自洁功能陶瓷浅谈
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摘要：简要介绍了自洁功能陶瓷的概念、分类及国内外研究概况，分别阐述了三大自洁功能材料的自洁机理及其制作工艺，提出了目前自洁功能陶瓷存在的问题。
关键词：自洁功能材料 自洁功能陶瓷 自洁机理
随着工业的发展和人类的各种活动日益频繁，由此而滋生的疾病也越来越多。要解决这一问题，必须走可持续发展之路：一方面解决污染源，另一方面要提高家居环境的抗污染能力，即研制相应的抗污染材料及其制品。对于陶瓷行业而言，这一抗污染材料和制品就是自洁功能陶瓷[1]。
1、自洁功能陶瓷的概念和分类
1.1 概念
自洁功能陶瓷由陶瓷基体和自洁功能材料两大主要部分构成，它是指在陶瓷制品表面或釉层中加入一种或几种具有抗菌、杀菌、防污、除臭和具有净化大气功能的材料，这些功能材料必须以较强的结合力附着在陶瓷上或者与陶瓷本身结为一体，同时对人体不产生任何危害，这样制得的多功能陶瓷称为自洁陶瓷。
1.2 分类
主要分为两大类：一类是有机材料，另一类是无机材料。有机材料多用于塑料、橡胶、纺织行业等，无机材料则多用于无机非金属行业，尤以玻璃和陶瓷行业应用较广。现在所见报导的无机自洁功能材料分三类：一类是含金属离子的无机化合物，如AgNO3、CuO等，另一类是光催化半导体化合物，如TiO2、ZnO等，第三类是具有远红外辐射功能的自洁材料，如锰及其氧化物。另外，有人还提出用稀土复合磷酸盐无机抗菌材料按一定比例添加到陶瓷中制备抗菌功能陶瓷材料。
2、自洁原理
2.1 含金属离子的自洁功能材料
含金属离子的自洁功能材料其杀菌作用主要依赖金属离子中不稳定电子的迁移，这些电子在迁移的过程中阻碍微生物的呼吸和代谢，破坏其蛋白质。以Cu2+离子为例，Cu2+离子失去一至两个电子时，具有强烈的氧化性，这种氧化性阻碍了周围的微生物的呼吸。同时，还可氧化分解周围有机物。由此可见，金属离子的杀菌和抗污主要是由强氧化性来完成的。金属离子按其抗菌效果依次为：Ag>Co>Al>Cu>Zn>Fe>Mn>Sn>Ba>Mg>Ca。而其杀菌效果则有变化，为：Ag>Cu>Fe>Sn>Al>Zn>Co，这主要是因为抗菌作用与原子的电子云磁场有关，而杀菌作用则与其氧化作用的大小有关。一般情况下，常用的金属离子有Ag+、Zn2+和Cu2+，分别以其化合物的形式带入。
2.2 光催化半导体自洁功能材料
物质根据其电性可以分为导体、半导体和绝缘体。在半导体材料中，有这样一族材料，它们能够被光子激活，从而实现电子流动，这一族材料称为光催化半导体材料。[4]其中经常应用的光催化半导体材料有：TiO2、ZrO2、V2O3、ZnO、CaS、Se、GaP、SiC等，在自洁陶瓷的研究中应用较多的为：TiO2、ZrO2和ZnO。
2.3 远红外线自洁功能材料
远红外线自洁功能材料包括锆（Zr）、钴（Co）、镍（Ni）锰（Mn）其及氧化物，这类材料的杀菌自洁与其所放出的远红外线射线有关。但这类材料的杀菌效果是有限的，它必须和以上两类自洁功能材料配合使用才有更好的应用价值。
2.4 添加稀土复合磷酸盐抗菌功能陶瓷材料
将稀土复合磷酸盐无机抗菌材料按一定比例添加到陶瓷中制备抗菌功能陶瓷材料[2]。结果表明：在陶瓷中加入稀土复合磷酸盐无机抗菌材料不会降低陶瓷表面质量，且对金黄色葡萄球菌的6h杀抑率可达94.8%。[3]将复合磷酸盐无机抗菌材料、陶瓷熔块、粘土、添加物、水按一定比例加入球磨机中研磨制得抗菌磨浆.然后经过施釉、烧结制备了抗菌功能陶瓷。
3、自洁功能陶瓷的制作工艺
自洁功能陶瓷的制作工艺基本一致。首先必须有基体（陶瓷）、载体和自洁功能材料，其中载体不仅仅是前述几种，也可以用溶胶凝胶法或其它化学反应方法制成薄膜（载体），再把杀菌自洁功能材料涂覆在其上，在较低的温度下进行烤制，烤制后应以结合较为牢固为前提。也有人将自洁功能材料和载体合二为一，先将载体制成溶液，然后将自洁功能材料加入，最后用蒸涂、浸渍等工艺与陶瓷表面的结合[5]。显然，以上方法都是把自洁功能材料涂覆在陶瓷制品的表面，这样自洁功能材料的自洁作用较好，但有可能结合的不是很牢固。有人也研究了将自洁功能材料加入釉中，这种加入釉中的方法显然是简单，但是自洁作用要丧失许多。如有学者在釉中加入抗菌剂，可以提高自洁性能。抗菌剂最好是以磷酸三钙载银（质量分数为8%～10%）引入釉中。抗菌釉面砖采用低温一次快烧，烧成温度
4、结语
自洁功能陶瓷问世以来，受到国内外同行的普遍关注。但至今，仍然有两个问题没有得到完全的解决。一是当自洁功能材料涂覆于陶瓷表面或加入陶瓷釉中时，引起陶瓷表面颜色失真，使得陶瓷表面的光泽度变差。二是当自洁功能材料涂覆在陶瓷表面制得自洁功能陶瓷时，由于烤制的温度较低，使得自洁功能材料与陶瓷表面的结合力不够，日常表现为耐久性较差。要解决以上问题，还需作进一步的基础研究，其中颜色的改变可以尝试用相关的蔽色剂加以解决；光泽度不够必须对基础釉进行调整，耐久性不好的解决办法自然是将自洁功能材料和陶瓷基础釉融为一体，这方面已有许多的研究者正在努力研究。
参考文献
[1]郝小勇.自洁功能陶瓷及其发展.陶瓷工程，2000.10，34（2）45-48.
[2]肖汉宁.抗菌性陶瓷材料.中国陶瓷，1997.10，33（5）17-18.
[3]梁金生，金宗哲，王静.抗菌功能陶瓷材料的研究.河北工业大学学报，2000.10，29（5），45-47.
[4]贺飞，唐怀军，赵文宽，方佑龄.二氧化钛光催化自洁功能陶瓷的研制.武汉大学学报（理学版），2001.8，47（4）419-424.
[5]吴建锋，徐晓虹，黄代勇，李广武，李雁.抗菌功能陶瓷釉面砖的研究.硅酸盐学报，1999.8，27（4）500-504.
[6]王长平，高建桥.防菌、防藻类玻璃材料的研制.硅酸盐通报，1998（2）.