近年來公眾衛生危機頻發，其中很大一部分都是由病原菌所引起的。為了能更有效地應對類似情況，許多企業都在自己擅長的領域內出謀劃策，比如說全球最大的涂料生產商之一“阿克蘇諾貝爾”就在近期宣布，由于社會對改善衛生狀況的產品的需求大漲，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度。

電梯門是抗菌建筑涂料的重要應用場所之一

抗菌涂料的作用是什么？

其實抗菌涂料最初被開發出來，是為了保護建筑不被細菌、霉菌和藻類等各種微生物侵蝕。這是因為微生物在自然界中無處不在，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環境。

若不對微生物加以阻止，微生物就會在涂層表面生長繁殖并代謝產生各種酶、酸和毒素等次生代謝產物，對涂層產生不同程度的侵蝕，導致涂層褪色、發霉、長藻，以致脫落。因此為了不讓涂料因為微生物的搗亂而發生變質，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和繁殖。

無處不在的微生物

不過病原微生物除了會對涂料涂膜進行腐蝕外，還能通過接觸傳播的方式對人類健康造成威脅。比如在醫療環境下，病患人群大量流動，來自病患人群的病原微生物會與醫院空氣中的塵埃粒子結合，附著在墻體并進行滋生繁殖，可能會對醫護人員和就診人群發生再次感染。因此，當前抗菌涂料的作用已經從單純保護建筑免受微生物侵蝕，擴展到通過抑制細菌和病毒在墻面過度滋生繁殖，使墻面避免成為細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、有機抗菌劑和無機抗菌劑。與其他種類抗菌劑對比，無機抗菌劑具有無耐藥性、無毒副作用和長效等優點，尤其是優異的耐熱性和緩釋性，使其在涂料應用領域更勝一籌。而根據作用機理的不同，無機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、不產生抗藥性、抗菌廣譜等優勢，在無機抗菌劑的研究和應用中占主要地位。

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

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

②催化反應假說：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，產生羥基自由基（·OH）及活性氧離子（O₂^-），而活性氧離子具有很強的氧化能力，能迅速破壞細菌的繁殖，實現抑菌滅菌的效果。

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，而且殺菌能力強、消毒迅速，具有很好的耐久性、無二次污染、穩定性好等優點。抗菌涂料常采用TiO₂和ZnO等光催化抗菌劑，通過抗菌劑對光線有吸收和散射的作用，防止或延緩光照對建筑涂料中有機成分的降解效應；同時通過光催化作用會生成強氧化性物質，可以使微生物細胞組織失活。由于光催化抗菌劑沒有發生反應，自身沒有任何損失，因此光催化型抗菌涂料具有長效的殺菌防霉作用。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抗菌劑的主要對象，TiO₂晶體材料在光照條件下，生成大量的超氧負離子（O₂^-）和羥基自由基（·OH），這些產物可與微生物中的有機物發生反應，將有機物轉化成CO2和H2O，促使微生物脂類分解和蛋白質變異，從而在較短時間內微生物就能被殺滅。

TiO₂光催化反應作用示意圖

ZnO的抗菌機理有以下幾種假設：

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

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

③活性氧抗菌作用。ZnO能產生抗菌性能，其主要活性物質被推測是H2O2。

抗菌涂料的發展狀況

目前，PPG、宣偉、阿克蘇諾貝爾、立邦涂料、立帕麥、艾仕得、巴斯夫、關西涂料、亞洲涂料、佐敦等全球十大涂料企業，幾乎全都開發出了抗菌產品。比如說前面提到的，阿克蘇諾貝爾開發的抗菌Interpon AM系列，可以減少高達99.99%的細菌和霉菌，使其更容易保持衛生清潔并降低交叉污染的風險。根據Graphical的研究數據，2017年，抗菌涂料行業規模超過30億美元，預計2018-2024年復合年增長率約為12.5%。到2024年底，全球抗菌涂料市場規模將超過70億美元。

而在中國，抗菌涂料行業在近年來也得到了快速發展。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先后推出了各種抗菌涂料。研究發現，目前抗菌涂料的品牌市場滲透率已經達到47.2%，抗菌涂料在很大程度上已經得到涂料行業的認可。不過最關鍵的是，經過此次新冠肺炎疫情，抗菌涂料需求增長有了顯著增長，因此可預見抗菌涂料勢必會成為未來行業的發展熱點。

各平臺前十名產品中抗菌涂料占比表（2019 年 8 月 13 日）

資料來源：

無機抗菌劑在抗菌涂料中的研究進展，崔躍紅，關紅艷，郭中寶。

抗菌涂料及其應用，張迎增。

粉體圈 小榆 整理