納米材料-2課件

1、納米材料在抗菌消毒方面的應(yīng)用 主講人：王吉萍 制作人：劉慶、唐方川 資料搜集：胡小霞、龍飛宇目錄前言01國內(nèi)外納米抗菌材料的發(fā)展?fàn)顩r02納米抗菌材料的應(yīng)用領(lǐng)域04結(jié)束語0506納米抗菌消毒劑的特性以及殺菌機(jī)制032前 言 研發(fā)抗菌材料的必要性 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對環(huán)境質(zhì)量的要求不斷提高，創(chuàng)建舒適、安全的生存環(huán)境已成為人們的迫切愿望。但由于工業(yè)的發(fā)展，人口的增多，使環(huán)境污染加重，而環(huán)境污染破壞了我們周圍微生物的生態(tài)平衡，使人類的健康受到嚴(yán)重威脅。因此研制與開發(fā)各種具有抗菌和殺菌功能的材料是十分必要的。 抗菌材料是能殺滅或抑制微生物(特別是致病微生物)生長的一類材料，具有衛(wèi)生自潔的功能。

2、抗菌塑料、抗菌陶瓷、抗菌纖維、抗菌涂料等抗菌材料在家用電器、日用品、紡織服裝、建筑等領(lǐng)域具有十分重要的用途。前 言抗菌材料的發(fā)展與使用抗菌材料的關(guān)鍵 在上世紀(jì)80年代初，國際上以日本為代表的科技人員致力于研制開發(fā)耐熱性好、無毒的無機(jī)抗菌劑?？咕牧系年P(guān)鍵成分抗菌劑的研究熱點(diǎn)也從傳統(tǒng)的有機(jī)抗菌劑轉(zhuǎn)入了新興的無機(jī)抗菌劑研究。至此，有機(jī)抗菌劑、無機(jī)抗菌劑和天然抗菌劑均在抗菌材料中得到應(yīng)用。 使用各類抗菌劑及其抗菌材料的關(guān)鍵是：必須根據(jù)材料自身的性能特性和應(yīng)用的目標(biāo)產(chǎn)品，及其使用場合的不同予以設(shè)計(jì)，這需要學(xué)科交叉，跨學(xué)科和跨行業(yè)的技術(shù)協(xié)作。4前 言 納米抗菌材料 納米抗菌材料是將無機(jī)抗菌劑采用高科技的

3、納米技術(shù)處理，使其具有更為廣泛、卓越的抗菌殺菌功能，并且通過緩釋作用，提高了抗菌長效性。 據(jù)德國工程師學(xué)會估計(jì)，2000年全球僅納米材料市場就可達(dá)750億美元，若包括與微電子元器件相關(guān)的產(chǎn)品，納米技術(shù)市場可達(dá)3750億美元。專家們預(yù)計(jì)，納米技術(shù)是21世紀(jì)最具光明前景的科技領(lǐng)域，已經(jīng)引起各國的普遍關(guān)心和重視。納米抗菌材料是國際上20世紀(jì)90年代興起，并迅速發(fā)展起來的新一代功能材料，具有自主抑制或殺滅其表面微生物的功能。近幾年來，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、建材、通訊、家庭用品、家用電器、食品包裝、建筑等各個(gè)領(lǐng)域。5 1國內(nèi)外納米抗菌材料的發(fā)展?fàn)顩r抗菌材料在日本的發(fā)展 現(xiàn)代抗菌材料的應(yīng)用在80年代起始于日本

4、、歐美等發(fā)達(dá)國家。1983年日本品川燃料公司首先推出無機(jī)抗菌劑的工業(yè)化產(chǎn)品。1984年鐘紡公司也推出自己的抗菌劑。日本東陶公司所屬的日本瓷磚工業(yè)公司，1993年開發(fā)出光催化抗菌陶瓷，1998年達(dá)到月產(chǎn)抗菌瓷磚45萬平方米，年產(chǎn)量可達(dá)到54萬平方米。1996年，在日本發(fā)生的全國范圍內(nèi)的病源性大腸菌O一157感染事件，曾一度引起全世界的恐慌。因此，日本掀起了“抗菌熱”，不僅在醫(yī)院、公共場所和住宅，連生活用品和生產(chǎn)工具逐步采用抗菌材料。目前，日本抗菌劑的年銷售量超過了210億日元，生產(chǎn)廠總計(jì)100家以上?？咕破蜂N售量達(dá)500億日元以上，人均消費(fèi)水平大大高于歐美。7 1國內(nèi)外納米抗菌材料的發(fā)展?fàn)顩r抗

