淺談衛生陶瓷的抗菌技術及發展趨勢

夏滌華

(科勒中國投資有限公司 廣州 510620)

1 衛生陶瓷抗菌技術應用的必要性

1.1 微生物的基本知識

微生物是一群個體小、結構簡單的低等生物的總稱，它具有體型微小、結構簡單、繁殖迅速、容易變異、種類繁多、分布廣泛等特點。主要包括非細胞型類如病毒、原核細胞類如細菌、真核細胞類如真菌等。

微生物因為體積小，肉眼無法看見，因此人們很容易忽視它們的存在，疏于防范。 但是這些微生物卻具有驚人的生長和繁殖速度，只要條件(溫度、濕度、營養和pH值等)適宜，大腸桿菌從一個細胞增殖到108(1個億)只需9 h。微生物在自然界的分布極其廣泛，空氣、土壤、江河、海洋和自然物體中都存在。只要有水，哪怕在地球上極端惡劣環境下都能找到微生物的蹤影。據報道，一般情況下空氣微生物含量為1～104個/m3，水微生物含量為1～106個/m3，土壤微生物含量為104～1010個/m3。在衛生間，特別是馬桶等衛生潔具上也粘附著大量微生物。其中有些微生物對人類是有害的。 如果疏于防范，這些微生物對人和動物都可能帶來非常大的危害。如1996年日本的“O157大腸桿菌流行事件”、2003年香港“非典”侵襲事件。

目前，我國對微生物的危害理解程度還不深刻和對微生物的理解和有害微生物防止的知識了解太少。“眼不見為凈”這種觀念到了必須糾正的時刻了。

1.2 衛生潔具上微生物的來源

1)由于日?？諝庵写嬖诖罅康奈⑸铮@些微生物一方面是由于人在外界環境中帶入洗手間的。 如人在沖水時手上微生物就會粘附在把手，蓋板等位置。細菌隨著人體的活動可能留在蓋板、坐圈上；另一方面主要是由人體廢物產生的。衛生潔具上的臭味是微生物產生的胞外脲酶迅速分解人尿，大便等產生的氨氣和蛋白酶分解尿蛋白產生的硫化氫等化學物質導致的。這些微生物寄生在便器表面和排污管內表面，與尿垢結合形成生物膜。 如果釉面質量不佳的潔具，釉面孔隙多，易被侵蝕而生成生物膜，因此需經常保潔。同時在沖洗馬桶時那里的細菌有可能濺出馬桶，飄浮擴散在衛生間。據報道：人在“方便”之后，細菌擴散情況會有所不同。大腸桿菌會在沖水后的2 h內集中分布在以馬桶為中心直徑約1 m的范圍內，沙門氏菌能在30 min內擴散到同樣的范圍，而梭狀芽孢桿菌則主要在60 min內聚集在馬桶坐圈到馬桶上25 cm的范圍內。美國的科普電視節目《流言終結者》證實了，牙刷上如果沾上糞便大腸菌不會讓人們患病，不過廁所水沫可以傳播諾瓦克病毒，這種病毒會導致游船或其它地方腸胃病爆發。

2)由坐便器直接接觸導致的交叉感染，有明確的研究報道，醫療雜志和醫院也會提醒使用者注意。其實，任何稍有常識的人都知道在使用公共馬桶時要非常小心，不要接觸別人坐過的坐便蓋。關于這一點，大部分人只在把紙或者塑料膜墊在馬桶坐圈上才能放心。馬桶是最具備疾病傳播條件的共用器具，尤其是糞便中的細菌完全能夠借由空氣進行傳播。 另外，現代社會不同于人口密度低的農業社會，環境惡化、藥物濫用導致的各種病原微生物變種層出不窮，一旦有一種病原具備較強的空氣傳播感染能力，就會形成糞便-馬桶-空氣-人的感染鏈條，則馬桶作為家庭唯一的便污收集設備，將成為最不安全的“病原傳播中心”。如痢疾、脊髓灰質炎、SARS、手足口病人、H7N9禽流感等等患者的糞便中含有大量的病毒粒子，他們的糞便都需要用消毒劑進行徹底消毒然后才能排放到專用的污水處理設施。

