环保型纳米抗菌材料复合杀菌内墙乳胶漆分析
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摘要：对比在内墙乳胶漆中应用纳米载银抗菌材料以及纳米TiO2的杀菌性能，并对纳米材料的杀菌机理进行分析，探讨绿色环保型的杀菌内墙乳胶漆。结合乳胶漆中纳米微粒的贮存稳定性、分散特性，采用特别的分散剂对纳米微粒进行处理，并采取适合的分散技术，制作纳米复合型内墙乳胶漆。根据研究结果显示，纳米TiO2以及纳米载银抗菌材料的杀菌效果均比较好，在内墙乳胶漆中使用0.01%的纳米载银抗菌材料便可取得显著性的杀菌作用，尤其是绿脓杆菌；在内墙乳胶漆中使用0.1%的纳米TiO2对杀除大肠杆菌、绿脓杆菌等细菌的效果最佳。纳米TiO2的杀菌机理与纳米载银抗菌材料各不相同，其中TiO2的杀菌能力是对光生空穴以及生成的活性氧加以利用，而纳米载银抗菌材料的杀菌能力是借助银离子与细菌的磷脂质反应而实现的。
关键词：纳米材料；杀菌能力；内墙乳胶漆
现阶段，一般的杀菌型乳胶漆都是采取掺入有机杀菌剂至乳胶漆中的方法。然而一般的杀菌剂存在耐久性差、易溶出、不安全、有毒性等弊端，且此类杀菌剂无法承受多次反复的洗刷以及消毒，较难满足应用所需。相比常规的微细粉末，纳米粒子所具有的性能更适于应用在乳胶漆中，在高温环境下，纳米粒子本身的电、光、磁等性能使其具有多种优点[1]，例如稳定性强、耐磨、韧性高、强度高等，与开发高性能环保型乳胶漆的要求相符，为其开发了新的途径。另外，银所具备的杀菌能力较好，纳米载银抗菌材料中主要采用的抗菌成分为银离子，载体采用纳米硅基氧化物，将银离子稳定、均匀的置入纳米硅基氧化物材料的表面微孔内，使银离子的可缓慢的释放出杀菌抗霉的效果。
1、纳米抗菌材料试验
1.1试验仪器与材料
试验采用砂磨机、高速分散机、超声波分散仪与透射电镜。其中，采用日本电子公司生产的透射电镜，型号为JEM-200CX。
抗菌材料应用舟山明日纳米材料有限公司的纳米载银抗菌材料以及纳米TiO2。防腐涂料（填料、颜、抗冻融剂、成膜助剂、消泡剂、增稠剂、防腐剂以及分散剂等）选择江苏华东防腐涂料有限公司产品。
1.2制作乳胶漆
根据分散剂溶液的总量，将适量的纳米材料置入其中，并使用超声波进行分散，接着结合颜填料、助剂以及水等进行高速分散，之后置入砂磨机中，待砂磨细度符合要求后，加入助剂以及乳液进行低速搅拌至均匀。
1.3杀菌效果的评估
①结合评估方法的再现特质与杀菌内墙乳胶漆的使用环境，采用空气中存在比例较大的绿脓杆菌以及大肠杆菌作为杀菌效果检验对象。②调配掺入不同量的纳米载银抗菌材料乳胶漆以及纳米TiO2乳胶漆，通过抑菌环法对乳胶漆抑菌圈的大小进行测试，探讨纳米载银抗菌材料与纳米TiO2在乳胶漆制作中的最佳用量。
1.4杀菌性能判断
抑菌环法是在接种有细菌液体的实验平板中心置入制作成圆盘的杀菌乳胶漆样板，经过一段时间后，对抑菌圈的范围进行观察，抑菌圈范围越大则表示杀菌能力越强。
2.讨论
2.1纳米抗菌材料的分散
纳米抗菌材料在乳胶漆内有效分散与贮存的稳定性是决定纳米材料复合乳胶漆走向产业化的重要环节。纳米微粒于乳胶漆内的分散情况会使乳胶漆的整体性能受到直接影响[2]。经研究发现，乳胶漆制作中，影响纳米材料的使用量以及分散情况的因素有多种，其中包括有分散剂的分散时间、分散方式、浓度以及种类等。当乳胶漆中的纳米TiO2比例为0.1%，分散剂采用离子型的表面活性剂，超声分散时间为40分钟，配漆根据乳胶漆制作工艺进行，那么所取的分散效果是最好的。若纳米TiO2的使用比例过高，则会引起严重的团聚现象。纳米载银抗菌材料在分散时需要浸润这个过程[3]，在刚开始分散时，表面有油膜漂浮，待润湿以及分散经过一定的时间后，微粒就会完全分散。
2.2纳米抗菌材料的使用量对杀菌效果的影响
