吴生英，彭光佳，孙彤，林惠赐，KOO Kian Chai
立邦涂料（中国）有限公司；立邦涂料马来西亚
摘要：介绍了抗菌、抗病毒涂料的概念及其所用的新材料；对国内外抗菌尤其是抗病毒涂料的标准进行了解读；概括了抗菌、抗病毒涂料在医院中的应用现状以及存在的问题，并提出了抗菌、抗病毒材料的未来发展方向。
关键词：抗菌、抗病毒涂层；抗菌、抗病毒技术；抗病毒涂料标准
The Development Status of Anti-bacterial and Antiviral Coatings and Their Application in Hospitals
By WU Shengying, PENG Guangjia, SUN Tong, LIN Huici, KOO Kian Chai
Nippon Paint (China); Nippon Paint(Malaysia)
Abstract: It introduces the concept of anti-bacterial and antiviral coatings and the new materials they used; interprets the domestic and international standards for anti-bacterial and antiviral coatings, especially antiviral coatings; summarizes the application status and existing problems of antibacterial and antiviral coatings inhospitals, and puts forward the future development direction of anti-bacterial and anti-viral materials.
Keywords: Antibacterial and antiviral coatings; Antibacterial and antiviral technology; Antiviral coating standards
1 抗菌、抗病毒涂料简介
1.1 抗菌、抗病毒涂层的概念
涂料是湿态的，待其形成干膜时，称之为涂层。抗菌、抗病毒涂层即应用抗菌、抗病毒技术使之具有抗菌、抗病毒功能的涂层。抗菌、抗病毒与消毒有明显的区别，更多地强调防护功能。其不能替代消毒，但可以减少应用空间内的消毒频次。此外，抗菌、抗病毒涂层与消毒产品相比，效果更持久、更安全。
1.2 抗菌、抗病毒涂料所用新材料
抗菌、抗病毒涂料所用的新材料主要包括添加型和结构型材料，如图1所示。添加型抗菌、抗病毒材料通常作为一种助剂分散于涂料体系中，使之具有抗菌、抗病毒功能；结构型材料是将抗菌、抗病毒基团以化学键的形式连接到高分子基料树脂上，将其作为涂料的主成膜物质，使之具有抗菌、抗病毒功能。
1.2.1 添加型抗菌、抗病毒材料
添加型抗菌、抗病毒材料主要包括以下几类：无机材料、天然材料、有机材料及其他化合物为主要活性成分的材料。
（1）无机抗菌、抗病毒材料
目前对无机抗菌、抗病毒材料的抗菌、抗病毒机理，大多数学者认为有以下两种：一是金属溶出机理，即在抗菌、抗病毒剂使用过程中，抗菌、抗病毒材料中的无机金属离子逐渐溶出，与微生物体内的蛋白质、核酸中含硫、含氨的官能团（例如巯基和氨基）发生反应，从而产生抗菌、抗病毒效应；第二种是活性氧机理，即具有光催化功能的无机材料在光的作用下和水或空气发生反应，产生具有很高反应活性的超氧自由基O2-和羟基自由基·OH等活性官能团，这些官能团与微生物体发生反应生成CO2和H2O，从而达到抗菌、抗病毒的作用。以上两种机理分别以金属及其衍生物和光催化剂为代表，其中应用最多的为含银复合材料以及含锌复合材料。
