饮水机抗菌技术及测试方法研究

2013-07-09张恒

家电科技 2013年8期

关键词：抗菌材料母粒二次污染

张恒

(深圳安吉尔饮水产业集团有限公司广东深圳 518108)

1 引言

经过二十多年的发展，饮水机已进入千家万户并成为人们饮水的主要器具，然而随着人们对饮水健康和卫生的越来越重视，如何解决桶装水放置时间过长和空气进入桶内造成饮水污染的问题，成为各饮水机生产企业急需解决的课题。

本文通过对饮水机结构、部件以及抗菌材料的分析，提出了一种低成本解决饮水机二次污染的技术方案，并探讨了相应的测试方法，系统性的解决了饮水机二次污染的问题。

2 饮水机的二次污染问题

使用桶装水饮水机的结构决定了其不可避免会产生二次污染的问题。从饮水机内部结构来看，当开启热(冷)水龙头时，外部空气经聪明座进入桶装水瓶内，即使有些聪明座在进气口处使用了空气过滤棉，但细菌也不可避免的进入桶装水内，并且随着时间的增加桶内的细菌数量呈几何数增长，在7天左右桶内的菌落总数达到峰值，这也是桶装水厂商建议用户在一周内将水用完的原因。然而即使在一周内将水使用完，细菌也随着水流充满了整个水路，并在易存水的区域大量繁殖，这是饮水机厂商建议用户定期清洗饮水机水路的原因。

但是，通常情况下饮水机清洗的频次及效果却难以保证，因此需要一种主动防御细菌滋生的技术方案来降低饮水机二次污染的程度。目前可用于饮水机杀菌的主要有高温加热、强磁场脉冲、臭氧、紫外线、超声、膜过滤、抗菌材料等技术，但从实现的难易、成本以及杀菌持久性比较，使用抗菌材料是一种较好的解决方案。

原因为使用抗菌材料较其它几种方案，不用改变产品的结构和电路，不需要增加其它额外的部件，抗菌效果持久，并且成本最低。

3 抗菌饮水机实施方案

3.1 抗菌材料的介绍

GB 21551.1-2008中抗菌的定义：采用化学、物理等方法杀灭细菌或妨碍细菌生长繁殖及其活性的过程。而纳米抗菌材料是一种特征尺寸在1~100nm的新型抗菌材料，是将抗菌剂采用纳米技术处理，使其具有杀菌广谱性、安全性和耐热加工性，并能通过缓释作用，提高了抗菌长效性。

抗菌材料按材质分为：天然抗菌材料、有机物抗菌材料和无机物抗菌材料。

(1)天然抗菌材料：主要来自天然植物的提取，如甲壳素、芥末、蓖麻油、山葵等，使用简便，但抗菌作用有限，耐热性较差，杀菌率低，不能广谱长效使用且数量很少。

(2)有机物抗菌材料：有机抗菌剂的品种主要有香草醛或乙基香草醛类化合物，另外还有酰基苯胺类、咪唑类、噻唑类、异噻唑酮衍生物、季铵盐类、双呱类、酚类等。一般来说有机抗菌剂耐热性差些，容易水解，有效期短。

(3)无机物抗菌材料：利用银、铜、锌等金属的抗菌能力，通过物理吸附离子交换等方法，将银、铜、锌等金属(或其离子)固定在氟石、硅胶等多孔的表面制成抗菌剂，然后将其加入到相应的制品中即获得具有抗菌能力的材料。银离子类抗菌剂最为常用，具有较强的抗菌能力，且耐热温度较高。

(4)纳米抗菌材料的抗菌机理

(a)接触反应：抗菌材料中的金属离子与细菌接触反应后，造成微生物固有成分破坏或产生功能障碍。当微量的金属离子到达细胞膜时，依靠库仑引力，使两者牢固吸附，金属离子穿透细胞壁进入细胞内，与巯基(-SH)反应，使蛋白质凝固，破坏细胞合成酶的活性，细胞丧失分裂繁殖能力而死亡。金属离子还能破坏微生物电子传输系统、呼吸系统和物质传输系统。当菌体失去活性后，金属离子又会从菌体中游离出来，重复进行杀菌活动，因此抗菌效果持久。见图1。