1.3 殺菌消毒的方法

1.3.1 物理法

物理法分為熱力法與非熱力法：

1)熱力法又分為干熱和濕熱法。

干熱：包括火焰法、干熱空氣法、紅外線法、遠紅外;

濕熱：包括熱壓(低溫)蒸汽法、煮沸法、低溫間隙法、巴氏消毒法。

2)非熱力法包括電磁輻射法、磁力法、超聲波法、濾過法以及等離子法等，其中電磁輻射又包括電離和非電離法。

非電離法分為：紫外線、紅外線、可見光、日光、微波等方法;

電離法包括：X射線等方法。

1.3.2 化學法

化學法包括：藥液法、氣體法、固體法。

1.3.3 生物消毒法

生物消毒法包括：噬菌體或溶菌酶法。

1.3.4. 協同作用法

熱力+低效消毒劑、紫外線+過氧化氫、微波+消毒劑、超聲波+化學藥劑和化學消毒劑的協同等方法。

2 衛生陶瓷抗菌技術的應用現狀

由于人們衛生意識逐漸提高，特別是在“非典”后，消費者才對抗菌衛生陶瓷產品更加青睞，成為消費者構筑健康防線的需求，也成了建筑衛生陶瓷行業的“賣點”和“熱點”。為了給消費者提供一個安全、衛生的衛生環境，同時也為改善人類居住的生存環境，越來越多的陶瓷企業開始進行研究開發，把以上的各種殺菌消毒的方法應用到衛生潔具產品上。

目前衛生潔具行業現有的產品技術有以下幾種：

2.1 臭氧消毒

這是一種化學消毒法，采用臭氧發生器產生臭氧，臭氧是種很強的氧化劑，能對細菌的細胞體直接氧化，即破壞其DNA而達到抑制的效果，對病毒的RNA亦有破壞作用；對各種毒素具有一定的氧化作用，降低其毒性。在水中臭氧濃度只要達到0.3～2.0 mg/L, 就能在0.5～1.0 min內殺滅細菌。如惠爾杰公司采用該技術，能夠對空氣質量起到一定的提高作用。

2.2 化學藥劑消毒

家庭用84消毒劑，威猛、藍精靈等含有強氧化成分的化學藥劑定期消毒，可殺滅陶瓷表面的病菌。

2.3 紫外聯合光觸媒消毒

如TOTO的產品，通過TiO2在紫外光下對有機物的降解作用消滅粘附在潔具表面的微生物，具有明顯的消毒效果，能夠在保護釉面的基礎上實現較長時間對陶瓷表面微生物的殺滅作用。

2.4 微電解水消毒

在TOTO、科勒等公司生產的電子蓋板產品上安裝了電解水產生器，可以對蓋板和馬桶內壁等進行消毒殺菌。微電解主要是通過3種過程進行消毒：①氧化自來水中殘留的氯，產生HClO殺菌；②電解水產生的初生態氧、氫和一些自由基成分；③直接的電流對細胞膜的破壞。

2.5 抗菌衛生陶瓷釉面的技術與應用

1) 為了更加有效、合理和環保地做到衛生潔具的殺菌消毒，很早就開始研究了能否開發出可以長久殺菌的陶瓷釉面。 人們把抗菌材料通過科學的方法添加于衛生陶瓷釉中或均勻涂抹于衛生陶瓷表面，使該產品不僅具有殺死微生物或妨礙其生長繁殖及其活性，減少或降低致病微生物的傳播和感染，而且衛生陶瓷產品本身不會成為微生物二次污染源，也不會對人或環境帶來其它化學污染。如抗菌洗手盆、抗菌浴缸、抗菌坐廁和抗菌坐廁墊等。與日常家用消毒劑相比，具有抗菌衛生陶瓷釉面的產品具有更安全、使用方便等優點，同時它可以長期阻礙或抑制陶瓷表面細菌或致病微生物的生長與繁殖，降低致病微生物傳播和感染的機會。TOTO、INAX、美標以及國內大量衛生陶瓷企業都進行了這方面的研究，并且取得了豐碩的成果。

