典型建材產(chǎn)品抗菌防霉性能對比及發(fā)展趨勢淺析

劉佳娣，張惠玉，關(guān)紅艷，裴一樸，徐曉梅，蔡寒梅

（中國國檢測試控股集團股份有限公司，北京 100024）

0 前言

細菌、真菌、病毒等病原微生物是影響人體健康的重要因素。家庭浴室、廚房等潮濕陰暗的生活環(huán)境成了霉菌、細菌滋生的重災(zāi)區(qū)，霉菌揮發(fā)到空氣中，形成氣溶膠被人吸入會引發(fā)疾病。開發(fā)高活性的抗菌防霉產(chǎn)品成為一個趨勢，具有抗菌防霉功能的產(chǎn)品不僅能改善居室環(huán)境，減少交叉污染風(fēng)險，還能延長建材產(chǎn)品的使用壽命。根據(jù)全球市場洞察公司的報告，到2026年抗菌涂料市場規(guī)模將超過63億美元[1]。2021年，抗菌產(chǎn)品在塑料領(lǐng)域中的應(yīng)用已達20%,未來抗菌應(yīng)用在涂料、乳液、塑料、發(fā)泡產(chǎn)品、個人護理產(chǎn)品等領(lǐng)域都有巨大潛力[2]。

目前市場上的建材產(chǎn)品主要通過添加抗菌劑的方法達到抗菌防霉效果。主流抗菌劑分為無機抗菌劑、有機抗菌劑、天然抗菌劑等[3]。有機類抗菌防霉劑易溶入膠體中，缺點是耐熱性差、易分解和使用壽命短；無機類抗菌防霉劑的優(yōu)點是高安全性、緩釋性好、廣譜抗菌性、不易產(chǎn)生抗藥性、耐熱性好和加工方便[4]，根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域及抗菌機理，又分為接觸抗菌、滲透溶出抗菌和光催化氧化抗菌等[5]。這些技術(shù)被廣泛應(yīng)用到家電、建材、日化用品、金屬加工、造紙等領(lǐng)域。涂料中通常會加入銨鹽型有機抗菌劑、納米型無機抗菌劑等低毒高效的抗菌劑以取得優(yōu)異的抗菌效果[6]。木制品除添加抗菌劑使表面具有抗菌防霉作用外，因其自身材料特性及加工過程中使用的酚醛膠、脲醛膠和三聚氰胺膠等膠粘劑，也可殺滅病原微生物[7-8]。塑料制品的抗菌工藝技術(shù)復(fù)雜且不成熟[9]。瓷磚常用抗菌劑中的稀土材料（如CeO2、Tb2O3）具有一定的抗菌和產(chǎn)生活性氧離子的能力[10]。抗菌陶瓷的制備方法有涂抹浸漬和混合燒結(jié)，其中涂抹浸漬會出現(xiàn)抗菌劑流失現(xiàn)象，而混合燒結(jié)的抗菌效果更長久[11]。

抗菌防霉性能是評價建材產(chǎn)品性能的重要指標(biāo)之一。本文基于國家建筑材料測試中心近5年檢測的典型產(chǎn)品的抗菌防霉性能進行了數(shù)據(jù)分析，縱向比較了近5年的數(shù)據(jù)變化，橫向比較了各產(chǎn)品的抗菌防霉性能差異，以期促進抗菌防霉行業(yè)的技術(shù)進步和有序發(fā)展。

1 建材產(chǎn)品抗菌防霉性能檢測的標(biāo)準(zhǔn)、方法及限值

1.1 抗菌性能

建材產(chǎn)品的抗菌性能是表示建筑材料殺死或妨礙細菌、真菌等微生物生長繁殖及其活性能力的參數(shù)[12]，通常以抗菌率或抗菌活性值來表征。建材產(chǎn)品抗菌性能通常采用貼膜法進行評價。貼膜法是通過定量接種細菌于待檢驗樣板上，用貼膜方法使細菌均勻接觸樣板，經(jīng)一定時間培養(yǎng)后，檢測樣板中的活菌數(shù)，計算得出樣板的抗菌率（抗菌活性值）。

