塑料防霉性能試驗標準比較分析

王瑞萍，覃紅陽，謝宇芳

（廣州合成材料研究院有限公司，廣東廣州 510665）

塑料制品問世以來廣泛應用于人類生活中，如家用電器的塑料外殼、廚房制品、文化用品、汽車配件等。進入21 世紀后隨著社會的快速發(fā)展，人民生活質(zhì)量的不斷提高，人們對塑料制品提出了更高的要求，具有防霉抗菌功能的塑料制品逐漸受到重視。據(jù)有關機構調(diào)查顯示防霉抗菌制品在日常生活用品中的比例高達86%，其中主要應用于家居、家電、廚具和餐具[1]；近幾年，隨著人們對居住環(huán)境的綠色環(huán)保要求，防霉塑料也相繼應用在室內(nèi)建筑材料及車內(nèi)裝飾材料。由此可見，防霉功能塑料具有廣闊的市場前景和良好的社會效益，其防霉性能顯然已成為必須考核的重要指標。本文就目前國內(nèi)外塑料防霉性能常用測試標準進行介紹與分析，旨在為塑料防霉性能的測試與評價提供借鑒。

1 霉菌對塑料制品及環(huán)境的危害

霉菌是一種多細胞微生物，是形成分枝菌絲的真菌的統(tǒng)稱，菌絲呈長管狀，寬度約2～10 微米。霉菌在自然界中種類繁多，約有10 萬種，分布極其廣泛，在土壤、江河、湖泊以及自然物體上都有存在。在潮濕溫暖的環(huán)境下，霉菌極易生長，能在培養(yǎng)基上快速繁衍成絨毛狀或棉絮狀絲狀體，并依靠形形色色無性或有性孢子進行繁殖[2]。

塑料中的主要成分樹脂具有大分子碳氫長鏈結構，不易滋生和繁衍霉菌，但在生產(chǎn)中加入各種小分子的添加劑，比如脂肪酸增塑劑、卵磷脂分散劑、潤滑脂、抗氧劑等，為微生物生長提供了營養(yǎng)物質(zhì)，使得霉菌寄生和繁殖。塑料制品的霉變會使性能受損，導致使用壽命縮短，并嚴重影響到塑料制品或含有塑料部件的系統(tǒng)的可靠性[3]。這種受損影響包括直接和間接兩類現(xiàn)象。直接受損是造成材料本身的腐爛和老化。間接受損是霉菌的生長給其他零部件或功能造成的破壞，主要有以下幾種：一是損壞底材，在運輸和使用中沾在制品表面的油脂、汗跡滋生的霉菌，能損壞底材，進而通過底材侵蝕其他內(nèi)部材料。二是對電路造成破壞，由于霉菌是導電體，生長在絕緣材料上會構成電氣回路，改變材料的絕緣電阻性能，正常使用時就容易出現(xiàn)短路，影響電器性能。三是降低光學儀器的精密度，在儀器內(nèi)部生長的霉菌會減弱光線的透過率，而且霉菌就像一個充滿水的海綿，會使裝置內(nèi)部保持較高的濕度，零部件受潮性能下降，進而致使整個系統(tǒng)的精密度和靈敏度降低[4]。

除塑料之外，霉菌也會對其他材料造成破壞。比如對橡膠密封圈的腐蝕、飛機金屬外殼的破壞、皮衣皮鞋的發(fā)霉，住宅所用的建筑材料也會受到霉菌的侵蝕，如混凝土、水泥、墻壁、壁紙、涂膜等。霉菌對人類危害大，除了造成材料霉變外也易于傳播霉菌疾病，霉菌毒素可引起人和家禽神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)分泌紊亂、皮膚病、致癌致畸、繁殖障礙等疾病。因此，為盡量降低或避免霉菌帶來的危害，最有效的方法是使用防霉功能塑料，其防霉性能的好壞便要通過防霉試驗標準進行測試評價。

