抗菌性金属表面处理技术市场发展动向分析
http://www.cction.com 2008-07-02 17:18 中企顾问网
本文导读：提供能源矿产、石油化工、IT通讯、房产建材、机械设备、电子电器、食品饮料、农林牧渔、旅游商贸、医药保舰交通物流、轻工纺织等行业专业研究报告
一、前言
在人类过去历史中，经历了许多因为微生物引起的工业材料与产品劣化所造成的事故。例如因细菌的铝制燃料箱腐蚀而导致的飞机坠落事故、不锈钢配管系统发生的孔蚀事故、焊接部位的损伤，以及日常生活中家电制品的微生物污损与住宅内部的卫浴用品产生黏液等，这些与微生物有关的事故与麻烦真是不胜枚举。1990年代，在爆发因病原性大肠菌O-157而引发大规模集体食物中毒及因抗甲氧苯青霉素金黄色葡萄球菌(Methicillin-Resistant Staphylococcus Aureus；MRSA)而引起院内感染的效应之下，开始积极地从材料面开发卫生管理技术。随着舒适与清洁意识的高涨及伴随高龄化社会而来的健康照护，社会对于抗菌制品的需求逐步提高。
在金属当中，众所周知有些材料具有抗菌性，像是银或铜制的硬币、银制的食器或铜制的锅、黄铜制的门把等器具的表面无菌，以及加入银粒子的水可以长时间保存的现象，都起因于上述的金属发挥了抗菌作用所致。而对人体的安全性高而且具有抗菌性的金属有银、铜、锌、钴、镍等。
对于卫生管理要求严格的食品与医药品工厂或医疗设施等地方，使用的是耐蚀性优异的不锈钢，而在我们的生活器材中则使用有各种的塑料制品，不锈钢有不易生锈的优点，塑料制品则有重量轻而强度大的优点，但两者都不具抗菌性，而近年来已经了解到在这些材料的表面所发生的生物膜(Bio-film)也会招致腐蚀或感染等损害。另一方面，若直接就使用前述的抗菌性金属的话，在价格、加工性、强度、耐蚀性、耐药性等各方面都不容易，况且，抗菌性只要存在于素材表面就可以了，素材的体积内部往往是不需要抗菌的。因此为了满足既可以发挥不锈钢和塑料的优点，又可以保有金属本来的抗菌性的期望，抗菌镀膜的需求也就提高了。
二、抗菌电镀的原理与特征
根据镀覆对象素材的导电性、耐药性和形状，可以选择电镀或无电解镀。电镀是在含金属盐的电镀溶液中，以素材为阴极通以电流，在阴极表面将金属离子还原而形成金属皮膜的方法，而电镀反应的驱动力系来自于阴极与阳极之间的电位差，因此必须有外部电源。至于无电解镀就不需要外部电源了，但是必须作前处理，即用来提高镀膜附着性的表面粗化处理及赋与钯等触媒的处理。经过这项前处理之后，再将素材浸渍于含金属盐、还原剂、错化剂的镀液中，素材表面的触媒作用和还原剂就会将金属离子还原而形成金属皮膜，而无电解镀的反应驱动力则是来自于金属离子的还原电位和还原剂的氧化电位的差。
抗菌电镀技术与其它的抗菌技术比起来，虽然有废水处理和可以电镀的金属种类有限等限制，但也有：(1)为90℃以下的低温成膜方法，因此对于纤维和树脂等非导电性素材或耐热性低的素材也容易应用；(2)从微米单位的微粒子到比较大面积的制品，根据需要可以进行从原子层单位厚度到毫米单位厚度的精密控制；(3)可以控制镀膜的组织、组成、构造，因此可以降低多层电镀、合金电镀、复合电镀之成本等强的工业化适应能力的优点。
三、发展动向分析
(一)抗沾黏性的抗菌电镀皮膜
