纸张与纺织品的生物腐蚀：从失效分析到抗菌性能评价

数千年来，纸张与纺织品作为人类文明的基石，其生产原料长期以天然材料为主导——无论是纸张中的纤维素和植物纤维，还是纺织品中源于动植物的纤维。然而，近一个世纪以来，材料科学的演进为这一传统领域带来了深刻变革。尼龙等聚烯烃或粘胶纤维、人造丝等改性天然材料开始与天然纤维交织，甚至在某些领域完全取而代之。合成材料不仅为纸张赋予了抗撕裂、防水等新特性，也为纺织品带来了前所未有的高弹性。尽管如此，天然纤维在纸张和纺织产品中依然扮演着不可或缺的角色。

伴随这些材料的广泛应用，一个古老而持续的挑战也日益凸显：生物腐蚀。从古籍文献到日常衣物，生物体（如鼠类、昆虫和微生物）对其造成的损害几乎与它们的使用历史一样长久。直到20世纪40年代，对这些材料生物腐蚀的研究才真正系统化，发展成为一门独立的科学学科。当时，在远东热带地区的军事冲突中，军用服装（如军靴）和装备（如帐篷、防水布）的过早失效，促使研究人员开始致力于预测材料在恶劣环境下的性能，并寻找防止失效的處理方法。一系列标准测试方法应运而生，其中许多源于军用规范，至今仍在使用。

即使在合成材料大行其道的今天，纺织品和纸张的生物腐蚀问题依然存在。微生物不仅会导致成品产生色斑、异味，还会通过代谢关键组分（如增塑剂）来破坏材料功能，导致其丧失弹性。同样，在纺织和造纸的生产过程中，微生物活动也会造成生产力损失，例如微生物黏泥会导致纸张缺陷和生产中断，而微生物生长或脱落的生物膜则可能堵塞纺丝油剂的施加器，导致纱线缺乏抗静电剂或润滑剂，甚至在织机上因局部过热而受损。

微生物腐蚀的形态与防控

成品纸张和纺织品的微生物侵袭通常与真菌有关，尽管在生产环境中，多种微生物都可能引发问题。当材料在使用或储存过程中暴露于高湿度或直接接触水的环境时，微生物便会滋生。其结果通常是产生污渍或色斑（图1），最终导致物理性损伤（图2）。这种腐蚀的形式多种多样，从历史文献上被称为“霉斑”（foxing）的微小瑕疵，到帐篷因未妥善干燥储存而产生的严重霉斑和霉味。

图1. 棉质纺织品上因霉菌生长导致的污渍

图2. 一本因水浸而遭受微生物腐蚀的书籍

防止微生物生长最直接的策略是确保环境中水分不足。在文献档案馆中，湿度受到严格控制，以抑制微生物的初始生长或延缓已有霉斑材料的进一步恶化。这不仅能确保文献的稳定性，还能避免真菌生长和孢子扩散对档案工作者健康造成负面影响。同样，具有历史价值的纺织品也需在受控环境中进行保存。对于帐篷、防水布等实用物品，则可以通过在使用后充分干燥并储存于防潮环境中来预防霉菌滋生。若物品在使用中预计会接触水分，或储存条件不甚理想，则可对其进行防霉处理。

生物腐蚀抗性的测试方法

评估材料对微生物腐蚀的敏感性，以及防护处理措施的有效性，其测试方法涵盖了从简单的琼脂平板生物测定，到模拟真实暴露条件的湿热箱测试，再到最为严苛的现场暴露和田间土壤埋藏试验。测试方法的选择取决于所需信息的类型、数据获取的速度，以及预测准确性的重要程度。

简单的平板法结合耐久性模拟（如水浸沥滤），可用于快速筛选一系列防护处理方案，选出一两种可能在实际应用中奏效的方案。然而，这类测试需谨慎对待，因为它们未必能真实模拟材料固有的腐蚀敏感性（尤其是当培养基含有额外营养时），且可能低估某些处理剂的保护能力。因此，当涉及更为关键的应用场景时，应优先考虑基于湿热箱的模拟测试（如BS2011 Part 2J）和现场试验。

表1 用于检测纺织品生物腐蚀抗性的方法

表2 用于检测纺织品生物腐蚀抗性的方法（续）

从表1和表2中可见，针对纺织品抗真菌性的测试方法数量众多。大部分基于琼脂平板，少数使用湿热箱。琼脂平板法从简单的单菌种测试（样品置于完全营养培养基上）到复杂的多菌种测试（样品置于最低营养培养基上）不等。前者适用于研究不同处理剂的剂量效应，而后者更适合评估材料固有的腐蚀敏感性。

表3 用于检测纸张生物腐蚀抗性的方法

表4 用于检测土工布生物腐蚀抗性的方法

在土工布等特定应用中，土壤埋藏法可能是模拟其在役性能唯一合理的方式。对于生产过程中使用的材料，也开发了专门的测试，例如ASTM E1839用于评估造纸工业杀菌剂的效力。此外，随着新材料的出现，新的测试需求也随之产生，例如用于个人护理的湿巾，其在储存和使用中易受真菌污染，相关行业已着手开发模拟问题并预测防腐剂性能的方法。