2) 抗菌陶瓷制造方法分為3類：

第一類：金屬離子摻雜型抗菌衛生陶瓷法。在陶瓷釉中摻入金屬離子等抗菌劑由二次低溫燒制而成，主要通過金屬離子和其他抗菌成分的緩釋溶出起到阻礙或抑制微生物生長與繁殖。該工藝需增加二次燒制工序，同時存在金屬離子溶出的快慢、多少及時間長短等問題。目前只有少量陶瓷企業在使用該技術。

第二類：光催化型抗菌衛生陶瓷法。在已燒制好的衛生陶瓷表面用溶膠-凝膠技術鍍上或噴涂具有光催化抗菌效能的材料及薄膜，通過半導體光催化反應產生羥基自由基，對微生物細胞起到抑制作用達到抗菌目的。該工藝的涂層比較光滑致密，有一定的易清潔效果，但也存在以下問題：①需要黑光燈或自然光照射才能達到較好的抗菌效果；②涂層本身的耐磨性、硬度和附著力等比較低。

第三類：無機復合抗菌衛生陶瓷法。在衛生陶瓷釉中添加無機復合抗菌材料燒制而成，主要通過金屬離子的溶出和光催化功能協同增效，達到阻礙或抑制微生物的生長與繁殖。該工藝一次高溫燒制就可以達到較高的抗菌效果，第一、二類協同增效、長短互補，具有工藝簡單、操作簡便等特點，目前國內已有多家衛生陶瓷企業使用該技術。

3 衛生陶瓷抗菌技術發展存在的問題及發展趨勢

國內衛生陶瓷企業眾多，發展差異大，有許多不具有完備技術的公司也紛紛推出能殺菌消毒的產品，同時由于國家缺乏相應的標準和檢驗方法，這些企業以假亂真，欺騙消費者，以獲取非法利潤。 如果說降低污染和能耗、改進工藝、提高質量是陶瓷行業技術改造的目標，那么開發生態和環保陶瓷產品、改善人類生存起居環境、提高生活質量就是陶瓷行業的發展方向。

3.1 衛生陶瓷抗菌技術發展中存在的問題

3.1.1 目前技術存在的問題

3.1.1.1 臭氧殺菌消毒

盡管臭氧能有優良的殺菌消毒功能，但過多的臭氧對人的呼吸粘膜有損害，且并不能解決馬桶蓋板、坐圈、存水彎管和內壁的病原繁殖問題。人們允許接觸的臭氧濃度為0.2 mg/m3。如果大于這個濃度，會對人體造成一定的損傷。如何確保人身和環境安全將是這項技術的關鍵。

3.1.1.2 化學消毒劑

潔具表面結垢是有機物不斷粘結和微生物在陶瓷表面形成生物膜產生的，人們往往使用過氧化物或者強酸去除這些污垢，這同時也增加了環境的污染。

3.1.1.3 電解水

我國從1998年開始研究這項技術，但從目前的研究結果看并不理想：

1)電解效果受污水有機物濃度影響很大，對于糞便、污水而言有污物濃度和細菌數量是一般普通污水的數億倍，不可能通過微電解對含有糞便細菌的污水進行殺毒。

2)微電解作用最大的是HClO，因此對于長時間儲存在馬桶水箱中的自來水進行微電解消毒是可行的，這些水作為潔身器供水是沒有問題的，但對于即熱式的潔身器供水沒有什么作用。

3)如果我們的目的是使用經過微電解的水對馬桶進行沖刷，并對沖水后馬桶水封中的細菌進行消毒，則需要一定的條件：首先要有足夠的微電解時間，沖水間隔短必然無法制備合格的HClO溶液；其次，當水中的余氯存在并在一定范圍才能被電解并產生消毒效果，2005年的一項研究表明，只有當水中余氯含量在15 mg/L，微電解60 s以上才能產生較好的消毒效果，而目前國內自來水標準中要求的余氯含量在用戶端最高為4 mg/L，最低僅為0.05 mg/L，所以如何獲得滅菌用的足夠濃度的氯是微電解消毒面臨的重要問題。