5、菌材料在中國的發(fā)展 我國開展抗菌材料研究的時(shí)間與國際上基本同步，始于上世紀(jì)80年代初。但在早期投入的經(jīng)費(fèi)不多，研究進(jìn)展不快，產(chǎn)業(yè)化成果不明顯。上世紀(jì)90年代中期，中科院化學(xué)研究所開始研究抗茵塑料及無機(jī)抗菌劑，并與海爾集團(tuán)合作研究開發(fā)在家用電器產(chǎn)品上的應(yīng)用技術(shù)，成功地推出系列家電產(chǎn)品：如抗菌冰箱、抗菌洗衣機(jī)、抗菌冷柜、抗菌電話、抗菌手機(jī)等，極大地推動了市場的需求，起到了抗菌材料產(chǎn)業(yè)化的龍頭作用。8 納米抗菌消毒劑的 特性以及殺菌機(jī)制納米光催化型抗菌劑納米銀系抗菌劑納米銀抗菌劑殺菌機(jī)理 納米載銀無機(jī)抗菌劑2納米抗菌消毒劑的特性以及殺菌機(jī)制10 2納米抗菌消毒劑的特性以及殺菌機(jī)制21納米銀系抗菌劑

6、211納米載銀無機(jī)抗菌劑 納米載銀無機(jī)抗菌劑是銀離子和納米級無機(jī)化合物載體的復(fù)合體，其利用納米載體微粒表面含有許多納米級微孔的特殊結(jié)構(gòu)特征，采用離子交換的方法，將銀離子固定在沸石、硅膠、膨潤土等疏松多孔的納米載體材料的微孔中獲得的。制得的納米載銀無機(jī)抗菌劑在抗菌功能持久、耐高溫、不易分解、安全衛(wèi)生及廣譜性等方面有了極大改善，其性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)抗菌劑。11 2納米抗菌消毒劑的特性以及殺菌機(jī)制 2003年10月，F(xiàn)DA批準(zhǔn)銀離子技術(shù)公司(AgIONSTechnologies incorporated)產(chǎn)品在食品工業(yè)中的應(yīng)用，其產(chǎn)品已經(jīng)被批準(zhǔn)列入FDA食品可接觸物清單。深圳清華大學(xué)研究院納米材料應(yīng)用

7、實(shí)驗(yàn)室成功地開發(fā)出新型多功能納米無機(jī)抗菌劑制備技術(shù)，采用銀作為抗菌活性成分，以磷酸鹽為載體，既較好的解決了銀變色、工藝簡潔，其抗菌性能和理化指標(biāo)都達(dá)到國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。該項(xiàng)技術(shù)成果處于國內(nèi)外領(lǐng)先水平。12 2納米抗菌消毒劑的特性以及殺菌機(jī)制 深圳清華大學(xué)研究院納米材料應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的納米銀消毒液，有效殺菌成分是金屬銀納米粒子，很好解決了現(xiàn)有化學(xué)消毒劑有毒、刺激皮膚、操作不方便等缺點(diǎn)，具有強(qiáng)效、廣譜殺菌以及持久性的特點(diǎn)。經(jīng)廣東省微生物分析檢測中心檢測，對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、肺炎桿菌、白色念珠菌、綠膿桿菌、枯草芽孢黑色變種桿菌等具有很強(qiáng)的殺菌抗菌效果，殺菌率達(dá)999999。14 2納米抗菌消毒劑