抗菌电镀皮膜为人所诟病的就是一旦有污垢黏着在表面上，抗菌性能就会急剧下降。无电解镀镍-磷可以形成均匀的皮膜，同时兼具优异的抗菌性及耐蚀性，但是也有对有机物的吸附亲和性高的缺点。因此，在这种镍-磷皮膜中将聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene；PTFE）粒子以任意的含量(～32vol%)分散共析于其中，以赋与镍-磷皮膜抗沾黏性的镍-磷-PTFE(Ni-P-PTFE复合电镀)已经实用化。
(二)多层抗菌电镀皮膜
随着抗菌电镀皮膜表面的金属的离子化，表面的光泽和外观会呈现受到破坏的样态，导致制品的质量(创意性)下降，如银、铜、锌的电镀皮膜，在与细菌悬浮液长时间接触之后就会产生暗淡无光泽的外观变化，因此此时就可以采取上层是富于装饰性且不易发生外观变化的电镀皮膜，而下层是抗菌性强的金属电镀皮膜所组成的双层电镀技术。
(三)抗菌复合电镀皮膜
自从发现锐钛矿型氧化钛(TiO2)有光触媒现象之后，应用氧化钛的抗菌制品接二连三地被开发出来。当氧化钛受到阳光或照明等光源中的紫外光照射而被激发时，就会在导电带中产生电子，同时在价电带中产生电洞而往表面扩散，其中电子往吸附其上的氧移动而生成O2-，而电洞则将吸附其上的水氧化而产生‧OH基，这些活性氧源发挥了强力的氧化作用，有助于微生物的杀菌和有机物的分解。现在让氧化钛粒子于金属电镀皮膜中产生共析的镍-氧化钛、镍-磷-氧化钛、亚盐-镍-氧化钛合金复合电镀等技术也已经实用化了。这种透过氧化钛的光触媒作用及镍离子的抗菌作用的相辅效果，即使在照不到光的暗处也可以维持优异的抗菌作用，同时兼具有优异耐蚀性。
四、结语
抗菌制品的应用范围已从医疗照护、公共设施、食品制造与生物相关领域、建筑资材、电子机器部品扩大到以一般消费者为对象。但另一方面，过度的抗菌加工可能连人类生存所必要的共生菌也杀死了，连带地招来了弊害。因此未来期待能更进一步开发出可巧妙地调和人体的安全性及抗菌效力的抗菌表面处理技术。
在人类过去历史中，经历了许多因为微生物引起的工业材料与产品劣化所造成的事故。例如因细菌的铝制燃料箱腐蚀而导致的飞机坠落事故、不锈钢配管系统发生的孔蚀事故、焊接部位的损伤，以及日常生活中家电制品的微生物污损与住宅内部的卫浴用品产生黏液等，这些与微生物有关的事故与麻烦真是不胜枚举。1990年代，在爆发因病原性大肠菌O-157而引发大规模集体食物中毒及因抗甲氧苯青霉素金黄色葡萄球菌(Methicillin-Resistant Staphylococcus Aureus；MRSA)而引起院内感染的效应之下，开始积极地从材料面开发卫生管理技术。随着舒适与清洁意识的高涨及伴随高龄化社会而来的健康照护，社会对于抗菌制品的需求逐步提高。
在金属当中，众所周知有些材料具有抗菌性，像是银或铜制的硬币、银制的食器或铜制的锅、黄铜制的门把等器具的表面无菌，以及加入银粒子的水可以长时间保存的现象，都起因于上述的金属发挥了抗菌作用所致。而对人体的安全性高而且具有抗菌性的金属有银、铜、锌、钴、镍等。
对于卫生管理要求严格的食品与医药品工厂或医疗设施等地方，使用的是耐蚀性优异的不锈钢，而在我们的生活器材中则使用有各种的塑料制品，不锈钢有不易生锈的优点，塑料制品则有重量轻而强度大的优点，但两者都不具抗菌性，而近年来已经了解到在这些材料的表面所发生的生物膜(Bio-film)也会招致腐蚀或感染等损害。另一方面，若直接就使用前述的抗菌性金属的话，在价格、加工性、强度、耐蚀性、耐药性等各方面都不容易，况且，抗菌性只要存在于素材表面就可以了，素材的体积内部往往是不需要抗菌的。因此为了满足既可以发挥不锈钢和塑料的优点，又可以保有金属本来的抗菌性的期望，抗菌镀膜的需求也就提高了。
