GB 21551.2-2010中抗菌技術(shù)的解決(2015年)

    目前,40%的工程塑料應(yīng)用在家電中。隨著家電的多樣化與藝術(shù)化，塑料制造業(yè)也必須配合它的升級換代，逐步向?qū)I(yè)化、高性能化、安全、綠色環(huán)保方向發(fā)展。同時隨著人們對健康的愈加重視，對家電產(chǎn)品技術(shù)更新上有了更高的要求，尤其是家電的抗菌和殺菌功能提出了更高更規(guī)范的要求[1]。海爾集團(tuán)、美的集團(tuán)、格力集團(tuán)、格蘭仕集團(tuán)、海信集團(tuán)、TCL集團(tuán)以及日本松下公司、韓國三星公司、美國惠而浦公司等這些國內(nèi)外抗菌家電巨頭紛紛推出自己的抗菌家電產(chǎn)品。家電行業(yè)是抗菌材料應(yīng)用范圍最廣、最成熟的領(lǐng)域。

     我國是世界上抗菌家電發(fā)展較快的國家，自2003年SARS事件后，抗菌家電的標(biāo)準(zhǔn)化被提到議事日程。經(jīng)過社會多方努力，從2008年后國家技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督檢疫總局陸續(xù)頒布實(shí)施了家電抗菌、除菌的一系列標(biāo)準(zhǔn)，2011年9月15日起，《家用和類似用途電器的抗菌、除菌、凈化功能抗菌材料、空氣凈化器、電冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)器的特殊要求》5項家電抗菌標(biāo)準(zhǔn)正式開始實(shí)施。這是我國抗菌行業(yè)頒布實(shí)施的首批強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)對規(guī)范和促進(jìn)抗菌功能家電的發(fā)展起到了里程碑式的作用。
    標(biāo)準(zhǔn)對空氣凈化器、電冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)器等家電需要具有抗菌功能的部件進(jìn)行分類，規(guī)定具體的抗菌防霉指標(biāo)要求。本文將對家電中涉及的不同基材抗菌材料分類介紹。
   
1 抗菌原理
    1.1 抗菌家電的抗菌原理
    家電抗菌采用的手段主要是對容易滋生細(xì)菌的部件采用抗菌材料從而達(dá)到殺死細(xì)菌或抑制細(xì)菌生長的目的。要使家電零部件具有抗菌功能主要有兩種方式：一是使用有殺菌能力的材料(如銅)，二是在零部件材料中添加抗菌材料。所謂抗菌材料就是指材料中添加了抗菌劑，能在一定時間內(nèi)抑制細(xì)菌生長、繁殖和生存。
    1.2 抗菌材料的抗菌原理[2-7]
    家電用抗菌材料一般是通過接觸性殺菌來實(shí)現(xiàn)自潔的作用，屬于被動型殺菌?？咕牧峡梢栽谝欢〞r間內(nèi)（國際上通行的檢驗標(biāo)準(zhǔn)為24小時接觸）把沾污在材料表面的微生物殺死或抑制其繁殖，保持材料表面清潔，阻止其成為“二次污染”的傳播源，這些微生物包括各種細(xì)菌、真菌、酵母菌、藻類，甚至某些病毒等。
    抗菌材料的使用壽命一般能與普通材料的使用壽命同步，同時可以避免因微生物作用引起的性能下降等材料老化現(xiàn)象。目前常用抗菌材料有效成分主要添加有機(jī)抗菌劑和無機(jī)抗菌劑。
    有機(jī)類抗菌劑的抗菌原理主要是破壞微生物呼吸系統(tǒng)及破壞微生物細(xì)胞壁來達(dá)到殺菌的目的。無機(jī)類抗菌劑的抗菌原理是抗菌的主要成分會逐漸從高聚合物中釋放出來，吸附在細(xì)菌細(xì)胞壁表面，阻止細(xì)菌代謝，并結(jié)合細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)酶的巰基破壞酶的作用，殺死細(xì)菌，當(dāng)細(xì)菌死亡后，失去電性，又部分或全部游離出來，再去殺死其他微生物。

2 抗菌母粒[9-12]
    抗菌材料實(shí)現(xiàn)抗菌功能主要有兩種方式：直接法和母粒法?？咕噶Ｊ前芽咕鷦┮氩牧匣|(zhì)中，成為固體的濃縮母粒。目前家電用抗菌材料主要是通過各部件成型時過程中添加抗菌母粒賦予制品抗菌功能。
    GB 21551.2-2010《家用和類似用途電器的抗菌、除菌、凈化功能 抗菌材料的特殊要求》標(biāo)準(zhǔn)附錄D，提供了部分具有抗菌功能的家用和類似用途電器應(yīng)該具有抗菌功能的零部，基于附錄D進(jìn)行分析，主要涉及以下幾種材料：PP、PE、PVC、PS、ABS、橡膠類等。如表1所示。

