抗菌玻璃材料的簡(jiǎn)述及應(yīng)用

1、抗菌玻璃材料的簡(jiǎn)述及應(yīng)用摘要：科技水平的發(fā)展，使得人們的生活觀念逐漸發(fā)生變化，對(duì)綠色健康的生活的要求越來越高。抗菌玻璃材料就孕運(yùn)而生了?？咕Ａ且环N新型的功能型玻璃。它既保持原有的使用功能和裝飾效果，又增加了消毒抑菌功能?？咕ＡЭ煞譃榫忈屝秃凸獯呋蛢煞N，都能在醫(yī)療、建筑、食品包裝的領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。關(guān)鍵詞：抗菌 玻璃材料 應(yīng)用 功能 制備隨著科技的發(fā)展，時(shí)代的進(jìn)步，健康、綠色的生活開始引起了人們的注意。在生活和生產(chǎn)過程中，如何保持一個(gè)健康無菌的條件，日益成為人們關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)。細(xì)菌是許多疾病的病原體，能引起人體生病的細(xì)菌很多，包括肺結(jié)核、淋病、炭疽病、梅毒、鼠疫、砂眼等疾病都是由

2、細(xì)菌所引發(fā)。據(jù)who報(bào)道，1995年全球死亡的5 200萬人中僅細(xì)菌傳染而造成死亡的人數(shù)就有1700萬。特別是日本在1996年發(fā)生了全國(guó)性的病原性大腸肝菌0-157事件，因而引起了世界各國(guó)對(duì)抗菌材料研究的高度重視。1 1. 抗菌玻璃材料的簡(jiǎn)介抗菌材料是指自身具有殺滅或抑制微生物功能的一類新型功能材料。在自然界中有許多物質(zhì)本身就具有良好的殺菌或抑制微生物的功能，如部分帶有特定基團(tuán)的有機(jī)化合物、一些無機(jī)金屬材料及其化合物部分礦物質(zhì)和天然物質(zhì)。但目前抗菌材料更多的是指通過添加一定的抗菌物質(zhì) (稱為抗菌劑)， 從而使材料具有抑制或殺滅表面細(xì)菌能力的一類新型功能材料，如抗菌塑料、抗菌纖維和織物、抗菌陶瓷

3、、抗菌金屬材料等。本文就抗菌玻璃進(jìn)行詳細(xì)的綜述?？咕Ａ且环N新型的功能型玻璃。它既保持原有的使用功能和裝飾效果，又增加了消毒抑菌功能。2 抗菌玻璃材料的制備所選用的材料均為無機(jī)抗菌劑，因此具有安全性(對(duì)人體與環(huán)境無污染)、穩(wěn)定(耐熱)性和殺菌作用的持久性等特點(diǎn)。1 抗菌玻璃材料一般以磷酸鹽系或硼酸鹽系玻璃作為抗菌物質(zhì)的載體，3將抗菌物質(zhì)混合到配料中，經(jīng)高溫熔融、冷卻和研磨制得水溶性抗菌玻璃粉末。它既可用于制備抗菌防霉除藻涂料,也可用于航海船只抗海藻劑的制備。42. 發(fā)展抗菌玻璃材料的意義抗菌玻璃亦稱綠色玻璃，是一種新型生態(tài)功能材料，對(duì)于改善生態(tài)環(huán)境、保持人類健康、指導(dǎo)相關(guān)功能玻璃材料的研發(fā)具

4、有重要意義。利用添加新型無機(jī)抗菌劑抑制和殺死細(xì)菌，從而使傳統(tǒng)玻璃產(chǎn)品增添高新技術(shù)含量。抗菌玻璃既保持了玻璃材料自身具有的透明、潔凈、機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，又增加了殺滅和抑制病菌的新功能，是新材料科學(xué)與微生物學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物?？咕Ａн@種新型的功能材料，它的出現(xiàn)適逢細(xì)菌、霉菌、病毒這些疾病傳播殺手肆虐，大型流行性疾病在世界范圍內(nèi)頻繁出現(xiàn)，變化莫測(cè)的時(shí)期，細(xì)菌給人類健康帶來的危害、甚至危及生命的嚴(yán)重后果，使世人更進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到抗菌材料在日常生活中的重要性。53. 抗菌玻璃材料3.1 抗菌玻璃材料的功能 抗菌玻璃材料的最大用處在于防污抗菌，減少菌類在材料表面的附著，減少人體進(jìn)一步接觸細(xì)菌的可能

