橡胶防霉性能测试和评价标准
时间：2015-05-15 18:35:27 来源： 点击量：
谢小保
*、文霞、杨秀茳、李素娟 ，孙廷丽、陈仪本
（ 广东省微生物研究所，广东省微生物分析检测中心，广东 广州 510070）
摘要 介绍了霉菌的概念、分布及特性，分析了国内外橡胶防霉测试方法及其评价标准的现状、存在的问题。为了正确评价橡胶的防霉性能，并结合我国橡胶行业的实际情况和测试方法滞后的现状，分析了我国橡胶防霉性测试方法及其评价标准的技术要点。
关键词 橡胶； 防霉性能； 测试方法
橡胶或橡胶制品作为有机高分子聚合物，含有一定的碳素、氮素，在高温潮湿的气候条件下，橡胶或橡胶制品可能受到霉腐真菌等的侵染及危害，其表面产生肉眼可见的霉菌斑点，影响橡胶或橡胶制品的美观。同时，霉腐真菌可侵染橡胶或橡胶制品的任意部位，使橡胶或橡胶制品的性能下降，并缩短其使用寿命，严重影响到建筑材料和含有塑料部件的系统的可靠性。建立符合我国气候条件和实际应用的橡胶防霉测试方法及评价体系，不但可以提升橡胶或橡胶制品的技术含量，而且还有利于推动橡胶产业的发展，提升产品的竞争力。
由广东省微生物研究所、广州合成材料研究院有限公司、北京橡胶工业研究设计院起草的“橡胶防霉性能测试方法HG/T 4301—2012”行业标准。现就国内外橡胶防霉性能测试标准现状、存在问题及新制定的行业标准作一简要介绍。
1 霉菌的概念、分布及其危害
1.1 霉菌（Moulds）的概念
霉菌又称之为丝状真菌。霉菌不是分类学的名词，在分类上属于真菌门的各个亚门。构成霉菌体的基本单位称为菌丝，呈长管状，宽度 2～10微米，可不断自前端生长并分枝。无隔或有隔，具1至多个细胞核。在固体基质上生长时，部分菌丝深入基质吸收养料，称为基质菌丝或营养菌丝；向空中伸展的称气生菌丝，并可进一步发育为繁殖菌丝，产生孢子。大量菌丝交织成绒毛状、絮状或网状等，称为菌丝体。菌丝体常呈白色、褐色、灰色，或呈鲜艳的颜色，有的可产生色素使基质着色。
1.2 霉菌的分布及其危害
霉菌具有分布广、繁殖快、适应性强且易变异等特点。霉菌属于真菌,是危害工业材料及制品的主要生物因素之一。在自然界分布广泛，土壤、水、空气中都有它的踪迹。
在我国华南地区，霉变现象时有发生，造成纤维织物、食品、日化产品、电子元器件、墙壁、档案载体材料和文物等受损，特别是严重受潮或突发性漏水等事故后，如不及时处理极易发生霉变现象，造成严重的损失。产品表面长霉是一个自然现象, 霉菌分泌的酶类或其他物质可对橡胶等产品造成破坏，改变其理化性能并降低使用寿命，它不仅破坏产品,而且霉菌在生长过程中散发出的霉味及分泌的毒素对人体健康也有不良影响。
为了减少和消除霉菌的危害，最有效的方法是向需要保护的材料基体中添加或渗入各种防霉剂，这样可以达到防霉的目的。
2 防霉测试标准化
橡胶防霉试验及防霉评价标准涉及橡胶加工制造、环保、生物等多个学科，故标准的制定和应用是一个复杂的系统工程，需要结合具体情况不断改良创新，早在20世纪40年代初，美国霍普金斯大学的科研人员在研究霉菌对绝缘材料性能的影响过程中，建立了霉菌实验室，并且最早制定了防霉试验方法的标准，用于鉴定产品的防霉性能。美国材料与试验协会于1961年制定了“合成高分子材料防霉性能测定方法 ASTM G 21”用于防霉性能的测定，该标准于1970、1990、1996、2002和2009年分别进行了修订或重新审核批准。后来，国际上许多国家和组织在建筑涂料、皮革、包装材料、塑料、电工产品和高分子等材料及其制品方面建立了相应的国家或行业防霉测试标准及评价方法、日本于1953年制定工业材料及制品的防霉性能试验方法 JIS Z 2911《耐霉性能试验方法》，对工业材料、塑料、电子电器产品、聚合材料等工业制品制定了相应的防霉性能试验方法。后经过多次修订，该标准最新颁布的为2010年修订的版本。
