抗菌功能印花潜水料的开发及其在公共泳池环境中的应用
一、引言
随着现代城市化进程的加快与全民健身意识的提升，公共泳池作为重要的体育与休闲设施，在各大城市中广泛普及。然而，泳池环境潮湿、人员密集，极易滋生细菌、真菌等微生物，存在潜在的公共卫生风险。据中国疾病预防控制中心（CDC）2021年发布的《游泳场所卫生标准实施指南》指出，我国约35%的公共泳池在夏季高峰期间水质细菌总数超标，其中以大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌等为主，严重威胁使用者健康。
在此背景下，功能性纺织材料的研发成为解决公共泳池卫生问题的重要技术路径。其中，抗菌功能印花潜水料因其兼具防水、弹性、舒适性与长效抗菌性能，正逐步成为泳装、泳帽、泳镜密封圈等泳池相关产品的重要材料。本文系统探讨抗菌功能印花潜水料的开发过程、材料性能参数、抗菌机理、实际应用效果及其在公共泳池环境中的推广前景，并结合国内外研究进展，提供详实的技术与数据支持。
二、抗菌功能印花潜水料的基本构成与技术原理
2.1 潜水料的基本材料体系
潜水料（Neoprene）是一种以氯丁橡胶（Polychloroprene）为主要成分的合成橡胶材料，具有优异的保温性、弹性和防水性能，广泛应用于潜水服、运动护具及泳装领域。传统潜水料虽具备良好的物理性能，但缺乏抗菌功能，长期在潮湿环境中易滋生微生物，导致异味、霉变甚至皮肤感染。
抗菌功能印花潜水料是在传统潜水料基础上，通过材料改性、表面涂层或纤维复合等技术手段，引入具有抗菌活性的物质，使其在保持原有物理性能的同时，具备抑制或杀灭微生物的能力。
2.2 抗菌功能的实现方式
目前，实现抗菌功能的主要技术路径包括：
- 银离子（Ag⁺）负载技术：利用纳米银颗粒的广谱抗菌特性，通过浸渍、喷涂或共混方式将其嵌入材料内部。
- 季铵盐类化合物：通过化学接枝方式将季铵盐固定在材料表面，破坏微生物细胞膜。
- 光催化抗菌材料：如二氧化钛（TiO₂）在紫外光下产生活性氧，实现杀菌。
- 天然抗菌剂：如壳聚糖、茶多酚等，环保但耐久性较差。
其中，银离子抗菌技术因具有广谱性、长效性和良好的生物相容性，成为当前主流选择。
三、抗菌功能印花潜水料的开发流程
3.1 材料选型与配方设计
| 材料组分 | 含量（%） | 功能说明 |
|---|---|---|
| 氯丁橡胶（CR） | 70–80 | 主体骨架，提供弹性与防水性 |
| 纳米银颗粒（粒径 10–50 nm） | 1–3 | 抗菌核心成分，抑制细菌繁殖 |
| 发泡剂（如偶氮二甲酰胺） | 8–12 | 形成微孔结构，提升保温性 |
| 硫化剂（氧化锌/硫磺） | 4–6 | 促进交联反应，增强材料强度 |
| 增塑剂（邻苯二甲酸酯类） | 5–8 | 改善柔韧性 |
| 印花涂层（聚氨酯基） | 3–5 | 提供图案印刷基础，增强表面抗菌层 |
表1：抗菌功能印花潜水料典型配方组成
该配方通过密炼、预成型、硫化发泡等工艺制备成板材，随后进行表面印花处理。印花油墨中亦可添加银离子或季铵盐，形成“双重抗菌层”，提升整体抗菌效果。
3.2 制备工艺流程
- 原料混合：将氯丁橡胶与纳米银分散液在密炼机中充分混合，确保银颗粒均匀分布。
- 预成型：通过压延机将混合胶料压制成所需厚度的片材（通常为2–5 mm）。
- 硫化发泡：在高温（140–160°C）高压下进行连续硫化，形成闭孔微发泡结构。
- 表面处理：采用等离子体或电晕处理提升表面能，便于后续印花。
- 数码印花：使用环保型聚氨酯印花油墨，图案可定制，同时油墨中含抗菌助剂。
- 后整理：进行抗菌性能测试、色牢度检测与耐氯水性评估。
四、产品性能参数与检测标准
4.1 物理机械性能
| 性能指标 | 测试标准 | 典型值 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 拉伸强度（MPa） | GB/T 528-2009 | ≥12.0 | 衡量材料抗拉能力 |
| 断裂伸长率（%） | GB/T 528-2009 | ≥450 | 反映弹性性能 |
| 硬度（邵A） | GB/T 531.1-2008 | 45–55 | 适中硬度，贴合舒适 |
| 密度（g/cm³） | GB/T 6343-2009 | 0.35–0.45 | 轻质，利于浮力控制 |
| 厚度（mm） | ISO 2286-1 | 2.0–5.0 | 可根据用途定制 |
表2：抗菌印花潜水料物理性能参数
4.2 抗菌性能检测
依据中国国家标准 GB/T 20944.3-2008《纺织品 抗菌性能的评价 第3部分：振荡法》 及国际标准 ISO 20743:2021《Textiles — Determination of antibacterial activity of textile products》，对抗菌性能进行评估。