國內(nèi)外常用的建材產(chǎn)品抗菌性能的檢測標(biāo)準(zhǔn)主要包括：HG/T 3950-2007《抗菌涂料》[13]、GB/T 21866-2008《抗菌涂料(漆膜)抗菌性測定法和抗菌效果》[14]、JC/T 2039-2010《抗菌防霉木質(zhì)裝飾板》抗細菌率限值[15]、JC/T 897-2014 《抗菌陶瓷制品抗菌性能》[16]、JIS Z 2801:2012 《抗菌產(chǎn)品 抗菌活性和效果的試驗》[17]、GB/T 31402-2015《塑料 塑料表面抗菌性能試驗方法》[18]。在眾多檢測標(biāo)準(zhǔn)中，產(chǎn)品的抗細菌率的限值通常≥90%，而日本的標(biāo)準(zhǔn)JIS Z 2801:2012的抗菌活性值限值除外（抗菌活性值2.0，相當(dāng)于抗菌率99%）。對于沒有限值要求的方法標(biāo)準(zhǔn)，參照T/CIAA 103.1-2021《抗菌技術(shù)規(guī)范 第1部分：抗菌產(chǎn)品》表3抗菌活性值≥1或抗菌率≥90%[19]。按照上述檢測方法測試的各建材產(chǎn)品的抗菌性能應(yīng)符合相應(yīng)的抗菌標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。

表1 典型建材產(chǎn)品抗菌率（%）Tab.1 Antibacterial rate of typical building materials (%)

表2 典型建材產(chǎn)品抗菌性能合格率（%）Tab.2 Qualification rate of antibacterial performance of typical building materials (%)

表3 典型建材產(chǎn)品防霉性能合格率（%）Tab.3 Qualification rate of mold resistant performance of typical building materials (%)

1.2 防霉性能

建材產(chǎn)品的防霉性能是用來表示建筑材料殺死或妨礙霉菌的生長繁殖或使之失去活性的能力，通常用防霉等級表征。建材產(chǎn)品的防霉性能通常采用培養(yǎng)皿法進行評價，即通過模仿自然界霉菌生長條件加速試驗，在試件表面接種霉菌孢子，置于適宜環(huán)境條件下培養(yǎng)，根據(jù)試樣表面長霉程度進行評定。

國內(nèi)外常用的建材產(chǎn)品防霉性能的檢測標(biāo)準(zhǔn)包括HG/T 3950-2007《抗菌涂料》、GB/T 1741-2020《漆膜耐霉菌性測定法》[20]、GB/T 35469-2017《建筑木塑復(fù)合材料防霉性能測試方法》[21]、JC/T 2039-2010《抗菌防霉木質(zhì)裝飾板》[22]、GB/T 24128-2018《塑料 塑料防霉劑的防霉效果評估》[23]、ASTM G21-15《測定合成聚合材料抗真菌性的標(biāo)準(zhǔn)實施規(guī)程》[24]。標(biāo)準(zhǔn)中產(chǎn)品防霉等級要求通常為0級或1級。對于沒有限值要求的方法標(biāo)準(zhǔn)，參照T/CIAA 103.2-2022《抗菌技術(shù)規(guī)范 第2部分：防霉/抗真菌產(chǎn)品》[25]的防霉等級應(yīng)為1級或0級。按上述檢測方法測試的建材產(chǎn)品的防霉性能應(yīng)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 抗菌性能分析

典型的抗菌建材產(chǎn)品主要包括涂料、木制品、陶瓷、塑料制品等，通過大腸埃希氏菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率的測定對產(chǎn)品性能進行評價。本文對近5年檢測的2000多個抗菌樣品（其中涂料樣品900多個，木制品樣品400多個，陶瓷樣品500多個，塑料制品樣品200多個）的測試結(jié)果進行了統(tǒng)計分析，縱向比較同類產(chǎn)品近5年的變化趨勢，橫向比較各產(chǎn)品間的性能差異。

圖1 建材產(chǎn)品抗菌率變化趨勢Fig.1 The trend of antibacterial rate of building materials products

可以看出，涂料類產(chǎn)品對大腸埃希氏菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率均在94%左右，近5年來相對穩(wěn)定，說明該類材料的抗菌性能保持在較高的水平，市場上現(xiàn)有產(chǎn)品合格率達93.92%以上。木制品近5年對大腸埃希氏菌的平均抗菌率為93.12%，對金黃色葡萄球菌的平均抗菌率為94.57%，說明該類材料的抗菌性能也保持在較高的水平，市場上現(xiàn)有產(chǎn)品的合格率大于92.68%。陶瓷產(chǎn)品近5年對大腸埃希氏菌的抗菌率波動范圍較大（51.39%～91.90%），平均抗菌率為77.22%，市場上現(xiàn)有產(chǎn)品合格率約71%，對金黃色葡萄球菌的抗菌率在一定程度上呈現(xiàn)下降趨勢，近5年的平均抗菌率為91.94%，市場上現(xiàn)有產(chǎn)品合格率約89.98%，二者比對說明陶瓷對金黃色葡萄球菌的抗菌性能優(yōu)于對大腸埃希氏菌的抗菌性能。塑料制品2019-2022年對大腸埃希氏菌的抗菌率均低于80%，近5年的平均抗菌率為75.29%，近5年對金黃色葡萄球菌的抗菌率波動范圍較大（79.07%～99.01%），平均抗菌率為89.29%，相關(guān)數(shù)據(jù)表明塑料制品對金黃色葡萄球菌的抗菌性能優(yōu)于對大腸埃希氏菌的抗菌性能，市場上現(xiàn)有塑料制品的抗菌性能存在較大差異。