我国于2012年发布了化工行业标准“橡胶防霉性能测试方法HG/T 4301-2012”，该标准以“技术先进，符合国情”为原则，在规定标准的技术指标及试验方法等重点内容时，在尽量采用国外先进标准关键内容的基础上，进行大量的实验验证，力求本标准先进可行、易于操作。
2.1 橡胶防霉试验方法及评价标准
2.1.1 美国材料与试验协会标准ASTM G 21
（1）菌种：ASTM G 21方法采用菌种为黑曲霉（
Aspergillus niger）、青霉菌属(
Penicillium pinophilum)、球毛壳霉(
Chaetomium globosum)、绿粘帚霉（
Gliocladium virens）、出芽短梗霉(
Aureobasidium pullulans)。
（2）试验方法：ASTM G 21采用培养皿培养法来进行防霉性能测试，即培养皿检测法（湿式法）。规定的孢子液浓度为1.0×10
6 cfu/mL~2.0×10
6 cfu/mL，但没有规定霉菌培养获得孢子的培养基和离心机离心速度。
检测方法：把样品置于无机盐培养基平皿中，接种菌液后于29±1℃培养28天观察结果。
（3）结果评价
ASTM G 21采用五个防霉等级对样品进行防霉效果评价，分别为0级（不生长）、1级（痕量生长（长霉面积<10％））、2级（长霉面积≥10%，并<30%））、3级（长霉面积≥30％，并<60%）、4级（长霉面积≥60%）。
2.1.2 日本工业标准JIS Z 2911
2.1.2.1 菌种：黑曲霉（
Aspergillus niger）、青霉（
Penicillium funiculosum）、球毛壳菌（
Chaetomium globosum）和疣孢漆斑菌（
Myrothecium verrucaria）。
2.1.2.2 试验方法：采用了两种方法来进行防霉性能测试，即培养皿培养法（湿式法）与悬挂法（湿室挂片法）。但没有规定接种孢子液的浓度。干法和湿法接种后试验时间分别28为天和14天。
2.2.2.3 结果评价
JIS Z 2911采用三个级别评定测试样品的防霉等级：0级－无长霉；1级－长霉面积不超过三分之一；2级－长霉面积超过三分之一。
3 ASTM G 21和JIS Z 2911方法中存在的问题
培养时间方面，JIS Z 2911规定培养皿培养法的试验时间为14天，根据霉菌在试样表面生长情况评判样品防霉能力。霉菌繁殖是一个非常复杂的问题，由于只采用无机盐琼脂培养基，为贫营养培养基，霉菌生长缓慢，试验仅14天，霉菌在样品表面上的生长还处于初级阶段，不足以判断其结果，据此进行防霉效果评价常常是不够准确的。
孢子液制备方面，JIS Z 2911虽然规定了孢子制备的方法，但没有明确规定孢子液中孢子含量，但对滴入或喷洒到橡胶上的喷洒液体积有明确的规定。由于没有规定孢子含量，对试验结果会造成偏差。事实上孢子浓度、喷洒量对防霉结果有一定的影响，太少、太多、喷洒不均匀，都会造成试验结果不同。菌液接菌量过多，孢子易堆积于样品表面，影响观察（难以分清楚是喷上的孢子团或是样品上长出的孢子）；菌液接菌量过少，难以达到严酷的试验环境。
ASTM G 21对培养菌种获得孢子的培养基没有具体规定，也没有规定制备孢子时离心速度。在倒培养基时，ASTM G 21规定培养基的厚度为3mm～6mm，由于培养基很快凝固，很难控制培养基的厚度，这些都不便于实验室人员操作和标准的推广。