(b)光催化反应：在光的作用下，金属离子能起到催化活性中心的作用，激活水和空气中的氧，产生羟基自由基和活性氧离子，活性氧离子具有很强的氧化能力，能够在短时间内破坏细菌的繁殖能力而使细胞死亡，从而达到抗菌的目的。

因此，根据抗菌材料的特性并考虑饮水机产品的特点，无机纳米银系抗菌材料将是饮水机产品的首选。

3.2 抗菌部件的加工

在饮水机产品中与饮用水接触的零部件有：聪明座、储水罐、热水管路、冷水管路、加热单元、制冷单元、出水龙头等，从材料上分主要是ABS、PP、硅胶、不锈钢。由于不锈钢材质的加热单元自身可以对水高温杀菌，所以需要使用抗菌剂的材料主要是ABS、PP和硅胶。

为了便于饮水机抗菌部件的加工，ABS、PP原料母粒对应使用银系ABS、PP抗菌母粒。ABS、PP抗菌母粒是将抗菌剂通过一定的工艺加入到ABS、PP的原料母粒中。抗菌母粒多为清澈或微草黄色母粒(见图2)，根据抗菌母粒中抗菌剂含量的不同，抗菌母粒的添加比例不同，一般抗菌母粒的质量添加比例为0.5%-4%(抗菌母粒质量/总质量)。注塑前应将抗菌母粒与原料在搅拌机中充分拌和20分钟，在60℃的烘箱中预干燥，然后按正常工艺进行注塑。应注意抗菌母粒与原料混匀烘干后应直接注塑成型，不宜再造粒；且注塑加工不宜过长时间或过高温度(超过250℃)。使用抗菌母粒的注塑成型部件的物理性能、外观不会有变化，如原为浅色(白色或半透明)，则颜色略有加深。

硅胶原料使用银系抗菌粉体。抗菌粉体中抗菌剂的含量较高，一般添加的质量比例为0.5%-1%(抗菌粉体质量/总质量)。抗菌粉体一般为白色粉末(见图3)，加工前应将抗菌粉体与硅胶原料充分混合均匀，然后按正常工艺生产。使用了抗菌粉体的硅胶部件的物理性能、外观不会改变，其透明度略有降低。

4 检验方法分析

4.1 抗菌材料的卫生安全

因使用了抗菌材料的部件是与饮水接触的部件，所以在使用了抗菌材料后，这些部件应符合卫《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》(2001)的要求，检验方法为GB/T 5750-2006《生活饮用水标准检验方法》，检验项目见图4。

4.2 抗菌效果检验

对于能够直接从抗菌部件(如抗菌PP水罐)上裁剪约50×50mm，厚度小于5mm的抗菌部件样块的，则可从抗菌部件上直接裁剪；对于不能从抗菌部件上直接裁剪的，则需将抗菌和原料的混合料加工成约50×50mm，厚度小于5mm的抗菌部件样块。

试验菌种选择最常见的细菌，大肠杆菌(ATCC 25922)和金黄色葡萄球菌(ATCC 6538 )，试验方法依据QB/T 2591-2003《抗菌塑料抗菌性能试验和抗菌效果》的附录A。试验结果当抗菌部件对大肠杆菌(ATCC 25922)和金黄色葡萄球菌(ATCC 6538 )两种细菌的抗细菌率均≥90时，则可以判定该抗菌部件具有抗细菌作用；当对两种细菌的抗细菌率均≥99时，则可以判定该抗菌部件具有强抗细菌作用。

5 结论和展望

综上所述，本文通过对饮水机二次污染产生原因以及抗菌材料的分析，提出了一种可行的抗菌型饮水机的解决方案，并对其卫生安全和试验方法进行了探讨，较好的解决了饮水机内部水路的细菌滋生问题。

2011年09 月，GB 21551《家用和类似用途电器的抗菌、除菌、净化功能》系列国家标准已正式实施，该系列标准首次通过国家标准用微生物指标来考核家用电器的除菌、抗菌和净化性能质量，将生物化学技术引入家用电器行业。由此可见，作为与人们饮水息息相关的饮水机产品其抗菌、除菌的国家标准也必将在不久的将来颁布并实施，而抗菌型饮水机也将在不久成为饮水机的主流产品。