محصولات سرامیکی تازه توسعه داده شده با عملکردهای ضد میکروبی، یا با استفاده از پوشش‌دهی مستقیم یا با اضافه شدن به ترکیب‌های بدنه سرامیکی تولید می‌شوند. R&S Colorobbia (سوویلیانا وینچی، ایتالیا)

جزء سازنده فعال در محصولات سرامیکی ضد میکروب ، از نقره فلزی و سایر عناصر پادزیست (biocidal) تشکیل شده است که به طور ویژه تهیه شده‌اند تا آن‌ها را با ترکیبات و فناوری‌های سرامیکی سازگار سازد.

از دهه 1990 تا کنون آزمایشگاه تحقیقاتی Ce.Ri.Col. در Colorobbia در حال توسعه نانومواد معلق بوده است که بتوانند عملکردهای ویژه‌ای – مخصوصاً عملکرد ضد عفونی کردن – به سطوح بدهند.

در میان راه حل‌های فناورانه‌ای متعددی که Colorobbia در سال‌های اخیر شناسایی کرده است و بیش از 200 حق ثبت اختراع بین‌المللی آن‌ها را تحت پوشش قرار می‌دهند، یکی از مهم‌ترین راه حل‌‌ها برای دنیای امروز، تولید کاشی‌های سرامیکی ضد باکتری با استفاده از لعاب‌هایی با ترکیب‌های حاوی مواد پادزیست به ویژه نقره فلزی است.

این فناوری، عملیات اصلاحی ضد عفونی کردن/ بهداشتی کردن را مستقیماً در ترکیب با پوشش‌های کف و دیوار فراهم می‌آورد. به طور خاص، از نانو ذرات Ag (نقره) برای از بین بردن طیف وسیعی از باکتری‌ها و کپک‌های متعلق به گروه‌های زیر استفاده می‌شود: اِشِریشیا (به ویژه ئی کُلی، E. coli)، آرکوباکتر (Arcobacter)، آنتروباکتریاسه (Enterobacteriaceae)، آنتروباکتر (Enterobacter)، سالمونِلا (Salmonella)، لِژیونِلا (Legionella)، اِستافیلوکوکاسه (به ویژه استافیلوکوکوس اورِئوس) و ترکیب‌های آن‌ها. همچنین این سامانه بار قارچی را کاهش می‌دهد و به طور کلی بر روی قارچ‌ها تأثیر دارد.

این فناوری در آزمایشگاه‌های Colorobbia Italia در فیورانو و Colorobbia España در ویافامِز (Villafames) برای پاسخگویی به نیازهای بخش سرامیک توسعه یافت و طوری طراحی شد تا با لعاب‌ها و دماهای پخت و روش‌های اِعمال مختلف سازگار باشد.

اکنون این فناوری از دو محصول استفاده می‌کند که با سر نام اختصاری IG و IGEA مشخص می‌شوند که هر دو آن‌ها قادر هستند تا نقره فلزی را با مواد سرامیکی سازگار کنند و به شکل روکش اِعمال می‌شوند یا مستقیماً در طول مدت مرحله آسیاب کردن لعاب وارد می‌شوند. این محصولات پیش از پخت اِعمال می‌گردند و از لحاظ رنگ یا پرداخت یا ویژگی‌های فیزیکی مانند مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر اسید یا قلیایی‌ها تأثیری بر نتایج زیبایی‌شناسانه مورد انتظار ندارند.

IG و IGEA از لحاظ غلظتِ بالای نانو ذرات نقره فلزی – تا 4٪ در سوسپانسیون و 8٪ به شکل پودر مخلوط شده – با دیگر محصولات موجود در بازار متفاوت است. آن‌ها از لحاظ غلظت و پایداریِ اجزای تشکیل دهنده فعال به راحتی از محصولات مشابه توصیف شده در نوشتارهای علمی و ثبت اختراع‌ها پیشی می‌گیرند. غلظت بالای سوسپانسیون‌ها امکان انعطاف‌پذیری گسترده در اِعمال را فراهم می‌آورد؛ علاوه بر این، فرم فلزی مزایایی را در مقایسه با کل گروه محصولات مبتنی بر نمک‌های محلول یا سایر مواد شیمیایی سمی (chemotoxic) که به شکل یونی هستند، فراهم می‌کند. در صورت تقاضا، عملکرد جزء سازنده فعال که تحویل می‌شود به گونه‌ای است که از رهایش ناخواسته در محیط زیست جلوگیری می‌کند.

سوسپانسیون نانو ذرات Ag فلزی Parnasos IG

سری Parnasos IG شامل سوسپانسیون‌های پایدار پایه آبی و / یا آب / گلیکول (پایداری 12 ماهه) از نقره فلزی قهوه‌ای رنگ با محتوای نقره فلزی تا 4% است. از طریق رقیق کردنِ کنترل شده این فرمولاسیون اصلی می‌توان یک گروه از محصولات را به دست آورد که غلظت آن‌ها از 5/0% تا 4% تغییر می‌کند.

این سوسپانسیون پس از بهینه‌سازی شرایط رئولوژیکی برای اِعمال‌های ایرلس (airless) و / یا چاپ روتاری (چرخان) مناسب است. مقادیر اِعمال شده ممکن است بسته به شرایط دستگاه موجود و رقیق سازی اولیه متفاوت باشد. Colorobbia توصیه می‌کند که مقدار نقره فلزی بین 100 و mg/m² 500 بر روی سطح نشانده شود.

