抗菌涂料指南

作者：Atul Tiwari，博士，CEO，Flora Coatings公司，亚利桑那州，凤凰城

现代世界充满了惊人的发现和创新，有了科技，人类就能不断改进和创造新事物。涂料种类繁多，可用于覆盖于大量不同的表面上，抗菌涂料就是其中一个例子，它是真正的科学礼物，这类涂料由具有许多优点的复合材料所制成。除了像普通涂料那样影响表面外观之外，还发挥着重要的保护和预防作用。抗菌涂层也被广泛用于保护表面和人类。通过本指南，您可以了解到关于抗菌涂料的所有细节，从使用的材料到收益和风险等等。

何谓抗菌涂料?

抗菌涂层主要利用化学物质，通过干扰细胞膜来阻止病原体的生长。通俗地说，抗菌涂层是在表面涂上化学制剂，来阻止致病微生物的生长。除了增加表面的耐用性、外观、耐腐蚀等特性外，这些涂层还能防止有害、致病的微生物。

对抗菌涂料的需求

据欧洲疾病预防和控制中心透露，每年有400多万人受到卫生保健相关（HCAI）的感染，造成3.7万人的死亡。抗击HCAI是全球卫生保健部门面临的重大问题，在西方国家，HCAI是第六大致死原因，而在发展中国家，情况则更为糟糕。

除了医疗设备/表面外，人们对保护表面不受细菌和微生物侵害的需求正在增加，也更为普遍。从表面、设备和墙壁，到纺织品和食品，一切都容易受到微生物的影响，这些微生物最终会进入人类体内。人们也不可能一直对表面进行清洁、消毒或使用强力化学药品来防止细菌的生长。在这种情况下，抗菌涂料似乎是最好的选择，而且使用起来十分简单方便，只需在表面涂上抗菌涂料，则拥有了一个更安全和长期的解决方案。

抗菌表面是如何产生的?

通过两种方法，可获得阻碍微生物生长的表面。第一种方法为物理改性，包括材料改性和表面粗糙度的改变。第二种方法涉及化学变化。化学变化包括聚合物的接枝、超疏水表面、纳米材料和涂料的使用等等。涂料又包括自清洁涂料和含有抗菌助剂的涂料。在选择最合适的抗菌涂料时，要牢记被涂覆对象的安全水平、行业规范和具体用途。

抗菌涂料使用何种材料?

• 石墨烯材料：石墨烯材料由富勒烯、石墨、石墨氧化物、原始石墨烯片和石墨氧化物等抗菌材料组成。这些材料可以破坏细菌细胞膜、氧化应激和诱捕微生物，从而影响微生物的生长。

• 类石墨烯二维材料：原材料和化学剥离的MoS2片被用作类石墨烯二维材料，因为它们具有抗菌活性。

• 聚阳离子水凝胶：聚阳离子水凝胶由壳聚糖接枝聚（乙二醇）甲基丙烯酸酯-聚（乙二醇）二丙烯酸酯为基础的抗菌水凝胶组成，这种物质被认为是导致微生物死亡的因素。

• 银纳米颗粒：银纳米颗粒在1-10纳米范围内具有杀菌作用，其作用取决于其粒径的大小。

• 聚合物刷：抗菌涂料中使用的聚合物刷有三种：功能化聚合物刷、杀菌聚合物刷和无污染聚合物刷。

• 树枝状大分子：由于树枝状大分子能够穿过细胞膜而被用于抗菌涂料。

• 铜及其合金：铜及其合金，如青铜、黄铜、铜镍锌和铜镍合金，都是已知的天然抗菌元素。这些元素可以抑制致病微生物的生长并摧毁它们。

如何对抗菌涂料进行测试？

目前还没有关于抗菌涂料功效的具体测试和方法。然而，不同的组织已经开发了几种符合行业标准的测试方法，其中一些测试是由美国材料与试验协会（ASTM）、美国纺织化学家和染色家协会（AATCC）、日本工业标准（JIS）和国际标准化组织（ISO）共同制定的。这些测试有助于衡量抗菌涂层在对抗微生物生长和存活方面的性能。上述测试主要为特定领域、材料或抗菌技术而设，因此，方法的选择很困难。然而，制造商的抗菌涂料标准ISO22196（JIS Z 2001）就可以成为参考。此外，ASTM G21或AATCC方法30第三部分抗真菌试验方法，用于检测暴露1小时后抗菌活性的ASTM E2149，用于检测纺织品暴露24小时后抗菌活性的ASTM E2180都可以参照。此外，ASTM G21还可用于测定产品对黑霉菌和真菌的功效。

