抗菌涂料及其应用

时间:2020-03-11 12:16:28 来源: 点击量:

 
1.0 引子
新型冠状病毒肺炎疫情肆虐神州之时,也正是“一方有难、八方支援”传统美德弘扬之际。自疫情发生以来,来自全国各地区、各名族、各行业的援助就一直源源不断向疫区进行汇集,谱写出一曲新时代的中华赞歌。
这芸芸援助群体当中,自然不乏涂料企业身影。他们以实际行动,涂刷出涂料人的七彩爱心。且看一例:
全国卫生产业企业管理协会抗菌产业分会和中关村汇智抗菌新材料产业技术创新联盟理事单位——三棵树集团在第一时间捐助人民币1000万元用于支援武汉抗击疫情工作。不仅如此,其旗下的大禹九鼎专业防水公司组建先锋队,将捐助物资——抗菌涂料争分夺秒连夜交付雷神山医院建设指挥部。其北京大客户团队及天津工厂组成抗疫驰援先锋队,在北京小汤山医院启动修缮之际,第一时间捐赠抗菌涂料并进行现场勘察和施工指导。另外,三棵树还分别向宁夏银川市第四人民医院、福建龙岩康山医院、安徽省宿州市第三人民医院捐赠了抗菌涂料。
然而这还不是全部,江苏晨光集团在向常州市武进红十字会捐赠80万元善款的同时,还向全国医院系统陆续捐赠数百万元的抗菌涂料。广东美涂士集团有限公司则捐赠价值1000万元的抗菌涂料。德爱威(中国)有限公司向北京小汤山医院修缮工程捐赠抗菌涂料……
 
