纳米TIOSUB2/SUB抗菌陶瓷的制备方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN02115508.9	申请日：	2002.02.01
公开号：	CN1362386A	公开日：	2002.08.07
当前法律状态：	终止	有效性：	无权
法律详情：	专利权的终止(未缴年费专利权终止)授权公告日：2005.2.2\|\|\|授权\|\|\|公开\|\|\|实质审查的生效
IPC分类号：	C04B41/85; C01G23/047	主分类号：	C04B41/85; C01G23/047
申请人：	武汉大学;
发明人：	昝凌; 夏幽兰; 钟家柽; 黄玲; 罗其荣; 龚楚清
地址：	430072湖北省武汉市武昌珞珈山
优先权：
专利代理机构：	武汉天力专利事务所	代理人：	程祥;冯卫平
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内容摘要

本发明涉及一种纳米TiO2抗菌陶瓷的制备方法,利用纳米锐钛矿相TiO2的光化活性,将纳米TiO2均匀地分散于介质中,然后均匀地涂布于陶瓷表面,进行高温锻烧,使TiO2纳米粒子均匀地分布于釉面上,且不影响釉面的光洁度,利用TiO2在光照下与表面水和空气中的O2作用,释放出原子氧和氢氧自由基而杀菌。该方法的突出特点是:TiO2无毒无味,对人体无害,不被消耗可以长期使用,成本低,工艺简单,易于工业化生产。

权利要求书

1.一种纳米TiO₂抗菌陶瓷的制备方法，将纳米TiO₂均匀分散于介质中，然后涂布
于陶瓷表面，高温锻烧而将TiO₂固化在陶瓷的表面而得到抗菌陶瓷，其特征为：
1)将纳米TiO₂球磨，然后用超声分散或高速乳化将之分散到分散介质中，配成浓
度为1-10％的溶液；
2)将该溶液均匀地涂布于陶瓷面上，干燥，形成一层光亮的膜；
3)700℃～850℃高温锻烧1～2小时。
2.根据权利要求1所述的制备方法，高温煅烧温度为700℃～800℃。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，球磨时间为24～48小时。
4.根据权利要求3所述的制备方法，纳米TiO₂为在高温800℃仍为稳定的锐钛矿
相纳米晶，其制法为：用H₂SO₄溶解偏钛酸得到硫酸氧钛；稀释硫酸氧钛溶液浓度在
0.05～0.5mol/L；用氨水，(NH₄)₂CO₃与NaOH或氨水的混合液调节PH至8-11；洗涤
正钛酸至无SO₄^-；锻烧温度控制在500～800℃，处理时间是1～2小时；按上述步骤即
可得到均匀，分散较好的纯锐钛相的30～80nm的TiO₂。
5.根据权利要求3所述的制备方法，分散介质为可溶性淀粉、多糖、聚乙烯醇或
聚乙二醇。

说明书

纳米TiO₂抗菌陶瓷的制备方法

技术领域

本发明涉及一种纳米TiO₂抗菌陶瓷的制备方法，属精细化工领域。

背景技术

纳米锐钛矿TiO₂由于其颗粒小(＜100nm)，比表面积大。具有极高的化学活性，
在水和空气中O₂的存在下，在光照射下可以释放出原子氧和氢氧自由基，而杀灭细菌。
其粒径越小，比表面积越大，杀菌效果越好。二氧化钛杀菌作用原理如下：

(锐钛)

纳米TiO₂在水和空气中，在光照下，能够自行分解出自由移动的带负电的电子(e^-)
和带正电的空穴(h⁺)，发生上面一系列化学反应，形成空穴-电子对，吸附溶解在TiO₂
表面的氧俘获电子形成O₂^-，而空穴则将吸附在TiO₂表面的OH^-和H₂O氧化成HO·。生成
的原子氧和氢氧自由基有很强的化学活性，特别是原子氧能与多数有机物发生氧化反
应，同时能与细菌内的有机物反应，生成CO₂和H₂O，从而在短时间内杀死细菌，并消除
有机污物，利用TiO₂的光化杀菌性，国外已研究出抗菌纤维、抗菌建材、抗菌涂料，农
田抗菌剂、空气净化剂等产品。在陶瓷表面固化TiO₂纳米晶后，并不影响釉面的光洁度，
同时可以起到抗菌的效果，可以广泛地用于浴缸、地砖、卫生设施和餐具。目前也有采
用Ag⁺掺入陶瓷制备抗菌陶瓷的方法，但Ag⁺杀菌一则成本高，二则Ag⁺是以溶出方式杀
菌，随着抗菌剂的溶出效果会逐渐下降，且银系抗菌剂的效果约在24h左右发生。而氧
化钛光催化杀菌，一是即效好，仅需1h左右发生作用，二是一种半永久维持抗菌效果
的抗菌剂，不存在溶出消耗，三是有很好的安全性，与皮肤接触无不良影响。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种纳米TiO₂抗菌陶瓷的制备方法，该方法制备的
TiO₂抗菌陶瓷具有较好的抗菌效果，且制造成本较低，工艺较简单，易于大规模生产。