圖2 建材產(chǎn)品平均抗菌率Fig.2 Average antibacterial rate of building materials

由上可知，典型建材產(chǎn)品的抗菌性能排序是涂料≈木制品＞陶瓷≈塑料制品。涂料和木制品對大腸埃希氏菌和金黃色葡萄球菌均有較高的抗菌率，說明其抗菌加工工藝較成熟，市場上現(xiàn)有產(chǎn)品基本符合相關(guān)規(guī)定要求。陶瓷和塑料制品的抗菌性能相近，對金黃色葡萄球菌的抗菌率優(yōu)于對大腸埃希氏菌的抗菌率，市場上現(xiàn)有產(chǎn)品的抗菌性能差異較大，需通過質(zhì)量管控規(guī)范產(chǎn)品質(zhì)量，推動相關(guān)工藝發(fā)展。

2.2 防霉性能分析

具有防霉功能的典型建材產(chǎn)品包括涂料、木制品、塑料制品、膠粘劑等。建材產(chǎn)品的防霉性能評價用菌種主要包括黑曲霉、黃曲霉、臘葉芽枝霉、宛氏擬青霉、桔青霉、出芽短梗霉、鏈格孢、綠色木霉、土曲霉、繩狀青霉、球毛殼等。檢測結(jié)果＞1級為不合格樣品。本文對近5年檢測的3000多個防霉樣品（其中，涂料樣品1800多個，木制品樣品400多個，塑料制品樣品400多個，膠粘劑樣品300多個）的測試結(jié)果進行了統(tǒng)計分析。

圖3 建材產(chǎn)品防霉性能合格率變化趨勢Fig.3 Trend in qualification rate of mold resistant performance of building materials

可以看出，涂料的防霉性能較好，產(chǎn)品防霉性能合格率均在94%以上，較為穩(wěn)定，近5年平均合格率達96.91%，說明其防霉工藝相對成熟。木制品近5年的防霉性能平均合格率為78.17%，是4類產(chǎn)品中合格率最低的，但其防霉性能呈現(xiàn)較明顯的上升趨勢，說明其防霉工藝在較迅速發(fā)展。塑料制品的防霉性能合格率變化不大，近5年平均合格率為93.08%，防霉工藝相對成熟。膠粘劑近5年的防霉合格率波動較大，平均合格率僅81.87%，說明其防霉工藝尚需進一步發(fā)展。

整體來看，典型建材產(chǎn)品的防霉性能排序是涂料＞塑料制品＞膠粘劑＞木制品。涂料和塑料制品的加工工藝相對成熟，產(chǎn)品防霉性能較好，市場上現(xiàn)有產(chǎn)品合格率較高，基本能滿足市場需求。木制品和膠粘劑近5年的防霉性能波動較大，產(chǎn)品性能差異較大，需通過質(zhì)量管控規(guī)范產(chǎn)品質(zhì)量，促進相關(guān)工藝發(fā)展。

2.3 抗菌、防霉性能關(guān)系分析

建材產(chǎn)品的抗菌性能和防霉性能通常通過添加抗菌劑獲得。同類型建材產(chǎn)品的抗菌性能和防霉性能既有一定的正相關(guān)，也存在一定的差異。經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)：

1）涂料產(chǎn)品：防霉性能0級的產(chǎn)品，其抗菌性能都合格；而抗菌性能不合格的產(chǎn)品，其防霉性能幾乎也不合格。通常，涂料產(chǎn)品的抗菌性能優(yōu)于防霉性能。

2）木制品：抗菌性能的平均合格率在92%以上，但防霉性能的平均合格率較低（78.17%），說明通常情況下其抗菌性能高于防霉性能；也存在部分產(chǎn)品抗菌性能合格而防霉性能不合格，或抗菌性能不合格而防霉性能合格的情況。

3）塑料制品：塑料制品的抗菌性能合格率約72.60%，而防霉性能的合格率約93.08%，表明通常塑料制品的防霉性能高于抗菌性能。

3 結(jié)語

典型建材產(chǎn)品的抗菌防霉性能可有效抑制病原微生物的滋生繁殖，為人居環(huán)境筑起防護屏障。本文對近5年共計5000多個建材樣品的抗菌率、抗菌性能合格率和防霉性能合格率進行了統(tǒng)計分析。結(jié)果顯示，建材產(chǎn)品的抗菌性能和防霉性能通常呈正相關(guān)；涂料和木制品有較高的抗菌防霉性能，產(chǎn)品合格率較高；塑料、陶瓷、膠粘劑的抗菌防霉性能仍需進一步提升。