消毒措施的增加给墙面涂料带来的问题-成功的秘诀

作者 Steven Reinstadtler，基础设施营销经理 - 涂料，科思创公司，宾夕法尼亚州，匹兹堡

COVID-19疫情是由SARS-CoV-2病毒在全球的传播而引起的。由于COVID-19能在医疗设施表面传播扩散，它给医院和卫生保健专业人员带来了一系列挑战和痛苦。然而，最近这一严重问题加剧了一种已经存在的慢性病，这种情况下，许多微生物，如病毒（即流感和诺如病毒等）、细菌（即大肠杆菌、梭状芽孢杆菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌等）和其他微生物病原体，对患者健康造成巨大风险，医疗机构有专门的人员、程序和预算来控制或根除医疗相关感染（HAI），也称为医院获得性感染。由于这是一场持续的战斗，国家卫生保健组织，如疾病控制和预防中心（CDC）、联合委员会（TJC）和环境保护署（EPA），已经制定并定期更新医疗机构中HAI的严格指南。多年来，这些详细的方案在控制感染方面非常有效。然而，一些指导方针，包括使用苛刻的化学品和技术对建筑表面进行消毒，确实给医疗基础设施的某些领域造成了损失。这些强化措施的一个观察结果是，由于在该区域进行的活动和加强卫生预防措施的需要，医疗设施室的墙面涂层加速退化，反而被认为风险更高了。

对于医院管理者、设施管理人员和建筑界成员来说，他们关心的是满足当前的CDC和TJC指南以及EPA新出现的病毒病原体政策中加强的COVID-19预防措施，同时又不牺牲美观性和耐用性，可以对医院这种要用更严格的消毒剂进行更高频率清洁的环境，采用有针对性的建筑涂料技术。这种新型涂层技术需要在不牺牲外观的前提下，提高耐用性和抵抗清洁剂和消毒剂的能力。首先，我们必须了解当前和更新的消毒要求的状况、所涉及的化学品和程序、问题的严重性和蔓延性、诊断过程，以及不处理问题的有害影响等等。然后，我们可以回顾和比较可能的规范性治疗、基准测试方法和结果，以及与此主题相关“恢复”基础设施的案例。

观察状况及恶化情况

HAI会发生在所有护理机构环境中，包括医院、外科中心、门诊部和长期护理设施，如疗养院和康复中心等等。在过去的几十年里，随着越来越多的病人需要就医以及某些微生物对传统抗生素的持续耐药性，HAI已经成为人类生命的一大威胁。例如，仅在美国的医院，疾病预防控制中心每年根据医院收集的数据对HAI进行的统计表明，估计每年有170万人感染和9.9万人死亡，因手术感染的患者平均要在医院多呆6天半，出院后再次入院的可能性是其他病人的5倍，死亡
的可能性要高出2倍。据了解，外科感染每年在医疗保健支出中所占比例高达100亿美元。
COVID-19疫情增加了严格消毒的必要性和频率。2008年，美国疾病控制和预防中心修订了《医疗机构消毒和灭菌指南》，对关键区域进行了变更，如急诊室、手术室在每次患者使用期间和最终清洗期间的消毒方式。 2020年，环保署发布了《新兴病毒病原体方针》，对COVID-19疫情进行了具体指导。由于过去的原因和新的挑战，在医疗环境中，传统的墙漆主要面临三个主要的恶化情况：

• 现有消毒设施带来的磨损；
• 消毒化学品导致涂层表面降解；以及
• 新的消毒方法和设备。

清洁水平和垂直表面更容易使现有墙面涂料遭受更大的磨损，而这种磨损在过去可能没有暴露出来，而这样的磨损增加可由多种原因引起。首先，使用频繁的区域会影响墙面涂料的耐久性。当生物污染物可能因接触或飞溅而转移时，医院环境下的服务人员会定期清洁托盘桌和其他辅助设施附近的墙壁区域，这些区域可使用常用的预处理过的一次性湿巾进行清洁，湿巾应用1:10的次氯酸钠（漂白剂）溶液浸湿，以有效地应对传染性微生物。用一次性纤维材料和高浓度的漂白剂反复擦拭墙面，会导致传统的墙面涂料随着时间的推移而损坏，这就带来了卫生问题，因为连续的漆膜损坏会使多孔的干墙表面暴露，可能会吸收生物污染物，并使消毒过程更加困难。另外一个加重恶化的情况是，因美观原因而选择使用低光泽的墙面涂料。医疗界更喜欢为经常处于紧张状态的患者提供一个温暖、友好的环境，这些饰面类型通常无法像光泽涂料那样更加耐擦洗和耐磨损，为了尽量延长使用寿命，医院的管理人员和涂料配方设计师在重要区域，经常将丙烯酸乳胶漆的设计限制在光泽或半光泽涂料范围。