3.1.1.4 抗菌陶瓷釉面

在釉中如何使有效抗菌物質充分溶出，發揮抗菌作用以及光催化型抗菌陶瓷如何提高光催化效率，解決薄膜老化的壽命問題。 除此之外，抗菌衛生陶瓷還需解決技術中所出現的各種問題，包括抗菌劑的加入所引起的陶瓷表面顏色的失真、光澤度變差、涂覆層和陶瓷表面的結合力不夠、使用耐久性差、需要專用設備、成本較高等問題。要解決上述問題有賴于深入的基礎研究，尤其是應用基礎研究。圍繞這些問題開展進一步研究不僅有望在抗菌陶瓷技術上得到較大突破，而且可使抗菌陶瓷真正大規模走入市場。

3.1.2 抗菌檢測問題

如何能快速直觀地檢測出抗菌衛生陶瓷與普通衛生陶瓷的差別，這是被消費者認可的關鍵。但我國各抗菌檢測中心對陶瓷抗菌性能的檢測還存在一些偏差，筆者認為應加強對各檢測中心的培訓以及盲樣的對比測試，提高各檢測中心的檢驗能力。目前，我國陶瓷抗菌性能定量檢測主要依據JC/T 897-2002和JIS Z2801：2000即貼膜法，該方法需有較好的微生物實驗條件及專業的微生物檢驗人員，如能結合定性抑菌法，則更為直觀。

3.2 衛生潔具產品抗菌環保發展趨勢

抗菌衛生陶瓷在發展過程中會存在各種各樣的問題，但人們為了獲得優質的生活環境，抗菌技術在衛生陶瓷產品上的應用將成為發展趨勢，抗菌衛生陶瓷的發展方向為：

1)衛生潔具的衛生清潔將是人類獲得的產品功能的基本要求。由于大眾的衛生意識的逐步提高，這類技術和產品將被大眾化，將在合理的成本下全面推廣。

2)由于越來越多的企業和研究機構在從事衛生潔具的衛生方面的研究，同時由于巨大的市場吸引著無數企業爭搶這塊蛋糕。這就使得衛生潔具殺菌消毒的技術通過不斷的驗證和實驗，越來越趨于成熟。

3)未來新型抗菌陶瓷材料的研究的發展方向主要有：首先要安全環保，如開發低濃度，無毒性，高效率的化學藥劑與其他技術協同的技術；其次要開發新型的抗菌陶瓷釉面和涂抹材料，如稀土等元素在衛生潔具上的應用，能很好地解決工藝和殺菌效率等問題。

4)衛生潔具全方位抗菌化。衛生潔具的種類繁多，有陶瓷、塑料、不銹鋼等材料，應將衛生潔具所涵蓋的材料都做成抗菌材料，這樣的整體抗菌衛生潔具將會受到市場的歡迎，而且抗菌劑技術應同時在塑料、不銹鋼、涂料等材料中發展。

5)切斷傳播途徑。從疾病傳播原理來看，構成疾病傳播的三要素為病原、傳染途徑、易感人群。在這3個要素中，易感人群是我們無法控制的，病原在潔具的許多位置都存在，可以用細致的消毒手段對病原徹底消滅，前面我們談到的許多技術和方法是用來處理病原體的。如果我們能夠消除傳播途徑，讓病原和人無法接觸，則消除疾病傳播的目的一樣能夠達到。使用馬桶紙墊圈可以阻斷皮膚和不潔表面的接觸；利用泡沫覆蓋可以防止污水飛濺等，如科赫公司生產的泡沫馬桶等。

6)環保與生態的途徑。我們期望建造一個會自動將人類排泄物無害化、資源化的設備，這必然是人類可持續發展的目標。

利用固體發酵，微生物燃料電池技術，RO反滲透、超濾膜，微濾膜類的水處理技術實現無能源供給就能就地處理糞便的潔具技術，這些技術在世界各國的研究機構正在大力開發，如比爾蓋茨的廁所研究就是其中的研究之一。

4 結語

通過微生物知識和消毒殺菌知識的簡單介紹，闡述了當前在衛生潔具行業正在運用的殺菌消毒技術，分析了當前存在的問題，最后提出了衛生潔具產品抗菌環保發展趨勢，呼吁大家共同為人類的生存環境做出各自的努力。