2.0 抗菌涂料
在这些企业的一连串捐赠物资名单里,无一例外都出现了“抗菌涂料”的名字。那么,什么是抗菌涂料呢?
我们知道,微生物在自然界中无处不在,即使是涂料中也不例外。比如,水性涂料主要由乳液、颜料、填充料、助剂和水组成,这就为微生物生长创造了良好条件,温度适宜时微生物会在罐内生长繁殖产生代谢作用,从而引起涂料气味、色泽、粘度的变化,造成产品变质。因此,为了防止微生物在产品储藏和使用过程中的生长繁殖,保护涂料产品不被破坏,须在水性涂料中加入杀菌防腐剂。
表1:引起乳液和涂料腐败的主要菌属
英文名称 中文名称 Providentia rettgeri / Flavobacterium odoratum 芳香黄杆菌 Enterobacter aerogenes 产气肠杆菌 Pseudomonas versicularis / Escherichia coli 大肠杆菌 Alaligenes faecalis 粪产碱菌 Pseudomonas aeruginosa 铜绿色假单胞菌 Escherichia coli 大肠杆菌 Enterobacter cloacae 阴沟肠杆菌 Rhodopseudo - monas capsullatan 荚膜红假单胞菌 Bacillus subtilis 枯草杆菌 Staphylococcus aureus 金黄色葡萄球菌 Sterephylococcus lactis 乳酸链球菌 Proteus vulgaris 普通变形杆菌 Flavobacterium marinum 海生王杆菌 Sarcina flava 黄色八叠球菌 B.mycoiacs 覃装芽孢杆菌 M.canaiaus 念珠小球菌 注:NCIMB—National Collection of Industriial and Marine Bacteria,Abewrdeen,UK. 即英国阿拉伯丁国家工业和海洋细菌收集中心 涂料在使用后依然会遭受到微生物的侵蚀。在潮湿、闷热等适宜微生物生长的环境中。微生物会在涂层表面生长繁殖并代谢产生各种酶、酸和毒素等次生代谢产物,对涂层产生不同程度的侵蚀,导致涂层褪色、发霉、长藻、以致脱落。
表2 引起干膜霉变的主要菌属
英文名称 中文名称 Altemaris altemata 链格孢 Aspergillus versicolor 杂色曲霉 Cladosporium cladosporioides 枝芽枝孢 Cladosporium sphaerispenmum 球孢枝孢 Aureobasidium pullulans 山芽短梗霉 Cladosporium herbarum 腊叶芽枝霉 Paecilomyces variot 宛氏拟青霉 Penicillium purpurogenum 产紫青霉 Phoma violacea 茎点霉 Altemaris altemata (Altemaria tenuis) 链格孢 Aspergillus flavus 黄曲霉 Aspergillus niger  Aspergillus ustus 黑曲霉 Aureobasidium pullulans 山芽短梗霉 Cladosporium herbanum 枝孢霉 根据HG/T 3950-2007《抗菌涂料》,抗菌涂料就是具有抗菌作用的涂料。因此,抗菌涂料最初被开发出来,就是为了保护建筑不被细菌、霉菌和藻类等各种微生物侵蚀。
病原微生物不仅会对涂料涂膜进行腐蚀,还会以其作为传播途径,通过接触传播的方式对人类健康发动侵袭,形成疾病传染。比如在医疗环境下,病患人群大量流动,来自病患人群的病原微生物会与医院空气中的尘埃粒子结合,附着在墙体并进行滋生繁殖,可能会对医护人员和就诊人群发生再次感染。因此,当前抗菌涂料的作用已经从单纯保护建筑免受微生物侵蚀,扩展到通过抑制细菌和病毒在墙面过度滋生繁殖,使墙面避免成为细菌和病毒的传播途径,以此保障人民健康。
现在,市场基于涂料在不同环境中进行微生物控制的不同需求,开发出了多种抗菌涂料,包括抗(细)菌涂料、防霉涂料和抗藻涂料,还有多功能合一的涂料,如抗菌防霉涂料、防霉抗藻涂料和抗菌防霉抗藻涂料等。为了指导抗菌涂料的产品生产,规范抗菌涂料的市场竞争,不同国家和地区都制定发布了不同的抗菌涂料标准。
表3:国内外抗菌涂料标准一览
标准序号 标注名称 ASTM D2574-2006(2012) 容器中乳胶漆微生物防腐功效标准测试方法 ASTM3273-2016 环境室内部涂层表面抑制霉菌生长的标准试验方法 ASTM3274-2009(2013) 通过真菌(真菌类的或藻类的)生长或污物和污垢堆积来评定漆膜表面损坏程度的标准试验方法 ASTM 5589-2009(2013) 测定漆膜的耐及有关涂层藻类污损的标准测试方法 ASTM 5590-2000(2010) 用加速的四周琼脂平面培养分析测定漆膜及有关涂层耐霉菌损坏的标准试验方法 ASTM D7338—2014 建筑物真菌生长评估标准指南 BS3900-G6-1989 涂料试验方法 第G6部分:耐长霉评定 GB/T 1741-2007 漆膜耐霉菌性测定法 GB/T 21353-2008 漆膜抗藻性测定法 GB/T 21866-2008 抗菌涂料(漆膜)抗菌性测定法和抗菌效果 GB/T 30792-2014 罐内水性涂料抗微生物侵染的试验方法 GJB 3023-1997 防霉氨基烘漆规范 HG/T3950—2007 抗菌涂料 SN/T 2936—2011 进出口水性涂料中酚类防霉剂的测定高效液相色离谱法 目前中国已经发布实施了7项抗菌涂料标准,其中包括3项国家标准,1项军用标准,2项行业标准。这些标准对涂料的抗(细)菌、防霉、抗藻性能分别进行了规定。
表4:涂料的抗细菌、防霉、抗藻性能要求
抗细菌性能 技术要求 测试菌种 项目名称 抗菌等级 金黄色葡萄球菌(AS1.89)
大肠埃希氏菌(AS1.90) I II 抗细菌性能 99% 90% 抗细菌耐久性能 95% 85% 防霉性能 技术要求 测试菌种 项目名称 防霉等级 黑曲霉(AS3.4464)、土曲霉(AS3.3935)
宛氏拟青霉(AS3.4253)、绳状青霉(AS3.3875)
出芽短梗霉(AS3.3984)、球毛壳(AS3.4254) I II 抗霉菌性能 0级 1级 抗霉菌耐久性能 0级 1级 抗藻性能 藻类生长情况 抗藻等级 测试藻种 未生长 0级 小球藻 ATCC11468或FACHB26
丝藻ATCC30443或FACHB493
四尾栅藻ATCC11460或FACHB43
颤藻ATCC29135或FACHB247 微量生长(生长面积S<10%) 1级 轻微生长(生长面积S为10%∽30%) 2级 中度生长(生长面积S为30%∽60%) 3级 重度生长(S>60%) 4级  
3.0 抗菌涂料产业
抗菌涂料适应了人们对健康生活的追求,因此从一开始就受到国际大公司的重视。PPG、宣伟、阿克苏诺贝尔、立邦涂料、立帕麦、艾仕得、巴斯夫、关西涂料、亚洲涂料、佐敦等全球十大涂料企业,几乎全都开发出了抗菌产品。比如,阿克苏诺贝尔开发的抗菌Interpon AM系列,可以减少高达99.99%的细菌和霉菌,使其更容易保持卫生清洁并降低交叉污染的风险。
由于人们健康意识的提高以及消费观念的改变,抗菌涂料在全球范围内收到认可并开始快速发展。研究机构Zion Re search发布的研究报告显示,全球抗菌涂料在2014年全球产量已超过32.5万吨,年复合平均增长率为9%。美国知名调研机构Grand View Research Inc发布的研究报告同样显示,全球抗菌涂料市场会保持9.8%的年复合增长率,预计2020年会达到58.98万吨。
这其中,北美地区和欧洲地区是抗菌涂料最大的消费市场。仅北美地区的消费占比就高达40%。在欧洲,使用抗菌涂料的国家主要有英国、德国、法国、意大利、西班牙、波兰等。其中德国市场份额最大,约占整个欧洲的25%;排在第二位的是英国,占12%。
从涂料公司的角度来看,研究显示,目前阿克苏诺贝尔在抗菌涂料市场的份额占比最高,佐敦紧随其后,PPG排在第三位。
中国抗菌涂料在近年来也得到了快速发展。立邦、三棵树、紫荆花、晨阳、多乐士、嘉宝莉、都芳漆等一大批涂料先后推出了各种抗菌涂料。比如立邦推出了抗菌粉BS,三棵树推出了BB漆、净味360抗菌墙面漆,紫荆花推出了净佳畅享竹炭抗菌5合1、优涂丽S3竹炭抗菌/硅藻防潮无添加强化面漆、贝倍安儿童漆等,晨阳水漆推出防霉抗菌儿童水漆。
作者单位发布的《2019年中国抗菌产业研究报告》,以京东商城和阿里巴巴作为数据来源,以“涂料”、“抗菌涂料”、“防霉涂料”作为关键词,对抗菌涂料的品牌市场渗透率进行了研究。研究发现,目前抗菌涂料的品牌市场渗透率已经达到47.2%,抗菌涂料在很大程度上已经得到涂料行业的认可。
图2:在京东商城登录的涂料品牌数量统计
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图3:  在阿里巴巴登录的涂料供应商数量统计\
 