然而，磨损并不是造成墙漆损坏的唯一原因，有关消毒化学品和清洁剂及其强度的法规，对传统建筑涂料固有的耐化学性也提出了挑战。由于COVID-19，医院和医疗机构对垂直墙壁和水平地板区域实行了更为严格的清洁制度。最近，美国环保署制定了消毒剂产品清单List-N，其中规定了含有特定消毒剂的产品和控制病毒的接触时间，必须考虑接触时间，即表面明显湿润的时间，因为这些时间因产品和化学成分的不同而不同，这一点经常被忽视，因为大多数人把清洁表面等同于饭后擦桌子，然而，在医疗保健部门，医院工作人员在需要正确接触或保证停留时间以实现充分和彻底消毒方面得到过较好的培训。表1显示了List-N中有效成分和接触时间的简短的通用列表。

为了提高消毒剂的功效，许多被认为能有效消灭SARS-CoV-2病毒的产品是几种不同化学物质的组合混合物，考虑到墙面涂料或涂料的耐化学性，这些产品可能更具挑战。
使建筑墙面涂料的长期性能损坏的另一个相关因素是，对医疗环境关键区域进行清洁和消毒的几种方法和技术的出现。有两种方法特别相关：

• 通过无气喷涂进行表面消毒处理：这些喷涂装置专门配备了正确的建筑材料，以抵抗通常具有腐蚀性的消毒化学品，该设备通常会在墙壁、家具和其他相关设备上喷上一层含EPA List N清单化学品的薄膜，这种方法能有效地在短时间内覆盖大面积区域，具有正确的湿膜厚度，以符合EPA的接触时间。然而，缺点是，过度喷涂会导致消毒剂二次暴露在附近的墙壁表面上，增加了表面的主要化学品暴露，因此会加速涂层漆膜的降解。
• 自动化系统，如汽化过氧化氢、干雾灭菌系统和UV-C灯装置：较新的消毒和灭菌方法旨在减少医院环境服务人员的化学接触，或排除人员存在的更有效的消毒方法。在第一种情况下，自动系统用预先确定的产品浓度（如过氧化氢或臭氧）对房间和所有的内容物进行雾化。后一种情况，使用高能量UV-C灯装置对重症监护室的表面进行清洁或消毒。在这两种情况下，传统的墙面涂料会引发化学侵蚀，增加墙体表面的降解负荷，在UV-C方法中，还会导致某些墙面涂料类型的颜色发生变化。

在这些加重漆面损坏的情况下，除了医疗界的审美偏好外，通过与建筑师、顾问和医院设施所有者进行市场访谈，确定最严重的问题，并了解它们之间重要性的统计权重是很重要的。保护墙面涂料的三个主要特性已被反复分享，并成为新涂料技术开发中需要着重考虑的特性：即是低气味、耐久性和价格。 3 这些特性如图1所示。

基于这些所期望的特性，我们开展了一项研究，以确定普通医院建筑涂料和替代涂料的性能基准（表2）。接着开发了一种水性聚氨酯产品，并与基准数据进行比较，以说明关键理想特性的改进。水性聚氨酯涂料的低气味、耐用性和光泽度调节能力强等特点，在其他相关市场已得到验证。

解决问题的方法

我们研究了当前和更新的消毒化学品和程序，并生成了一份最常见消毒化学品的清单来进行测试。此外，根据与医院管理人员的讨论以及涂料制造商在这些目标环境中的建议，我们购买了几种建筑水性丙烯酸乳胶漆，并按照制造商的指示涂施为样板。另外我们在互联网上搜索“更高性能”和/或“保健”墙面涂料关键词，并根据随后两个涂料供应商网页上关于该主题的建议，选出了四种水性环氧涂料来进行测试。
几种双组分（2K）水性聚氨酯涂料技术也被考虑用于这种环境，因为它们具有理想的物理特性，包括：