表5 正在开发的用于检测湿巾和湿润非织造布防腐性能的方法

面对如此众多的标准和方法，如何为特定产品选择最合适的测试方案，评估其生物腐蚀抗性，是一项复杂的专业工作。要获得可靠的数据，不仅需要理解每种方法的原理和适用范围，还需要丰富的实践经验。 精工博研测试技术（河南）有限公司（原郑州三磨所国家磨料磨具质量检验检测中心），作为央企背景的权威第三方检测机构，提供专业的纺织品及纸张生物腐蚀抗性检测服务。我们能根据您的产品特性和应用场景，选择并执行最合适的标准测试，为您提供可靠、准确的质量控制数据。欢迎垂询，电话19939716636。

从“防腐”到“抗菌”：功能性纺织品与纸张

近年来，市场上出现了一类新型纺织品和纸张，它们添加抗菌性能的目的不再仅仅是防止自身在使用中腐坏，而是为了在使用过程中提供主动的抗菌功能。这些产品包括添加了抗菌剂以抑制汗液分解产生异味的衣物，或在医疗环境中防止交叉感染的纺织品。

表6 用于检测纺织品（织物、纱线或绒/絮）抗菌活性的方法

表7 用于检测纺织品（织物、纱线或绒/絮）抗菌活性的方法（续）

图3. JIS L 1902定量测试方法示意图

评估这类功能性抗菌效果的测试方法主要分为两类：

1. 抑菌圈法 (Zone Diffusion Assay)：以AATCC 147为代表，将纺织品样品放置在已接种细菌的琼脂平板上。如果处理过的纺织品释放出可溶性抗菌剂，就会在样品周围形成一个没有细菌生长的透明区域，即“抑菌圈”。这种方法非常直观，能形象地展示抗菌效果，因此在纺织行业广受欢迎。然而，它是一种定性或半定量的方法，抑菌圈的大小并不能直接等同于抗菌效果的强弱，而且它更适用于评估可迁移的抗菌剂，对于非迁移性抗菌技术可能无法给出准确评价。

2. 接触杀菌/抑菌法 (Intimate Contact Test)：以AATCC 100和JIS L 1902为代表，这是一种定量方法。其核心思想是：将已知数量的细菌直接接种到纺织品样品上，在特定条件下（如37°C，高湿度）培养一段时间后，再将细菌洗脱下来进行计数，通过与对照组（未处理的纺织品）或初始接种量比较，精确计算出细菌数量的减少率或增长抑制率。这类方法能够量化纺织品的杀菌（bactericidal）或抑菌（bacteriostatic）能力，数据更为可靠。

表8 用于检测纺织品（织物、纱线或绒/絮）抗菌活性的方法（续）

表9 用于检测纺织品（织物、纱线或绒/絮）抗菌活性的方法（续）

表10 用于检测地毯抗菌活性的方法

如何选择恰当的测试方法？一个关键的策略问题

为评估潜在的生物腐蚀风险及其防护措施，测试方法的选择相对直接，通常由需满足的规范（如军用标准）或模拟实际失效场景的需求所驱动。但在评估功能性抗菌效果时，问题则变得更为复杂。

尽管上述方法都能提供某种程度的抗菌效果度量，但核心在于确保测试方法及其衡量的效果与产品的实际应用场景相关。这是一个普遍存在却又常常被忽视的误区。

例如，对于旨在减少运动排汗产生异味的服装（如袜子），采用像AATCC 100这样的湿润接触测试，并使用能将汗液中化合物生物转化为气味分子的特定菌种，可以被认为是一个合理的模型。然而，将同样的方法应用于软装家具或医护人员的制服，则可能得出误导性的结论。在正常使用中，这些材料大多是干燥的，最多偶尔被溅上含有微生物的液体。测试条件不仅未能模拟纺织品的正常使用环境，还可能人为地预测出一个在实践中根本不会发生的效果。

许多抗菌剂需要自由水作为介质，才能从材料中迁移到与其接触的微生物细胞上。同样，所有微生物的生长和许多微生物的存活也离不开水。如果在一个应用场景中，不存在或水分不足，那么抗菌剂不太可能迁移，微生物细胞也不处于能够与活性成分相互作用的代谢状态。

因此，在选择测试方法时，必须深入思考我们究竟想模拟何种效果。若目标是防止医护人员制服上的细菌通过接触在患者间造成交叉感染，那么作用速度将是关键因素。测试不仅要模拟真实条件下的湿度（如手部接触的湿气、体液飞溅），其接触时间也必须反映交叉污染可能发生的时间窗口（在繁忙的临床环境中可能非常短暂）。在某些情况下，如空气中的细菌沉降到窗帘上，可能根本就不存在显著的湿润环境。尽管已有方法（如ISO/CD 20743的印刷法）尝试模拟这种“干式”接触条件，但在实施过程中仍需警惕因回收步骤而引入的人为误差。

总而言之，要科学、有力地证实纺织品或纸张的抗菌宣称，并评估其在真实世界中的益处，仍有大量细致的工作需要完成。简单套用标准并不能解决所有问题，对应用场景的深刻理解和对测试方法原理的批判性审视，才是通往可靠结论的必经之路。