汽车内饰革的抗菌耐久性研究

摘要：以汽车内饰用抗菌 PVC 革、超纤革、真皮为实验对象，考察自然老化和氙灯老化试验条件下的抗菌耐久性。结果表明，自然老化试验中 PVC 革和超纤革的抗菌性显著衰减，真皮材料的抗菌性始终优异、仅出现外观发皱硬化现象；而氙灯老化试验未能反映皮革材料的抗菌性衰减特征。

关键词：汽车内饰；皮革；抗菌；耐久性

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（Staphylococcusaureus，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。

1.1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。

1.2试验方法

1.2.1氙灯老化验证试验

采用GB/T3208-2015中A-1试验方法，试验条件如表2，共43试验周期，总计206.4h，累计照射总量为706kJ/m2。试验前，将样品裁剪成适合于样品架的65mm×130mm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。

1.2.2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24h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。

1.2.3抗菌性能验证试验

PVC革、超纤革、真皮依据行业标准QB/T4341-2012《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50mm×50mm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24h；4）在均质袋中进行洗脱，并依据GB4789.2做活菌计数。关键操作步骤如图2所示。

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。

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。

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/CSAE105-2019A.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ISO16474-2-2013中的附录B，对本次氙灯试验期间300~400nm紫外波段辐射总量进行换算，取420nm窄波段的辐照强度（1.20±0.02）W/m2对应300~400nm宽波段的54.5W/m2，可得紫外辐照总量为32.1MJ/m2。相应地，户外IP/DP箱内部的累计辐照总量达2330.3MJ/m2（如图8所示），取紫外波段占比9%，可算得紫外段辐射量为209.7MJ/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]。

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/T3208-2015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。

【参考文献】

[1]夏金兰,王春,刘新星.抗菌剂及其抗菌机理[J].中南大学学报(自然科学版),2004(1):31-38.

[2]JiangHS,ZhangY,LuZW,etal.InteractionbetweenSilverNanoparticlesandTwoDehydrogenases:RoleofThiolGroups[J].Small,2019,15(27):1900860.

[3]InoueY,HoshinoM,TakahashiH,etal.BactericidalactivityofAg-zeolitemediatedbyreactiveoxygenspecesunderaer[1]atedcondi-tions[J].JInorgBiochem,2002,92(1):3742.

[4]吴赟炎,张莉莉,周亚洲,等.可持续释放银离子和活性氧的ZnO/Ag/rGO三元新型光催化抗菌剂(英文)[J].催化学报,2019,40(5):691-704.

[5]孙磊,刘爱心,黄红莹,等.水溶性银纳米颗粒的制备及抗菌性能[J].物理化学学报,2011,27(3):722.

[6]杨辉,王可,丁新更,等.无机抗菌粉体中银价态与抗菌性能研究[J].硅酸盐学报,2002(5):47-50+58.

[7]莫尊理,胡惹惹,王雅雯,等.抗菌材料及其抗菌机理[J].材料导报,2014,28(1):50-52.

[8]周瑾,李晶,吴燕芬.载银无机抗菌剂的制备及其性能研究[J].电子科技大学学报,2003(6):158-161.

[9]丁晓良,王帅,单志华.现代汽车内饰材料研究[J].皮革科学与工程,2017,27(6):36-39.

[10]陈磊,黄仁军.汽车内饰抗菌聚丙烯材料热老化行为研究[J].时代汽车,2020(24):137-139+170.

| 更多相关内容可关注本网站和公众号AutoNewTech