CN103848633B

CN103848633B - 一种抗菌陶瓷刀具及其制备方法

Info

Publication number: CN103848633B
Application number: CN201210518672.2A
Authority: CN
Inventors: 施发满; 李全省
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2012-12-06
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2032-12-06
Also published as: CN103848633A

Abstract

本发明提供了一种抗菌陶瓷刀具，由陶瓷材料和抗菌活性材料制成，以陶瓷材料和抗菌活性材料的总质量为基准，抗菌活性材料的添加量为抗菌活性材料的添加量为3‑10wt%，余量为陶瓷材料。其中，陶瓷材料包括氧化锆、氧化铝、氮化硅、碳化钛或氮化钛的一种或几种；抗菌活性材料包括氧化银、氧化铜、氧化钛、氧化硅、氧化铝、碱金属氧化物、碱土金属氧化物以及不可避免的杂质；上述抗菌活性材料的粒径为10‑100nm。同时，本发明还提供了一种上述抗菌陶瓷刀具的制备方法。本发明提供的抗菌陶瓷刀具，抗菌、抑菌效果良好，特别是具有很好的抵抗和抑制金黄色葡萄球菌和白色念球菌的能力。

Description

一种抗菌陶瓷刀具及其制备方法

技术领域

本发明属于陶瓷技术领域，尤其涉及一种抗菌陶瓷刀具和制备方法。

背景技术

随着科技的发展和人们生活水平的提高，人们的环保意识不断加强。同时由于环境恶化、地球变暖促使细菌滋生，病毒感染和发病率也逐步上升。现有技术中，家庭日常使用的刀具主要由金属或者合金制成，如果使用完毕清洗不及时或不彻底，容易滋生细菌。

目前，在一些公共场所，如：医院、餐厅、高级住所等，开始推广抗菌卫生陶瓷制品。

现有的抗菌陶瓷一般是采用将具有抗菌活性的金属或金属化合物材料附着在陶瓷的表面上而成。常用的抗菌陶瓷生产方法有：将抗菌材料与釉料混合施于陶瓷表面烧制一层抗菌陶瓷釉，使其保持抗菌性能。

中国专利公开号CN1279222所公开的一种无机抗菌陶瓷及其生产工艺，其抗菌活性材料为纳米银、纳米氧化硅和纳米氧化铝溶胶，工艺方法为：将抗菌材料与釉料混合施于陶瓷表面作为釉面进行烧结。该工艺方法制成的陶瓷，抗菌材料用于陶瓷的表面作为釉面，不能对陶瓷进行后加工，极大的限制了其应用范围，并且，抗菌材料位于表层，难于保持抗菌的持久性。另外，金属银比较贵重，成本比较高；而且，金属银长期暴露在空气中容易被氧化。

为了解决金属银比较贵重，成本较高；而且暴露在空气中容易被氧化的技术问题，中国专利公开号CN101269961公开了另外一种抗菌陶瓷刀具的生产工艺，即以精细陶瓷材料为主要原料，添加1.5-5wt%的抗菌材料制成，其中抗菌材料为多功能健康陶瓷材料，主要成分为氧化硅、氧化铝和氧化锌。该抗菌陶瓷及其生产方法存在着不足之处：由于抗菌材料是以纳米氧化硅、氧化铝和氧化锌为主，其抗菌效果有待提高，特别是针对金黄色葡萄球菌、白色念珠菌，以及变形链球菌、乳酸菌和黏性放线菌，限制了抗菌材料的抗菌抑菌范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗菌陶瓷刀具，主要通过在原料中添加具有抗菌、抑菌性能的抗菌材料，从而使陶瓷刀具具有抗菌、抑菌的作用，解决现有技术中存在的抗菌能力有限以及抑菌菌种范围有限的技术问题。

