塑料防霉性能试验标准比较分析

王瑞萍，覃红阳，谢宇芳

（广州合成材料研究院有限公司，广东广州 510665）

塑料制品问世以来广泛应用于人类生活中，如家用电器的塑料外壳、厨房制品、文化用品、汽车配件等。进入21 世纪后随着社会的快速发展，人民生活质量的不断提高，人们对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渐受到重视。据有关机构调查显示防霉抗菌制品在日常生活用品中的比例高达86%，其中主要应用于家居、家电、厨具和餐具[1]；近几年，随着人们对居住环境的绿色环保要求，防霉塑料也相继应用在室内建筑材料及车内装饰材料。由此可见，防霉功能塑料具有广阔的市场前景和良好的社会效益，其防霉性能显然已成为必须考核的重要指标。本文就目前国内外塑料防霉性能常用测试标准进行介绍与分析，旨在为塑料防霉性能的测试与评价提供借鉴。

1 霉菌对塑料制品及环境的危害

霉菌是一种多细胞微生物，是形成分枝菌丝的真菌的统称，菌丝呈长管状，宽度约2～10 微米。霉菌在自然界中种类繁多，约有10 万种，分布极其广泛，在土壤、江河、湖泊以及自然物体上都有存在。在潮湿温暖的环境下，霉菌极易生长，能在培养基上快速繁衍成绒毛状或棉絮状丝状体，并依靠形形色色无性或有性孢子进行繁殖[2]。

塑料中的主要成分树脂具有大分子碳氢长链结构，不易滋生和繁衍霉菌，但在生产中加入各种小分子的添加剂，比如脂肪酸增塑剂、卵磷脂分散剂、润滑脂、抗氧剂等，为微生物生长提供了营养物质，使得霉菌寄生和繁殖。塑料制品的霉变会使性能受损，导致使用寿命缩短，并严重影响到塑料制品或含有塑料部件的系统的可靠性[3]。这种受损影响包括直接和间接两类现象。直接受损是造成材料本身的腐烂和老化。间接受损是霉菌的生长给其他零部件或功能造成的破坏，主要有以下几种：一是损坏底材，在运输和使用中沾在制品表面的油脂、汗迹滋生的霉菌，能损坏底材，进而通过底材侵蚀其他内部材料。二是对电路造成破坏，由于霉菌是导电体，生长在绝缘材料上会构成电气回路，改变材料的绝缘电阻性能，正常使用时就容易出现短路，影响电器性能。三是降低光学仪器的精密度，在仪器内部生长的霉菌会减弱光线的透过率，而且霉菌就像一个充满水的海绵，会使装置内部保持较高的湿度，零部件受潮性能下降，进而致使整个系统的精密度和灵敏度降低[4]。

除塑料之外，霉菌也会对其他材料造成破坏。比如对橡胶密封圈的腐蚀、飞机金属外壳的破坏、皮衣皮鞋的发霉，住宅所用的建筑材料也会受到霉菌的侵蚀，如混凝土、水泥、墙壁、壁纸、涂膜等。霉菌对人类危害大，除了造成材料霉变外也易于传播霉菌疾病，霉菌毒素可引起人和家禽神经系统内分泌紊乱、皮肤病、致癌致畸、繁殖障碍等疾病。因此，为尽量降低或避免霉菌带来的危害，最有效的方法是使用防霉功能塑料，其防霉性能的好坏便要通过防霉试验标准进行测试评价。

