優化料液配方強化殺菌劑在消毒濕巾中的作用

Dr. Brian Condon

優化料液配方強化殺菌劑在消毒濕巾中的作用

Dr. Brian Condon

據美國疾病控制中心估計，在美國每年食源性疾病的患病人數達7,600萬，其中32.5萬人需住院治療，而有5,000人會因此死亡。僅在美國，食源性疾病的年度醫療費用已從約65億美元上漲到差不多350億美元。絕大部分食源性疾病的直接致病原因是交叉感染，交叉感染屬于細菌自然傳播，有害病菌可在人、物體或表面互相傳播。例如在廚房里，使用同一臺面、刀具、案板或其他用具來處理食物，如不對表面或用具進行清洗和消毒，細菌就會從一種食物傳播到另一種。

在家庭、醫療保健機構或公共場所中的硬質表面清潔消毒中，非織造布消毒濕巾起著重要作用。根據北美非織造布協會（INDA）公布的2012—2017年北美濕巾市場趨勢與預測報告，2012年，北美家庭清潔用消毒濕巾的零售額約為8.11億美元，預計每年增長8％，到2017年銷售額可達19億美元。醫療保健用和公共機構用消毒濕巾市場雖小卻有著重要作用，2012年，終端銷售額約為1.14億美元，預計每年以約6％的幅度增長，到2017年銷售額可達1.52億美元。

硬質表面清潔用濕巾必須是多功用的，專門用來擦拭、清潔和吸收污染物，同時還要把一種或多種消毒化學品留在清潔物體的表面上。濕巾料液必須發揮綜合效用，既能潤濕和清潔表面，又能廣譜殺菌，同時還要避免交叉感染。另外，把消毒化學品留在物體表面是該類濕巾的首要功用，也是有效凈化表面的推薦方案或規范的一部分。

盡管消毒化學品規范有所改進，要對各種物體表面和環境進行快速而完全的消毒仍然是一個挑戰。硬質表面通常多孔，利用濕巾料液把表面全部潤濕較難。季銨鹽等一些常用消毒化學品本身的潤濕和乳化性質就比較差。研究表明，消毒劑發揮作用需要4～10min的接觸時間，在某些清潔條件下，需要這么長的時間并不方便也不實際。血漬、動物污物和油脂等表面污垢以及陰離子表面活性劑和某些表面帶電荷的纖維等濕巾組分還易使消毒劑失效。經驗證，包括黏膠纖維和棉纖維在內的表面帶負電荷的纖維要吸附多達40％的帶正電荷的季銨鹽，因此會降低消毒功能，造成大量濕巾助劑不能發揮作用。

盡管目前有許多化學殺菌劑，但多數仍為陽離子表面活性劑，例如濕巾行業稱為“季銨化合物”的季銨鹽。最常用的季銨化合物之一是烷基二甲基芐基氯化銨（ADBAC），它具有殺滅細菌、霉菌、藻類和一些病毒的廣譜殺菌活性。季銨化合物可改變細菌或霉菌細胞蛋白質的結構，或使之變性，這會影響細胞內的代謝反應，造成細胞內的重要物質漏出，使細胞壞死。在細菌細胞失活過程中，季銨基仍然是完整的，并保有其殺菌能力。

由于棉纖維和黏膠纖維過度吸附ADBAC及其他陽離子殺菌劑，使聚酯纖維非織造布在消毒濕巾中得到廣泛應用。然而，完全使用聚酯纖維的濕巾也存在很多缺點，如吸收能力小、表面清潔和污物吸附效果差以及一疊濕巾中每片的料液含量不均勻等。相反，棉纖維非織造布吸收能力大、濕巾料液含量均勻、濕強度高并具有獨特的硬質表面擦拭性能。通過擦拭性能和高吸收性能可歸因于棉纖維有卷曲和復雜的多孔結構（見圖1），這導致非織造布的摩擦系數加大，表面擦拭功效提高。棉纖維具有較高的成本效益，是天然纖維，并且有益于環境，可生物降解。

圖1　電子顯微鏡下觀察到的棉纖維截面和各層的復合結構，沿著纖維長度的白色條紋部分為有利于擦拭功能的卷曲結構

美國農業部南部地區研究中心位于路易斯安那州新奧爾良市，該研究中心認為，如果ADBAC吸附問題得以解決，棉纖維非織造布消毒濕巾就有機會占據優勢。美國農業部為此于2010年啟動了一個科研項目，目的是檢驗濕巾料液化學及物理性質對棉纖維非織造布和其他各種纖維非織造布基材的ADBAC吸附量有何影響。為了研究纖維對非織造布表面特性所起的作用，該中心還對不同后處理階段的棉纖維非織造布進行研究，包括未漂白階段，即本色的非織造布，以及漂白后的非織造布。