本发明采用的具体技术方案如下：

一种抗菌陶瓷刀具，由陶瓷材料和抗菌活性材料制成，其中以陶瓷材料和抗菌活性材料的总质量为基准，抗菌活性材料的添加量为3-10wt%，余量为陶瓷材料。其中，

陶瓷材料包括氧化锆、氧化铝、氮化硅、碳化钛或氮化钛的一种或几种；

抗菌活性材料包括氧化银、氧化铜、氧化钛、氧化硅、氧化铝、碱金属氧化物、碱土金属氧化物以及不可避免的杂质；

上述抗菌活性材料的粒径为10-100nm。

同时，本发明还提供了一种抗菌陶瓷刀具的制备方法，包括以下步骤：

S1、配料，将陶瓷材料与抗菌活性材料以上述配比混合，制得陶瓷材料与抗菌活性材料的混合材料；

S2、将S1步骤制备的制得陶瓷材料与抗菌活性材料的混合材料进行球磨操作，得到球磨后的混合材料；

S3、将S2步骤制备的球磨后的混合材料进行模压成型处理，得到模压坯料；

S4、将S3步骤制备的模压坯料进行等静压成型处理，得到等静压坯料；

S5、将步骤S4中得到的等静压坯料进行烧结处理，得到陶瓷刀具坯件；

S6、后加工，得到陶瓷刀具。

本发明提供的抗菌陶瓷刀具，有更好的抗菌、抑菌效果，特别是具有很好

的抵抗和抑制金黄色葡萄球菌和白色念球菌的能力。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种抗菌陶瓷刀具，由陶瓷材料和抗菌活性材料制成，以陶瓷材料和抗菌活性材料的总质量为基准，抗菌活性材料的添加量为3-10wt%，余量为陶瓷材料。

其中，陶瓷材料包括氧化锆、氧化铝、氮化硅、碳化钛或氮化钛的一种或几种；

抗菌活性材料包括氧化银、氧化铜、氧化钛、氧化硅、氧化铝、碱金属氧化物、碱土金属氧化物以及不可避免的杂质。

上述抗菌活性材料的粒径为10-100nm。

上述氧化锆、氧化铝、氮化硅、碳化钛或氮化钛均为行业内陶瓷材料的常见主要成分，这里说陶瓷材料包括这些成分中的一种或几种，是表示主要成分为这些；具体到成品陶瓷材料，在市场上都可以买的到，均为常用市售陶瓷材料，如：含有氧化锆的超细氧化锆粉，是行业内一种常用的市售商品。

氧化铝或氮化硅晶须增韧陶瓷材料、碳化钛或氮化钛基金属陶瓷材料的组成、制备均为现有技术，例如：中国专利CN1271706A、CN1477222A、CN1515519A、CN1454869A、CN1789462A中就有提到相关的组成和制备方法。

本发明提供的抗菌陶瓷刀具可以作为水果刀、厨房刀、剪刀、理发刀、西餐刀等中的任意一种。

根据现有技术以及考虑到本发明方案的提示，可以从本质上采用本发明的方法生产其他抗菌陶瓷餐具，例如：陶瓷勺、陶瓷叉以及其他抗菌陶瓷餐具。

当上述陶瓷材料选取氧化锆时，在陶瓷材料中需要再添加3wt%的氧化钇，这里是以陶瓷材料和抗菌活性材料的总质量为基准的。

当然，除此之外，上述陶瓷材料可以选取氧化铝或者氮化硅晶须增韧陶瓷材料，还可以选取碳化钛或者氮化钛基金属陶瓷材料，根据具体情况选取合适的陶瓷材料，在此不作限制。

抗菌活性材料中，各组分以抗菌活性材料的总质量为基准所占的比例可以是：氧化银占2-10wt%、氧化铜2-10wt%、氧化钛占2-10wt%、氧化硅占35-73wt%、氧化铝占10-20wt%，余量为碱金属氧化物、碱土金属氧化物以及不可避免的杂质。

其中，碱金属氧化物可以为Na₂O、K₂O中的一种或两种；当同时为两种时，以抗菌活性材料的总质量为基准，碱金属氧化物可以为0.5-2wt%的Na₂O和0.5-3wt%的K₂O。

碱土金属氧化物可以为BeO、MgO、CaO中的一种或几种；当由MgO和CaO共同组成时，以抗菌活性材料的总质量为基准，碱土金属氧化物由0.5-5wt%的CaO和0.5-5wt%的MgO组成。

上述碱金属氧化物和碱土金属氧化物仅列举了常用的一些，并不限于此，其他的也是可行的。

另外，本发明还提供了一种抗菌陶瓷刀具的制备方法，包括以下步骤：

S1、配料，将陶瓷材料与抗菌活性材料按上述配比混合，制得陶瓷材料与抗菌活性材料的混合材料；

S6、后加工，得到陶瓷刀具。

在上述制备方法中，抗菌活性材料可以由以下方法制得：

S11、以制备抗菌活性材料所需材料的总质量为基准，将钾长石30-50wt%，大理石10-15wt%，硅石30-40wt%，沸石1-5wt%，氧化银3-10wt%，钛白粉3-10wt%，氧化铜4-10wt%，氧化铝5-15wt%、羧甲基纤维素和水依次放入球磨机中球磨，过325目筛，制成浆料；