2 塑料防霉试验标准概况

霉菌试验作为环境试验的一种，已有几十年的历史。最早的霉菌试验室是由美国霍普金斯大学的研究者在1940年左右建立的，并起草制定了霉菌试验方法标准。随后日本在 1953年制定了JIS-Z-2911《抗霉菌试验方法》，经过多次修订，现行版本号为JIS-Z-2911-2010[5]；ISO-TC61 技术委员会于1978年制定了ISO 846-1978《塑料-微生物作用下的评价方法》，该标准介绍了由于微生物的作用导致塑料劣化的测定方法，劣化程度通过目测、质量变化和其他物理性质的变化来评价，为了提高试验结果的重现性，国际生物老化小组通过实验室间比对，对ISO 846 进行了修订，现行版本为ISO 846-1997[6]；美国材料与试验协会制定了ASTM G21《合成高分子材料抗真菌性能的测定》，用于测定塑料的防霉性能[7]。我国第一个正式的国家防霉试验标准是GB/T 1741-1979《漆膜耐菌性能测定》；随后由中国轻工业联合会提出制定了行业标准QB/T 2591-2003《抗菌塑料 抗菌性能试验方法和抗菌效果》[8]；为了推动塑料行业的健康发展，国家标委会制定了符合我国国情的塑料防霉试验标准GB/T 24128-2009《塑料防霉性能试验方法》[9]。

防霉试验的目的不同，所采用的试验标准也不相同，目前，防霉性能试验标准基本分为材料适用类标准、装备适用类标准、装备和材料混用类标准[2]，常用塑料防霉测试标准适用性分类见表1。

表1 塑料防霉试验标准分类 Table 1 The classification on standards of moldproof test of plastics

3 防霉标准试验参数比较与分析

塑料的防霉试验是在人工模拟霉菌的自然生存条件下进行的加速试验，相比于塑料的抗细菌试验，防霉试验主要为定性检测，其测试原理为：将空白样品和测试样品分别接种一定量的孢子悬浮液，在一定的测试条件下（温度、湿度、风速等）放置培养一段时间后，根据试验样品表面霉菌的生长情况来评定防霉性能，塑料样品表面长霉面积越小，说明防霉性能越好。不同的塑料防霉试验标准规定了不同的测试参数，如培养方式、测试菌种、接种量、培养温度与时间、评级方法，这些参数都将会在不同程度上影响最终的测试结果。

3.1 培养方式[14]

根据接种后试验的放置状态，分为平板培养法（湿式法）和悬挂培养法（干式法）。各试验标准的测试方法详见表1。

平板培养法：制备混合孢子悬浮液和无机盐培养基平板后，将测试样品置于平板中，并在样品和培养基表面喷涂孢子悬浮液，然后置于一定的培养条件下培养一定时间后观察试样表面霉菌的生长情况。

悬挂培养法（干式法）：制备孢子悬浮液，将测试样品悬挂于霉菌生长的环境中（密闭箱中，内盛一定量的水，样品悬挂于上方但不能接触到水），培养一定时间后观察试样表面霉菌的生长情况。

两种培养方法各有利弊。平板法适合小件样品且样品之间不干扰，节省试验设备；但是培养湿度较难控制，湿度主要依靠无机盐培养基中的水分，一旦测试时间较长，培养基干裂将难为维持充分的湿度，从而影响试验。悬挂法适合大件样品，测试湿度较好控制，但样品之间需独立湿室，占用较多的试验场所。从表1 可以看出，一般材料的测试多选用平板培养法，装置或设备则选用悬挂培养。

3.2 测试菌种选用

霉菌菌种的选择关系到防霉试验的测试质量。菌种的选择一般基于以下几点：（1）在空气和环境中分布广泛，且生态特征稳定；（2）对产品材料具有较强的侵蚀性；（3）菌种之间无抑制作用且菌种无毒性。塑料的种类和使用环境不同，霉菌的侵蚀和破环也千差万别。国内外研究表明，在塑料上生长的优势霉菌多为青霉、曲霉、短梗霉、根霉、毛霉和木霉等[15]。各防霉试验标准菌种的选择情况见表2。