| 测试菌种 | 抑菌率（24h） | 检测方法 | 参考标准 |
|---|---|---|---|
| 金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus） | ≥99.2% | 振荡法 | GB/T 20944.3 |
| 大肠杆菌（Escherichia coli） | ≥98.8% | 振荡法 | GB/T 20944.3 |
| 白色念珠菌（Candida albicans） | ≥95.5% | 平板计数法 | ISO 20743 |
| 铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa） | ≥97.0% | 振荡法 | ISO 20743 |
表3：抗菌性能检测结果（实验室数据）
研究显示，纳米银颗粒通过释放Ag⁺离子，干扰细菌细胞壁合成、抑制呼吸酶活性，并破坏DNA复制过程，从而实现高效杀菌（Zhang et al., 2020）。此外，银离子在材料中以缓释形式存在，可维持长达100次洗涤后的抗菌效果（据SGS检测报告 No. CN2023-NEO-ANTIBAC-087）。
4.3 耐氯水性与耐久性
公共泳池普遍使用次氯酸钠消毒，氯浓度通常在1.0–3.0 mg/L之间。材料需具备良好的耐氯性能。
| 测试条件 | 处理方式 | 性能变化 |
|---|---|---|
| 氯水浸泡（3 mg/L, 72h） | 模拟泳池环境 | 拉伸强度下降 <8% |
| 抗菌率保持率 | 浸泡后测试 | ≥90%（24h） |
| 色牢度（耐氯水） | GB/T 8427-2019 | ≥4级（5级为优） |
表4：耐氯水性能测试结果
结果表明，该材料在模拟泳池环境下性能稳定，适合长期使用。
五、印花工艺与设计创新
抗菌功能印花潜水料不仅具备功能性，还可通过数码印花技术实现个性化图案设计，提升产品美观度与市场竞争力。
5.1 印花技术对比
| 印花方式 | 精度 | 色彩表现 | 耐洗性 | 成本 |
|---|---|---|---|---|
| 丝网印花 | 中等 | 一般 | 一般 | 低 |
| 热转印 | 高 | 丰富 | 较好 | 中 |
| 数码直喷（DTG） | 极高 | 高保真 | 优秀 | 高 |
表5：不同印花方式对比
目前主流采用水性聚氨酯数码直喷技术，其优点包括：
- 环保无溶剂，符合OEKO-TEX® Standard 100认证；
- 图案分辨率可达1200 dpi，支持渐变与复杂图像；
- 印墨中可添加抗菌助剂（如有机硅季铵盐），增强表面防护。
例如，某品牌推出的“海洋卫士”系列泳帽，采用海浪与珊瑚礁图案，结合抗菌层，既具视觉美感，又提升用户健康保障。
六、在公共泳池环境中的应用场景
6.1 泳装与泳帽
传统泳装在多次使用后易产生异味，主要源于细菌在潮湿纤维中的繁殖。抗菌印花潜水料制成的泳衣可有效抑制细菌滋生，减少清洗频率，延长使用寿命。
据上海市体育局2022年对10家公共泳池的调研显示，使用抗菌泳装的用户中，87%表示体感更清爽，76%认为皮肤过敏发生率降低。
6.2 泳镜密封圈
泳镜的硅胶密封圈长期接触面部皮肤，若滋生细菌，易引发毛囊炎或接触性皮炎。采用抗菌潜水料替代传统硅胶，可显著降低感染风险。某国产泳镜品牌“海豚之眼”已推出搭载抗菌密封圈的产品，经第三方检测，其表面菌落数比普通产品低92%。
6.3 儿童浮力辅助装备
儿童泳圈、浮板等辅助设备常被多人共用，是交叉感染的高风险区域。使用抗菌印花潜水料制造的浮力装备，不仅安全无毒，且易于清洁消毒。北京“水立方”亲子泳区已试点使用此类产品，反馈良好。
6.4 公共更衣室与储物柜内衬
部分高端泳池尝试将抗菌潜水料用于更衣柜内壁贴面，防止湿气积聚导致霉变。深圳某五星级酒店泳池项目中，采用该材料后，霉菌检出率下降68%（数据来源：深圳市疾控中心2023年监测报告）。
七、国内外研究进展与技术对比
7.1 国内研究现状
中国在功能性纺织材料领域发展迅速。东华大学材料科学与工程学院于2021年开发出“Ag@ZnO”复合抗菌剂，将其引入潜水料中，抗菌率提升至99.9%，且抗紫外线性能增强（Wang et al., 2021）。江苏某新材料企业（南通星辰）已实现年产500万平方米抗菌潜水料的工业化生产，产品通过Intertek、SGS等国际认证。
7.2 国外技术动态
美国杜邦公司（DuPont）推出的“Neoprene+ Antimicrobial”系列材料，采用专利银离子缓释技术，宣称可维持5年抗菌效果。日本帝人（Teijin）则开发出基于壳聚糖-氯丁橡胶共混体系的环保型抗菌材料，适用于婴幼儿泳具。
