抗菌技術在大理石瓷磚中的應用*

楊奎彬 易仕偉 管蒙蒙

(海鷗冠軍有限公司 江蘇 蘇州 215312)

前言

早在90年代初，諸如日本等許多國外企業就開展了抗菌陶瓷的研究開發和生產，如鳴海制陶、INAX、TOTO等[1-2]。我國抗菌瓷磚的研究起步較晚，目前尚沒有非常穩定的工藝，大多存在檢測數據不穩定的情況。筆者結合大理石瓷磚的實際生產工藝，研究了抗菌技術在大理石瓷磚生產過程中的應用，獲得了抗菌性能穩定的產品并完成了工業化生產，產品的各項性能除達到GB/T 4100-2015《陶瓷磚》等相關標準的指標要求外，經權威第三方檢測機構檢測還達到很好的抗菌防霉要求。

1 實驗方法

1.1 抗菌材料的選擇

目前市面上抗菌劑的種類主要有天然抗菌劑、有機抗菌劑和無機抗菌劑三大類[3-4]。由于大理石瓷磚的生產需要經過高溫燒成，因此我們選用了耐高溫性好的無機材料作為基體材料，將Ag+,Cu2+,Zn2+分別或按照一定的比例進行混合后引入基體，通過球磨后，再于高溫條件下進行燒結，保溫一段時間后，隨爐開始降溫，取出研磨，過篩分級后即得自制抗菌劑。

1.2 坯體原料的配方及組成

本實驗所用坯體原料如表1所示。

表1 坯體原料配方及組成(%)Tab.1 The composition of the body formula(%)

1.3 抗菌釉的配制及工藝的確定

在工廠已經成熟的大理石瓷磚生產工藝基礎上結合實驗摸索，研究人員嘗試尋找一種新的抗菌釉及抗菌防污劑，在保持原有拋釉理化特性不變的前提下增加抗菌性能，同時不影響大理石表面紋理花色的表現，可以在現有生產線基礎上進行生產，并可以對成本進行合理管控。研究人員利用現有的釉料配方基礎，在此基礎上添加不同的自制抗菌劑，同時調整不同的添加比例，通過科學的正交實驗，我們獲得了添加量相對較少的比例，結果表明，自制抗菌釉藥的特性與普通釉藥性能相比，其物理化學性能基本維持不變，與原有的坯體在燒成工藝中能夠較好的相適應，另外，研發人員優選出的一款Ag+,Cu2+,Zn2+復合抗菌劑具有耐高溫、抗菌性能穩定的特點，能夠耐1 250 ℃的高溫，可以實現滿足現場生產要求、且不增加工藝難度并且避免增加設備、控制成本的目標，通過反復的實驗確立了制備抗菌釉的工藝及配方(如表2和圖1所示)。

表2 抗菌釉配方及組成(%)Tab.2 The composition of the antimicrobial glaze formula(%)

圖1 抗菌釉制備流工藝程圖Fig.1 Model of technological process for preparing antimicrobial glaze

1.4 抗菌防污劑配制及工藝的確定

大理石瓷磚經過燒成后必須經過一道表面打磨拋光工藝，為了解決拋光后的表面防污及提高表面的鏡面效果，必須增加一道納米涂層工藝，這層涂層會隔離抗菌釉和病源微生物，為了達到更好的抗菌效果，使產品的抗菌性能能夠穩定地通過實驗檢測，本實驗在納米防污涂層中也需要增加抗菌性能，為此我們同樣選擇我們的抗菌劑加入納米防污有機硅溶膠體系中，通過抗菌劑粒徑的控制，我們將其制備到納米級(中位徑D50=0.1 μm)，同時添加適量的分散劑和懸浮劑，使其能夠穩定且均勻地分散到有機硅溶膠體系中，得到穩定的抗菌防污劑的配方(如表3)。

表3 抗菌防污劑配方(%)Tab.3 The composition of the antibacterial antifouling(%)agent formula

1.5 生產工藝全流程

本實驗整個生產加工工藝如圖2所示。

圖2 備抗菌大理石瓷磚工藝流程圖Fig.2 Model of technological process for preparing antimicrobial marble tile

1.6 抗菌效果及性能檢測

本實驗選擇了兩種病源微生物(革蘭氏陽性大腸桿菌及革蘭氏陰性金黃色葡萄球菌)為代表，依據JC/T 897-2014《抗菌陶瓷制品抗菌性能》要求(抗細菌性能≥90%，抗菌耐久性大于等于85%)進行檢測，對不同條件下樣品抗菌性能的檢測數據如表4、表5、表6中所示。

表4 釉層添加抗菌劑、無納米防污層的樣品抗菌性能檢測結果Tab.4 The antimicrobial rate of samples with antimicrobial agent in the glaze layer and without nano antifouling layer

表5 釉層添加、納米防污層中未添加抗菌劑的樣品抗菌性能檢測結果Tab.5 The antimicrobial rate of samples with antimicrobial agent in the glaze layer and without antimicrobial agent in the nano antifouling layer

表6 釉層和納米防污層中均添加抗菌劑的樣品抗菌性能檢測結果Tab.6 The antimicrobial rate of samples with antimicrobial agent in both the glaze layer and the nano antifouling layer

2 結果與討論

瓷磚的抗菌過程為被動式接觸抗菌。由于抗菌劑在生產過程中和瓷磚結合為一體，因此，只有細菌接觸到含有抗菌效果的瓷磚表面時，瓷磚才能發揮抗菌的作用。

從表4可以看出，產品釉層中添加抗菌劑、不增加納米防污層，其表面抗菌性能數據相對穩定且效果較好，說明自制抗菌釉抗菌性能良好。

但僅在釉層中添加抗菌劑而納米防污層未添加抗菌劑的產品，產品表面不同的點會出現抗菌性能數據較低的點(見表5中數據)，即同一片產品不同的點進行抗菌檢測的時候，可能會出現抗菌性能不穩定的情況，這是由于瓷磚表面抗菌過程為被動式接觸抗菌，而表面增加的納米防污層對釉層與細菌的接觸過程起到了局部分隔的作用，使得局部釉層的抗菌作用得不到發揮，而納米防污層又未進行抗菌處理，從而導致該點的抗菌性能降低。而從表6的數據可以看出，當表面納米防污層中添加了抗菌劑的時候，產品表面不同點之間抗菌性能幾乎無差別，抗菌性能穩定均勻，這是由于在納米防污層中添加了抗菌劑，使得原先起到分隔細菌和抗菌釉層的部分也具備了抗菌性能，因而不存在分隔的情況，產品表面各部分均進行了抗菌處理，杜絕了出現分隔的可能性。

3 結語

自制抗菌劑在實驗條件下對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌性能良好；在生產全拋大理石瓷磚時超潔亮納米防污液會對產品的抗菌性能造成影響；納米防污層中添加抗菌劑可以有效彌補因納米防污層的遮蓋導致的產品表面不同位置抗菌性能不穩定的問題。