除后即恢复到原来的状态2.坯釉适应性指熔融性能良好的釉熔液冷却后与坯体紧密结合成完美的整体，不开裂也不剥脱的能力影响因素：(1)坯釉间的膨胀系数差釉>坯釉<坯增加SiO2或增加B2O3用量(2)坯釉中间层——坯釉在烧成过程中相互间发生反应，接触部位形成化学组成与结构不同于坯和釉的中间层。影响坯和釉的结合(3)釉层厚度影响釉的弹性坯釉间膨胀系数的差值釉层薄时，中间层厚度增加，其作用相对增强。(三)抗菌釉料配方、工艺及施釉根据要制作的产品特性、采用的坯体类型和釉料的种类及其大致的化学组成1.釉料配方的一般原则釉必须具备良好的熔融温度、熔体性质及釉面性能釉的膨胀系数应接近坯的膨胀系数，并可略小一点，能在烧成过程中与坯体形成一定厚度的中间层保证釉有良好的弹性和抗张强度。对气氛敏感要小，对普通的色剂应能保证呈色效果釉浆要有合适的工艺性能合理选用原料，是否来源丰富、价格合理等2.对抗菌釉的要求抗菌釉的力学、热力学性能要与坯体和原有的釉很好地匹配。抗菌釉用后不能影响原制品的色度和外观。抗菌剂要很好地融入釉中，耐洗刷。最好不要因施涂抗菌釉而过多地增加工艺，如增加烧结次数在保证抗菌效果的前提下要尽量降低成本，减少抗菌材料的用量。3.制釉工艺(1)釉浆性质釉的细度釉的细度直接影啊稠度、悬浮性、釉与坯的黏附、坯釉烧后的形状以及釉面质量釉浆密度根据坯体的大小、性质、施釉方法与工艺条件等试验确定釉浆流动性决定釉浆施釉性能改善釉浆细度加入电解质、调整水分及陈腐等均可调整釉浆的流动性。(3)施釉工艺浸、浇、喷、滚及涂刷蘸釉/b/19282646-1395432304.html底足浇釉/b/19283024-1395432304.html关键是釉料要有利于抗菌性能的发挥以及抗菌剂对釉料性能的影响要尽量小二、光催化表面镀膜型抗菌陶瓷陶瓷表面镀上TiO2或TiO2掺金属离子溶胶凝胶薄膜.CVD：反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面PVD：通过蒸发，电离或溅射等过程，产生金属粒子并与反应气体反应形成化合物沉积在工件表面。溶胶凝胶(Sol-Gel)：工艺简便、设备要求低以及适合于大面积制膜，薄膜化学组成比较容易控制能从分子水平上设计、剪裁等特点等离子体溅射沉积1.溶胶凝胶法制备陶瓷薄膜关键技术(1)溶胶制备溶胶是在分散介质中分散了基本单元尺寸为1~100nm的固体粒子(胶体粒子)而形成的分散体系溶胶的制备可分为有机途径和无机途径有机途径：有机醇盐的水解与缩聚形成溶胶无机途径：某种方法制得的氧化物小颗粒稳定悬浮在某种溶剂中形成溶胶(2)薄膜涂覆工艺浸渍提拉法基板浸入溶胶中垂直提起脱离液面溶剂迅速蒸发旋转涂覆法基板水平固定于均胶机上，溶胶通过滴管滴在匀速旋转的基板上，离心作用使溶胶铺展在基板表面喷涂法基板加热将溶胶喷至热的基板表面电沉积法导电基板(通常镀上ITO导电膜)浸入溶胶中，电场作用使带电粒子发生定向迁移而沉积在基板第三节抗菌陶瓷的应用及发展前景Chinachina世界最大生产国问题：“大而不强”科技投入少科技水平低缺乏科技创新能力科技成果转化率低第三节抗菌陶瓷的应用及发展前景改造目标减少污染、降低能耗、改进工艺、提高质量发展方向开发生态和环保陶瓷、改善人类生存空间环境、提高生活质量日本1997东陶(TOTO)：光催化抗菌瓷砖和卫生陶瓷日本伊奈(INAX)公司：载银型抗菌剂的抗菌瓷砖和卫生陶瓷我国1997建筑