抗菌涂料用于何处？

如今，抗菌表面涂层除了用于医疗保健行业外，还应用于多种消费品和工业应用上，例如：

•工业

• 商业

• 建筑产品

• 户外

• 家居用品

抗菌涂料的一个基本应用是在医疗领域。所有医疗机构都面临着高HCAI的风险，抗菌涂层有助于减少细菌通过开关、门把手等公共区域的传播。此外，抗菌涂料还被广泛用于导管、外科器械、医疗电子设备、医疗器械、托盘等，以将医疗过程中的感染风险降至最低。现在甚至还被用于医院织物，包括手套、外科口罩、伤口敷料、绷带、医院用织物和无纺布医院用纺织品等等。这一领域的创新也让这些涂层被用于医疗植入物中。

抗菌涂料可用于学校、办公楼、餐厅、公共场所和住宅楼等各种建筑物领域，长期保护人们免受致病微生物的侵害。也被广泛用于维持空气处理系统中的室内空气质量，如通风、供暖、空调、天花板和风扇等。该涂料能有效地防止各种表面的霉菌生长和再生，如汽车部件、墙壁、天花板管道等。

抗菌涂料也进入了食品行业，应用于食品加工单位、乳制品、大规模生产以及生产过程中使用的器皿和容器中。在纺织行业，有助于提高织物的耐用性、新鲜度和耐沾污性。

抗菌涂料的优点

如前所述，抗菌涂料在最需要的工业和保健领域都得已广泛应用，而且，在家居方面的使用也普遍增加了。以下是这些涂料的主要优点。

防止微生物污染

首先，这些涂层表面可以防止细菌、真菌、藻类、霉菌等各种微生物的生长。研究表明，在表面施涂可以抑制不同微生物的生长。只要涂层被涂在表面上，表面就变成了不适合微生物生长和生存的环境。还可以防止染色、难闻的气味或应用表面降解等现象产生。

减少消毒剂的使用

在表面涂覆抗菌涂料，将减少公共设施中对付顽固微生物所需的强力清洁剂和消毒剂的需求，同时也会逐渐减少在建筑物（特别是医疗设施中）使用这些清洁剂对环境造成的不利影响。

健康与卫生

以办公室、学校或医院为例，这些地方人群聚集，因此感染传播疾病的可能性很大。表面抗菌涂层的存在，很大程度上有助于对抗感染或疾病的传播。这些涂料可以用于保护那些大量的易传播点，如门把手、开关、栏杆和家具等。此外，还能减少空气中的细菌，使环境更卫生。

具成本效益

抗菌涂层有助于降低维护成本。当涂层被应用在表面时，可以防止染色、变色、析出或其他影响物体外观的因素，节省了额外的维护需要或更换这些物体的经济负担和劳动力。

增加使用寿命

抗菌涂料的维护与微生物防护，增加了被涂覆对象的使用寿命，因为它们可以防止因微生物活动引起的变色、异味和其他损害。

提高基础设施的价值

抗菌涂料不仅保护了表面，而且提升了整个基础设施的标准。这些涂料的存在使企业能够为员工提供一个更安全、更清洁的环境。在表面使用这些涂料传递了一个更积极的信息，即公司、团体组织确实关心他们为人们提供的安全和环境，无疑增加了大楼及其整体基础设施的价值。

抗菌涂料有哪些风险？

虽然抗菌涂料有巨大的好处，但也有它的缺点。在表面使用抗菌涂料的各种相关风险包括：

• 抗菌涂层会释放出活性成分，这些成分可能会慢慢进入生态系统，长远来看会对健康造成危害。

• 含有银、锌和铜的涂料释放出的活性成分可能会对鱼类、甲壳类动物、藻类等产生毒性影响。而被鱼类吸收的这些有毒成分最终会被人类吸收。

• 同样，在织物上使用抗菌涂料来防止微生物生长，可能会导致毒素进入废水，最终危害海洋环境。

• 缓慢注入和释放的活性纳米成分可能会产生不同的或新的适应性微生物，如耐药细菌。

以上大多数风险都是由生物杀灭抗菌涂料析出成分杀死微生物造成的。Flora涂料公司已经开发出一种叫做Invesil的生物静力抗菌涂料，它不会析出成分，因此也很安全。