本发明提供的技术方案是，一种纳米TiO₂抗菌陶瓷的制备方法，将纳米TiO₂均匀
分散于介质中，然后涂布于陶瓷表面，高温锻烧而将TiO₂固化在陶瓷的表面而得到抗
菌陶瓷，其特征为：

1)将纳米TiO₂球磨，然后用超声分散或高速乳化将之分散到分散介质中，配成浓
度为1-10％的溶液；

2)将该溶液均匀地涂布于陶瓷面上，干燥，形成一层光亮的膜；

3)700℃～850℃高温锻烧1～2小时，其中煅烧温度以700℃～800℃为好。

上述球磨时间为24～48小时。

纳米TiO₂为在高温800℃仍为稳定的锐钛矿相纳米晶，其制法为：用H₂SO₄溶解
偏钛酸得到硫酸氧钛；稀释硫酸氧钛溶液浓度在0.05～0.5mol/L；用氨水，(NH₄)₂CO₃
与NaOH或氨水的混合液调节PH至8-11；洗涤正钛酸用3％的Ba(NO3)2测定至无
SO₄^-；锻烧温度控制在500～800℃，处理时间是1--2小时；按上述步骤即可得到均匀，
分散较好的纯锐钛相的30～80nm的TiO₂。

上述分散介质为可溶性淀粉、多糖、聚乙烯醇或聚乙二醇等。

使用本方法制备的抗菌陶瓷经抗菌试验检测，在无太阳光直射的室内放置4小时，
对大肠肝菌的杀菌率达到95％以上，本方法成本低，工艺简单，易于大规模生产。

具体实施方式

本发明的工艺流程如下：

1)将上述制备的纳米锐钛矿相TiO₂球磨。

2)将球磨好的TiO₂以1～10％的比例用超声分散法或高速浮化机分散到水溶性淀粉
或其它成膜剂中。

3)将分散好的TiO₂溶液均匀地涂布于陶瓷表面，然后干燥，形成一层透明的TiO₂
纳米薄膜。

4)于700℃～850℃(最好为700℃～800℃)锻烧1-2小时，得到表面光洁的陶
瓷样品，经SEM电子探针分析，在光洁的釉中含有TiO₂。

5)按国标GB4789.2-84测试标准，进行抗菌性能测试，其对大肠肝菌的抗菌率＞
95％。

实施例1：锐钛矿相纳米TiO₂的制备，用H₂SO₄溶解偏钛酸得到硫酸氧钛；稀释硫
酸氧钛溶液浓度在0.05～0.5mol/L；用氨水，(NH₄)₂CO₃与NaOH或氨水的混合液调节
PH至8-11；洗涤正钛酸用3％的Ba(NO3)2测定至无SO₄^-；锻烧温度控制在500～800
℃，处理时间是1--2小时；按上述步骤即可得到均匀，分散较好的纯锐钛相的30～80nm
的TiO₂。

将按上述方法制备的锐钛矿相纳米TiO₂球磨24小时，然后以2％的比例分散于可溶
性淀粉溶液中，经超声20分钟分散，然后将之均匀涂布于陶瓷片表面，自然凉干，观
察膜光亮不起壳。然后升温820℃，恒温30min，冷至室温后取出样品，观察表面光亮，
SEM探针分析釉中TiO₂含量，明显出现钛峰，含量达到16％，说明TiO₂已进入釉中。然后进
行抗菌试验，10⁵个/ml的大肠肝菌0.1ml，均匀涂布于40×40mm的白陶瓷片上，无阳
光直射的情况下室内放置4小时，然后将菌液用无菌水洗脱至培养基中，37℃下培养24
小时，然后检测菌数，计算杀菌率为95％。

实施例2：将按上述方法制备的锐钛矿相纳米TiO₂球磨48小时，然后以5％的比例
将之分散于聚乙烯醇溶液中，经高速浮化20min，然后将之均匀涂布于小陶瓷盘上，自
然凉干，观察膜光亮不起壳，然后升温750℃，恒温2小时，冷至室温后取出样品，观
察样品釉面光洁，进行抗菌试验，同例1，杀菌率97％。

实施例3：将按上述方法制备的锐钛矿相纳米TiO₂球磨32小时，然后以8％的比例
将之分散于聚乙烯醇溶液中，经高速浮化20min，然后将之均匀涂布于小陶瓷片上，自
然凉干，观察膜光亮不起壳，然后升温800℃，恒温1小时，冷至室温后取出样品，观
察样品釉面光洁，进行抗菌试验，同例l，杀菌率95％。

上述分散介质可溶性淀粉可用多糖、聚乙烯醇或聚乙二醇等替代；上述分散介质聚
乙烯醇可用可溶性淀粉、多糖或聚乙二醇等替代。