优化料液配方强化杀菌剂在消毒湿巾中的作用

Dr. Brian Condon

优化料液配方强化杀菌剂在消毒湿巾中的作用

Dr. Brian Condon

据美国疾病控制中心估计，在美国每年食源性疾病的患病人数达7,600万，其中32.5万人需住院治疗，而有5,000人会因此死亡。仅在美国，食源性疾病的年度医疗费用已从约65亿美元上涨到差不多350亿美元。绝大部分食源性疾病的直接致病原因是交叉感染，交叉感染属于细菌自然传播，有害病菌可在人、物体或表面互相传播。例如在厨房里，使用同一台面、刀具、案板或其他用具来处理食物，如不对表面或用具进行清洗和消毒，细菌就会从一种食物传播到另一种。

在家庭、医疗保健机构或公共场所中的硬质表面清洁消毒中，非织造布消毒湿巾起着重要作用。根据北美非织造布协会（INDA）公布的2012—2017年北美湿巾市场趋势与预测报告，2012年，北美家庭清洁用消毒湿巾的零售额约为8.11亿美元，预计每年增长8％，到2017年销售额可达19亿美元。医疗保健用和公共机构用消毒湿巾市场虽小却有着重要作用，2012年，终端销售额约为1.14亿美元，预计每年以约6％的幅度增长，到2017年销售额可达1.52亿美元。

硬质表面清洁用湿巾必须是多功用的，专门用来擦拭、清洁和吸收污染物，同时还要把一种或多种消毒化学品留在清洁物体的表面上。湿巾料液必须发挥综合效用，既能润湿和清洁表面，又能广谱杀菌，同时还要避免交叉感染。另外，把消毒化学品留在物体表面是该类湿巾的首要功用，也是有效净化表面的推荐方案或规范的一部分。

尽管消毒化学品规范有所改进，要对各种物体表面和环境进行快速而完全的消毒仍然是一个挑战。硬质表面通常多孔，利用湿巾料液把表面全部润湿较难。季铵盐等一些常用消毒化学品本身的润湿和乳化性质就比较差。研究表明，消毒剂发挥作用需要4～10min的接触时间，在某些清洁条件下，需要这么长的时间并不方便也不实际。血渍、动物污物和油脂等表面污垢以及阴离子表面活性剂和某些表面带电荷的纤维等湿巾组分还易使消毒剂失效。经验证，包括黏胶纤维和棉纤维在内的表面带负电荷的纤维要吸附多达40％的带正电荷的季铵盐，因此会降低消毒功能，造成大量湿巾助剂不能发挥作用。

尽管目前有许多化学杀菌剂，但多数仍为阳离子表面活性剂，例如湿巾行业称为“季铵化合物”的季铵盐。最常用的季铵化合物之一是烷基二甲基苄基氯化铵（ADBAC），它具有杀灭细菌、霉菌、藻类和一些病毒的广谱杀菌活性。季铵化合物可改变细菌或霉菌细胞蛋白质的结构，或使之变性，这会影响细胞内的代谢反应，造成细胞内的重要物质漏出，使细胞坏死。在细菌细胞失活过程中，季铵基仍然是完整的，并保有其杀菌能力。

由于棉纤维和黏胶纤维过度吸附ADBAC及其他阳离子杀菌剂，使聚酯纤维非织造布在消毒湿巾中得到广泛应用。然而，完全使用聚酯纤维的湿巾也存在很多缺点，如吸收能力小、表面清洁和污物吸附效果差以及一叠湿巾中每片的料液含量不均匀等。相反，棉纤维非织造布吸收能力大、湿巾料液含量均匀、湿强度高并具有独特的硬质表面擦拭性能。通过擦拭性能和高吸收性能可归因于棉纤维有卷曲和复杂的多孔结构（见图1），这导致非织造布的摩擦系数加大，表面擦拭功效提高。棉纤维具有较高的成本效益，是天然纤维，并且有益于环境，可生物降解。

图1　电子显微镜下观察到的棉纤维截面和各层的复合结构，沿着纤维长度的白色条纹部分为有利于擦拭功能的卷曲结构

美国农业部南部地区研究中心位于路易斯安那州新奥尔良市，该研究中心认为，如果ADBAC吸附问题得以解决，棉纤维非织造布消毒湿巾就有机会占据优势。美国农业部为此于2010年启动了一个科研项目，目的是检验湿巾料液化学及物理性质对棉纤维非织造布和其他各种纤维非织造布基材的ADBAC吸附量有何影响。为了研究纤维对非织造布表面特性所起的作用，该中心还对不同后处理阶段的棉纤维非织造布进行研究，包括未漂白阶段，即本色的非织造布，以及漂白后的非织造布。