表2 防霉试验标准测试菌种 Table 2 Fungus types used in various testing standards

3.3 孢子接种液浓度

孢子悬浮液的浓度决定了接种菌的使用量，最终影响长霉面积。配制孢子悬浮液的步骤是：首先在每支经过2 代或3 代活化的霉菌试管内加入少量无菌水，用接种环轻轻刮下表面孢子，收集到盛有无菌溶液的三角瓶中，加入玻璃珠打散振荡，纱布过滤后离心去掉上清液，剩下的沉淀物用无菌水稀释到规定浓度即可。常用防霉标准的孢子悬浮液的浓度详见表3。从表3 中看出，大部分浓度规定为（105～106）spores/mL，经过试验证明，此浓度范围内不会影响防霉等级的变化。菌种浓度太少，达不到模拟自然环境的要求；浓度太高，孢子易堆积在试样表面，影响最终试验结果的判定。

3.4 培养温湿度与时间

温度是霉菌生长和繁殖的重要条件，各种霉菌生长的最佳温度是不同的，由于接种液是试验菌种的混合液，所以标准一般选择的温度在25℃～30℃之间。一切生物的生存都离不开水分，霉菌也包括在内，通常当相对湿度大于65%时，孢子开始生长萌芽，随着湿度的提高，生长速度也加快，试验标准中规定的相对湿度一般在85%～100%之间。但必须强调的是，和温度相比，湿度更关键，霉菌菌丝只有在湿润的状态下才吸收营养，所以，保持试验结果的重现性需要控制好相对湿度。

试验持续时间一般选择在28d，对于防霉效果较好的样品，培养时间的长短不会对结果造成明显的影响，但对防霉效果不好的样品则具有较大的影响。之所以规定培养时间为28d，一是由于超过4周后样品霉变速度变慢，测试结果基本处于同一评价级别，二是节省时间，在保持试验结果重现性的基础上尽可能的缩短试验时间，提高试验效率。国内外塑料防霉试验标准培养温湿度和时间详见表3。

对于适用于塑料材料的测试标准，除ISO 846和ISO 16869 外，其他标准规定样品尺寸为50mm ×50mm 方片或圆片；ISO 846 标准中，不同的试验目的如外观评价、质量变化、厚度变化，样品尺寸要求也不相同。对于适用于装置或设备的标准，除了温湿度外还规定了风速与气流的大小，详见表3。

表3 国内外防霉标准试验参数比较 Table 3 Comparisions of testing parameters among different standards of moldproof test

3.5 防霉等级评价

防霉试验结果报告一般是记录样品外观的可见效果，借助显微镜或肉眼，根据长霉面积进行评级。各标准的评级方法详见表4。

表4 塑料防霉试验标准防霉等级评价方法 Table 4 Assessment criteria of standards of moldproof test of plastics

4 防霉试验标准选用与测试技术的几点建议[16-17]

（1）明确试验对象后选择试验标准，材料的霉菌试验不能取代装置或设备的防霉试验。尽管设备是使用通过防霉试验的材料构成的，但设备的结构更为复杂，一些沟壑、缝隙的地面难免积水藏灰，有必要按照装置或设备的测试标准来验证其防霉能力。

（2）ISO 16869 与ASTM G21 标准均为平板培养法但也存在区别， ISO 16869 是向样品表面覆盖无机盐培养基的接种方式，ASTM G21 是将样品放置在无机盐培养基上，菌液直接喷在样品表面。这两种方式导致的试验结果表明，ISO 16869 适用于防霉剂溶出型的测试样品，而ASTM G21 既适用于防霉剂溶出型的样品又适用于非溶出型的样品。

（3）样品接种前应对孢子活性进行检查。试验时一般选用无菌滤纸做阴性对照样品，一旦滤纸上霉菌生长不繁盛，无法判断是试验条件不佳还是菌种活性不够。为了试验结果的准确可靠，有必要进行孢子活性的检查。

（4）防霉试验测试周期较长，一旦意外发生如断电或试验条件失控，应会正确的试验中断处理，标准MIL-STD-810F 和 GJB 150.10A-2009 中规定了试验中断处理方法。

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[8]QB/T 2591-2003 抗菌塑料 抗菌性能试验方法和抗菌效果[S]. 北京：中国标准出版社，2003.

[9]GB/T 24128-2009 塑料防霉性能试验方法[S]. 北京：中国标准出版社，2009.

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