近年來公眾衛(wèi)生危機(jī)頻發(fā)，其中很大一部分都是由病原菌所引起的。為了能更有效地應(yīng)對(duì)類似情況，許多企業(yè)都在自己擅長(zhǎng)的領(lǐng)域內(nèi)出謀劃策，比如說全球最大的涂料生產(chǎn)商之一“阿克蘇諾貝爾”就在近期宣布，由于社會(huì)對(duì)改善衛(wèi)生狀況的產(chǎn)品的需求大漲，因此他們將加快在Interpon D1000和2000系列建筑粉末涂料中添加抗菌性能的進(jìn)度。

電梯門是抗菌建筑涂料的重要應(yīng)用場(chǎng)所之一

抗菌涂料的作用是什么？

其實(shí)抗菌涂料最初被開發(fā)出來，是為了保護(hù)建筑不被細(xì)菌、霉菌和藻類等各種微生物侵蝕。這是因?yàn)槲⑸镌谧匀唤缰袩o處不在，即使是涂料也不能例外，尤其是主要由乳液、顏料、填充料、助劑和水組成的水性涂料，更是為微生物提供了良好的生長(zhǎng)環(huán)境。

若不對(duì)微生物加以阻止，微生物就會(huì)在涂層表面生長(zhǎng)繁殖并代謝產(chǎn)生各種酶、酸和毒素等次生代謝產(chǎn)物，對(duì)涂層產(chǎn)生不同程度的侵蝕，導(dǎo)致涂層褪色、發(fā)霉、長(zhǎng)藻，以致脫落。因此為了不讓涂料因?yàn)槲⑸锏膿v亂而發(fā)生變質(zhì)，就需要在水性涂料中加入殺菌防腐劑，以抑制微生物的生長(zhǎng)和繁殖。

無處不在的微生物

不過病原微生物除了會(huì)對(duì)涂料涂膜進(jìn)行腐蝕外，還能通過接觸傳播的方式對(duì)人類健康造成威脅。比如在醫(yī)療環(huán)境下，病患人群大量流動(dòng)，來自病患人群的病原微生物會(huì)與醫(yī)院空氣中的塵埃粒子結(jié)合，附著在墻體并進(jìn)行滋生繁殖，可能會(huì)對(duì)醫(yī)護(hù)人員和就診人群發(fā)生再次感染。因此，當(dāng)前抗菌涂料的作用已經(jīng)從單純保護(hù)建筑免受微生物侵蝕，擴(kuò)展到通過抑制細(xì)菌和病毒在墻面過度滋生繁殖，使墻面避免成為細(xì)菌和病毒的傳播途徑，以此保障人民健康。

抗菌涂料的抗菌原理

抗菌劑主要分為天然抗菌劑、有機(jī)抗菌劑和無機(jī)抗菌劑。與其他種類抗菌劑對(duì)比，無機(jī)抗菌劑具有無耐藥性、無毒副作用和長(zhǎng)效等優(yōu)點(diǎn)，尤其是優(yōu)異的耐熱性和緩釋性，使其在涂料應(yīng)用領(lǐng)域更勝一籌。而根據(jù)作用機(jī)理的不同，無機(jī)抗菌劑可分為含金屬離子型抗菌劑和光催化金屬氧化物型抗菌劑兩大類。

金屬離子型抗菌劑

金屬離子型抗菌劑是指采用一定的工藝，將具有抗菌作用的金屬離子附著在硅膠、沸石、可溶性玻璃等硅酸鹽（磷酸鹽）載體中制成的抗菌劑。金屬離子的抗菌效果一般按下列順序遞減：Ag⁺＞Hg²⁺＞Cu²⁺＞Cd²⁺＞Cr³⁺＞Ni²⁺＞Pb²⁺＞Co²⁺＞Zn²⁺＞Fe³⁺，其中鉛、汞和鎘等金屬離子具有較高毒性，可致癌，故很少應(yīng)用；鎳、銅、鈷等金屬離子有顏色，限制了其使用范圍；鋅離子抗菌能力較低；銀離子具有殺菌效率高、不產(chǎn)生抗藥性、抗菌廣譜等優(yōu)勢(shì)，在無機(jī)抗菌劑的研究和應(yīng)用中占主要地位。

目前關(guān)于金屬離子類抗菌劑抗菌機(jī)理的研究仍無定論，以Ag⁺為例，主要有下述兩種機(jī)理：

①接觸反應(yīng)假說：當(dāng)微量銀離子接觸帶有負(fù)電荷的微生物細(xì)胞膜時(shí)，由于Ag⁺帶有正電荷，能憑借庫(kù)倫引力吸附在帶有負(fù)電荷的細(xì)胞膜上，而且Ag⁺可以穿透細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)，并與細(xì)菌中的疏基反應(yīng)，使細(xì)菌的蛋白質(zhì)凝固，破壞細(xì)菌的細(xì)胞合成酶的活性，使細(xì)胞喪失分裂增殖能力而死亡，然后Ag⁺又被釋放出來重復(fù)滅菌，因此其抗菌效果持久。