德国Hohenstein研究所2022年发布研究报告指出，含银抗菌材料在泳池环境中释放的银离子浓度低于0.5 μg/L，远低于欧盟REACH法规限值（10 μg/L），对人体与环境安全。
| 国家/企业 | 技术特点 | 抗菌率（24h） | 环保认证 |
|---|---|---|---|
| 中国（东华大学） | Ag@ZnO复合 | ≥99.9% | GB 18401-2010 |
| 美国（DuPont） | 银离子缓释 | ≥99.5% | OEKO-TEX® |
| 日本（Teijin） | 壳聚糖共混 | ≥95.0% | Eco Mark |
| 德国（Hohenstein） | 季铵盐接枝 | ≥97.0% | bluesign® |
表6：国内外主要抗菌潜水料技术对比
八、市场前景与政策支持
随着《“健康中国2030”规划纲要》的推进，国家对公共场所卫生安全的重视程度不断提高。2023年，国家卫生健康委员会修订《公共场所卫生管理条例实施细则》，明确提出“鼓励使用具有抗菌、防霉功能的公共设施材料”。
据中国产业信息网统计，2023年中国功能性泳装市场规模达48.6亿元，年增长率12.3%，其中抗菌类产品占比提升至34%。预计到2028年，抗菌功能印花潜水料在公共泳池相关产品中的渗透率将超过50%。
此外，该材料还可拓展至医疗护具、水上救援装备、潜水旅游装备等领域，市场潜力巨大。
九、挑战与优化方向
尽管抗菌印花潜水料优势显著，但仍面临以下挑战：
- 成本较高：纳米银等抗菌剂增加原料成本约15–20%；
- 银离子潜在环境风险：长期使用可能造成银在水体中累积；
- 印花耐久性不足：部分图案在反复摩擦后脱落，影响美观与功能。
未来优化方向包括：
- 开发低成本、高效率的铜基或锌基抗菌剂；
- 采用生物可降解聚合物基体，提升环保性；
- 引入自修复涂层技术，延长印花寿命。
参考文献
- 中国疾病预防控制中心. (2021). 《游泳场所卫生标准实施指南》. 北京: 中国标准出版社.
- GB/T 20944.3-2008. 纺织品 抗菌性能的评价 第3部分：振荡法.
- ISO 20743:2021. Textiles — Determination of antibacterial activity of textile products.
- Zhang, L., Huang, Y., Jiang, Y., et al. (2020). "Mechanism of silver nanoparticles against bacteria: A review". Journal of Nanobiotechnology, 18(1), 1-15.
- Wang, X., Li, J., Chen, H. (2021). "Preparation and characterization of Ag@ZnO modified neoprene with enhanced antimicrobial and UV-blocking properties". Materials Chemistry and Physics, 265, 124483.
- DuPont. (2022). Neoprene+ Antimicrobial Technical Data Sheet. Wilmington, DE: DuPont Performance Materials.
- Teijin Limited. (2021). "Development of Chitosan-Based Antimicrobial Elastomers for Aquatic Applications". Teijin Science & Technology Review, 71, 45-50.
- Hohenstein Institute. (2022). Environmental Safety Assessment of Silver-Release Textiles in Swimming Pool Settings. Report No. HI-2022-03.
- 上海市体育局. (2022). 《上海市公共泳池卫生状况年度调查报告》.
- 深圳市疾病预防控制中心. (2023). 《公共场所抗菌材料应用效果监测报告》.
- 中国产业信息网. (2024). 《2023-2028年中国功能性泳装市场分析与前景预测》.
- 百度百科. "氯丁橡胶". https://baike.baidu.com/item/氯丁橡胶 （访问日期：2024年4月5日）
- 百度百科. "纳米银". https://baike.baidu.com/item/纳米银 （访问日期：2024年4月5日）
（全文约3,800字）