5、，在根本上營(yíng)造一個(gè)無菌的環(huán)境。6與有機(jī)抗菌材料相比，無機(jī)玻璃和無機(jī)抗菌劑等無機(jī)抗菌材料具有耐高溫(加熱后抗菌效果不變)、安全(對(duì)人或動(dòng)物毒性低)、不揮發(fā)(不易被吸人肺中而導(dǎo)致頭痛或不適癥狀)、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)(效果長(zhǎng)期保持，不易變質(zhì))、廣譜高效(對(duì)各類微生物有效)等優(yōu)點(diǎn),但即效性不如有機(jī)抗菌系列產(chǎn)品。7抗菌玻璃中所使用的抗菌劑多為接觸型銀系無機(jī)金屬離子，這類抗菌劑具有廣譜超強(qiáng)的抗菌能力。例如銀和汞離子對(duì)大腸桿菌的最小抑制發(fā)育濃度(mic)約為210moll，銅、金、鋅、錫、鋁、鉻、鈷、鎳等金屬離子對(duì)微生物也都有不同程度的殺抑作用。53.2 抗菌玻璃材料的分類根據(jù)抗菌機(jī)理的不同，可以分為緩釋型和光催化

6、型抗菌玻璃材料。3.2.1 緩釋型抗菌玻璃材料緩釋型抗菌玻璃材料，也就是化學(xué)持久性較弱的玻璃與具有抗菌和防霉性能的離子化金屬，如銀、銅、鋅等相結(jié)合的材料。8緩釋型抗菌玻璃材料是通過玻璃的整體性溶解，使玻璃網(wǎng)絡(luò)中的銀、鋅等離子釋放出來，從而達(dá)到抗菌目的。僅從表面看，玻璃材料的緩釋性與化學(xué)穩(wěn)定性之間似乎是互相矛盾的。實(shí)際上高氧化態(tài)銀的還原勢(shì)極高，少量的ag+足以使其周圍空間產(chǎn)生原子氧，原子氧是可以殺菌。9抗菌玻璃材料會(huì)在有水存在時(shí)會(huì)緩慢釋放ag+等殺菌離子，它們可強(qiáng)烈吸引細(xì)菌機(jī)體中的酶蛋白的巰基，并迅速地結(jié)合在一起，并使以此為必要基的生物酶喪失活性，使細(xì)菌死亡。其中，緩釋型抗菌玻璃材料有著十分明顯

7、的優(yōu)勢(shì)：(1)玻璃的載銀、鋅等離子的量能夠精確控制。(2)緩釋型玻璃材料釋放抗菌離子的速度能比較方便的調(diào)節(jié)。(3)能長(zhǎng)期有效地保持抗茵離子的緩釋性能。緩釋型玻璃材料由于發(fā)生的是玻璃的整體性溶解，不會(huì)發(fā)生象那些常見的抗菌材料在使用過程中容易受到吸附物質(zhì)的干擾而導(dǎo)致抗菌離子緩釋性能下降的現(xiàn)象，以有效地保持抗菌離子的緩釋性能。3.2.2 光催化型抗菌玻璃材料光催化是一種在光的照射下，自身不起變化，卻可以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，光催化是利用自然界存在的光能轉(zhuǎn)換成為化學(xué)反應(yīng)所需的能量，來產(chǎn)生催化作用，使周圍之氧氣及水分子激發(fā)成極具氧化力的自由負(fù)離子。其中最具代表性的就是鍍tio2膜的抗菌玻璃。10tio2是

8、一種光催化半導(dǎo)體抗菌劑，作為一種n型半導(dǎo)體，其禁帶寬度相當(dāng)于波長(zhǎng)387nm光的能量，在波長(zhǎng)小于387nm的光照下能吸收能量高于其禁帶寬度的光輻射，產(chǎn)生電子躍遷，價(jià)電子被激發(fā)到導(dǎo)帶，形成空穴一電子對(duì)。并將能量傳遞給周圍的介質(zhì)，誘發(fā)光化學(xué)反應(yīng)，具有光催化能力。11在tio2膜受到大于其帶隙能的光照條件下通過一系列反應(yīng)可以生成活性羥基、超氧離子、過羥基和雙氧水等，而這些都可以與生物大分子如脂類蛋白質(zhì)酶類以及核酸大分子反應(yīng)，直接破壞和通過一系列氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)而對(duì)生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)引起廣泛的損傷性破壞。此類抗菌玻璃材料一改傳統(tǒng)的無機(jī)類抗菌劑，使用銀、銅、鋅等金屬離子，而以tio2為殺菌材料。tio2光催化抗菌材

9、料作用效果持久，利用太陽熒光中含有的紫外光作為激發(fā)源就可以有抗菌效果。12tio2抗菌具有以下主要特征：13(1)只要有微弱的紫外光照射，如熒光燈、陰天的陽光、滅菌燈等都可激發(fā)反應(yīng)。(2)tio2僅起催化作用，自身不消耗，理論上可永久使用，對(duì)環(huán)境無二次污染。(3)羥基自由基具有402.7kj/mol反應(yīng)能，過氧基自由基具有431.08kj/mol反應(yīng)能，高于有機(jī)化合物中各類化學(xué)鍵能，如c-c(347)、c-n(305.1)、c-o(360)、n-h(389)。因此，可將各種有機(jī)物分解為無害的二氧化碳和水。它既能殺滅微生物，也可分解微生物賴以生存繁衍的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物，達(dá)到抗菌目的。(4)tio2對(duì)人