纳米抗菌材料的使用量和杀菌效果存在复杂的关系，两者之间的关系不如线性关系那么简单，主要由乳胶漆内部杀菌材料的有效用量决定。纳米材料具有易团聚的特性，材料用量和杀菌效果之间的关系：①当乳胶漆中所使用的纳米载银抗菌材料为0.01～1%时，抑菌圈的大小均>21mm。然而对大肠杆菌的杀菌效果相比之下较差一些，抑菌圈最大为19.6mm，并且效果与浓度的关系不属于线性关系；②当乳胶漆中使用的纳米TiO2为0.05%时所取得的杀菌效果较为明显，并且效果与浓度的关系不属于线性关系。而乳胶漆中所使用的纳米TiO2为0.1%时，所取得的分散效果最佳，因此此时对大肠杆菌以及绿脓杆菌的杀菌效果也最好；③而使用纳米TiO2复纳米载银材料合的抗菌材料不仅没有提高杀菌效果，反而导致效果有所下降，反映了两者联合使用并无协同效果；
2.3纳米抗菌材料的杀菌机理
（一）载银材料的杀菌机理
银离子本身的化学结构便决定了其所具有的催化能力较强。纳米载银抗菌材料在接触水分时，银离子会缓慢释放出[4]。由于微生物细胞膜带负电，因此微量Ag+与微生物细胞膜接触时，在库伦引力的作用下，两者会牢固吸附，Ag+由细胞壁中穿过并进入到细胞内部，与巯基发生反应，使细胞合成酶活性受到破坏（详情见图1），导致细胞因分裂增殖的能力丧失而发生死亡。此外，微量Ag+还可破坏其他系统，例如物质传递系统、呼吸系统以及微生物的电子传输系统。Ag+将菌体杀除后，又从菌体中脱离，接触其他的菌群，重复杀菌反应，一直持续循环性杀菌。
（二）纳米TiO2的杀菌机理
光线在照射到纳米TiO2材料表面，生成光生电子-空穴对。而细胞膜、细胞壁与细胞其他构成成分可与光生空穴、光生电子直接反应，使细胞功能失去活性而致死[5]。光生空穴本身的电子能力较强，可氧化吸附在纳米TiO2材料上方的水分子中，生成氧化的能力并反应为活性十分强烈的HO・（氢氧自由基）。光生电子将水中的溶解氧还原后可生成H2O2（过氧化氢）与HO2・（过氧化氢自由基），而H2O2可生成HO・。
存在于水中的氧化剂中，HO・的反应活性是最强的，且对于作用物而言无选择性。对于细胞而言，使细胞膜与DNA复制的代谢情况受到有害影响是HO・的主要表现。
3、结束语
由此可得：①纳米TiO2与纳米载银抗菌材料的杀菌效果均比较好，在内墙乳胶漆的制作中参考用量与杀菌效果的观察结果，掺入适量的纳米TiO2或是纳米载银抗菌材料可起到良好的杀菌效果，适用于病菌较多的地方，例如医院、卫生所等。②纳米TiO2与纳米载银抗菌材料之间的杀菌机理存在差异，纳米TiO2是对光生空穴加以利用，纳米载银抗菌材料是对银离子与细菌的反应加以利用。③纳米抗菌材料杀菌效果与用量之间的关系不属于简单的线性关系，其中在内墙乳胶漆制作中，纳米载银抗菌材料与纳米TiO2的用量分别为0.01%与0.1%时，对杀灭大肠杆菌以及绿脓杆菌的效果最佳。
参考文献：
[1]王传彩，李文娟，吕东梅，王广丽，景志红.掺杂银的纳米二氧化钛的制备及其光催化性能[J].曲阜师范大学学报（自然科学版），2010，36（02）：97-99.
[2]张书第，文松林，杨国生，赵春英.纳米TiO2+SiO2复合粉体改性外墙乳胶漆的研究[J].沈阳理工大学学报，2011，30（01）：90-94.
[3]刘成楼.低VOC杀虫抗菌内墙乳胶漆的研制[J].现代涂料与涂装，2009（08）：26-28.
[4]刘焕亮，王慧杰，袭著革.纳米银的抗菌原理及生物安全性研究进展[J].环境与健康杂志.2009（08）
[5]李建平，徐维平，李鹏飞，胡艳，马旖旎，于小丽.银/二氧化钛纳米抗菌材料的光还原制备优化与抗菌性能研究[J].中国新药杂志，2010，19（10）：885-886.
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