二、抗菌电镀的原理与特征
根据镀覆对象素材的导电性、耐药性和形状，可以选择电镀或无电解镀。电镀是在含金属盐的电镀溶液中，以素材为阴极通以电流，在阴极表面将金属离子还原而形成金属皮膜的方法，而电镀反应的驱动力系来自于阴极与阳极之间的电位差，因此必须有外部电源。至于无电解镀就不需要外部电源了，但是必须作前处理，即用来提高镀膜附着性的表面粗化处理及赋与钯等触媒的处理。经过这项前处理之后，再将素材浸渍于含金属盐、还原剂、错化剂的镀液中，素材表面的触媒作用和还原剂就会将金属离子还原而形成金属皮膜，而无电解镀的反应驱动力则是来自于金属离子的还原电位和还原剂的氧化电位的差。
抗菌电镀技术与其它的抗菌技术比起来，虽然有废水处理和可以电镀的金属种类有限等限制，但也有：(1)为90℃以下的低温成膜方法，因此对于纤维和树脂等非导电性素材或耐热性低的素材也容易应用；(2)从微米单位的微粒子到比较大面积的制品，根据需要可以进行从原子层单位厚度到毫米单位厚度的精密控制；(3)可以控制镀膜的组织、组成、构造，因此可以降低多层电镀、合金电镀、复合电镀之成本等强的工业化适应能力的优点。
三、发展动向分析
(一)抗沾黏性的抗菌电镀皮膜
抗菌电镀皮膜为人所诟病的就是一旦有污垢黏着在表面上，抗菌性能就会急剧下降。无电解镀镍-磷可以形成均匀的皮膜，同时兼具优异的抗菌性及耐蚀性，但是也有对有机物的吸附亲和性高的缺点。因此，在这种镍-磷皮膜中将聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene；PTFE）粒子以任意的含量(～32vol%)分散共析于其中，以赋与镍-磷皮膜抗沾黏性的镍-磷-PTFE(Ni-P-PTFE复合电镀)已经实用化。
(二)多层抗菌电镀皮膜
随着抗菌电镀皮膜表面的金属的离子化，表面的光泽和外观会呈现受到破坏的样态，导致制品的质量(创意性)下降，如银、铜、锌的电镀皮膜，在与细菌悬浮液长时间接触之后就会产生暗淡无光泽的外观变化，因此此时就可以采取上层是富于装饰性且不易发生外观变化的电镀皮膜，而下层是抗菌性强的金属电镀皮膜所组成的双层电镀技术。
(三)抗菌复合电镀皮膜
自从发现锐钛矿型氧化钛(TiO2)有光触媒现象之后，应用氧化钛的抗菌制品接二连三地被开发出来。当氧化钛受到阳光或照明等光源中的紫外光照射而被激发时，就会在导电带中产生电子，同时在价电带中产生电洞而往表面扩散，其中电子往吸附其上的氧移动而生成O2-，而电洞则将吸附其上的水氧化而产生‧OH基，这些活性氧源发挥了强力的氧化作用，有助于微生物的杀菌和有机物的分解。现在让氧化钛粒子于金属电镀皮膜中产生共析的镍-氧化钛、镍-磷-氧化钛、亚盐-镍-氧化钛合金复合电镀等技术也已经实用化了。这种透过氧化钛的光触媒作用及镍离子的抗菌作用的相辅效果，即使在照不到光的暗处也可以维持优异的抗菌作用，同时兼具有优异耐蚀性。
四、结语
抗菌制品的应用范围已从医疗照护、公共设施、食品制造与生物相关领域、建筑资材、电子机器部品扩大到以一般消费者为对象。但另一方面，过度的抗菌加工可能连人类生存所必要的共生菌也杀死了，连带地招来了弊害。因此未来期待能更进一步开发出可巧妙地调和人体的安全性及抗菌效力的抗菌表面处理技术。
