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3·涂料用抗菌剂

抗菌涂料的研究重点是新型抗菌剂的研制、抗菌剂与各种涂料的相容性及相应涂装技术的开发。抗菌剂根据其材料的不同,可分为无机抗菌剂和有机抗菌剂。

3.1无机抗菌剂[7-16]

无机抗菌剂的开发和应用始于20世纪60年代,经过几十年的实践和发展,技术逐渐成熟。目前应用广泛的无机抗菌剂主要有：无机银系抗菌剂、ZnO等活性氧化物抗菌剂、TiO2等光触媒抗菌剂等。对于无机抗菌剂,一般要求高活性、持效性、耐候性,与涂料的相容性以及可加工性、安全性、微生物不易产生耐药性等。

金属类(银、铜、锌、稀土金属)抗菌剂是以无机化合物中金属离子如Ag+、Cu2+、Zn2+等起作用,由于Cu2+有较深的颜色,Zn2+效果相对较差,所以金属离子类抗菌剂中以载银系列抗菌剂的研究和应用最广。尽管与金属离子抗菌剂相比,关于活性氧化物尤其是ZnO的研究稍微深入一点,但不论是材料结构和形态的影响,还是这些因素与抗菌活性中心的关系等材料基本特性,都没有统一的、系统的认识。

光催化材料,源于1972年日本科学家Fujishima和同事对于TiO2薄膜光解水的试验结果。目前,光催化剂的主要研究对象为纳米TiO2和ZnO,而且以TiO2为多。近紫外光照射下,纳米TiO2具有2种独特的光化学性能:一是光催化氧化性能,使得TiO2广泛应用于有机废水处理、空气净化、抗菌杀菌及医学治疗等方面；二是光致超亲水性,使得TiO2的应用更进一步拓展到表面自清洁、防雾以及生物适应性功能材料等领域。纳米TiO2抗菌属于光催化型抗菌,在复合抗菌材料中的应用形式主要有2种：一种是以粒子形态分散在应用对象中,使整个体系具有抗菌作用,如光催化抗菌涂料、抗菌塑料、抗菌织物等；另一种是将TiO2光催化抗菌剂以膜的形式负载在使用对象表面,如光催化抗菌陶瓷、抗菌玻璃、抗菌金属材料等。

无机抗菌剂应用于涂料中时,与有机抗菌剂相比具有显著的优点：高安全性、缓释性好、广谱抗菌性、不易产生抗药性、耐热性好和加工方便等方面都存在优势,故其应用和研究越来越受到人们的重视。据报道,无机抗菌剂添加1％～1.5％到涂料中去,可以使涂料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌等致病菌的抑菌率达99％以上,同时并不影响涂料原有的性能。但应用无机抗菌剂也存在一些问题：一方面是抗菌稳定性问题。因为无机抗菌剂多数含有Ag+,易转变成棕色的氧化银或经紫外线催化还原成黑色单质银,变色不仅降低了其抗菌性,而且还有限制其应用到白色或浅色涂料中去。另一方面是大量使用银导致成本高,制约了其在更大范围的应用。

3.2有机类抗菌剂

有机抗菌剂按其来源分为天然类和合成类两大系列[17-21]。

国内外主要使用的是合成有机抗菌剂,如季铵盐类、双胍类、醇类、酚类、有机金属类、吡啶类、咪唑类、异噻唑啉酮类和苯并异噻唑啉酮类等。合成有机抗菌剂虽然具有抗变色能力强的特点,但往往存在耐热性差、易分解和使用寿命短等缺点,有的还有较强的毒性和环境污染等副作用。

1935年,Domagk发现氯化苄具有很强的杀死微生物特性,由此开辟了表面活性剂用作抗菌剂的新领域。目前广泛研究和使用的有机表面活性抗菌剂如含氮阳离子化合物。由于小分子存在毒性,目前人们正通过将抗菌剂单体化合物聚合或将抗菌剂分子固定在高分子载体上制成聚合物抗菌剂。

3.2.1含氮及其聚合物抗菌剂的抗菌性

在含氮阳离子表面活性剂抗菌剂中,季铵盐型抗菌剂已被广泛应用,目前国际上已开发出第4代典型季铵盐型抗菌剂(如十四烷基二甲基苄基氯化铵)。近年来的研究重点是一方面用它与其他抗菌剂协同复配来提高其抗菌力；另一方面是利用已知的定量结构关系,溶血性研究及双分子膜抗菌机制的指导作用,设计合成新的抗菌剂化合物。

3.2.2含磷及其聚合物抗菌剂的抗菌性

1990年,Gramham指出,季磷盐是抗菌剂研究的发展方向之一。这类化合物与季铵盐具有相似的结构,只是用磷阳离子代替氮阳离子。早期的季磷盐主要是带有三苯基磷结构,以显示出良好的抗菌性,而近年来Akihiko等研究发现带有长烷基链的季磷盐具有更强的抗菌性能。同时Akihiko也进行了聚磷阳离子型抗菌剂的研究,证明了聚季磷盐较聚季铵盐有更强的抗菌性。这类聚合物缓释、长效性突出,有一定水溶性,但合成原料受限。

目前应用于涂料中的抗菌剂主要还是以添加无机抗菌剂为主,并且随着材料科学的发展,一些新技术、新工艺逐渐渗透到生产工艺的各个环节,近期兴起的纳米材料技术越来越受到人们的重视,将纳米制备技术运用到抗菌剂的制备上,制备出无机抗菌剂的超细粉末,可以大大提高产品的各项性能和使用范围,已经有许多研究人员对这方面的新材料的研究产生了浓厚的兴趣。所以,不同类型无机抗菌剂的研究及其在涂料中的应用是将来抗菌涂料的发展目标与重点。

4·涂料用抗藻剂

目前外墙、室外建筑物上用抗藻涂料通常都是防霉抗藻二合一的涂料,既具有防霉作用,又具有抗藻效果。作为涂料用的抗藻剂,主要以复配为主[22－25]。