S12、将上述浆料注浆成块，在1200-1350℃的温度下烧结1-2h，去除羧甲基纤维素和水；

S13、破碎，过200目筛后，进行二次球磨得到抗菌活性材料。

上述抗菌陶瓷刀具的制备方法中，步骤S2中的球磨为搅拌湿法球磨，球磨机的转速为400-800r/min，球磨时间为1-2h。

上述抗菌陶瓷刀具的制备方法中，步骤S3中模压压力为5-25MPa，模压温度为140-180℃。

上述抗菌陶瓷刀具的制备方法中，步骤S4中等静压压力为150-200MPa。

上述抗菌陶瓷刀具的制备方法中，步骤S5中烧结处理时，烧结温度为1500-2000℃，烧结时间为18-24h。

本发明仅仅提供了一种常用的工艺条件和所采用的主要原料，这些工艺条件以及主要原料在现有技术中都有相关记载；根据实际情况的不同，本领域技术人员可以选择不同的工艺条件和参数，并不仅限于本发明公开的这些温度、时间、压力等工艺条件。

本发明提供的抗菌陶瓷刀具，与现有的抗菌陶瓷刀具相比，有以下优点：

1、本发明由于采用纳米抗菌活性材料混入陶瓷材料粉末，银、钛、铜等金属原子载入陶瓷材料中，可提高陶瓷刀具的抗菌持久性。同时，纳米二氧化钛是作为光催化剂材料，在抗菌过程中仅作为催化剂作用，理论上不消耗，可永久使用。

2、本发明的抗菌陶瓷刀具加入纳米氧化银、纳米氧化铜和纳米氧化钛。在抗菌材料中复合使用银铜钛抗菌元素，可降低商品成本，同时也会使产品的抗菌谱更广，抗菌性能更强。在使用过程中，Ag⁺和Cu²⁺等抗菌活性离子缓慢释放，会破坏细菌细胞膜或与细菌酶蛋白的巯基等基团结合，破坏酶的活性，从而发挥抗菌作用。通过实验测试，纳米Ag/Cu复合抗菌效果高于单纯的Ag抗菌效果，这是由于银与铜会相互结合形成银-铜离子，吸附在陶瓷表面，增大陶瓷的比表面积。通过XRD测试发现，在2θ处出现新的衍射峰，形成Zr-Ag-Cu新相，进一步扩大抗菌谱，提高了抗菌性能。

3、本发明的抗菌陶瓷刀具加入的纳米TiO₂的抗菌机理源自于光催化作用，加入的纳米氧化银可在纳米二氧化钛表面沉积银离子，分离出光生载流子，提高纳米二氧化钛的光催化活性。当电子能量达到或超过其带隙能时，原子电子层产生变化，生成电子一空穴对，并迅速迁移至纳米TiO₂表面，和表面吸附的H₂O、O₂反应生成化学活泼性很强的超氧化物阴离子自由基(·O^{2 -} )和氢氧自由基(·OH^-)，直接攻击细菌、霉菌等微生物的细胞壁和细胞膜，与细胞膜、细胞壁中包含的蛋白质、肽聚糖和磷脂等中的不饱和双键反应，破坏细胞膜和细胞壁，杀灭细菌。

因此，本发明提供的抗菌陶瓷刀具，具有良好的抗菌、抑菌能力，特别是有很好的抵抗和抑制金黄色葡萄球菌和白色念球菌的能力。

实施例1

1、原料：掺杂3wt%氧化钇的超细氧化锆粉90kg，抗菌活性材料10kg。

2、抗菌活性材料按按以下配比制备抗菌活性材料10kg：钾长石32wt%，大理石5wt%，硅石7wt%，沸石11wt%，氧化银10wt%，钛白粉10wt%，氧化铜10wt%，氧化铝15wt%，均以制备抗菌活性材料所需材料的总质量为基准。

制备方法：

1）将钾长石，大理石，硅石，沸石，氧化银，钛白粉和氧化铜、氧化铝、羧甲基纤维素和水依次放入球磨机中球磨，过325目筛，制成浆料。

2）将上述浆料注浆成块，在1200℃的温度下烧结1h，去除羧甲基纤维素和水。

3）破碎，过200目筛后，进行二次球磨得到抗菌活性材料。

经测定，抗菌活性材料的成分及比例为：Ag₂O₃10wt%，CuO 10wt%，TiO₂10wt%，SiO₂35wt%，Al₂O₃20wt%，Na₂O 2wt%，K₂O 3wt%，CaO 5wt%，MgO 5wt%。