- 制定橡胶防霉性能测试标准的依据
橡胶防霉性能测试是人工模拟严酷环境的加速长霉试验，该方法模拟自然界霉菌的生长环境条件，按霉菌生长的生理特点进行设计，用以测定橡胶在适合霉菌生长的环境条件下对霉菌的抑制效果，并根据长霉程度来评价橡胶防霉性能。
4.1 培养时间的确定
对橡胶进行了不同测试时间的防霉性能试验比较，在测试菌种、接种量、接种方式、培养温度等条件都一致的情况下，对6种橡胶进行检测，检测结果如表1。
表1 不同测试时间的长霉情况结果比较
| 培养时间 |
结果 |
| 测试样品编号 |
滤纸 |
| A |
B |
C |
D |
E |
F |
| |
长霉面积 |
等级 |
长霉面积 |
等级 |
长霉面积 |
等级 |
长霉面积 |
等级 |
长霉面积 |
等级 |
长霉面积 |
等级 |
| 1周后 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
5% |
1 |
5% |
1 |
| 2周后 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
5% |
1 |
10% |
2 |
20% |
2 |
| 3周后 |
0 |
0 |
0 |
0 |
5% |
1 |
10% |
1 |
20% |
2 |
60% |
4 |
| 4周后 |
0 |
0 |
0 |
0 |
10% |
2 |
15% |
2 |
40% |
3 |
100% |
4 |
| 5周后 |
0 |
0 |
0 |
0 |
10% |
2 |
15% |
2 |
40% |
3 |
100% |
4 |
据表1结果分析，培养3周与培养4周的结果相差较大，从结果可以看出，培养4周和5周的结果一致。培养时间对防霉效果好的样品无明显影响，而对防霉效果稍差的样品则影响较大，如对于防霉效果比较好的样品A、样品B，培养4周时该试样表面未长霉，培养5周时该试样样表面仍然不长霉。
因此，依据本实验室的试验数据并借鉴国内外防霉试验标准培养时间的规定，本标准规定防霉试验培养时间28天（4周）后观测结果。
4.2 测试菌种
从发霉的橡胶上分离到的优势霉菌是短梗霉、青霉和曲霉，还有少量的其他属的霉菌，根据橡胶的使用环境不同、受微生物污染的菌种也不一样的特点，参照国内外其他防霉测试标准中菌种的选择情况，本标准选择容易污染橡胶的霉菌作为测试标准菌。同时对菌种的拉丁文（学名）、性质等作了描述，使测试菌种具有代表性，符合我国的实际使用环境。
表2：橡胶防霉试验菌种名称及侵蚀性
| 序号 |
中文名称 |
拉丁名 |
性质 |
| 1 |
黑曲霉 |
Aspergillus niger
|
在许多材料上大量生长，对铜盐有抵抗性 |
| 2 |
绳状青霉 |
Penicillium funiculosum |
侵蚀橡胶、纺织物、塑料等 |
| 3 |
球毛壳霉 |
Chaetomium globosum |
侵蚀皮革、纤维素、塑料、橡胶等 |
| 4 |
帚霉 |
Gliocladium virens |
侵蚀塑料、橡胶等 |
| 5 |
出芽短梗霉 |
Aureobasidium pullulans |
侵蚀涂料、织物、塑料、橡胶等 |
根据产品的使用要求，也可增加其他菌种作为检测菌种。所有菌种均来自经过认可的菌种保藏中心的典型菌种。
4.3 孢子液的浓度