银系抗菌、抗病毒剂具有耐高温、耐久性好、安全性高等优势，而其缺陷也很明显。银是光敏性材料，而涂料体系的组分又极其复杂，外加型的银系材料在涂料中极易发生氧化还原反应，从而产生色变问题，部分反应机制如图2所示。目前的技术难点在于保持抗菌、抗病毒功能的同时，克服色变的问题。
锌系抗菌、抗病毒剂是无机锌离子复合物为活性成分的广谱抗菌、抗病毒剂。主要应用于保护塑料或橡胶等制品免受细菌等微生物侵蚀，并能给予表面活性以提供制品表面抗菌、抗病毒的效果。
（2）天然抗菌、抗病毒材料
天然抗菌剂按其来源可分为植物源抗菌、抗病毒剂，动物源抗菌、抗病毒剂及微生物源抗菌、抗病毒剂，按其化学组成可分为低分子量的抗菌、抗病毒剂和高分子量的抗菌、抗病毒剂。低分子量的抗菌、抗病毒剂主要是生物碱、有机酸、酚类和挥发油等，高分子量的抗菌、抗病毒剂则主要是多糖和蛋白质等。这些材料的分子中含有S(=O)-S-键，它对微生物细胞中的含硫物质发挥作用，能抑制菌体的正常代谢，从而起到杀菌的作用。在天然抗菌、抗病毒材料中，应用较多的为高分子抗菌、抗病毒剂，以壳聚糖、山梨醇等为代表。相较于低分子量的天然抗菌、抗病毒材料而言，其来源更绿色健康、流逝性更小、功能更持久；但其供应源通常有限，存在着提取效率低下导致的成本昂贵，从而限制了其应用范围。发展简易高效的提取工艺是当前要务之一。
（3）有机抗菌、抗病毒材料
根据抗菌、抗病毒剂的组成成分，有机抗菌、抗病毒剂可分为低分子和高分子有机抗菌、抗病毒剂。低分子有机抗菌、抗病毒剂主要有季铵盐类、季鏻盐类、双胍类、醇类、酚类、有机金属类、吡啶类、咪唑类等。其抗菌、抗病毒机理主要是与细菌和霉菌细胞膜表面的阴离子相结合，或与巯基反应，破坏蛋白质和细胞膜的合成系统，从而抑制细菌和霉菌的繁殖。高分子有机抗菌、抗病毒剂和低分子有机抗菌、抗病毒剂相比，其性能更稳定，不挥发，使用寿命长，易于加工和贮存，不会渗入人或动物表皮，因此，近几年来的相关研究较多。高分子有机抗菌、抗病毒剂的抗菌、抗病毒性能是通过引入抗菌、抗病毒官能团而获得的，抗菌、抗病毒官能团可以通过官能团单体均聚或共聚引入，也可以通过接枝的方式引入。然而，有机抗菌、抗病毒材料的通病是不耐高温，在一定的温度条件下容易分解从而导致抗菌、抗病毒功能失效。其中，低分子量的材料更是典型代表，速效性好、价格低廉是其优势所在，低分子量亦导致了其在涂层中极易迁移至表面，随着时间流逝，产生涂层丧失抗菌、抗病毒功能的问题。聚合物相较低分子而言，其在长效性上具有一定的优势。不管哪种有机材料，其与涂料体系的兼容性均是应用时考虑的重点。
1.2.2 结构型抗菌、抗病毒材料
结构型抗菌、抗病毒材料主要包括抗菌、抗病毒乳液和树脂。通常是将金属前驱体接枝到乳液或树脂的结构之中。该种材料可以给涂层带来更好的持效性，而且作为涂料体系的主成膜物质，其较高的含量也可以带来更强的功效。但须要考虑的是，乳液或树脂自身的稳定性及其在涂料中应用时与体系的兼容性问题。
1.3 常见抗菌、抗病毒涂料
抗菌、抗病毒涂料通常在内部空间使用，根据应用领域及应用方式不同，分为墙面涂料、卷材涂料、汽车内饰涂料及粉末涂料等。墙面涂料以水性乳胶漆为代表，其在常温下即可干燥成膜，对抗菌、抗病毒剂的选择宽容度较高，有机、无机均能适用。目前市场上常见的卷材涂料仍以溶剂型为主，其涂层的制备须要经过200℃以上的温度烘烤，对抗菌、抗病毒材料的耐高温性能要求较高，通常以添加型的溶剂介质或粉末型无机抗菌、抗病毒材料为主。汽车内饰涂料中溶剂型和水性兼有，涂层干燥温度为60~90℃，主要应用无机抗菌、抗病毒剂来获得抗菌、抗病毒功能，其他类型也有使用。粉末涂料的常见干燥温度为180~200℃，以粉末型的添加型无机抗菌、抗病毒材料为主来提供抗菌、抗病毒性能。
2 抗菌、抗病毒涂料标准
2.1 抗菌涂料标准
抗菌涂料标准的发展已有十几年，体系相对成熟，详见表1。
2.2 抗病毒涂料标准