使用安全

新兴和新鉴定健康风险科学委员会（SCENIHR）坚持“谨慎使用抗菌剂”，因此，设计安全的抗菌涂料已成为普遍需求，人们开始提倡安全的设计理念，强调了设计一种消除有害物质的产品的必要性，强调了对涂层中抗菌元素释放的控制。也可以设计成只针对某些特定微生物的涂料，而对其他细菌不产生影响。此外，还需要使用适当的生产工艺来满足所有的安全要求。有一项研究就建议要对医院废水进行处理，以防止其对海洋生物造成影响。

新技术随着这一领域的各种研究而不断发展。聚合物、安全的杀菌表面和其他创新技术已被用于消除抗菌涂料的不良影响。现在，产品的设计会优先考虑安全、方便和成本效益。

今天，在适当的安全规范和最大限度的谨慎下，技术被广泛应用于医学领域。就人体内的医用植入物而言，细菌感染的几率很高。而且，常常很难取出和替换种植体。因此，
在植入人体之前，医用植入物需要使用无毒、生物稳定和生
物相容的抗菌剂来处理。

什么是抗菌和抗病毒涂料？

众所周知，细菌是活的微生物，可以在抗菌剂的帮助下被杀死，而病毒是一种非活的病原体，不能被杀死，只能使其失去活性。此外，病毒有一个带负电荷的外膜，可被溶剂、特定的紫外线频率、热、尖峰、极正电荷或金属离子干扰破坏。大多数质子化溶剂，如酒精和表面活性剂(或肥皂)都可以破坏病毒的外部蛋白质。一旦蛋白质被破坏，病毒就不能附着在细胞上，转移或改变人类核糖核酸（RNA）。理论上，抗病毒涂层的厚度必须大于表面的平均粗糙度。大多数固体表面的平均粗糙度在微米范围内。因此，可以假定有效涂层的厚度将在微米范围内。有许多商业产品声称通过涂层可以使病毒失活。然而，由于缺乏适当的测试方法，这类说法的准确性受到了质疑。

抗菌涂料的市场情况如何？

根据Grand View的研究报告，2015年全球抗菌涂料市场价值估计为24.4亿美元。2019年的报告指出，预计在2019年至2024年间，该市场的复合年增长率为11.5%。2019年，抗菌涂料市场达到了28亿美元，到2024年，预计将达到54亿美元。由于当前COVID-19的疫情危机，普遍认为抗菌涂料市场将显著增加，对抗菌涂料的需求包括银、铜和其他抗菌涂料等等。

主要应用领域包括：

• 医疗

• 室内空气质量系统

• 霉菌修复

• 纺织品

• 食品和饮料

• 建筑和施工

全世界各国政府都在关注HCAI，而抗菌涂料被认为在防止感染传播方面起着至关重要的作用，因此，对抗菌涂料的需求也在增加。北美和欧洲的市场正在稳步增长，这些国家的政府正在采取大力措施，提高人们对这些涂料用途的认识。因为美国的医疗和生活水平很高，北美是最大的市场。欧洲和北美的政府已经对HCAI实施了严格的规定。银类抗菌涂料在北美需求量很大，市场上的一些主要制造商为：

• 艾仕得涂料系统

• BASF

• 阿克苏诺贝尔

• RPM国际

• PPG工业

• 宣伟

抗菌涂料的前景如何？

抗菌涂料行业充满活力。不断进行的研究与创新，将继续为各行业提供更好、更安全的抗菌涂料，且价格合理。北美和欧洲国家需求的稳定增长，会继续推动这方便的研究，亚太、非洲、拉丁美洲和中东地区的需求也在增加。此外，有大量的呼声要求有控制的释放方法，所有这些因素和创新，都导致了需求的急剧增长。未来的抗菌涂料必须通过集成来实现所有功能。同时，对抗菌涂料的需求将延展到越来越多的公共建筑领域。未来，几乎所有的建筑物都可以使用抗菌涂料，这是一种既可以把细菌挡在外面，又可以保持健康环境的简单方法。

结论

抗菌涂料市场在需求方面的快速增长，以及改进的呼声，正在为未来市场的新局面铺平道路。该行业正经历多个方向的增长，一方面，由于人们对这些涂料优点的认识提高，全球需求将急剧增加；另一方面，市场力量给该领域施加压力，使其进行进一步的研究，将导致在安全性和成本方面更好的产品。此外，新材料和新领域也在探索中。看来，抗菌涂料行业很快就会迎来一场历史性的革命。

免责声明：本文旨在教育或告知读者关于抗菌涂料的技术。无人试图为任何产品背书，或对一种产品与另一种产品进行比较。文中所写的是作者的观点，与Flora涂料公司无关。本文所示信息是作者所知的最佳信息，并不完全准确。

本文收录在《PCI中文版》杂志2020年09月刊中