در روش اِعمال ایرلس، لعاب با استفاده از گَرد سازی (nebulisation) با فشار بالا به صورت یکنواخت بر روی سطح نشانده می‌شود. اِعمال بدون هیچ تماسی بین دستگاه و بستر سرامیکی انجام می‌شود. مقدار نشانده شده با قطر دهانه خروجی مایع، فشار پاشش و سرعت خط لعاب‌زنی یا زمان اِعمال تعیین می‌شود و ممکن است با توجه به رقیق سازی اولیه تغییر کند. اِعمال استاندارد شامل نشاندنِ g/m² 25 از IG 405 با 1٪ نقره بر روی سطح مات است. پس از اِعمال، سطح آن یک رنگ قهوه‌ای یکنواخت دارد. سپس کاشی یک چرخه پخت در °C1200 به مدت 45 دقیقه را طی می‌کند؛ پس از آن تغییری در ویژگی‌های زیبایی شناسانه یا فیزیکی لعاب مات سطح ایجاد نمی‌شود.

اِعمال چاپ اسکرین با استفاده از روش صفحه چاپ کننده چرخان یا تخت انجام می‌شود که در آن مواد به دلیل وارد آمدن فشار با کاردک متحرک از سوراخ‌های موجود در صفحه عبور می‌کنند. این فرآیند، اِعمال یکنواخت لایه‌ای با یک مقدار مشخص را تضمین می‌کند که [این مقدار] ممکن است بسته به شرایط دستگاه موجود و رقیق سازیِ اولیه تغییر نماید. اِعمال استاندارد برای یک سطح مات شامل نشاندنِ g/m² 30 از IG08 با غلظت نقره 1٪ و دانسیته و گرانروی تنظیم شده برای استفاده از چاپ اسکرین است. برای تضمین نتایج خوب باید یک رنگ یکدست و یکنواخت حاصل شود. سپس کاشی یک چرخه پخت در °C1200 به مدت 45 دقیقه را طی می‌کند. در این جا نیز در انتهای چرخه، تغییری در ویژگی‌های زیبایی شناسانه یا فیزیکی لعاب مات سطح ایجاد نمی‌شود.

افزودنی آلومینوسیلیکات عامل‌دار شده با Ag فلزی سری IGEA

محصولات سری IGEA به صورت یک پودر میکرومتری به رنگ قهوه‌ای معمول که در حضور نقره فلزی دیده می‌شود، وجود دارد که به شکل نانوذره‌ای در مقدار 5/0% ± 8٪ نسبت به وزن پودر یافت می‌شود.

این محصول با اصلاح کردنِ یک آلومینوسیلیکات با منشاء معدنی با یک پیش سازه بر پایه نقره و در فرآیندی که می‌تواند نانو ذره نقره فلزی را به صورت در جا (in situ) تولید کند، به دست می‌آید. کلسینه کردن بعدی، چسبندگی و پایداری آن را در طول زمان تضمین می‌کند.

پودر IGEA برای اِعمال‌هایی با روش «نمک زدن» (که در انتهای خط با استفاده از فناوری ایرلس انجام می‌شود) و پخش کردن (in-body) از طریق افزودن مستقیم به لعاب در طی آسیاب کردن، مناسب است. بُرس‌کاری بعدی را می‌توان بدون تغییر در کارآمدی نقره فلزی انجام داد. ترکیب اِعمال نمک‌زنی پس از پخت، متشکل از فریت‌ها، مواد اولیه و مواد افزودنی، مجموعه‌ای از خواص شیمیایی و فیزیکی را به کاشی سرامیکی می‌دهد که به ماهیت عناصر وارد شده بستگی دارد.

مقادیر اِعمال شده ممکن است با توجه به دیرگدازیِ لعاب‌ها متفاوت باشند، لعاب‌های زود گدازتر مقدار بیش‌تری نیاز دارند. Colorobbia استفاده از وزن اِعمالی را توصیه می‌کند که برای تأمین مقدار نقره فلزی بین 100 و mg/m² 500 کافی باشد.

تجزیه و تحلیل اثر ضد باکتریایی

در دنیای امروز که مردم به طور مداوم در معرض خطر عفونت‌ها و همه‌گیری‌های ویروسی هستند، امکان داشتنِ کف‌ها، دیوارها و سایر عناصری که معمولاً در فضاهای مسکونی، بهداشتی و عمومی وجود دارند و قادر باشند تا قارچ‌ها و باکتری‌ها را از بین ببرند، می‌تواند سهم مهمی در حفظ بهداشت و به طور کلی شرایط امن‌تر داشته باشد.

کاشی‌های تولید شده با استفاده از محصولات سری Parnasos IG و سری IGEA در آزمایشگاه Biochemie Lab (بیوشیمی) که آزمایشگاه مورد تأیید در فلورانس است، بر علیه اِشِریشیا کُلی که یک باکتری بیماری‌زای گِرَم منفی (Gram-negative) است، آزمایش شده‌اند. نتایج مربوط به اثر ضد باکتریایی (مطابق با ISO 22196 برای سطوح غیر متخلخل، در مقایسه با سفید) در جدول نشان داده شده‌اند.

این تجزیه و تحلیل با همکاری اداره ثبت اختراعات N&G و با تجزیه و تحلیل کردنِ یک گروه اولیه متشکل از 14000 حق ثبت اختراع با موضوع «نقره در برابر میکروارگانیسم‌ها» انجام گرفت و تأیید شد که هیچ کدام از اِعمال‌های موجود در بازار معادل اِعمال پیشنهادی و توصیف شده در ثبت اختراع Colorobbia یعنی WO2010100107 2010-03-01 نیست.