3、抗菌陶瓷刀具制备方法，包括以下步骤：

将超细氧化锆粉与抗菌活性材料均匀混合，加入适量水，搅拌湿法球磨1小时，球磨机转速为400r/min，模压成型后再等静压成型；其中，模压压力为5MPa，模压温度为140℃，等静压压力为150MPa。在1500℃高温下烧结18小时，然后研磨加工制得成品陶瓷刀。

实施例2

1、原料：氮化硅晶须增韧陶瓷材料97kg，纳米抗菌活性材料3kg。

2、纳米抗菌活性材料按按以下配比准备抗菌活性材料3kg：钾长石34wt%，大理石5wt%，硅石40wt%，沸石5wt%，氧化银2wt%，钛白粉2wt%，氧化铜2wt%，氧化铝10wt%。

制备方法：

2）将上述浆料注浆成块，在1300℃的温度下烧结1.5h，去除羧甲基纤维素和水

3）破碎，过200目筛后，进行二次球磨得到抗菌活性材料。

经测定，纳米抗菌活性材料的成分及比例为：Ag₂O₃2wt%，CuO 2wt%，TiO₂2wt%，SiO₂70wt%，Al₂O₃16wt%，Na₂O 1wt%，K₂O 1wt%，CaO 3wt%，MgO 3wt%。

3、抗菌陶瓷刀具制备方法，包括以下步骤：

将超细氧化锆粉与纳米抗菌活性材料均匀混合，加入适量水，搅拌湿法球磨1.5小时，球磨时球磨机的转速为600r/min；模压成型后再等静压成型，其中，模压压力为15MPa，模压温度为160℃，等静压压力为180MPa；在1700℃温度下烧结20小时，然后研磨加工制得成品陶瓷刀。

实施例3

1、原料：氮化钛基金属陶瓷材料95kg，抗菌活性材料5kg。

2、抗菌活性材料按按以下配比准备抗菌活性材料5kg：钾长石36wt%，大理石5wt%，硅石38wt%，沸石1wt%，氧化银5wt%，钛白粉5wt%，氧化铜5wt%，氧化铝5wt%。

制备方法：

2）将上述浆料注浆成块，在1350℃的温度下烧结2h，去除羧甲基纤维素和水。

3）破碎，过200目筛后，进行二次球磨得到抗菌活性材料。

经测定，纳米抗菌活性材料的成分及比例为：Ag₂O₃5wt%，CuO 5wt%，TiO₂5wt%，SiO₂73wt%，Al₂O₃10wt%，Na₂O 0.5wt%，K₂O 0.5wt%，CaO 0.5wt%，MgO 0.5wt%。

3、抗菌陶瓷刀具制备方法，包括以下步骤：

将超细氧化锆粉与纳米抗菌活性材料均匀混合，加入适量水，搅拌湿法球磨2小时，球磨机转速控制在800r/min左右；模压成型后再等静压成型，其中，模压压力为25MPa，模压温度为180℃，等静压压力为200MPa；在2000℃温度下烧结24小时，然后研磨加工制得成品陶瓷刀。

对比例1

按照公告号为CN101269961的专利，制得成品陶瓷水果刀。

对比例2

按照公告号为CN101269961的专利，制得成品陶瓷刀。

根据JC/T897-2002《抗菌陶瓷制品抗菌性能》，对实施例和对比例的抗菌陶瓷刀具进行测试。

测试过程：

一、检测使用的仪器：自控温湿度生化培养箱、电子天平、无菌工作台、电热鼓风干燥箱、高压蒸汽消毒器及相应的玻璃仪器。

二、菌体处理：将新鲜菌株（大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌）用生理盐水洗下，加入标量的营养肉汤，配成浓度为10cfu/g(ml)菌悬液作为实验样液，取灭菌试管将之作不同浓度的稀释，于培养基中培养以确定样液的活菌浓度。

三、样品处理：测试片为本发明的抗菌陶瓷刀具样片、标准片为对比例中抗菌陶瓷刀具样片。用蒸馏水洗净样片后用蒸汽灭菌锅灭菌处理，用酒精擦洗后置于工作台内紫外线照射灭菌2小时。