所有的科研目標是：

（1）研究纖維素纖維非織造布和聚酯纖維非織造布等各種基材對季銨化合物釋放活性的影響機理；

（2）通過改變傳統濕巾的配方化學品解決ADBAC的棉纖維吸附問題；

（3）研發出一種通用的濕巾配方，采用普通的美國環保局許可的化學品和濕巾行業常用季銨化合物殺菌劑；

（4）探討非織造布行業的可用技術，以及把棉纖維巧妙用于非織造布消毒濕巾中所需的相關技術條件。

美國農業部南部地區研究中心用現場制作的含未漂棉纖維、漂白棉纖維、黏膠纖維、聚酯纖維和棉/聚酯混合纖維等混合纖維的50～70g/m2水刺非織造布基材進行了試驗。把非織造布布樣浸入含有ADBAC殺菌劑的商品化濕巾配方溶液槽里，使用減液法去除ADBAC，并用紫外可見吸收光譜測定纖維表面上的ADBAC吸附量，用釕紅染色劑和高分辨率相機圖像分析評定果膠量。試驗中的各項參數都是經過評估的，包括料液濃度、浸漬時間、浴比、pH值、溫度、電解質濃度、基材預處理以及與其他表面活性劑、小分子季銨化合物和酒精的配伍等。

棉纖維非織造布對ADBAC的吸附作用源于靜電作用、分散力和疏水作用。初步試驗結果表明，黏膠纖維和未漂棉纖維比漂白棉纖維能吸附更多的ADBAC，而聚酯纖維非織造布基材的吸附量可忽略不計。除此之外，在棉纖維和聚酯纖維的混合纖維非織造布上，ADBAC的吸附量隨著未漂和漂白棉纖維的比例增加而增多，如圖2所示。

圖2　未漂（本色）和漂白棉纖維/聚酯纖維混合纖維非織造布的ADBAC吸附量（以ADBAC的耗用量表示）

這一趨勢與其他試驗結果相結合可以說明，棉纖維表面ADBAC吸附機理為靜電作用。試驗結果還說明，棉纖維非織造布的ADBAC吸附量取決于所含的果膠量和天然蠟的含量。用非離子表面活性劑、小分子季銨化合物、電解質和酒精配制的濕巾料液能明顯減少纖維素纖維非織造布對ADBAC的吸附量，使之接近聚酯纖維非織造布的吸附量。表1是使用未改性的和一些改性的消毒浸液時，ADBAC在未漂和漂白棉纖維基材上與在聚酯纖維基材上的吸附率減少比較情況。

表1　各種配方濕巾中的聚酯纖維、未漂棉纖維和漂白棉纖維的ADBAC吸附量

非離子表面活性劑和小分子季銨化合物對ADBAC吸附量的作用最大。在表面活性劑濃度一定時，料液的酒精含量、pH值、溫度和電解質濃度對ADBAC吸附產生的影響次之。

圖3和圖4表明，ADBAC的含量隨組合配方中的非離子表面活性劑、聚環氧乙烷12（圖3）和小分子季銨化合物、氯化四甲銨（圖4）濃度變化而變化。

圖3　在未漂白棉纖維基材中的ADBAC耗用量隨非離子表面活性劑濃度改變而變化

圖4　在漂白或未漂（本色）棉纖維基材中的ADBAC耗用量隨小分子季銨化合物（氯化四甲銨）的濃度改變而變化

根據試驗結果，已經對工業化生產的濕巾殺菌配方進行了優化。以8in.×12in.的基材作為樣本吸收料液，吸收量為其自身質量的約1.5倍，用密封袋包裝送外部試驗室檢驗殺菌穩定性和效力。試樣放置時間超過21天，優化的配方化學品仍抑制過量吸附。美國農業部和Cotton Incorporated公司聯手與外部試驗室合作，用濕巾行業標準檢驗步驟（ASTME 2362-09）來量化試驗室非織造布試樣的性能。

總結來講，經美國農業部試驗證明，含常用ADBAC殺菌劑的濕巾用改性消毒配方化學品可使100％漂白棉纖維水刺非織造布濕巾不再吸附季銨化合物。通過改變濕巾料液表面活性劑的化學性質可以控制ADBAC的吸附量，較多的電解質和含非離子表面活性劑及小分子季銨化合物的組合配方化學品經證明是最有效的制劑。

進一步優化濕巾料液配方使其符合專業的用途和工業化生產的要求并經美國環保局批準是下一步重點工作。非離子表面活性劑常被用在季銨化合物基消毒制劑里，并且有助于減小基材表面張力釋放膠態離子，使之吸附到細菌的細胞壁上。然而，需注意的是，要防止因非離子表面活性劑的作用而形成膠束，降低季銨化合物的活性。

在Brian Condon博士的指導下，美國農業部科研人員已用試驗論證了陽離子殺菌劑在纖維基消毒濕巾中的吸附機理，并研發出了一個標準的功能性配方。該配方盡可能接近傳統使用的商業化配方，采用普通的美國環保局認可的化學品。

（陳海昌編譯自Nonwovens Industry/2014年1月，孫靜終審）