10、體安全無害。3.3 抗菌玻璃材料的應(yīng)用抗菌玻璃既具有優(yōu)良的抗菌性能，又兼有紅外輻射性能，作為綠色健康型抗菌保健玻璃材料，可廣泛應(yīng)用于建筑、器皿、包裝等領(lǐng)域。3.3.1 抗菌玻璃材料在醫(yī)療環(huán)境的應(yīng)用 抗菌玻璃材料最直接的運(yùn)用就是醫(yī)療領(lǐng)域，創(chuàng)建潔凈的醫(yī)療衛(wèi)生環(huán)境是保證醫(yī)務(wù)人員和其他在該環(huán)境中活動(dòng)人員免受細(xì)菌侵襲的前提條件，也是保證患者免受交叉性感染的基本措施。醫(yī)院的整體潔凈是建立在每個(gè)科室、每個(gè)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上的。反過來如果大環(huán)境相對(duì)潔凈了，局部的更高層次的潔凈也就好保持了。所以，掛號(hào)室的隔斷玻璃、門診的醫(yī)生辦公桌上、候診室窗玻璃或宣傳櫥窗上、診查室內(nèi)病人可能觸摸到的臺(tái)面上、藥房的隔斷玻璃、各種櫥柜的

11、臺(tái)面上、甚至建筑物的窗子，如果都更換上抗菌玻璃，肯定會(huì)減少醫(yī)院內(nèi)交叉感染和疾病傳播的機(jī)會(huì)，有益于醫(yī)護(hù)人員的身體健康。143.3.2 抗菌玻璃材料的建筑領(lǐng)域的應(yīng)用 利用抗菌玻璃材料可以制成抗菌建筑玻璃和陶瓷。tio2本身激發(fā)的光催化反應(yīng)使玻璃和陶瓷更具抗菌效果。將這種建筑材料應(yīng)用于墻體，可殺死附著于墻面的細(xì)菌。用于浴室可減少由于地面和墻面上積聚的肥皂因細(xì)菌作用而引起的粘稠狀質(zhì)，起到防滑、防污的作用。用于衛(wèi)生間可明顯降低其中的氨氣濃度，使人不會(huì)有不適的感覺。在居室內(nèi)使用抗菌玻璃和陶瓷，不但可以殺滅有害細(xì)菌，還可在一定程度上除去有害氣體，凈化室內(nèi)空氣。城市建筑物外墻使用光催化玻璃和陶瓷外墻磚，在一定

12、程度上有可能減輕城市大氣污染。153.3.3 抗菌玻璃材料的食品包裝的應(yīng)用 隨著人們對(duì)環(huán)境污染關(guān)注程度的日益加強(qiáng)和對(duì)生活質(zhì)量要求的不斷提高，抗菌包裝得到了人們的高度重視和廣泛研究。抗菌玻璃材料不僅用于生產(chǎn)抗菌玻璃、陶瓷制品。還可以制成粉末。噴涂在普通玻璃、陶瓷容器內(nèi)壁，經(jīng)高溫固化形成抗菌薄膜。使容器具有新穎的抗菌性能，因而廣泛應(yīng)用于食品及化妝品的包裝和醫(yī)療器材的包裝。這對(duì)提高包裝產(chǎn)品的質(zhì)量和衛(wèi)生性能，提高包裝產(chǎn)品的檔次，改善人們的生活質(zhì)量有重大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。164. 抗菌玻璃材料的制備目前制造抗菌玻璃材料的方法有三大類：17(1)在玻璃制品表面覆蓋一層無機(jī)抗菌薄膜，再加熱焙燒而成。這層

13、薄膜可以是具有光催化(光觸媒)系的tio2，也可以是可緩釋型無機(jī)抗菌玻璃材料。(2)將含銀、銅、鋅離子的無機(jī)抗菌劑直接加入到玻璃生產(chǎn)配合料中，一次性熔制成形而得到抗菌玻璃材料。這種玻璃載體可以是磷酸鹽或硼酸鹽為主體。(3) 將銀或含銀化合物微粒的分散液或溶液涂覆在玻璃制品的表面，通過熱處理使銀離子和玻璃中的離子進(jìn)行離子交換。5.抗菌玻璃材料的發(fā)展前景抗菌玻璃材料是無機(jī)抗菌劑應(yīng)用開發(fā)的產(chǎn)物，在日本和美國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家仍然處在研究與開發(fā)階段，而在我國(guó)則處于剛剛起步階段。隨著人們對(duì)生活質(zhì)量和環(huán)境意識(shí)的重視，其應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)銷市場(chǎng)也將日益擴(kuò)大。如何制備出性價(jià)比更高的抗菌玻璃材料勢(shì)必為關(guān)鍵所在。參考文獻(xiàn):

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