疫情的出现使抗病毒涂料市场发展迅猛，市场上涌现出了各种抗病毒涂料。然而，表面的繁荣并不能掩盖行业中隐存的问题。为了规范抗病毒涂料企业的市场行为，中国涂料工业行业协会和广东省涂料行业协会分别牵头制定了抗病毒涂料团体标准。下面将针对抗病毒涂料行业相关的标准及标准体系建设进行讨论，如表2所示。
*抗病毒活性对数减少值。
2.2.1 国内抗病毒涂料标准
根据行业发展需求，中国涂料工业协会（以下简称“中涂协”）和广东省涂料行业协会（以下简称“广涂协”）分别牵头制定了中国抗病毒涂料标准《抗菌及抗病毒涂料》（T/CNCIA 01014-2020）、《涂料（漆膜）抗病毒性能测试方法》（T/CNCIA0 3002-2020）和《抗菌、抗病毒涂料》（T/GDTL -011-2020），填补了国际抗病毒涂料标准的空白，同时这两个标准也是目前国际上唯一有抗病毒性能判定指标的涂料行业标准。该标准的制定为抗病毒涂料的市场推广提供了有力依据。
广涂协团体标准T/GDTL -011-2020于2020年8月1日正式实施，中涂协团体标准T/CNCIA 01014-2020和T/CNCIA 03002-2020于2021年1月1日正式实施。这两个标准测试的病毒种类相同，均选择了包膜病毒代表H3N2流感病毒和无包膜病毒代表EV71肠道病毒进行测试，其主要区别在于测试时接触时间不同，广涂协标准的测试接触时间为2h，中涂协标准的测试接触时间为24h。相比较而言，中涂协标准中的规定与涂料行业可适用的国际标准更接近，其测试方法在未来也有望发展成为国家标准。
2.2.2 国外抗病毒涂料标准
国际上抗病毒涂料标准中较为通用的有《塑料和其他非多孔表面抗病毒活性的测定》（ISO 21702: 2019），其测试的标准病毒为包膜病毒代表流感病毒H3N2和无包膜病毒代表猫杯状病毒FCV，但该标准仅为测试方法标准，并未给出抗病毒性能的判定指标。而日本SIAA抗病毒认证则沿用该标准，并在此基础上给出了抗病毒活性值的要求（≥2.0）。
《精细陶瓷（高级陶瓷、高技术陶瓷）室内光环境下光催化材料抗菌活性的试验方法―使用细菌噬菌体Qβ的试验方法》（JISR 1756: 2013）为光催化涂料的抗病毒性能测试标准，其以噬菌体Qβ作为替代品，在光照条件下，测试时间为4h。该标准中，由于使用噬菌体Qβ作为测试病毒替代品，消费者难以理解，因此在市场推广上，需要更多的宣导和解读。
另外，值得一提的是美国EPA（环境保护署）标准。目前，市面上宣传得比较多，且强调其更能模拟真实环境，其与一般测试的主要差异点在于测试过程中是否覆膜。标准测试时间为2h，要求病毒灭活率≥99.9%。从严格意上来说，该标准为消杀剂标准，但由于抗病毒涂料的异常火热，美国EPA逐渐开放涂料领域的测试。
3 抗菌、抗病毒涂料在医院中的应用
3.1 现有抗菌、抗病毒涂料在医院中的应用情况
在医院建设中，抗菌、抗病毒涂料产品主要应用于门急诊大厅、走廊通道、诊疗室、住院部等公共空间，以及医疗器械表面涂覆等。其中，以抗菌涂料的应用较为广泛，从抗菌性能来讲，有良好品牌的抗菌涂料产品均能在实验室测试条件下达到国标I级抗细菌率的要求（≥99.0%）。在实际案例中，抗菌涂料已在复旦大学附属眼耳鼻喉科医院、上海同济医院、山东大学齐鲁医院、张家口崇礼冬奥运动创伤中心、北京朝阳医院（西院区）、宜昌儿童医院、浙江大学医学院第一附属医院、杭州市余杭区第三人民医院等几十家医院得到应用。而抗病毒涂料是比较新兴的品种，其在国内实际工程案例中的应用较少，主要在零售端推广。抗病毒涂料在国外医院中的应用发展迅速。以某品牌抗病毒涂料为例，其在Mindef KEM Sungai Besi Hostel KL、Selgate Rawang Hospital -Phase 2、 Pantai Hospital Sungai Petani等十几家医院得到了应用；该产品在实验室测试条件下，6小时可以灭活超过99%的流感病毒H1N1、肠道病毒柯萨奇A16、人类冠状病毒229E等。此外，该类型的产品在新加坡斐瑞医院也得到应用，按照修订的美国EPA测试方法，在实验条件下，2h可以杀灭99%以上的人类冠状病毒229E等。