所有的科研目标是：

（1）研究纤维素纤维非织造布和聚酯纤维非织造布等各种基材对季铵化合物释放活性的影响机理；

（2）通过改变传统湿巾的配方化学品解决ADBAC的棉纤维吸附问题；

（3）研发出一种通用的湿巾配方，采用普通的美国环保局许可的化学品和湿巾行业常用季铵化合物杀菌剂；

（4）探讨非织造布行业的可用技术，以及把棉纤维巧妙用于非织造布消毒湿巾中所需的相关技术条件。

美国农业部南部地区研究中心用现场制作的含未漂棉纤维、漂白棉纤维、黏胶纤维、聚酯纤维和棉/聚酯混合纤维等混合纤维的50～70g/m2水刺非织造布基材进行了试验。把非织造布布样浸入含有ADBAC杀菌剂的商品化湿巾配方溶液槽里，使用减液法去除ADBAC，并用紫外可见吸收光谱测定纤维表面上的ADBAC吸附量，用钌红染色剂和高分辨率相机图像分析评定果胶量。试验中的各项参数都是经过评估的，包括料液浓度、浸渍时间、浴比、pH值、温度、电解质浓度、基材预处理以及与其他表面活性剂、小分子季铵化合物和酒精的配伍等。

棉纤维非织造布对ADBAC的吸附作用源于静电作用、分散力和疏水作用。初步试验结果表明，黏胶纤维和未漂棉纤维比漂白棉纤维能吸附更多的ADBAC，而聚酯纤维非织造布基材的吸附量可忽略不计。除此之外，在棉纤维和聚酯纤维的混合纤维非织造布上，ADBAC的吸附量随着未漂和漂白棉纤维的比例增加而增多，如图2所示。

图2　未漂（本色）和漂白棉纤维/聚酯纤维混合纤维非织造布的ADBAC吸附量（以ADBAC的耗用量表示）

这一趋势与其他试验结果相结合可以说明，棉纤维表面ADBAC吸附机理为静电作用。试验结果还说明，棉纤维非织造布的ADBAC吸附量取决于所含的果胶量和天然蜡的含量。用非离子表面活性剂、小分子季铵化合物、电解质和酒精配制的湿巾料液能明显减少纤维素纤维非织造布对ADBAC的吸附量，使之接近聚酯纤维非织造布的吸附量。表1是使用未改性的和一些改性的消毒浸液时，ADBAC在未漂和漂白棉纤维基材上与在聚酯纤维基材上的吸附率减少比较情况。

表1　各种配方湿巾中的聚酯纤维、未漂棉纤维和漂白棉纤维的ADBAC吸附量

非离子表面活性剂和小分子季铵化合物对ADBAC吸附量的作用最大。在表面活性剂浓度一定时，料液的酒精含量、pH值、温度和电解质浓度对ADBAC吸附产生的影响次之。

图3和图4表明，ADBAC的含量随组合配方中的非离子表面活性剂、聚环氧乙烷12（图3）和小分子季铵化合物、氯化四甲铵（图4）浓度变化而变化。

图3　在未漂白棉纤维基材中的ADBAC耗用量随非离子表面活性剂浓度改变而变化

图4　在漂白或未漂（本色）棉纤维基材中的ADBAC耗用量随小分子季铵化合物（氯化四甲铵）的浓度改变而变化

根据试验结果，已经对工业化生产的湿巾杀菌配方进行了优化。以8in.×12in.的基材作为样本吸收料液，吸收量为其自身质量的约1.5倍，用密封袋包装送外部试验室检验杀菌稳定性和效力。试样放置时间超过21天，优化的配方化学品仍抑制过量吸附。美国农业部和Cotton Incorporated公司联手与外部试验室合作，用湿巾行业标准检验步骤（ASTME 2362-09）来量化试验室非织造布试样的性能。

总结来讲，经美国农业部试验证明，含常用ADBAC杀菌剂的湿巾用改性消毒配方化学品可使100％漂白棉纤维水刺非织造布湿巾不再吸附季铵化合物。通过改变湿巾料液表面活性剂的化学性质可以控制ADBAC的吸附量，较多的电解质和含非离子表面活性剂及小分子季铵化合物的组合配方化学品经证明是最有效的制剂。

进一步优化湿巾料液配方使其符合专业的用途和工业化生产的要求并经美国环保局批准是下一步重点工作。非离子表面活性剂常被用在季铵化合物基消毒制剂里，并且有助于减小基材表面张力释放胶态离子，使之吸附到细菌的细胞壁上。然而，需注意的是，要防止因非离子表面活性剂的作用而形成胶束，降低季铵化合物的活性。

在Brian Condon博士的指导下，美国农业部科研人员已用试验论证了阳离子杀菌剂在纤维基消毒湿巾中的吸附机理，并研发出了一个标准的功能性配方。该配方尽可能接近传统使用的商业化配方，采用普通的美国环保局认可的化学品。

（陈海昌编译自Nonwovens Industry/2014年1月，孙静终审）