该报告还以“涂料”作为关键词,对在苏宁易购、天猫商城和京东商城上销量前十的产品进行统计。结果发现,在销量前十的涂料产品中抗菌涂料的占比已经高达77%。这充分说明抗菌涂料已经得到社会公众的普遍认可。
表6:各平台前十名产品中抗菌涂料占比表 (单位:%  时间:2019年8月13日)
线上商城 抗菌产品数 抗菌产品品牌 抗菌比率 苏宁易购 9 立邦、世卿、千居美、多乐士 90% 天猫商城 8 帝致、鑫乐天、沐萱、绿管家、巴斯夫、立邦、森固、九月六号 80% 京东商城 6 立邦、多乐士、雨虹防水 60% TOP10平均抗菌产品数量 77%(7.7件)            
4.0展望
根据Graphical的研究数据,2017年,抗菌涂料行业规模超过30亿美元,预计2018-2024年复合年增长率约为12.5%。到2024年底,全球抗菌涂料市场规模将超过70亿美元。
而在此次新型冠状病毒肺炎疫情中,抗菌涂料需求增长趋势明显。因此有专家认为,国内的抗菌涂料将会成为未来行业的发展热点。紫荆花涂料集团联席总裁冯秉光就属于此类观点的支持者。他认为,疫情过后,市场上必将对抗菌涂料涂层新材料的需求加大。而这种需求,不仅仅体现在建筑领域,还会体现在医疗、食品、钢铁、家具、家用电器等诸多领域。前景非常值得期待。
当然,需要提醒的是,抗菌涂料行业参与者在看到发展机遇的同时,还应当同时关注愈加严格的行业监管体系以及抗菌涂料产品准入制度等方面带来的挑战。
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专栏作者介绍

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姓名:张迎增
职务/职称:秘书长
单位:全国卫生产业企业管理协会抗菌产业分会
研究方向:抗菌标准规划、抗菌产业研究、抗菌产品策划、抗菌市场推广策略研究
个人简介:长期服务于抗菌产业,擅长抗菌标准规划、抗菌产业研究、抗菌产品策划和抗菌市场推广策略研究。
联系方式:zhangyingzeng@126.com

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