2 塑料防霉試驗標準概況

霉菌試驗作為環(huán)境試驗的一種，已有幾十年的歷史。最早的霉菌試驗室是由美國霍普金斯大學的研究者在1940年左右建立的，并起草制定了霉菌試驗方法標準。隨后日本在 1953年制定了JIS-Z-2911《抗霉菌試驗方法》，經(jīng)過多次修訂，現(xiàn)行版本號為JIS-Z-2911-2010[5]；ISO-TC61 技術委員會于1978年制定了ISO 846-1978《塑料-微生物作用下的評價方法》，該標準介紹了由于微生物的作用導致塑料劣化的測定方法，劣化程度通過目測、質(zhì)量變化和其他物理性質(zhì)的變化來評價，為了提高試驗結果的重現(xiàn)性，國際生物老化小組通過實驗室間比對，對ISO 846 進行了修訂，現(xiàn)行版本為ISO 846-1997[6]；美國材料與試驗協(xié)會制定了ASTM G21《合成高分子材料抗真菌性能的測定》，用于測定塑料的防霉性能[7]。我國第一個正式的國家防霉試驗標準是GB/T 1741-1979《漆膜耐菌性能測定》；隨后由中國輕工業(yè)聯(lián)合會提出制定了行業(yè)標準QB/T 2591-2003《抗菌塑料 抗菌性能試驗方法和抗菌效果》[8]；為了推動塑料行業(yè)的健康發(fā)展，國家標委會制定了符合我國國情的塑料防霉試驗標準GB/T 24128-2009《塑料防霉性能試驗方法》[9]。

防霉試驗的目的不同，所采用的試驗標準也不相同，目前，防霉性能試驗標準基本分為材料適用類標準、裝備適用類標準、裝備和材料混用類標準[2]，常用塑料防霉測試標準適用性分類見表1。

表1 塑料防霉試驗標準分類 Table 1 The classification on standards of moldproof test of plastics

3 防霉標準試驗參數(shù)比較與分析

塑料的防霉試驗是在人工模擬霉菌的自然生存條件下進行的加速試驗，相比于塑料的抗細菌試驗，防霉試驗主要為定性檢測，其測試原理為：將空白樣品和測試樣品分別接種一定量的孢子懸浮液，在一定的測試條件下（溫度、濕度、風速等）放置培養(yǎng)一段時間后，根據(jù)試驗樣品表面霉菌的生長情況來評定防霉性能，塑料樣品表面長霉面積越小，說明防霉性能越好。不同的塑料防霉試驗標準規(guī)定了不同的測試參數(shù)，如培養(yǎng)方式、測試菌種、接種量、培養(yǎng)溫度與時間、評級方法，這些參數(shù)都將會在不同程度上影響最終的測試結果。

3.1 培養(yǎng)方式[14]

根據(jù)接種后試驗的放置狀態(tài)，分為平板培養(yǎng)法（濕式法）和懸掛培養(yǎng)法（干式法）。各試驗標準的測試方法詳見表1。

平板培養(yǎng)法：制備混合孢子懸浮液和無機鹽培養(yǎng)基平板后，將測試樣品置于平板中，并在樣品和培養(yǎng)基表面噴涂孢子懸浮液，然后置于一定的培養(yǎng)條件下培養(yǎng)一定時間后觀察試樣表面霉菌的生長情況。

懸掛培養(yǎng)法（干式法）：制備孢子懸浮液，將測試樣品懸掛于霉菌生長的環(huán)境中（密閉箱中，內(nèi)盛一定量的水，樣品懸掛于上方但不能接觸到水），培養(yǎng)一定時間后觀察試樣表面霉菌的生長情況。

兩種培養(yǎng)方法各有利弊。平板法適合小件樣品且樣品之間不干擾，節(jié)省試驗設備；但是培養(yǎng)濕度較難控制，濕度主要依靠無機鹽培養(yǎng)基中的水分，一旦測試時間較長，培養(yǎng)基干裂將難為維持充分的濕度，從而影響試驗。懸掛法適合大件樣品，測試濕度較好控制，但樣品之間需獨立濕室，占用較多的試驗場所。從表1 可以看出，一般材料的測試多選用平板培養(yǎng)法，裝置或設備則選用懸掛培養(yǎng)。

3.2 測試菌種選用

霉菌菌種的選擇關系到防霉試驗的測試質(zhì)量。菌種的選擇一般基于以下幾點：（1）在空氣和環(huán)境中分布廣泛，且生態(tài)特征穩(wěn)定；（2）對產(chǎn)品材料具有較強的侵蝕性；（3）菌種之間無抑制作用且菌種無毒性。塑料的種類和使用環(huán)境不同，霉菌的侵蝕和破環(huán)也千差萬別。國內(nèi)外研究表明，在塑料上生長的優(yōu)勢霉菌多為青霉、曲霉、短梗霉、根霉、毛霉和木霉等[15]。各防霉試驗標準菌種的選擇情況見表2。