• 对针对性强的消毒化学品，如漂白剂、季铵盐、过氧化氢等具有极高的耐受性。
• 针对高强度的擦洗和清洁过程，具有优异的耐磨损性。
• 趋零挥发性有机化合物（VOC）配方，具有优异的耐磨损性和耐化学性。
• 在医院环境中使用时气味最小。
• 具备多种高性能光泽选择，包括光泽，半光泽，蛋壳光和哑光等等。

我们用来自科思创的2K水性聚氨酯树脂和水分散性脂肪族固化剂，以及必要的颜料和助剂，按配方制备了样品，并测试了两种光泽等级。这些目标光泽度不是通过加入大量的消光剂（即二氧化硅消光剂）来实现的，而是通过配方中所使用的树脂来实现。以水分散性脂肪族固化剂为交联剂，配比为3:1。在墙面底漆上涂覆指导颜色配方涂料，湿膜厚度为4-6密耳，涂层干膜厚度约为2-3密耳，涂层的干燥时间从哑光配方的30分钟到高光泽配方的大约1小时不等，趋势是，当配方涂料光泽越低，干燥时间会越少。为了进行以下测试，我们使用了低光泽2K水性聚氨酯涂料，因为它代表了医疗界的审美需求，并可满足设施所有者对耐久性方面的最坏要求。

改进措施的测试
耐磨性和耐沾污性

墙板上先涂覆标准的墙面底漆，再涂覆测试用的涂料，老化7天以消除固化时间的影响。然后，用常用的消毒剂进行了几次擦洗试验，以确定饰面的耐久性。这些结果汇总在表3中。图2和图3为两张供比较试样的对比图。值得注意的是，碘基Betadine?产品由于具有很强的沾污性，容易给医院带来额外的问题。尽管Betadine会在2K水性聚氨酯涂层表面留下污渍，但可以用一次性含10%次氯酸钠的预先润湿的抹布来擦拭去除，同样的方法却无法在相应的丙烯酸涂料上使用，从而会导致漆膜损坏。

气味浓度与特性

气味是医院关心的主要问题，因此由一家独立的感官测试公司St. Croix Sensory进行了可量化的气味测试。该测试比较了2K水性聚氨酯墙面涂料技术与其他几种推荐用于医院环境的丙烯酸和环氧墙面涂料，在总体气味强度和愉悦度方面，2K水性聚氨酯墙涂层技术的表现要等同或优于性能最好的替代品。例如，当涂料气味强度按丁醇标准进行测量时，2K水性聚氨酯墙面涂料技术相当于医院推荐的性能较差的丙烯酸，因其气味超低，零VOC，且远低于水性丙烯酸环氧树脂。对于愉悦度而言，它决定了被试基材发出气味的整体愉悦度，2K水性聚氨酯墙面涂层技术比其他被试涂层表现得更好，并且是唯一跨越到评级正数的涂层。这些结果见表4。

评估方案是否解决了问题

在表3所示的测试方案中，双摩擦测试显示了涂层的耐用性和清洁性，2K水性聚氨酯墙面涂料技术在耐清洁剂方面要优于单组份水性丙烯酸（1K），1K环氧树脂和2K环氧 树 脂 ， 这 些 清 洁 剂 主 要 为 行 业 标 准 产 品 ， 如 用 于SARS-CoV-25 消毒的10%漂白剂溶液。丙烯酸3、环氧A、环氧B、环氧C、2K环氧树脂和2K水性聚氨酯墙面涂料技术耐Ecolab Disinfectant Cleaner?的性能要优于丙烯酸1和丙烯酸2。2K水性聚氨酯涂料技术也比丙烯酸和环氧树脂具有更好的耐Betadin的沾污性能。从表4的气味测试表明，从强度和特性两方面考虑，2K水性聚氨酯墙面涂料的整体气味接受度最好。

涂料的气味、耐久性和清洁性，是医院管理人员最头疼的地方，研究结果表明，2K水性聚氨酯墙面涂料技术的综合性能最好，可以很好地满足这些要求。

然而，我们与医院管理决策层讨论了其他需要的特性， 6包括使用低光泽涂料的能力，以赋予房间所需的美感，这可以用传统的涂料来完成，但是用于降低光泽的助剂会降低耐磨性并增加墙面的污垢附着。因此，设施拥有者主要出于耐久性考虑，偏爱光泽或半光泽饰面。 7 如前所述，在2K水性聚氨酯涂料技术中使用的树脂会在成品漆中与光发生固有的相互作用，从而会使涂层光泽度降低，而无需添加大量会降低漆膜性能的消光剂。

