郭清泉　图伟萍　陈焕钦 Ξ

( 华南理工大学化工所　广州 510640) 
 
摘要 : 抗菌涂料是涂料发展方向之一 , 本文对涂料所用三种类型抗菌剂进行介
绍 , 并对其抗菌机理进行概述 , 期望促进涂料业发展 , 更好的满足人民生活需
要。

关键词 : 抗菌剂　涂料　抗菌机理

　　随着人们对功能保健性和环境安全性要求的提高 , 开发具有抗菌功能的涂料或
油漆是涂料工业发展方向之一 [ 1 ] 。以前人们将其定义为防霉杀菌涂料 , 现在则
常用抗菌涂料来称谓。抗菌涂料或油漆是指在油漆、涂料中加入抗菌剂 , 使涂料、
油漆具有抗菌性能。使用抗菌涂料 , 当用于家庭时 , 可以有效降低居室、家具表
面、家用电器的细菌密度 ; 当用于公共场合时 , 可以降低公共场所如公共汽车的把
手、候车室座椅的细菌浓度 , 降低交叉感染和接触感染的可能性 ; 当用于食品加工
厂、药品生产车间时 , 可以防止食品或药品受微生物污染的可能性 , 提高产品质
量。

抗菌涂料的研究重点是新型抗菌剂的研制、抗菌剂与各种涂料的相容性及相应涂装技
术的开发。其中抗菌剂的研究成果保密 , 大多申请专利。本文对一般使用的抗菌剂
( 天然抗菌剂、有机抗菌剂和无机抗菌剂 ) 及其抗菌机理进行介绍 , 期望促进涂料
业发展 , 更好的满足人民生活需要。

1 　有机抗菌剂

有机抗菌剂的开发已有 30 多年的历史 , 在医疗领域及各工业领域得到了广泛应
用。目前欧美等国家主要使用的是有机抗菌剂 , 主要有异噻唑啉酮类、苯并异噻唑
啉酮类、甲醛释放剂、有机胺类、哌三嗪类等几种。有机抗菌剂虽然具有抗变色能力
强的特点 , 但往往存在耐热性差、易分解和使用寿命短等缺点 , 更有甚者有的还有
毒副作用 , 某些单体甚至有致癌作用。

1935 年 Domagk 发现氯化苄叉毒芹具有很强的杀死微生物特性 , 由此开辟了表面活
性剂用作抗菌剂的新领域。目前广泛研究和使用的有机表面活性 抗菌剂是含氮阳离
子化合物 , 如季铵钅翁盐、吡啶钅翁盐、咪唑钅翁盐、异奎啉钅翁盐等含氮杂环的
钅翁盐。而新近的研究结果表明 , 季磷盐较季铵盐具有更佳的抗菌活性 [ 2 ] 。由
于小分子存在毒性 , 目前人们正通过将抗菌剂单体化合物聚合或将抗菌剂分子固定
在高分子载体上制成聚合物抗菌剂 , 尤其是水不溶性聚合物抗菌剂。

1 . 1 　含氮及其聚合物抗菌剂的抗菌性

在含氮阳离子表面活性剂抗菌剂中 , 季铵盐型抗菌剂已被广泛应用 , 目前国际上已
开发出 4 代典型季铵盐型抗菌剂。近年来的研究重点是一方面用它与其它抗菌协同
复配来提高其抗菌力 , 如与氧化型抗菌剂 ClO 2 、 H 2 O 2 、次氯酸盐复配或季
铵盐之间的复配 ; 另一方面是利用已知的定量结构关系 (QSAR) 、溶血性研究及双
分子膜抗菌机制的指导作用 , 设计合成新的抗菌剂化合物。

由于小分子的毒性问题 , 聚氮阳离子型抗菌剂的开发是当前研究热点 , 其中不溶性
聚氮阳离子型抗菌剂已引起人们的普遍关注。不溶性聚氮阳离子型抗菌剂抗菌性
好 , 并具有缓释、长效、低毒安全等特点 [ 3 ] 。从合成线路上看 , 一种采用聚
合单体连接抗菌活性官能团后再聚合的方法 , 这种方法比较复杂 , 对合成原料的要
求较高 ; 另一种可以采用先单体聚合再挂上抗菌活性官能团的方法。

1 . 2 　含磷及其聚合物抗菌剂的抗菌性

1990 年 Gramham 指出 , 季磷盐是抗菌剂研究的发展方向之一 [ 4 ] 。这类化合物
与季铵盐具有相似的结构 , 只是用磷阳离子代替氮阳离子。早期的季磷盐主要是带
有三苯基磷结构 , 以显示出良好的抗菌性 , 而近年来 Akihiko 等研究发现带有长
烷基链的季磷盐具有更佳的抗菌性能 [ 5 ] 。同时 Akihiko 也进行 了聚磷阳离子
型抗菌剂的研究 , 并已合成出五种聚季磷盐 , 证明了聚季磷盐较聚季铵盐有更佳的
抗菌性 [ 6 ] 。这类聚合物缓释、长效性突出 , 但有一定水溶性 , 而且合成原料
受限 , 故需进行更多的研究和探讨。

水溶性小分子和高分子抗菌剂往往存在毒性和余毒问题 , 为了改善有机抗菌剂的性
能 , 降低其对环境、人畜的刺激和毒害 , 研制具有缓释、长效、高效、低毒安全特
性的抗菌剂是今后有机抗菌剂的研究和发展重点。