表1  家用和類似用途電器產(chǎn)品抗菌零部件目錄

產(chǎn)品名城	具有抗菌功能的制品（部件）	技術(shù)要求
冰箱	內(nèi)膽、門襯、果蔬盒、瓶筐、門把手	抗細(xì)菌
	門封條	抗細(xì)菌/霉菌
空調(diào)	進(jìn)風(fēng)柵、風(fēng)向板	抗細(xì)菌
	接水盒、過濾網(wǎng)	抗細(xì)菌/霉菌
波輪洗衣機(jī)	外桶、內(nèi)桶、波輪、進(jìn)水管	抗細(xì)菌/霉菌
滾筒洗衣機(jī)	外桶、內(nèi)桶、窗襯、進(jìn)水管	抗細(xì)菌/霉菌
消毒柜	塑料內(nèi)膽、門襯、把手、隔板、面板	抗細(xì)菌
	門封條	抗細(xì)菌/霉菌
吸塵器	機(jī)身外殼、軟管組件、吸頭（長頭、短頭、地毯刷、集塵袋）	抗細(xì)菌
熱水器	開關(guān)和噴頭	抗細(xì)菌
微波爐	爐腔、門體、門框、開關(guān)、旋鈕	抗細(xì)菌
冷柜	塑料內(nèi)膽、門襯、把手	抗細(xì)菌
	門封條	抗細(xì)菌/霉菌
空氣殺菌解毒機(jī)	開關(guān)、按鍵、面板和內(nèi)部塑料部件	抗細(xì)菌
殺菌加濕器	開關(guān)、按鍵、面板和內(nèi)部塑料部件，儲水盒	抗細(xì)菌
洗碗機(jī)	塑料內(nèi)膽、門襯、門封條、按鍵（開關(guān)）和金屬外殼的表面涂層	抗細(xì)菌
飲水機(jī)	龍頭開關(guān)、外部接水盒、大頂蓋及電源開關(guān)等各種按鍵	抗細(xì)菌
	聰明頭、聰明座、內(nèi)部水桶、出水管、出水龍頭	抗細(xì)菌/霉菌
遙控器	按鍵、外殼	抗細(xì)菌

