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GB 21551.2-2010中抗菌技術的解決(2015年)

    目前,40%的(de)工程塑料應用在家(jia)電(dian)中。隨著家(jia)電(dian)的(de)多樣化(hua)(hua)與藝術化(hua)(hua)，塑料制(zhi)造業(ye)(ye)也必(bi)須配合它的(de)升級換代(dai)，逐步向專(zhuan)業(ye)(ye)化(hua)(hua)、高(gao)性能化(hua)(hua)、安全(quan)、綠(lv)色環保方向發(fa)展。同時隨著人們(men)對健康的(de)愈加重(zhong)視，對家(jia)電(dian)產(chan)品技術更新上有了(le)(le)更高(gao)的(de)要(yao)求，尤其是家(jia)電(dian)的(de)抗菌和(he)殺(sha)菌功(gong)能提出了(le)(le)更高(gao)更規(gui)范的(de)要(yao)求[1]。海爾(er)集(ji)團(tuan)(tuan)、美的(de)集(ji)團(tuan)(tuan)、格力集(ji)團(tuan)(tuan)、格蘭仕集(ji)團(tuan)(tuan)、海信集(ji)團(tuan)(tuan)、TCL集(ji)團(tuan)(tuan)以及日本松下公司、韓國(guo)三星公司、美國(guo)惠而(er)浦公司等這些國(guo)內(nei)外抗菌家(jia)電(dian)巨頭紛紛推出自己的(de)抗菌家(jia)電(dian)產(chan)品。家(jia)電(dian)行業(ye)(ye)是抗菌材料應用范圍(wei)最(zui)廣、最(zui)成熟的(de)領域。

     我國是(shi)世界上抗菌家電發(fa)展較快的(de)國家，自2003年SARS事件后，抗菌家電的標準化被提到議事日程。經過社會多方努力，從2008年后國家技術質量監督檢疫總局陸續頒布實施了家電抗菌、除菌的一系列標準，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、空調器的特殊要求》5項家電抗菌標準正式開始實施。這是我國抗菌行業頒布實施的首批強制性國家標準，這些標準對規范和促進抗菌功能家電的發展起到了里程碑式的作用。
    標準對空氣凈化器、電冰箱、洗衣機、空調器等家電需要具有抗菌功能的部件進行分類，規定具體的抗菌防霉指標要求。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菌的部件采用抗菌材料從而達到殺死細菌或抑制細菌生長的目的。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，能在一定時間內抑制細菌生長、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現自潔的作用，屬于被動型殺菌。抗菌材料可以在一定時間內（國際上通行的檢驗標準為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象。目前常用抗菌材料有效成分主要添加有機抗菌劑和無機抗菌劑。
    有機類(lei)抗(kang)菌(jun)(jun)(jun)劑(ji)的(de)(de)(de)抗(kang)菌(jun)(jun)(jun)原(yuan)理(li)主(zhu)要是破(po)壞(huai)微生物(wu)(wu)呼吸(xi)系統及破(po)壞(huai)微生物(wu)(wu)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)壁來達到殺菌(jun)(jun)(jun)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。無機類(lei)抗(kang)菌(jun)(jun)(jun)劑(ji)的(de)(de)(de)抗(kang)菌(jun)(jun)(jun)原(yuan)理(li)是抗(kang)菌(jun)(jun)(jun)的(de)(de)(de)主(zhu)要成分會逐漸從高聚合(he)物(wu)(wu)中釋放出(chu)來，吸(xi)附(fu)在細(xi)(xi)(xi)菌(jun)(jun)(jun)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)壁表面，阻止細(xi)(xi)(xi)菌(jun)(jun)(jun)代(dai)謝，并結合(he)細(xi)(xi)(xi)菌(jun)(jun)(jun)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)內(nei)酶(mei)的(de)(de)(de)巰基(ji)破(po)壞(huai)酶(mei)的(de)(de)(de)作用，殺死細(xi)(xi)(xi)菌(jun)(jun)(jun)，當(dang)細(xi)(xi)(xi)菌(jun)(jun)(jun)死亡后，失去電性，又部(bu)(bu)分或全部(bu)(bu)游離出(chu)來，再去殺死其他微生物(wu)(wu)。

2 抗菌母(mu)粒[9-12]
    抗菌材料實現抗菌功能主要有兩種方式：直接法和母粒法。抗菌母粒是把抗菌劑引入材料基質中，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》標準附錄D，提供了部分具有抗菌功能的家用和類似用途電器應該具有抗菌功能的零部，基于附錄D進行分析，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(yong)和類似用(yong)途電器產品(pin)抗(kang)菌零部件目錄