2 　无机抗菌剂

2 . 1 　无机抗菌剂分类无机抗菌剂可分为两大类 , 一类是无机化合物中含有抗菌
性离子 , 如银、铜、锌等金属离子。引入抗菌离子的方法有离子交换法、熔融法和
吸附法等。另一类是以 TiO 2 为代表的光催化类抗菌剂 , 此类抗菌剂耐热性较一般
无机抗菌剂高 , 但必须有紫外线照射、氧气或水的存在才能起到杀菌作用。无机抗
菌剂具有无机材料所固有的高稳定性、优异的抗菌性 , 安全性高 , 已成为抗菌剂研
究的主流 [ 7 ] 。

由于一些具有抗菌能力的金属离子具有毒性或成本过高 , 目前广泛采用的抗菌离子
仅限于银、锌两种。以 Zn 2 + 、 Cu 2 + 、 Ag + 为例 , 其对人体毒性为 : Zn
2 + > Cu 2 + > Ag + ; 对病菌致死能力为 Ag + > Cu 2 + > Zn 2 + ; 其制成沸石
型抗菌剂对各种病菌的抑制能力如表 1 [ 8 ] 。

表 1 　沸石载体抗菌剂最低抑菌浓度 (MIC) 比较


金属离子含量
Ag -Zeolite (2. 5 %wt)
Zn -Zeolite (10 %wt)
Cu -Zeolite (10 %wt)

大肠杆菌
62. 5
> 2000
> 2000

绿脓杆菌
62. 5
> 2000
> 2000

金黄色葡萄球菌
125
> 2000
> 2000


　　由表 1 看出 , 银离子的抗菌能力最强 , 单从抗菌能力看其是无机抗菌剂的最
佳选择。

2 . 2 　无机抗菌剂的抗菌机理

无机抗菌剂根据抗菌剂类型的不同主要有两种抗菌机理。其一是金属离子溶出型 ,
即在抗菌剂使用过程中 , 逐渐溶出的金属离子与微生物体内蛋白质、核酸中存在的
巯基 ( -SH) 、氨基 ( -NH 2 ) 等含硫、氨的官能团发生反应 , 破坏了细胞膜或细
胞原生质中酶的活性 , 从而具有抗菌能力 , 另一种原理是氧化型 , 即抗菌剂在水
或空气中自行分解出自由电子 (e -) 和空穴 (h +) , 由空穴激活空气中的氧产生活
性氧和 OH , 其与微生物体内多种有机物发生氧化反应 , 破坏细菌结构 , 达到抗菌
效果 [ 9 ] 。 2 . 3 　应用无机抗菌剂存在的问题 与有机抗菌剂相比 , 无机抗菌
剂在安全性、持久性、光谱抗菌型、耐热性等方面都存在优势 , 故其应用和研究越
来越受到人们的重视。 1999 年日本无机抗菌剂的产量为 450 吨 , 产值已达 60 亿
日元 , 无机抗菌剂的生产厂家已达 100 家以上。据报道 , 工程塑料国家工程研究
中心研制的无机抗菌剂添加 1 % ～ 1. 5 % 到涂料中去 , 可以使涂料对金黄色葡萄
球菌、大肠杆菌等病菌的抑菌率达 99 % 以上 , 同时并不影响涂料原有的性能 [
10 ] 。

但应用无机抗菌剂也存在一些问题 : ① 抗菌稳定性问题。因为无机抗菌剂多数含有
银离子 , 易转变成棕色的氧化银或经紫外线催化还原成黑色单质银 , 变色不仅降低
了其抗菌性 , 而且还有限制其应用到白色或浅色涂料中去。② 大量使用银成本
高 , 制约了其在更大范围的应用。为克服上述无机抗菌剂的缺点 , 各国研究人员正
努力研究并已取得的一些成效。如 Nittetse 公司开发出一种银锌二氧化钛抗菌
剂 , 经紫外线照射或加热前后该产品白度几乎不变。日本海水化学研究所研制出一
种以 Ca (OH) 2 MgOA1203 为基体 , 负载锌离子的抗菌剂 , 其成本较载银抗菌剂
低 , 尽管其抗菌性能稍逊于载银抗菌剂 , 但其抗真菌效果优于载银抗菌剂 , 并几
乎不存在变色问题 [ 11 ] 。

目前根据不同抗菌剂的抗菌特点 , 将不同抗菌剂进行复配 , 以达到抗菌谱更广、作
用时间更长、效果更理想的目的。 3 　天然抗菌剂 天然抗菌剂主要是天然植物的一
些提取物 , 因来源、提取水平、成本等条件的限制 , 其应用推广有一定困难 , 同
时天然抗菌剂存在稳定性差 , 有色度等问题 , 其应用到涂料中有一定难度 , 如有
色涂料的调配将很困难。目前国内外还没有将天然抗菌剂应用到涂料中这方面的报
道。

4 　展望

目前 , 人们通常采用物理或化学的方法进行消毒杀菌 , 这些方法虽然有其相应的优
势 , 但也不同程度的存在如下缺点 : 难闻气味、药效短、操作复杂、一次投资大
等。而使用抗菌涂料 , 实效长 , 经济方便 , 可以达到一劳永逸的效果 , 故抗菌涂
料的研制和发展 , 是涂料发展方向之一。