汽车内饰革的抗菌耐久性研究

赵雪茹，李俊贤，王俊＊，贾晓社，庾梓君，袁磊磊，张晓东，杨建

（1.中国电器科学研究院股份有限公司工业产品环境适应性国家重点实验室广东省高分子材料环境适应性评价与检测技术重点实验室，广东 广州 510663；2.北京汽车股份有限公司，北京 103100；3.威凯检测技术有限公司，广东 广州 510663）

引言

车内处于一个相对封闭的环境，灰尘、人体汗液、油垢、烟垢等物质以及外部的污垢极易粘附在内饰的材料的纤维上，是细菌霉菌滋生的温床。因此，在人体经常接触的方向盘、座椅、扶手等包覆皮革的内饰部位，如何选取长效抗菌材料，打造整车抗菌座舱系统，成为了汽车行业的发展趋势之一。

目前市场上主要应用的抗菌剂有：无机抗菌剂、有机抗菌剂、天然抗菌剂及复合抗菌剂[1]，其中应用最为广泛的为无机银离子抗菌剂。本文抗菌皮革主要应用的是无机银离子抗菌技术及复合抗菌技术，该类抗菌剂对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，以下简称SA）、白色念球菌等菌群有着明显消杀作用。其作用机理有两种解释：一是Ag+直接与细菌接触，通过细胞壁接触反应，或与细胞内合成酶的SH基反应使其直接或因二次结构改变而失活[2]，以无机银离子抗菌剂为主；二是Ag+通过产生活性氧——如过氧离子、过氧化氢和氢氧自由基来发挥抗菌活性[3]，以纳米银复合胶体抗菌剂为主。两种抗菌机理都会造成微生物共有成分破坏或产生功能障碍，最终细胞丧失分裂增值能力而死亡。相比之下，无机银离子抗菌剂优势为安全性、耐热性、耐久性较好，其缺点为抗菌具备一定迟效性；而复合抗菌剂优势为广谱性好，杀菌防霉高效温和，持久有效，其缺点为成本较高，技术成熟度低。

目前，相关研究多围绕多元协同抗菌剂的制备和机理分析[4-5]展开，对于老化应力对材料抗菌耐久性的影响较少。因此，本文选取PVC革、超纤革和真皮抗菌材料为研究对象，开展IP/DP箱自然老化和氙灯加速试验，探究常用老化试验条件下的光热应力对抗菌效果的影响规律，横向对比无机银离子抗菌剂与复合抗菌剂的稳定性。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

本研究中采用PVC革、超纤革、真皮抗菌材料为研究对象（图1），相关材料及其抗菌添加剂类型见表1，样品尺寸为297 mm×210 mm。

图1 试验前的3种试样材料Fig.1 3 sample materials before test

表1 试验材料信息Tab 1 Test material information

1.1 试验方法

1.1.1 氙灯老化验证试验

采用GB/T 3208-2015中A-1试验方法，试验条件如表2，共43试验周期，总计206.4 h，累计照射总量为706 kJ/m2。试验前，将样品裁剪成适合于样品架的65 mm×130 mm的长方形，测量样品的Lab颜色和光泽度值。试验后，再次测量样品的Lab颜色和光泽度值，观察样品外观是否有粉化、裂纹、斑点、发粘、针孔、长霉、变软、变硬、发脆、析出、翘曲、分层等现象，试验结束后进行抗菌性能验证。

表2 氙灯试验条件Tab.2 Xenon test conditions

1.1.2 自然老化验证试验

试验条件选取琼海湿热气候下的IP/DP箱间接暴晒：试验箱玻璃为透明层压玻璃，暴晒角度45°，试验箱极限温度102℃，试验周期6个月。试验前，将试验样品清洁、晒干后在常规试验条件下存放24 h进行样品调节。老化的第2、4、6个月，分别进行外观性能评价和抗菌性能检测，以探究其耐自然老化性能和抗菌性能受自然老化的衰减程度。

1.1.3 抗菌性能验证试验

PVC革、超纤革、真皮依据行业标准QB/T 4341-2012《抗菌聚氨酯合成革——抗菌性能试验方法和抗菌效果》进行抗菌试验，见表3。试验前，将样品裁剪成50 mm×50 mm的样块，取3个平行样，试验用菌选取大肠杆菌和金黄色葡萄球菌两种。对照样选取卫生级高密度聚乙烯。抗菌性检测流程包括：1）制备指定规格的试验样、空白对照样和覆盖膜，并对其进行灭菌；2）将工作菌种接种培养，利用比浊管调整菌液至规定浓度；3）在试样测试面均匀滴加菌液并压贴灭菌覆盖膜，在相对湿度≥90%RH、温度（35±2）℃的环境下加盖培养24 h；4）在均质袋中进行洗脱，并依据GB 4789.2做活菌计数。关键操作步骤如图2所示。

表3 抗菌验证试验要求(QB/T 4341-2012标准)Tab.3 Antibacterial verification test requirements(QB/T 4341-2012)