另一个影响油漆或涂料使用的因素是维护总成本，也是建筑师需要对客户负责任的地方，总成本是在规定的时间内人工和涂料成本的总和，在图4所示的例子中，一组使用频率很高的手术室，由于使用强力消毒清洁剂进行反复清洁，每年大约要重新粉刷四次，在这个经济瀑布中，水性丙烯酸涂料的典型应用成本基于油漆承包商、设施管理人员和环境服务人员的多重投入。我们将几个手术室转换为2K水性聚氨酯墙面涂层技术，进行了5个周期的比较，列出了随后的成本，红色部分的额外费用产生，来自于2K体系无法准确配比一个房间所需的具体涂料量，这一浪费与4倍的涂料使用量相比就显得相形见绌了，且它还是基于更高的耐久性和至少5倍的使用寿命的，最大节余的实现来自如图第四栏所示的劳动力成本的大幅降低，这些降低的成本也支持了设施所有者更多地使用医院自己的员工来当油漆工的愿望。最后，接受采访的医院服务人员表示，与其他涂料相比，2K水性聚氨酯涂料的表面光滑，因此清洁时间得以略有缩短，这转化为了第五栏所列的成本。总的来说，数据显示，基于2K水性聚氨酯技术的涂层具有优异的性价比，有效减轻了医院管理人员的一些维护成本的问题。

虽然这些节省成本的操作只针对一块高风险房间，但也意义重大，了解可能从这些节省中获益的医疗资产的范围是很重要的，这些资产中短期可见的部分可以从公布的调查数据中得到。例如，美国医院协会（AHA）对美国医院进行了年度调查。2018财年AHA年度调查的数据表明，美国有6146家医院拥有约98,000间重症监护室，由于多种原因，包括暴露于粘膜或非接触性皮肤而被认为是关键区域，这些情况增加了发生HAI的概率，需要采取特定的消毒和灭菌标准措施。这项研究没有考虑到这些医院的其他高风险区域，如急诊室和手术室。 8 此外，研究没有考虑门诊设施、急诊设施和初级保健医师办公室，这些设施都在相同的消毒指南下运作。

对未来的预测

COVID-19疫情提高了高风险医疗环境中清洁工作的力度和频率，再加上现有的指导方针，因此在医疗建设环境中需要更持久、更耐化学腐蚀的解决方案。2K水性聚氨酯建筑墙面涂料技术能满足建筑师、设施管理人员和设计专业人员所需的多种性能。也就是说，该项技术结合了极低的VOC、低气味水平和极高的耐久性（以耐化学性和耐擦洗性来衡量），这种独特的性能组合非常适合用于需要低气味和高性能的医疗环境，2K水性聚氨酯技术的使用为涂料配方提供了选择，可显著减少重涂次数，并能在不牺牲耐久性或增加污垢吸附的情况下降低涂层的光泽。

参考资料：

1 Patient Care Link, https://patientcarelink.org/improving-patient-care/healthcare-acquired-infec-tions-hais, 2020.
2 Centers for Disease Control and Prevention,“Guideline for Disinfection and Sterilization in Health-care Facilities”, Atlanta, GA. Centers for Disease Con-trol and Prevention, 2008.
3 Interviews with multiple architects, facility manag-ers, and consultants in the U.S., 2012-2020.
4 Reinstadtler, S.R. Environmentally Friendly Graf-fiti Resistant Coatings, SSPC Conference, February 2010.
5 https://www.cdc.gov/infectioncontrol/guide-lines/disinfection/disinfection-methods/chemical.html.
6 Reinstadtler, S.R. New Architectural CoatingsTechnology Targeted At Stricter Hospital Infection Proto-cols, SSPC PACE Show, February 2012.
7 Reinstadtler, S.R. High Performance Wall Coatings Targeted at Stricter Hospital Infection Protocols, AIA Conference, June 2018.
8 2018 AHA Annual Survey Fast Facts, American Hospital Association,https://www.aha.org/statistics/fastfacts-us-hospitals.