產品名城	具有抗菌功能的制品（部件）	技術要求
冰箱	內膽、門襯、果(guo)蔬(shu)盒、瓶筐、門把手	抗細菌
	門封條	抗細菌/霉菌
空調	進風柵、風向板	抗細菌
	接水盒、過濾網	抗細菌/霉菌
波輪洗衣機	外桶、內桶、波輪、進水管	抗細菌/霉菌
滾筒洗衣機	外桶、內桶、窗襯、進水管(guan)	抗細菌/霉菌
消毒柜	塑(su)料內(nei)膽、門(men)襯、把(ba)手、隔板、面(mian)板	抗細菌
	門封條	抗細菌/霉菌
吸塵器	機(ji)身外(wai)殼(ke)、軟管組件、吸頭（長頭、短頭、地毯刷、集塵(chen)袋）	抗細菌
熱水器	開關和噴頭	抗細菌
微波爐	爐腔、門(men)體、門(men)框、開關(guan)、旋鈕	抗細菌
冷柜	塑(su)料(liao)內膽(dan)、門(men)襯、把(ba)手	抗細菌
	門封條	抗細菌/霉菌
空氣殺菌解毒機	開關、按鍵、面(mian)板(ban)和內部塑(su)料部件(jian)	抗細菌
殺菌加濕器	開關、按鍵、面板和內(nei)部塑料(liao)部件，儲水(shui)盒	抗細菌
洗碗機	塑料內膽、門(men)襯、門(men)封條、按鍵（開關）和金屬外殼的表面涂層	抗細菌
飲水機	龍頭開(kai)關、外部(bu)接(jie)水盒、大頂蓋及電源(yuan)開(kai)關等各種按(an)鍵(jian)	抗細菌
	聰(cong)明頭、聰(cong)明座、內部水桶、出水管(guan)、出水龍頭	抗細菌/霉菌
遙控器	按鍵、外殼	抗細菌

 
    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襯，電視機、計算機、錄音錄像機、空調、吸塵器、電話機、電子琴及其他小家電的殼體和內部結構件等，如家電中的外部透明件及冰箱的內部透明件就是采用透明ABS樹脂制作的。ABS樹脂由于其結構的特殊性導致抗菌劑的表面析出困難，單一成分抗菌劑很難達到有效的抗菌效果。因此ABS樹脂添加的抗菌母粒需要根據最終制品的不同使用要求采用不同的抗菌劑進行復配。   
    2.2 PS基材
    PS材料在冰箱中應用較多，例如冰箱的門襯、內膽、抽屜等。這里要重點分析冰箱內膽用抗菌母粒，我國冰箱生產廠家的冰箱內膽普遍采用HIPS，少量使用ABS。采用HIPS材料內膽分為HIPS基層與高光層，冰箱內膽要達到抗菌要求，HIPS基層與高光層都需要添加抗菌母粒。由于高光層經過多面拉伸最終產品中高光層特別薄，單一通過高光層添加抗菌母粒達到抗菌效果，需要增加抗菌劑的濃度，容易因分散困難而產生類似針孔等缺陷，導致廢品率升高，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散到材料表層即高光層，而且保證冰箱內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難點就是解決好滿足上述兩個基本性能要求。目前已經有廠家通過了該抗菌母粒的CQC認證，解決了此技術問題，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、性能好等優點部分取代HIPS和ABS樹脂在家用電器產品上應用。
    PP在家電中的應用部位主要包括：波輪洗衣機和滾筒洗衣機的內桶、外桶、波輪等部件；冰箱的瓶筐；空調的接水盒等。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產品替代聚苯乙烯產品以降低成本，于是出現大量的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、有機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。
    2.4 PVC基材
    PVC材料主要作為家電的門封條材料使用，門封條的異型結構導致其難以清理，而且在使用2～3年后門封條就會變黑、發霉、滋生細菌,同時發霉后材料老化性能下降，可能會出現密封不嚴等問題，導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
    家電中橡膠類應用最典型的部件就是滾筒洗衣機的窗襯，作為洗衣機重要部件之一的觀察窗墊，其主要作用是將洗衣機入口外殼與洗衣機內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、發霉、滋生細菌,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的，發霉后會導致材料老化性能下降，可能會出現密封不嚴等問題，導致觀察窗墊使用壽命縮短，增加了使用成本。
    實(shi)驗證明(ming)[9]添加抗(kang)菌(jun)(jun)防(fang)霉成分的觀察(cha)窗墊按照《HG/T 4116-2009滾筒洗衣機(ji)門封橡(xiang)膠門封》標準(zhun)中性(xing)能(neng)(neng)檢驗標準(zhun)進行老(lao)化實(shi)驗，在材料性(xing)能(neng)(neng)合格的同時仍能(neng)(neng)保持很好的抗(kang)菌(jun)(jun)效果。證明(ming)添加抗(kang)菌(jun)(jun)防(fang)霉成分的觀察(cha)窗墊在抑制細(xi)菌(jun)(jun)霉菌(jun)(jun)生長(chang)的同時并(bing)不影響其他性(xing)能(neng)(neng)。