8、的特性以及殺菌機(jī)制213殺菌機(jī)理 納米銀系無機(jī)抗菌劑為廣譜抗菌劑，其殺菌機(jī)理為銀離子接觸反應(yīng)殺菌機(jī)理。酶帶有巰基、氨基和微金屬離子等，酶的催化是病原菌呼吸和新陳代謝的基礎(chǔ)。納米載銀無機(jī)抗菌劑中的銀離子，能保持高的活性，并可以從載體中緩釋到表面，吸附病菌并與巰基(一SH)，氨基(一NH2)等發(fā)生作用。 微量銀離子接觸微生物細(xì)胞膜時(shí)，因后者帶負(fù)電，靠庫侖引力，可使銀離子牢固吸附于細(xì)胞壁表面，此時(shí)細(xì)菌有某些生理功能被破壞。當(dāng)銀離子聚集量達(dá)到一定限度后，會穿透細(xì)胞壁進(jìn)人細(xì)胞內(nèi)部，滯留在胞漿膜上，抑制了胞漿膜內(nèi)酶的活性，當(dāng)酶蛋白沉淀或失去活性，能量和呼吸代謝被迫終止或中斷時(shí)，病菌的生長和繁殖便得到抑制。

9、 15 2納米抗菌消毒劑的特性以及殺菌機(jī)制22 納米光催化型抗菌劑 納米Ti具有良好的電轉(zhuǎn)換特性和光催化活性，是優(yōu)異的光電功能材料、光催化材料，具有突出的與當(dāng)前能源利用和環(huán)境保護(hù)有關(guān)的優(yōu)異性能，將成為一種大有前途的環(huán)境凈化材料。 納米Ti02經(jīng)光催化產(chǎn)生的空穴和形成于表面的活性氧類能與細(xì)菌細(xì)胞或細(xì)胞內(nèi)的組成成分進(jìn)行生化反應(yīng)，使細(xì)菌頭單元失活而導(dǎo)致細(xì)胞死亡，并且使細(xì)菌死亡后產(chǎn)生的內(nèi)毒素分解。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將Ti02涂覆在玻璃、陶瓷表面，經(jīng)室內(nèi)熒光燈照射l小時(shí)后可將其表面99的大腸桿菌、綠膿桿菌、金色葡萄球菌殺死。這種瓷磚用于醫(yī)院，覆著于墻面上的細(xì)菌數(shù)和空氣中的浮游菌數(shù)明顯下降；用于衛(wèi)生間，可明顯

10、降低氨氣濃度。17 2納米抗菌消毒劑的特性以及殺菌機(jī)制 日本最近開發(fā)出用于Ti涂覆的抗菌陶瓷，在光照下可完全殺死其表面的細(xì)菌。最近福州大學(xué)也研制出堅(jiān)固的摻雜Ti02膜的陶瓷材料，對大腸桿菌和空氣中的浮游菌具有穩(wěn)定的殺滅作用和抑制細(xì)菌生長的能力。近年來不斷研究開發(fā)出含有納米Ti02、Zn0的抗菌除臭纖維，不僅用于醫(yī)療，而且還可制成抑菌防臭的高級紡織品、衣服、圍裙及鞋襪等。18納米抗茵材料的應(yīng)用領(lǐng)域 在塑料方面 在陶瓷方面 在紡織品方面 在環(huán)境保護(hù)方面 在建材方面 3納米抗茵材料的應(yīng)用領(lǐng)域19 3納米抗茵材料的應(yīng)用領(lǐng)域3.1納米抗菌材料在紡織品方面的應(yīng)用 人類的生活環(huán)境中隱藏著許多有去病菌。嬰兒易

11、得皮膚炎，青年易患濕疹，臥床患者易得褥瘡，其病因是病菌的滋生，故抗菌防臭紡織品將成為人們生活的必需品。夏日，衣物或其它紡織用品會有霉味，這是霉菌容易在這種有利環(huán)境中生長的原因，影響衣物的品質(zhì)，危害人體健康。毛巾、被褥、手帕、貼身內(nèi)衣等更是需要保潔的場所。 賦予紡織品抗菌防臭除味功能的途徑有兩種，一種是抗菌后整理技術(shù)，另一種是抗菌纖維技術(shù)?？咕硗ǔＪ褂糜袡C(jī)抗菌劑，近年來也使用無機(jī)抗菌劑；后整理法是唯一解決抗菌功能的技術(shù)?？咕莱衾w維近年來發(fā)展迅速。國際上是在上世紀(jì)80年代開始研制的，但直到90年代后期處于技術(shù)領(lǐng)先的日本才陸續(xù)開始產(chǎn)業(yè)化。203納米抗茵材料的應(yīng)用領(lǐng)域 目前國內(nèi)外多家科研院所和公