表2 防霉試驗標準測試菌種 Table 2 Fungus types used in various testing standards

3.3 孢子接種液濃度

孢子懸浮液的濃度決定了接種菌的使用量，最終影響長霉面積。配制孢子懸浮液的步驟是：首先在每支經(jīng)過2 代或3 代活化的霉菌試管內(nèi)加入少量無菌水，用接種環(huán)輕輕刮下表面孢子，收集到盛有無菌溶液的三角瓶中，加入玻璃珠打散振蕩，紗布過濾后離心去掉上清液，剩下的沉淀物用無菌水稀釋到規(guī)定濃度即可。常用防霉標準的孢子懸浮液的濃度詳見表3。從表3 中看出，大部分濃度規(guī)定為（105～106）spores/mL，經(jīng)過試驗證明，此濃度范圍內(nèi)不會影響防霉等級的變化。菌種濃度太少，達不到模擬自然環(huán)境的要求；濃度太高，孢子易堆積在試樣表面，影響最終試驗結果的判定。

3.4 培養(yǎng)溫濕度與時間

溫度是霉菌生長和繁殖的重要條件，各種霉菌生長的最佳溫度是不同的，由于接種液是試驗菌種的混合液，所以標準一般選擇的溫度在25℃～30℃之間。一切生物的生存都離不開水分，霉菌也包括在內(nèi)，通常當相對濕度大于65%時，孢子開始生長萌芽，隨著濕度的提高，生長速度也加快，試驗標準中規(guī)定的相對濕度一般在85%～100%之間。但必須強調(diào)的是，和溫度相比，濕度更關鍵，霉菌菌絲只有在濕潤的狀態(tài)下才吸收營養(yǎng)，所以，保持試驗結果的重現(xiàn)性需要控制好相對濕度。

試驗持續(xù)時間一般選擇在28d，對于防霉效果較好的樣品，培養(yǎng)時間的長短不會對結果造成明顯的影響，但對防霉效果不好的樣品則具有較大的影響。之所以規(guī)定培養(yǎng)時間為28d，一是由于超過4周后樣品霉變速度變慢，測試結果基本處于同一評價級別，二是節(jié)省時間，在保持試驗結果重現(xiàn)性的基礎上盡可能的縮短試驗時間，提高試驗效率。國內(nèi)外塑料防霉試驗標準培養(yǎng)溫濕度和時間詳見表3。

對于適用于塑料材料的測試標準，除ISO 846和ISO 16869 外，其他標準規(guī)定樣品尺寸為50mm ×50mm 方片或圓片；ISO 846 標準中，不同的試驗目的如外觀評價、質(zhì)量變化、厚度變化，樣品尺寸要求也不相同。對于適用于裝置或設備的標準，除了溫濕度外還規(guī)定了風速與氣流的大小，詳見表3。

表3 國內(nèi)外防霉標準試驗參數(shù)比較 Table 3 Comparisions of testing parameters among different standards of moldproof test

3.5 防霉等級評價

防霉試驗結果報告一般是記錄樣品外觀的可見效果，借助顯微鏡或肉眼，根據(jù)長霉面積進行評級。各標準的評級方法詳見表4。

表4 塑料防霉試驗標準防霉等級評價方法 Table 4 Assessment criteria of standards of moldproof test of plastics

4 防霉試驗標準選用與測試技術的幾點建議[16-17]

（1）明確試驗對象后選擇試驗標準，材料的霉菌試驗不能取代裝置或設備的防霉試驗。盡管設備是使用通過防霉試驗的材料構成的，但設備的結構更為復雜，一些溝壑、縫隙的地面難免積水藏灰，有必要按照裝置或設備的測試標準來驗證其防霉能力。

（2）ISO 16869 與ASTM G21 標準均為平板培養(yǎng)法但也存在區(qū)別， ISO 16869 是向樣品表面覆蓋無機鹽培養(yǎng)基的接種方式，ASTM G21 是將樣品放置在無機鹽培養(yǎng)基上，菌液直接噴在樣品表面。這兩種方式導致的試驗結果表明，ISO 16869 適用于防霉劑溶出型的測試樣品，而ASTM G21 既適用于防霉劑溶出型的樣品又適用于非溶出型的樣品。

（3）樣品接種前應對孢子活性進行檢查。試驗時一般選用無菌濾紙做陰性對照樣品，一旦濾紙上霉菌生長不繁盛，無法判斷是試驗條件不佳還是菌種活性不夠。為了試驗結果的準確可靠，有必要進行孢子活性的檢查。

（4）防霉試驗測試周期較長，一旦意外發(fā)生如斷電或試驗條件失控，應會正確的試驗中斷處理，標準MIL-STD-810F 和 GJB 150.10A-2009 中規(guī)定了試驗中斷處理方法。

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