非金属矿物在抗菌材料制备中的应用探讨

非金属矿物在抗菌材料制备中的应用探讨

张仕奇张扬席志娜

内蒙古科技大学内蒙古自治区包头市昆都仑区014010

摘要：对抗菌材料的发展现状进行了介绍，分析了抗菌矿物材料的载体和抗菌剂，并对抗菌矿物材料的制备工艺进行了探讨。

关键词：非金属矿物；抗菌材料；制备

抗菌材料指的是杀灭或者能够妨碍微生物生长、繁殖和活性的材料，在当前抗菌材料的研究中，日本的研究和应用是最为发达的国家，自从上个世80年代日本颜值的抗菌剂就已经得到了广泛的应用，如纸张、纤维和医疗等领域。

抗菌剂是指少量加入到其他材料中即可产生抗菌功能的物质。但是，抗菌材料一般要求具有良好的安全性、耐久性、耐热性及耐候性，而直接将抗菌剂加人材料中则很难保证上述性能。为了提高抗菌剂的使用效能，通常采用物理吸附或离子交换的方法将抗菌剂（如金属离子）附载于多孔材料的微孔内，使其与之紧密结合，再缓慢释放出来。由于许多天然矿物材料都是理想的载体，同时我国非金属矿资源丰富，价格低廉，因此以矿物为载体的抗菌材料得到广泛应用。

根据目前的研究，抗菌矿物材料是一类以矿物为抗菌剂的载体，采用一定加工工艺制备而成的具有抗菌性能的功能矿物材料。若按矿物材料的定义，抗菌矿物材料是以矿物为主要或重要组分并具有抗菌功能的材料。目前，抗菌矿物材料研究主要涉及载体矿物，抗菌剂和加工工艺等三个方面。

1抗菌矿物材料的载体

许多矿物具有天然孔道结构和离子交换性能，可作为抗菌剂的载体矿物。目前，已经成功用于抗菌功能矿物材料制备的主要矿物有沸石、蒙脱石、坡缕石、海泡石和磷灰石等。

1.1沸石

沸石（Zeolite）是一族具有架状结构的多孔性含水硅酸盐矿物的总称。它的化学组成十分复杂，因种类不同有很大差异。沸石晶体结构的基木单位是硅（铝）氧四面体。硅氧四面体通过桥氧连接，在平面上显示为多种封闭环状结构；在三维空间上可形成多种形状的规则多面体孔道。同时，在沸石晶体结构中，由于Al3+可以代替Si4+而引起电价不平衡，使得沸石孔道中存在可交换性阳离子来平衡电价，如K+，Na+和Ca2+等。因此，沸石的晶体结构和晶体化学特征决定了它不仅具有天然微孔结构，同时表现出了很强离子交换性，非常适合做抗菌矿物材料的载体。

1.2蒙脱石

蒙脱石（Montmorillonite）是层状含水的铝硅酸盐矿物。其晶体结构是由两层硅氧四面片和一层夹于其间的铝（镁）氧（羟基）八面体构成的2：1型层状构造硅酸盐矿物。由于硅氧四面体中的Si4+可被Al3+交换，而铝氧八面体的Al3+可以被Mg2+、Fe2+等低价阳离子交换，由此带来过剩的负电荷通过层间吸附的阳离子来补偿。蒙脱石层间吸附的可交换阳离子有Ca2+、Mg2+、Na+等，并使层间产生良好的吸水性能。这一特征使蒙脱石具有离子交换性，是一种良好的抗菌载体矿物。

1.3海泡石

海泡石（Sepiolite）是一种富镁纤维状硅酸盐粘土矿物。海泡石的晶体结构与坡缕石存在诸多相似之处，因而同样具有类质同相置换现象以及特殊的孔道结构，表现出很好的离子交换性能和吸附性，具备了作为抗菌剂载体的基本条件惜。

