纳米ZnO改性内墙涂料抗菌性研究

纳米ZnO改性内墙涂料抗菌性研究

李彦峰，汪斌华，黄婉霞，郑洪平，涂铭旌

(四川大学材料科学与工程学院，成都610065)

O 引 言

在人们的居住环境中存在着各种有害微生物，对人类的生活产生不良的影响，尤其家居环境中某些潮湿的场合(如厨房、卫生间等)更容易滋生微生物，导致室内空气菌浓和物品表面的菌浓增大。因此，内墙涂料抗菌性的研究和应用对保护人类健康，改善生活环境具有十分重要的意义。利用纳米氧化锌复合的内墙涂料可有效抑制和杀灭环境中的有害致病菌，降低环境微生物对人体的危害，进而达到清洁环境的目的。

1 实验部分

1．1 原材料

普通内墙涂料A，纳米氧化锌改性复合内墙涂料B、C(自制)。

1．2 试剂及仪器设备

营养琼脂培养基、混合菌悬液(包含大肠杆菌，金黄色葡萄球菌、枯草牙胞杆菌)、培养皿、恒温箱、移液管、超声波分散仪器。

1．3 涂料的制备

制备普通内墙涂料A、含2％纳米氧化锌改性的内墙涂料B和含5％纳米氧化锌改性的内墙涂料C。

1．4 抗菌样品的制备

将A、B、C 3种涂料定量(0．4 g)刷涂到已消毒的啤酒瓶盖上，每种涂料平行刷涂6个试样。

1．5 实验方法

(1)以无菌操作方式，在每种涂料的6个试样中用无菌移液管各滴加0．2 mL的菌悬液，使其均匀涂覆在涂有涂料的试样表面，然后将每种涂料的其中3个试样各自放到盛有100 mL无菌水的锥形瓶中，用力摇匀，使试样表面涂覆的细菌能够与无菌水充分混合均匀。用移液管从各个锥形瓶中取出l mL已经充分混合均匀的混合液，注入到无菌培养皿中，再倾人约15 mL已经融化并冷却至45℃左右的营养琼脂培养基，平放在桌上迅速旋摇培养皿，使细菌的稀释溶液与培养基混合均匀，冷凝后成平板，在平板上标识出各种涂料的编号A、B、C。将这些平板倒置，放人37t2恒温箱中，培养24 h，然后计算菌落数，此数值即为初始菌悬液浓度。

(2)将(1)中剩余的涂料试样，放到无菌培养室中，24 h后取出，重复(1)的操作。由此可以得出24 h后A、B、c 3种试样表面上剩余细菌的个数，由此可以计算出A、B、c 3种涂料试样的抑菌率。这种方法是通过测定初始菌悬液浓度与试样处理后所残留的细菌数量的增减来评价涂料的抗菌性。采用菌落计数法测定细菌的数量J。对于微生物，在理论上可认为高度稀释时每个活的单细胞均能繁殖成一个菌落，因而可以用培养的方法使每个活细胞生长成一个单独的菌落，并通过生长出的菌落数去推算试样中剩余的活菌数。由于细菌的死亡是一次性

的，可以用灭菌率来评价涂料的抗菌力J。灭菌率可用下面的方法计算：

灭菌率=[(实验前的细菌数一实验后的细菌数)／实验前的细菌数]100％

2 结果与讨论

A涂料的抗菌报告见表1和表2。

由表1和表2的数据，可以计算出A涂料的抑菌抑菌率=[(AA )／A]100％=37．9％B涂料的抗菌报告见表3和表4。

由表3和表4的数据，可以计算出B涂料的抑菌抑菌率B=[(BB )／B]100％=65．1％C涂料的抗菌报告见表5和表6。

由表5和表6的数据，可计算出涂料C的抑菌率：

抑菌率c=[(cC )／C]100％=90．0％

由以上实验结果可以看出，普通内墙涂料体系的抗菌效果很不明显，而在涂料体系中添加纳米氧化锌后，可以明显的看出其抑菌率的变化，并且随着纳米氧化锌含量的增大，抑菌率也随之增大，当氧化锌的含量为5％时，涂料的抑菌率可达90．0％。从涂料体系的整体来看，添加纳米氧化锌后，涂料抗菌率有明显的提高。

氧化锌作为传统的无机抗菌材料之一，在与细菌接触时，锌离子缓慢释放，由于锌离子具有氧化还原性，并能与有机物的巯基、羧基、羟基反应，破坏其结构，进入细胞后破坏电子传递系统的酶并与一SH基反应，达到杀菌目的。在杀灭细菌后，锌离子可以从细胞内游离出来，重复上述过程J。

纳米氧化锌为n型半导体化合物，除具有传统氧化锌的抗菌作用外，还由于粒子粒径达到纳米级，所以能够吸收能量高于其禁带宽度(band gap)的短波光辐射，产生电子跃迁及相应的空穴，并将能量传递给周围的介质，诱发光化学反应，具有光催化能力，其在光照下发生如下反应：

按光催化理论 ，纳米氧化锌只起光催化作用，自身不消耗，理论上可以永久使用，对环境无二次污染。OH自由基具有402．8 kJ／mol的反应能，高于有机化合物中各类化学键能，如CC(83)，CH(89)，CN(73)，CO(84)，HO(111)，NH(93)。因此，这种高度活性的羟基自由基可以氧化分解各种有机物，将其分解为无害的CO：和H：0，这样既能杀灭微生物，也能分解有机营养物，从而有效地抑制细菌等微生物的大量繁殖，达到抗菌净化的目的[ 。纳米氧化锌经过超声波分散后，可以稳定均匀地分散在涂料体系中。从以上纳米氧化锌的抗菌机理可以看出，纳米氧化锌粒子可以长期有效地杀抑附着在涂膜表面的细菌，从而赋予涂料优良的抗菌性。

3 结语

(1)在普通的内墙涂料中加入纳米氧化锌后，对提高涂料的抗菌性有明显作用。

(2)随着纳米氧化锌含量的增大，涂料的抑菌率也随之上升，当纳米氧化锌的含量达到5％时，其抑菌率可达90．0％。

参考文献

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