②催化反應(yīng)假說：在光的作用下，Ag⁺能起到催化活性中心的作用，激活水和空氣中的氧，產(chǎn)生羥基自由基（·OH）及活性氧離子（O₂^-），而活性氧離子具有很強(qiáng)的氧化能力，能迅速破壞細(xì)菌的繁殖，實(shí)現(xiàn)抑菌滅菌的效果。

光催化金屬氧化物型抗菌劑

光催化抗菌材料兼具抗菌作用和防霉效應(yīng)，而且殺菌能力強(qiáng)、消毒迅速，具有很好的耐久性、無二次污染、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。抗菌涂料常采用TiO₂和ZnO等光催化抗菌劑，通過抗菌劑對(duì)光線有吸收和散射的作用，防止或延緩光照對(duì)建筑涂料中有機(jī)成分的降解效應(yīng)；同時(shí)通過光催化作用會(huì)生成強(qiáng)氧化性物質(zhì)，可以使微生物細(xì)胞組織失活。由于光催化抗菌劑沒有發(fā)生反應(yīng)，自身沒有任何損失，因此光催化型抗菌涂料具有長(zhǎng)效的殺菌防霉作用。不過光催化金屬氧化物型抗菌劑往往在紫外光下才能突顯出其抗菌作用，從而限制了其在抗菌涂料中的應(yīng)用。

目前，銳鈦礦型的TiO₂晶體材料成為科研人員研究光催化型無機(jī)抗菌劑的主要對(duì)象，TiO₂晶體材料在光照條件下，生成大量的超氧負(fù)離子（O₂^-）和羥基自由基（·OH），這些產(chǎn)物可與微生物中的有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化成CO2和H2O，促使微生物脂類分解和蛋白質(zhì)變異，從而在較短時(shí)間內(nèi)微生物就能被殺滅。

TiO₂光催化反應(yīng)作用示意圖

ZnO的抗菌機(jī)理有以下幾種假設(shè)：

①光催化作用。在光照條件下，ZnO價(jià)帶上的電子（e^-）激發(fā)后躍遷，產(chǎn)生帶正電荷的空穴（H+），H+和e-可與材料表面吸附的-OH、H₂O及O₂等反應(yīng)產(chǎn)生O₂^-、H₂O₂和OH-等。由于OH^-具有極強(qiáng)氧化活性，可以分解微生物的組成成分，達(dá)到殺菌的目的；具有較強(qiáng)還原性的O₂^-也可以擁有抗菌效果。

②Zn²⁺溶出作用。抗菌劑中的Zn²⁺與微生物中蛋白質(zhì)反應(yīng)，破壞微生物細(xì)胞的活性。隨后，Zn²⁺從微生物細(xì)胞中釋放出來，重復(fù)上述殺菌過程。

③活性氧抗菌作用。ZnO能產(chǎn)生抗菌性能，其主要活性物質(zhì)被推測(cè)是H2O2。

抗菌涂料的發(fā)展?fàn)顩r

目前，PPG、宣偉、阿克蘇諾貝爾、立邦涂料、立帕麥、艾仕得、巴斯夫、關(guān)西涂料、亞洲涂料、佐敦等全球十大涂料企業(yè)，幾乎全都開發(fā)出了抗菌產(chǎn)品。比如說前面提到的，阿克蘇諾貝爾開發(fā)的抗菌Interpon AM系列，可以減少高達(dá)99.99%的細(xì)菌和霉菌，使其更容易保持衛(wèi)生清潔并降低交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)Graphical的研究數(shù)據(jù)，2017年，抗菌涂料行業(yè)規(guī)模超過30億美元，預(yù)計(jì)2018-2024年復(fù)合年增長(zhǎng)率約為12.5%。到2024年底，全球抗菌涂料市場(chǎng)規(guī)模將超過70億美元。

而在中國(guó)，抗菌涂料行業(yè)在近年來也得到了快速發(fā)展。立邦、三棵樹、紫荊花、晨陽、多樂士、嘉寶莉、都芳漆等一大批涂料企業(yè)先后推出了各種抗菌涂料。研究發(fā)現(xiàn)，目前抗菌涂料的品牌市場(chǎng)滲透率已經(jīng)達(dá)到47.2%，抗菌涂料在很大程度上已經(jīng)得到涂料行業(yè)的認(rèn)可。不過最關(guān)鍵的是，經(jīng)過此次新冠肺炎疫情，抗菌涂料需求增長(zhǎng)有了顯著增長(zhǎng)，因此可預(yù)見抗菌涂料勢(shì)必會(huì)成為未來行業(yè)的發(fā)展熱點(diǎn)。

各平臺(tái)前十名產(chǎn)品中抗菌涂料占比表（2019 年 8 月 13 日）

資料來源：

無機(jī)抗菌劑在抗菌涂料中的研究進(jìn)展，崔躍紅，關(guān)紅艷，郭中寶。

抗菌涂料及其應(yīng)用，張迎增。

粉體圈 小榆 整理