四、检测步骤：将菌液取0.1ml滴于试片表面，覆相应大小的薄膜，使菌液平铺在试片表面，放入生化培养箱于37℃使其作用20小时。取出用无菌水冲洗下菌液，稀释后倾入培养基，于37℃下培养18小时。

五、检测结果：如下表，

从测试结果可以得到，本发明提供的抗菌陶瓷刀具对金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的抗菌能力，明显比两个对比例中的陶瓷刀具对他们的抗菌能力好很多。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种抗菌陶瓷刀具，其特征在于：所述抗菌陶瓷刀具由陶瓷材料和抗菌活性材料制成，其中以陶瓷材料和抗菌活性材料的总质量为基准，所述抗菌活性材料的添加量为3-10wt%，余量为陶瓷材料；所述陶瓷材料包括氧化锆、氧化铝、氮化硅、碳化钛或氮化钛的一种或几种；所述抗菌活性材料包括氧化银、氧化铜、氧化钛、氧化硅、氧化铝、碱金属氧化物、碱土金属氧化物以及不可避免的杂质；所述抗菌活性材料的粒径为10-100nm；所述抗菌活性材料中以抗菌活性材料的总质量为基准，氧化银占2-10wt%、氧化铜2-10wt%、氧化钛占2-10wt%、氧化硅占35-73wt%、氧化铝占10-20wt%，余量为碱金属氧化物、碱土金属氧化物以及不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的抗菌陶瓷刀具，其特征在于，所述陶瓷材料为氧化锆粉，以陶瓷材料和抗菌活性材料的总质量为基准，所述陶瓷材料中掺杂有3wt%的氧化钇。

3.如权利要求1所述的抗菌陶瓷刀具，其特征在于，所述陶瓷材料为氧化铝或者氮化硅晶须增韧陶瓷材料、碳化钛或者氮化钛基金属陶瓷材料中的一种。

4.如权利要求1所述的抗菌陶瓷刀具，其特征在于：所述碱金属氧化物为Na₂O、K₂O中的一种或两种。

5.如权利要求4所述的抗菌陶瓷刀具，其特征在于：以抗菌活性材料的总质量为基准，所述碱金属氧化物包括0.5-2wt%的Na₂O和0.5-3wt%的K₂O。

6.如权利要求1所述的抗菌陶瓷刀具，其特征在于：所述碱土金属氧化物为BeO、MgO、CaO中的一种或几种。

7.如权利要求6所述的抗菌陶瓷刀具，其特征在于：以抗菌活性材料的总质量为基准，所述碱土金属氧化物包括0.5-5wt%的CaO和0.5-5wt%的MgO。

8.一种抗菌陶瓷刀具的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤： S1、配料，将陶瓷材料与抗菌活性材料以权利要求1至7任意一项所述的配比混合，制得陶瓷材料与抗菌活性材料的混合材料； S2、将S1步骤制备的制得陶瓷材料与抗菌活性材料的混合材料进行球磨操作，得到球磨后的混合材料； S3、将S2步骤制备的球磨后的混合材料进行模压成型处理，得到模压坯料； S4、将S3步骤制备的模压坯料进行等静压成型处理，得到等静压坯料； S5、将步骤S4中得到的等静压坯料进行烧结处理，得到陶瓷刀具坯件； S6、后加工，得到陶瓷刀具。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述抗菌活性材料由以下步骤制成：S11、以制备抗菌活性材料所需材料的总质量为基准，将钾长石30-50wt%，大理石10-15wt%，硅石30-40wt%，沸石1-5wt%，氧化银3-10wt%，钛白粉3-10wt%，氧化铜4-10wt%，氧化铝5-15wt%与羧甲基纤维素和水依次放入球磨机中球磨，过325目筛，制成浆料；其中，钾长石、大理石、硅石、沸石、氧化银、钛白粉、氧化铜、氧化铝的总含量为100%； S12、将上述浆料注浆成块，在1200-1350℃的温度下烧结1-2小时，去除羧甲基纤维素和水； S13、破碎，过200目筛后，进行二次球磨得到抗菌活性材料。

10.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中的球磨为搅拌湿法球磨。

11.如权利要求8或10所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中球磨时球磨机的转速为400-800r/min，球磨时间为1-2h。

12.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中模压压力为5-25MPa，模压温度为140-180℃。

13.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中等静压压力为150-200MPa。

14.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤S5中烧结处理时，烧结温度为1500-2000℃，烧结时间为18-24h。