选择塑料和纤维滤纸为测试样品，在菌种选用、接种方式、培养温度、培养时间等条件一致，只是孢子液中孢子含量不一样的情况下进行防霉实验，以纤维滤纸验证孢子的活力，结果见表3。
JIS Z 2911虽然规定了孢子制备的方法，但没有明确规定孢子液中孢子含量，依据本实验室的试验结果（表3）规定孢子液稀释到1×10
6～5×10
6cfu/ml。
表3：接种不同浓度孢子液的实验结果比较
影响因素
结果观察 |
菌液孢子接种量（cfu /ml） |
| 5×104 |
5×105 |
1×106 |
5×106 |
5×107 |
| 试样 |
纤维滤纸 |
试样 |
纤维滤纸 |
试样 |
纤维滤纸 |
试样 |
纤维滤纸 |
试样 |
纤维滤纸 |
| 培养一周后 |
肉眼未见长霉，显微镜下可见少量霉 |
肉眼未见长霉，显微镜下可见少量霉 |
肉眼未见长霉，显微镜下可见少量霉菌 |
肉眼明显见到少量菌丝长出 |
肉眼未见长霉，显微镜下可见少量霉 |
肉眼明显见到少量菌丝长出 |
肉眼未见长霉，显微镜下可见少量霉 |
肉眼可见少量菌丝长出 |
肉眼未见长霉，显微镜下可见少量霉 |
有明显色斑，肉眼可见少量菌丝长出 |
| 培养四周后 |
长霉面积25% |
长霉面积50% |
长霉面积40% |
长霉面积≥60％ |
长霉面积≥60％ |
表面长满霉菌 |
长霉面积≥60％ |
表面长满霉菌 |
长霉面积≥60％ |
表面长满霉菌 |
4.4 结果评级方法
ASTM G 21采用五个防霉等级对样品进行防霉效果评价，本标准参照ASTM G 21进行防霉性能的评定。即0级：在放大约50倍放大镜下观察应未见长霉；1级：肉眼看不到或很难看到长霉，生长面积小于10%； 2级：肉眼明显看到长霉，在样品表面的覆盖面积为10%~30%；3级：肉眼明显看到长霉，在样品表面的覆盖面积为30%~60%；4级：肉眼明显看到长霉，在样品表面的覆盖面积>60%。
5 结束语
根据霉菌的生长特点及分布情况，新制定的“橡胶防霉性能测试方法HG/T 4301—2012”在吸收美国和日本的相关防霉性能试验方法的基础上，并结合我国的实际情况进行了必要的改进，使该标准达到先进可行、易于操作的要求。通过该标准的制定，统一规范了测试方法，完善了橡胶产品标准体系，使我国的橡胶防霉标准向国际先进水平接轨。该标准能真实反映橡胶的防霉性能，具有较好的实用性和科学性，比较好地体现了遵循技术先进、与国际接轨、安全适用的原则。
参考文献:
[1] ASTM G 21-2009 Standard practice for determining resistance of synthetic polymeric materials to fungi.
[2] JIS Z 2911：2010 Methods of test for fungus resistance.
[3] GB/T 2423.16-1999《电子电工产品环境试验第2部分：试验方法 试验J和导则：长霉.
[4] BS 3900:Part-1989 G6 Assessment of resistance to fungal growth..
[5] GB/T 24128-2009 塑料防霉性能试验方法.
[6] GB/T 1741-2007 漆膜耐霉菌测定法
[7] MIL-STD-810F-2000 国防部试验方法标准：环境工程考虑和实验室试验： 方法508.5霉菌试验.
[8] 井上真由美著.彭武厚，马振瀛等译.微生物灾害及其防止技术[M] .上海：上海科学技术出版社，1983.
[9] 林应锐.防霉与工业杀菌剂[M].北京：科学出版社，1987.