2用于抗菌矿物材料的抗菌剂

抗菌剂是抗菌材料研制和生产的核心技术之一。抗菌剂通常分为有机抗菌剂和无机抗菌剂两大类，它们都可以作抗菌矿物材料抗菌剂无机抗菌剂在持久性、广谱性和使用的耐热性、安全性等方面优于有机抗菌剂，而有机抗菌剂在即效性和溶解性方面表现较好。目前，无机抗菌剂主要应用于耐高温的陶瓷、塑料及金属等，而有机抗菌剂主要应用在对温度要求不高的塑料制品中，如抗菌菜板、抗菌墙纸、抗菌地板等。同时，在抗菌矿物材料中已经得到一定程度的应用。

2.1有机抗菌剂

有机抗菌剂分为天然有机抗菌剂和合成有机抗菌剂。天然有机抗菌剂是从某些动植物体内提取出来的具有抗菌活性的高分子有机物，包括山嵛、孟宗竹、薄荷、柠檬叶等的提取物以及蟹、虾中提炼的壳聚糖及其衍生物等。其中，最常用的天然抗菌剂是壳聚糖。合成有机抗菌剂包括低分子有机抗菌剂和高分子有机抗菌剂。低分子有机抗菌剂有季铵盐类、双胍类，醇类、酚类、有机金属，吡啶类、咪唑类等。高分子有机抗菌剂主要是将季铵盐类等以单体聚合或接枝在高分子链上而获得。

2.2无机抗菌剂

无机抗菌剂主要包括金属离子型（如Ag+、Cu2+、Zn2+）、光催化型（如Ti02、Zr02）和金属氧化物型（如AgO、CuO、ZnO、MgO、CaO）等三类。金属氧化物型具有热稳定性好、寿命长的优点，尤其是以氧化钙为主要成分的钙系抗菌剂对环境无害、抗菌效果好、使用领域广阔、加工成本低，是一种很有开发前景的无机抗菌剂。但是作抗菌矿物材料的抗菌剂，金属氧化物型的报道较少，而对金属离子和光催化型的研究较多。

3抗菌矿物材料的制备工艺

抗菌矿物材料制备方法一般有共沉淀法，离子交换法、共凝聚法、粉体烧结法和水解沉淀法等几种。在实际制备过程中，根据不同抗菌剂采用不同方法。以有机阳离子为抗菌剂，常用离子交换法，以金属离子为抗菌剂，常用离子交换和共沉淀法，而以TiO2为抗菌剂，常用共凝聚法、粉体烧结法和水解沉淀法。以有机阳离子（如季铵盐）为抗菌剂的抗菌矿物材料通常用离子交换法制备。离子交换法分为液相离子交换法和固相离子交换两种。由于有机抗菌剂不耐高温，故多用液相离子交换法。制备以金属离子为抗菌剂的抗菌矿物材料通常用离子交换法和共沉淀两种方法。固相离子交换法制备金属离子抗菌矿物材料的应用比较少，但这种工艺制备的抗菌材料具有优良的稳定性和耐热性。将磷酸钙与银的化合物混合后于1000℃以上进行高温烧结，经碾磨后即制得载银磷酸钙。将与陶瓷釉、纤维、涂料等混合加热成形，制品不变质、不着色、不泛黄，耐热温度达1200℃以上。共沉淀法就是先在液相中制备无定形抗菌粉体材料，经高温处理后得到抗菌矿物材料。

共凝聚法、粉体烧结法和水解沉淀法是制备以光催化剂TiO2为抗菌剂的抗菌矿物材料主要方法，共凝聚法共凝聚法的工艺流程：先应用钛的无机盐或者钛酸酯为前躯物，然后将其溶于醇中，然后将其加入到强酸的水溶液中，温度为室温，之后获得的凝胶与矿物进行混合，通过共凝作用得到产物。这种方式的优点在于，能够制得粒径分布集中的产物，产物的比表面积比较大，而且结合的非常牢固。

参考文献：

[1]田春燕，张培萍，李书法，等.非金属矿物在抗茵材料制备中的应用[J].世界地质，2004，23（2）：201-204.

[2]张延峰，余志伟.镁质粘土新型抗菌材料[J].中国非金属矿工业导刊，2005（5）：24-27.