12、司都紛份投入到抗菌紡織品的研發(fā)工作中。如香港理工大學(xué)的納米科技中心(功能性及智能性紡織品及成衣納米科技中心)，在具有生物降解、生物兼容的純天然產(chǎn)物殼聚糖的基礎(chǔ)上，開發(fā)出天然織物抗菌整理劑。通過殼聚糖作為外層，達(dá)到抑制細(xì)菌在織物上生長的作用。深圳清華大學(xué)研究院納米材料應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室研制的織物抗菌整理劑，采用銀系作為抗茵活性成分，較好的解決了銀變色、顆粒分散、有效成分與纖維附著等問題，整理劑具有高效、廣譜、安全、持久的優(yōu)點(diǎn)?？蓱?yīng)用于棉、麻、絲、滌棉等織物的抗菌整理。213納米抗茵材料的應(yīng)用領(lǐng)域32納米抗菌材料在建材方面的應(yīng)用 現(xiàn)代建筑氣密性好，隔熱和換氣不充分，墻壁可能結(jié)露、潮濕，這種環(huán)境為真菌等微生

13、物的繁殖、增生提供了有利條件?？諝庵袕浬⒌恼婢咦涌梢鹇员茄?、哮喘、疲勞、頭痛等疾病。室內(nèi)各種裝飾應(yīng)用的合成板材、油漆、涂料、家具、粘合劑、有機(jī)溶劑等，使甲醛、氨、苯、酚在室內(nèi)大量積聚。這些有毒氣體長期存在，可引發(fā)各種疾病，聯(lián)合國世界衛(wèi)生組織一項(xiàng)調(diào)查表明，新建筑物中，有30存在“有病建筑綜合癥”。另據(jù)一項(xiàng)調(diào)查數(shù)字表明，我國每年由于室內(nèi)空氣污染造成的經(jīng)濟(jì)損失，約為106億美元。全國因裝修材料造成的死亡人數(shù)300多人，急性中毒有一萬多人，慢性中毒十萬多人。因此，開發(fā)建筑抗菌瓷、抗菌涂料、抗菌油漆，最大范圍做好防范是社會所需。223納米抗茵材料的應(yīng)用領(lǐng)域 目前，我國已研制出粉末抗菌涂料，將抗菌劑

14、粉末添加到粉末涂料中，使其均勻分散，制成抗菌粉末涂料，初期涂抹物性、二次涂抹物性、抗化學(xué)品性，涂裝適應(yīng)性、貯存穩(wěn)定性，與普通性粉末涂料無異，并在180oC固化溫度下涂膜也不會發(fā)黑。同時(shí)可采用靜電噴涂工藝，不需要增加新的設(shè)備，也不影響涂層的理化性能。 深圳清華大學(xué)研究院納米材料應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室結(jié)合納米銀及納米二氧化鈦兩種納米材料的優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)出高性能納米銀納米二氧化鈦內(nèi)墻環(huán)保涂料。具有優(yōu)異耐洗刷性、強(qiáng)效殺菌、自清潔性及凈化空氣性能，可廣泛應(yīng)用于家庭、學(xué)校、醫(yī)院、幼兒園、高檔賓館、酒樓、商業(yè)大樓、停車場等公共場所的內(nèi)墻裝修。243納米抗茵材料的應(yīng)用領(lǐng)域33納米抗菌材料在陶瓷方面的應(yīng)用 抗菌性陶瓷制品是將抗