3 抗菌材料(liao)的成(cheng)型(xing)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。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到一定的抗菌效果），按照工藝設定，注塑打樣，得到具有抗菌功能的家電部件。
    處理不(bu)同的家電部件(jian)，可以選擇(ze)相適(shi)用的抗(kang)菌劑(ji)，以取得抗(kang)菌效(xiao)力、安全性、成本(ben)等(deng)方面的平衡。總的來說，這類(lei)抗(kang)菌劑(ji)應具有高(gao)效(xiao)、廣(guang)譜、時效(xiao)長(chang)、無(wu)異味、對(dui)人體無(wu)毒、對(dui)環(huan)境無(wu)公(gong)害等(deng)要求(qiu)，且在產品制造過程中，與生產工(gong)藝相匹配，易(yi)于加(jia)工(gong)。

4 抗(kang)菌家(jia)電的(de)相關(guan)標準
    抗菌家電作為目前家電市場的一種營銷賣點，成為一種潮流。放眼家電市場，標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場演示，不能直觀的展現，因此人們對此類產品的真實抗菌、除菌功能也存在質疑。而相關標準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(nian)9月15起(qi)洗衣(yi)機、空(kong)(kong)氣凈(jing)化(hua)器(qi)、冰(bing)箱(xiang)、空(kong)(kong)調(diao)的(de)除(chu)(chu)(chu)菌(jun)(jun)(jun)標(biao)(biao)(biao)準(zhun)及家電(dian)(dian)用抗(kang)(kang)菌(jun)(jun)(jun)材料(liao)的(de)除(chu)(chu)(chu)菌(jun)(jun)(jun)標(biao)(biao)(biao)準(zhun)等5項(xiang)強制(zhi)性家電(dian)(dian)抗(kang)(kang)菌(jun)(jun)(jun)標(biao)(biao)(biao)準(zhun)正式(shi)開(kai)始(shi)實施。新規要求(qiu)，具有(you)(you)除(chu)(chu)(chu)菌(jun)(jun)(jun)、抑菌(jun)(jun)(jun)、殺菌(jun)(jun)(jun)、抗(kang)(kang)菌(jun)(jun)(jun)功能(neng)(neng)的(de)洗衣(yi)機、空(kong)(kong)氣凈(jing)化(hua)器(qi)、冰(bing)箱(xiang)、空(kong)(kong)調(diao)，必須通過國家相應的(de)標(biao)(biao)(biao)準(zhun)檢測(ce)合格后，才能(neng)(neng)在(zai)市場上銷售(shou)。同時(shi)中國質量認(ren)證(zheng)中心（英(ying)文縮寫(xie)CQC）研發并推(tui)出了家用和類似用途(tu)電(dian)(dian)器(qi)的(de)抗(kang)(kang)細(xi)菌(jun)(jun)(jun)和抗(kang)(kang)霉菌(jun)(jun)(jun)材料(liao)認(ren)證(zheng)業務[12，13]。這(zhe)意(yi)味著家電(dian)(dian)抗(kang)(kang)菌(jun)(jun)(jun)除(chu)(chu)(chu)菌(jun)(jun)(jun)性能(neng)(neng)檢測(ce)有(you)(you)標(biao)(biao)(biao)可依、有(you)(you)據可查，除(chu)(chu)(chu)菌(jun)(jun)(jun)家電(dian)(dian)不再(zai)由廠(chang)家自封，必須得“持證(zheng)上崗”。

5 結語
    隨(sui)著人(ren)們的健康(kang)環(huan)保(bao)、節能降耗、理性(xing)消費(fei)的意(yi)識(shi)越(yue)來越(yue)強(qiang),健康已成為每位消費者的追求，健康家電的需求會不斷加強，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。
    海爾科化為洗衣機及健康家電產品開發了整套的抗菌防霉技術，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。海爾集團率先在國內開發第一臺抗菌洗衣機，并隨之開發了抗菌消毒復合功能型洗衣機，滿足了市場各種需求。隨著科技的發展，抗菌技術在家電中的應用會不斷擴大，更多先進技術也會應用到家電中，抗菌家電也將為更多的消費者所青睞。
 
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[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《滾筒洗衣機門封橡膠門封》
[13]CQC 16-304601-2013 《家用和類似用途電器的抗細菌和抗霉菌材料認證規則 》

注：本文(wen)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