图2 抗菌验证试验关键操作步Fig.2 Key operation steps of antibacterial verification test

2 结果与讨论

2.1 自然状态下抗菌性能验证

自然状态下，PVC革和超纤革对大肠杆菌的抗菌率满足行业标准要求，对SA的抗菌率大于95%、略低于标准中的99%，而真皮材料的抗菌性能均满足要求。这是由于无机银离子具有抑菌和杀菌的双重作用，但其抗菌活性同时受到释放速度、粒径大小和银离子含量的影响，而真皮材料采用的复合抗菌技术抗菌效果好、稳定性高。因此，需要改进两种人造皮革的抗菌处理工艺，尤其是控制浸轧阶段银离子抗菌剂总量、粒径和均布性以及渗出速度，以减小抗菌率偏差。

2.2 自然老化抗菌性能验证

自然老化试验中，PVC革和超纤革的抗菌性耐久性较差，而且PVC革更加敏感——试验第2个月降至50%以下，第6个月全部丧失（图3、图4），但光泽和色差测量结果基本没有变化。这说明，两种人造革中银离子的缓释速度或有效含量不同，推测PVC革中抗菌剂的银离子与载体结合不牢固，易游离出来受光热影响被还原成银单质，而银单质的抗菌性低于银离子[6-7]，或与皮革添加剂/挥发物反应，使抗菌效果随自然老化显著降低。考虑到重金属银离子对细胞有一定的毒性作用，而且具有在人体中代谢的长半衰期特点，日常用品中银不应该无限制添加。因此，重点改进皮革抗菌后处理工艺中抗菌剂的缓释性和稳定性，可以更加经济地实现汽车座舱长效抗菌。

图3 3种皮革对金黄色葡萄球菌的抗菌率Fig.3 Antibacterial rate of three kinds of leather against Staphylococcus aureus

图4 3种皮革对大肠杆菌的抗菌率Fig.4 Antibacterial rate of three kinds of leather against Escherichia coli

另一方面，自然老化试验中，真皮材料的抗菌性能始终满足标准要求，但是出现明显的褶皱、发硬现象，如图5所示。值得注意的是，试验期间IP/DP箱的黑板极限温度为102℃（图6），与整车湿热气候暴晒试验中方向盘位置的实际最高温度相当。此种条件下，皮革内部的油脂加速挥发，油膜被破坏，导致内部纤维粘连，使得真皮变硬。因此，改善真皮内饰材料在高温、干湿交变环境下的耐老化性，仍旧是当下的关注重点。

图5 自然老化试验后的3种皮革材料Fig.5 3 kinds of leather materials after natural aging test

图6 自然老化试验中IP/DP箱内黑板温度Fig.6 Blackboard temperature of IP/DP box in natural aging test

2.3 氙灯老化抗菌性能验证

抗菌测试结果表明，氙灯试验后3种皮革材料的抗菌率无明显变化、均保持在99%以上（表4），仅真皮试样出现翘曲变形、变硬和十分轻微的变色，图7为相关外观照片。参考团标T/CSAE 105-2019 A.3.2.1对颜色测量结果进行分析发现，PVC革与真皮出现很轻微变色。结合标准ISO 16474-2-2013中的附录B，对本次氙灯试验期间300～400 nm紫外波段辐射总量进行换算，取420 nm窄波段的辐照强度（1.20±0.02）W/m2对应300～400 nm宽波段的54.5 W/m2，可得紫外辐照总量为32.1 MJ/m2。相应地，户外IP/DP箱内部的累计辐照总量达2330.3 MJ/m2（如图8所示），取紫外波段占比9%，可算得紫外段辐射量为209.7 MJ/m2。也就是说，氙灯老化试验中的紫外辐照强度仅为户外的15%，温度交变幅度也小于户外环境。因此，氙灯试验未能有效地加速反映皮革材料的抗菌耐久性衰减特性，需对试验时间或试验方法进行深入研究[8-10]。

表4 氙灯试验后3种材料的抗菌率测试结果Tab.4 Antibacterial rate of three materials after xenon test

图7 氙灯试验后的真皮试样Fig.7 Leather sample after xenon test

图8 自然老化试验中IP/DP箱累计辐射量Fig.8 Cumulative radiation of IP/DP box in natural aging test

3 结束语

本文研究了汽车内饰皮革材料的抗菌耐久性及其试验方法，主要结论有：

（1）湿热气候IP/DP箱自然老化试验可以有效反映不同材料的抗菌耐久性。

（2）自然老化试验中，PVC革和超纤革的抗菌性显著下降，真皮表现出色、但耐光热老化能力不足。

（3）基于GB/T 3208-2015中A-1的氙灯老化试验方法的加速程度有限，未能反映人造皮革材料的抗菌性衰减特点，需要进一步优化试验方法。

综上所述，应该重视抗菌功能材料的抗菌耐久性问题及其加速试验方法开发，现有人工加速老化试验方法不足以反映实际情况。