15、菌效果好、安全可靠的無機(jī)抗菌劑加入到陶瓷釉料中，經(jīng)施釉和燒結(jié)后使之在陶瓷制品表面的釉層中均勻分散并長期存在，即可制得表面抗菌衛(wèi)生陶瓷。經(jīng)反復(fù)多次清洗后，其抗菌效果始終不變。利用此種技術(shù)，瓷磚和陶瓷潔具都可實(shí)現(xiàn)表面抗菌化，具有良好的抗菌性能和抗菌耐久性，而且其它特性如耐酸堿腐蝕、耐磨性等也與普通陶瓷無異。253納米抗茵材料的應(yīng)用領(lǐng)域34納米抗菌材料在塑料方面的應(yīng)用 在日常生活中存在著多種多樣的塑料制品，如廚房用具、衛(wèi)生間設(shè)施、垃圾箱、家用電器的塑料外殼、壁紙、食品包裝袋等，因溫度、濕度合適，非常容易感染細(xì)菌，因此對此類材料進(jìn)行抗菌加工是極其必要的。用于塑料制品的抗菌劑主要是銀系抗菌劑和有機(jī)系抗菌

16、劑。在塑料制品制造過程中，通過將抗菌劑滲入塑料或固定于塑料表面，使其表面具有抗菌作用，制成表面抗菌塑料制品。目前冰箱內(nèi)的果疏盒、膠管、內(nèi)壁、食品盒等用聚乙烯、聚苯乙烯、ABS樹脂制造的部分都已開始使用銀抗菌沸石處理。273納米抗茵材料的應(yīng)用領(lǐng)域35納米抗菌材料在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用 納米TiO2不但可以光催化降解空氣中的有機(jī)污染物，同時(shí)可以作為一種環(huán)保催化劑，分解去除大氣中的有害或惡臭氣體，凈化空氣。所謂環(huán)保催化劑，是指為了在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)，創(chuàng)造舒適環(huán)境所用的催化劑。汽車尾氣，工業(yè)廢氣中含有大量對人體有害的氮氧化物，利用Ti02的高催化活性和空氣中的NH3可直接實(shí)現(xiàn)N0的光催化氧化。如，采用蜂窩

17、狀篩網(wǎng)載體擔(dān)載Vz05一W03一Ti02，以NH3選擇性催化還原N0消除N0污染。國外采用TiO2作催化劑利用太陽能催化降解空氣中的有機(jī)污染物的研究己有報(bào)導(dǎo)。Ti02光催化劑和某些氣體吸附劑混合，可在紫外光的照射下，吸附并分解空氣中的惡臭氣體，減少空氣污染，提高改善人們的生存環(huán)境的質(zhì)量。283納米抗茵材料的應(yīng)用領(lǐng)域 納米Ti02可光催化降解水中污染物。如化工、焦化及各種工業(yè)生產(chǎn)廢水中的酚類化合物等有毒物質(zhì)。通過光催化氧化水中烴類、鹵代烴、染料、含氮有機(jī)物，有機(jī)磷殺蟲劑。利用Ti02紫外光氧化技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對制藥廢水的降解處理。無定型Ti02對分散染料有很強(qiáng)的吸附凈化能力，故可將納米Ti02粉末均

18、勻分散在廢水中或把納米Ti02光催化劑固定在載體上，均可有效去除水體中的各種有害污染物，達(dá)到凈化的目的。納米Ti02可以光催化還原水體中的金屬離子，這在實(shí)際處理廢水中有很大意義。 在光照的條件下，納米Ti能夠殺死有害細(xì)菌，納米Ti02薄膜在光催化作用下產(chǎn)生的空穴和形成于表面的氧離子表面態(tài)能與細(xì)菌細(xì)胞發(fā)生生化反應(yīng)，使細(xì)菌細(xì)胞死亡、降解由細(xì)菌釋放出的有毒復(fù)合物，徹底殺滅細(xì)菌。在醫(yī)院病房，手術(shù)室及生活空間細(xì)菌密集場所，安放Ti02光催化劑來殺死細(xì)菌。降低空氣中的浮游細(xì)菌的數(shù)量，防止進(jìn)一步細(xì)菌傳染。293納米抗茵材料的應(yīng)用領(lǐng)域 光催化殺菌可用于深度凈化飲，用水，降解飲水中的細(xì)菌總數(shù)，達(dá)到安全飲水要求。2003年6月，深圳清華大學(xué)研究院納米材料應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室研制成功