 
    2.1 ABS基材
    在家電用工程塑料中，ABS樹脂的用量居首位，主要用于制作冰箱的內(nèi)襯，電視機(jī)、計算機(jī)、錄音錄像機(jī)、空調(diào)、吸塵器、電話機(jī)、電子琴及其他小家電的殼體和內(nèi)部結(jié)構(gòu)件等，如家電中的外部透明件及冰箱的內(nèi)部透明件就是采用透明ABS樹脂制作的。ABS樹脂由于其結(jié)構(gòu)的特殊性導(dǎo)致抗菌劑的表面析出困難，單一成分抗菌劑很難達(dá)到有效的抗菌效果。因此ABS樹脂添加的抗菌母粒需要根據(jù)最終制品的不同使用要求采用不同的抗菌劑進(jìn)行復(fù)配。   
    2.2 PS基材
    PS材料在冰箱中應(yīng)用較多，例如冰箱的門襯、內(nèi)膽、抽屜等。這里要重點(diǎn)分析冰箱內(nèi)膽用抗菌母粒，我國冰箱生產(chǎn)廠家的冰箱內(nèi)膽普遍采用HIPS，少量使用ABS。采用HIPS材料內(nèi)膽分為HIPS基層與高光層，冰箱內(nèi)膽要達(dá)到抗菌要求，HIPS基層與高光層都需要添加抗菌母粒。由于高光層經(jīng)過多面拉伸最終產(chǎn)品中高光層特別薄，單一通過高光層添加抗菌母粒達(dá)到抗菌效果，需要增加抗菌劑的濃度，容易因分散困難而產(chǎn)生類似針孔等缺陷，導(dǎo)致廢品率升高，增加制造成本。HIPS基層與高光層同時添加抗菌母粒可以解決這一問題，HIPS基層添加抗菌母粒，抗菌劑通過分子遷移從高濃度擴(kuò)散到材料表層即高光層，而且保證冰箱內(nèi)膽抗菌的有效性和長效性。
    目前，冰箱的抽屜基本上采用GPPS的材料，該材料要求低溫性能比較好，同時透明度高。采用抗菌母粒的技術(shù)難點(diǎn)就是解決好滿足上述兩個基本性能要求。目前已經(jīng)有廠家通過了該抗菌母粒的CQC認(rèn)證，解決了此技術(shù)問題，突破了冰箱透明PS抗菌部件的瓶頸。
    2.3 PP基材
    HIPS和ABS是最先用在家用電器上的塑料材料，由于HIPS和ABS樹脂價恪昂貴，逐步開發(fā)出適于做家用電器零部件用的PP（聚丙烯）改性材料，并以其成本低、重量輕、性能好等優(yōu)點(diǎn)部分取代HIPS和ABS樹脂在家用電器產(chǎn)品上應(yīng)用。
    PP在家電中的應(yīng)用部位主要包括：波輪洗衣機(jī)和滾筒洗衣機(jī)的內(nèi)桶、外桶、波輪等部件；冰箱的瓶筐；空調(diào)的接水盒等。近年來，原材料價格的大幅度飆升，迫于成本壓力，許多注塑廠家都在考慮用聚苯乙烯替代ABS或用改性PP產(chǎn)品替代聚苯乙烯產(chǎn)品以降低成本，于是出現(xiàn)大量的PP材料成功替代聚苯乙烯的例子。
    相對于HIPS和ABS基材，PP基材與無機(jī)、有機(jī)抗菌劑的相容性更好一些。選用基材相近融指的PP材料添加合適的抗菌劑加工制備的抗菌母粒添加到PP中注塑打件，PP抗菌母粒的添加不會影響塑料制品的外觀、色澤或其他的物理性質(zhì)。
    2.4 PVC基材
    PVC材料主要作為家電的門封條材料使用，門封條的異型結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其難以清理，而且在使用2～3年后門封條就會變黑、發(fā)霉、滋生細(xì)菌,同時發(fā)霉后材料老化性能下降，可能會出現(xiàn)密封不嚴(yán)等問題，導(dǎo)致門封條使用壽命縮短，增加了使用成本。
    PVC材料的防霉功能添加主要有兩種方法，一種就是從源頭添加，PVC從粉料加工成粒料的過程中添加防霉劑，此種方法可以得到帶有防霉功能的PVC粒料，后期加工擠出門封條可直接使用無需任何工藝更改；另一種方法就是添加PVC防霉母粒，采用PVC基材添加防霉劑制備高濃縮母粒，PVC門封條擠出時在PVC材料中加入這種母粒即可。
    2.5 橡膠類
    家電中橡膠類應(yīng)用最典型的部件就是滾筒洗衣機(jī)的窗襯，作為洗衣機(jī)重要部件之一的觀察窗墊，其主要作用是將洗衣機(jī)入口外殼與洗衣機(jī)內(nèi)浮動外筒密封連接起來，防止洗滌水泄漏。觀察窗墊長期接觸洗滌水，且極易殘留絨毛、異物，難以清理，在使用2～3年后窗墊就會變黑、發(fā)霉、滋生細(xì)菌,很容易與衣服造成交差感染。同時由于觀察窗墊是橡膠材質(zhì)的，發(fā)霉后會導(dǎo)致材料老化性能下降，可能會出現(xiàn)密封不嚴(yán)等問題，導(dǎo)致觀察窗墊使用壽命縮短，增加了使用成本。
    實(shí)驗證明[9]添加抗菌防霉成分的觀察窗墊按照《HG/T 4116-2009滾筒洗衣機(jī)門封橡膠門封》標(biāo)準(zhǔn)中性能檢驗標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行老化實(shí)驗，在材料性能合格的同時仍能保持很好的抗菌效果。證明添加抗菌防霉成分的觀察窗墊在抑制細(xì)菌霉菌生長的同時并不影響其他性能。

3 抗菌材料的成型工藝
    使用抗菌母粒的抗菌材料的成型工藝很簡單，與色母的使用工藝一樣。由于抗菌劑的比例很低，因此不會影響塑料制品的外觀、色澤或其他物理性質(zhì)。具體的注塑工藝是將抗菌母粒與塑料按一定的比例的混合（保證成型材料中含有的有效成分達(dá)到一定的抗菌效果），按照工藝設(shè)定，注塑打樣，得到具有抗菌功能的家電部件。
    處理不同的家電部件，可以選擇相適用的抗菌劑，以取得抗菌效力、安全性、成本等方面的平衡。總的來說，這類抗菌劑應(yīng)具有高效、廣譜、時效長、無異味、對人體無毒、對環(huán)境無公害等要求，且在產(chǎn)品制造過程中，與生產(chǎn)工藝相匹配，易于加工。