总体而言，在抗病毒涂料的应用方面，我们应该深入借鉴海外的市场应用经验并取长补短，通过标准规范产品质量，未来现场监测设备的发展也将是这类产品推广和应用的有力助力。
3.2 现有抗菌、抗病毒涂料产品在应用中存在的问题
当尝试追踪这类抗病毒涂料的现场实际效果时，遇到了重重困难，比如，现场采样后，在回到实验室之前病毒已经死亡，或者新的病毒不断接触墙面，难以评价既存病毒的灭活数量等，以上问题均使得现场实际的抗病毒效果难以被追踪。该问题同样出现在抗菌涂层的现场应用效果追踪上。
此外，抗菌、抗病毒涂料产品尤其是后者在推广时，往往会引起消费者或者空间使用者对其安全性的顾虑，如何制备高安全性的产品且能够准确传输给消费者是该类产品推广时面临的主要困难之一。
4 结束语
未来的抗菌、抗病毒涂料应该朝着更安全、更绿色环保的方向发展；对于抗菌、抗病毒的效率，应该有客观的认识，并非越高越好。我们提倡适度抗菌、抗病毒，安全抗菌、抗病毒，希望抗菌、抗病毒涂料的发展能够为医院环境的安全贡献一份力量。
参考文献
[1] Vincent M, Duval R E, Hartemann P, etal. Contact killing and anti-microbial properties of copper[J]. Journal of Applied Microbiology, 2018, 124(5).
[2] Grass G, Rensing C, Solioz M. Metallic Copper as an Anti-microbial Surface [J]. Applied and Environmental Microbiology, 2010, 77(5): 1541 -1547.
[3] Robert B. Thurman, Charles P. Gerba, Gabriel Bitton. The molecular mechanisms of copper and silver ion dis-infection of bacteria and viruses [J]. Critical Reviews in Environmental Control, 1989, 18(4): 295-315.
[4] Mathews S, Kumar R, Solioz M. Copper Reduction and Contact Killing of Bacteria by Iron Surfaces [J]. Applied & Environmental Microbiology, 2015, 81(18): 6399.
[5] Sunada K, Minoshima M, Hashimoto K.Highly efficient antiviral and anti-bacterial activities of solid-state cuprous-compounds[J]. Journal of Hazardous Materials, 2012, 235(7): 265–270.
[6] 路国忠 , 兰永清 , 胡学香 , 等 . 无机抗菌剂在建筑涂料中的应用研究 [J]. 环境工程学报 , 2005, 6(10): 29-31.
[7] 侯文生 . 载银 4A 沸石抗菌剂及载银锌纳米 SiO2 抗菌纤维的制备、结构与性能的研究 [D]. 太原 : 太原理工大学 , 2007.
[8]张葵花, 林松柏, 谭绍早. 有机抗菌剂研究现状及发展趋势[J]. 涂料工业, 2005, 35(5): 45–49.
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