4 抗菌家電的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
    抗菌家電作為目前家電市場的一種營銷賣點(diǎn)，成為一種潮流。放眼家電市場，標(biāo)榜具有抗菌功能的家電比比皆是，但是由于抗菌除菌效果無法現(xiàn)場演示，不能直觀的展現(xiàn)，因此人們對此類產(chǎn)品的真實(shí)抗菌、除菌功能也存在質(zhì)疑。而相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的缺少一定程度上也對抗菌家電市場的混亂造成了一定的影響。
    自2011年9月15起洗衣機(jī)、空氣凈化器、冰箱、空調(diào)的除菌標(biāo)準(zhǔn)及家電用抗菌材料的除菌標(biāo)準(zhǔn)等5項強(qiáng)制性家電抗菌標(biāo)準(zhǔn)正式開始實(shí)施。新規(guī)要求，具有除菌、抑菌、殺菌、抗菌功能的洗衣機(jī)、空氣凈化器、冰箱、空調(diào)，必須通過國家相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)檢測合格后，才能在市場上銷售。同時中國質(zhì)量認(rèn)證中心（英文縮寫CQC）研發(fā)并推出了家用和類似用途電器的抗細(xì)菌和抗霉菌材料認(rèn)證業(yè)務(wù)[12，13]。這意味著家電抗菌除菌性能檢測有標(biāo)可依、有據(jù)可查，除菌家電不再由廠家自封，必須得“持證上崗”。

5 結(jié)語
    隨著人們的健康環(huán)保、節(jié)能降耗、理性消費(fèi)的意識越來越強(qiáng),健康已成為每位消費(fèi)者的追求，健康家電的需求會不斷加強(qiáng)，抗菌材料將作為健康家電的重要組成部分，為提高健康家電的國際競爭力不斷做出貢獻(xiàn)。
    海爾科化為洗衣機(jī)及健康家電產(chǎn)品開發(fā)了整套的抗菌防霉技術(shù)，解決了塑料、彈性體材料、粉末涂料、油漆等使用的材料和抗菌技術(shù)。海爾集團(tuán)率先在國內(nèi)開發(fā)第一臺抗菌洗衣機(jī)，并隨之開發(fā)了抗菌消毒復(fù)合功能型洗衣機(jī)，滿足了市場各種需求。隨著科技的發(fā)展，抗菌技術(shù)在家電中的應(yīng)用會不斷擴(kuò)大，更多先進(jìn)技術(shù)也會應(yīng)用到家電中，抗菌家電也將為更多的消費(fèi)者所青睞。
 
參考文獻(xiàn)
[1]李文東. 抗菌產(chǎn)業(yè)的發(fā)展應(yīng)該更規(guī)范——訪海爾科化.工程塑料, 2008(01)
[2]賀曉蓉. 塑料制品的抗菌防霉[J].塑料助劑, 2011, 6:50-53
[3]許慧慧，蘇瑾，阮素云，陳悅，郭常義，高屹峰，鄭永新.家用洗衣機(jī)污染狀況調(diào)查[J].中國公共衛(wèi)生,2007,23(4):486-487
[4]鐔丹中，徐飛.健康型洗衣機(jī)應(yīng)用技術(shù)分析[J].家用電器科技,2000(7):39-41
[5]于偉東，何帥偉，陳金周，路征，劉雪瑩，黃靈閣，吳健. ABS抗菌塑料的制備與牲能研究[J].湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2007,21(6):27-28,96
[6]毛園兵，李畢忠，董曉旭，季君暉. 抗菌防霉母粒及其塑料的制備和性能研究[J].上海預(yù)防醫(yī)學(xué), 2000,28(4)4-7
[7]崔鴻波，賈昱，李國.抗菌技術(shù)與洗衣機(jī)[J].家電科技,2003(1):55,66
[8] 胡燕，甄志超，李朝順.無機(jī)抗菌劑及抗菌塑料的發(fā)展.第六屆中國抗菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會論文集.2008，12：163-168
[9] 劉曉青.抗菌技術(shù)在洗衣機(jī)中的應(yīng)用-洗衣機(jī)的自清潔.第九屆中國抗菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會論文集.2013，9：87-93
[10] GB 21551.1-2008《家用和類似用途電器的抗菌、除菌、凈化功能總則》
[11]GB 21551.2-2010《家用和類似用途電器的抗菌、除菌、凈化功能 抗菌材料的特殊要求》
[12]HG/T 4116-2009《滾筒洗衣機(jī)門封橡膠門封》
[13]CQC 16-304601-2013 《家用和類似用途電器的抗細(xì)菌和抗霉菌材料認(rèn)證規(guī)則 》

注：本文作者來自：海爾科化工程塑料國家工程研究中心股份有限公司