室內(nèi)壁材與霉菌生長(zhǎng)之相關(guān)性

熊輝

本文匯總歷史研究文獻(xiàn)，對(duì)室內(nèi)壁材與霉菌生長(zhǎng)之相關(guān)做了闡述，說(shuō)明了霉菌生長(zhǎng)之影響因子，也提出了相關(guān)防霉技術(shù)。

室內(nèi)壁材 霉菌 防霉技術(shù)

1 緒論

多數(shù)研究表明，非戶外作業(yè)人員平均每天約90%的時(shí)間處于室內(nèi)的環(huán)境中，因此室內(nèi)空氣質(zhì)量對(duì)人體健康將產(chǎn)生直接的影響。室內(nèi)年平均相對(duì)濕度較高時(shí)，易導(dǎo)致細(xì)菌及真菌孳生繁殖。室內(nèi)空氣中真菌濃度的來(lái)源除了室外空氣，也來(lái)自其他室內(nèi)污染源。室內(nèi)環(huán)境中常見(jiàn)且較不易移除的霉菌污染源為空調(diào)系統(tǒng)及生長(zhǎng)在裝修建材上的霉菌。中國(guó)南方處于溫暖潮濕的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，此氣候環(huán)境相當(dāng)適合微生物的生長(zhǎng)，由于臺(tái)風(fēng)及梅雨發(fā)生頻率增加造成居家及小區(qū)的淹水情形，潮濕或受到水侵襲破壞的建材加上通風(fēng)等問(wèn)題更容易導(dǎo)致霉菌的繁衍并影響居住者的健康。國(guó)外許多研究指出，室內(nèi)環(huán)境的潮濕與通風(fēng)不良易導(dǎo)致Aspergillius、Penicillium、Stachybotrys等霉菌生長(zhǎng)在室內(nèi)裝修建材上。目前對(duì)于室內(nèi)霉菌生長(zhǎng)的研究多為高緯度國(guó)家，如北歐及日本等，室內(nèi)常見(jiàn)菌種及使用建材也與中國(guó)南方不盡相同。因此，本研究欲針對(duì)中國(guó)南方常見(jiàn)的霉菌種類，并以室內(nèi)墻面為主，在不同的室內(nèi)裝修面材上探討霉菌生長(zhǎng)情形以及霉菌與裝修面材間的關(guān)聯(lián)，這有助于了解建材特性并供設(shè)計(jì)者、施工者與使用者作為選擇參考。

2 名詞解釋

霉菌屬于微生物的一種。微生物依大小與特性可分為濾過(guò)性病毒、細(xì)菌、放射菌、真菌（霉菌）及藻類等五類，霉菌為真菌的一支，大部分屬于好氣性菌類，在無(wú)氧狀態(tài)下無(wú)法生存。霉菌不含葉綠體，無(wú)法自行進(jìn)行光合作用，須藉由腐生、寄生或共生形式來(lái)獲得營(yíng)養(yǎng)。霉菌在醫(yī)藥品及發(fā)酵食品的制造上也有其特定功能，但是霉菌對(duì)食物、住宅、建筑等造成的損害，不但影響美觀，人體更可能因此感染疾病或?qū)е逻^(guò)敏。霉菌一般以孢子進(jìn)行繁殖，室內(nèi)空氣中真菌大多來(lái)自于室外，室內(nèi)的食物、紙張的纖維素、動(dòng)物皮屑、木頭的木質(zhì)素等眾多來(lái)源可以提供真菌生長(zhǎng)的養(yǎng)分。霉菌獲取營(yíng)養(yǎng)的方式，主要是通過(guò)分泌酵素將環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)物分解成較小的水溶性分子，再利用擴(kuò)散和活性轉(zhuǎn)移進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)消化，足夠的濕度對(duì)此過(guò)程相當(dāng)重要。真菌主要的代謝產(chǎn)物是二氧化碳、水、乙醇等多種揮發(fā)性與非揮發(fā)性有機(jī)化合物。

滅菌之目的，是為將所有的微生物消滅或除去，達(dá)到完全無(wú)菌之狀況，廣義定義包含殺菌及除菌。一般常見(jiàn)使用方法可分為物理滅菌及化學(xué)滅菌。物理滅菌意味著改變外在環(huán)境，如加熱空氣使細(xì)胞脫水或破壞細(xì)胞壁，引起細(xì)菌內(nèi)物質(zhì)氧化及蛋白質(zhì)變性，如干熱殺菌或高壓蒸氣殺菌。輻射殺菌，穿透力強(qiáng)，可直接破壞DNA結(jié)構(gòu)，并導(dǎo)致微生物死亡。而化學(xué)滅菌則指使用化學(xué)性氣體或液體，如臭氧或醛類，目的為破壞細(xì)胞構(gòu)造，常使用的液體為福爾馬林。

裝修材料分為底材、基材及表面材。底材指裝修之底部材料，包含骨架材料；基材又稱填充材，指介于底材與表面材之間的材料；表面材指裝修最外層之固著材料，所占表面積最大者統(tǒng)稱為表面材。以輕隔間系統(tǒng)為例，隔間墻的表面通常施作涂料或壁紙，涂料或壁紙便稱為墻壁之表面材。

含水率變化。除了溫度與養(yǎng)分之外，水分亦為影響霉菌生長(zhǎng)的重要因素之一，水分多寡會(huì)影響霉菌體內(nèi)新陳代謝作用與養(yǎng)分分解吸收速度而影響生長(zhǎng)。

有機(jī)與無(wú)機(jī)化合物。有機(jī)化合物簡(jiǎn)稱有機(jī)物，為含碳化合物(一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳酸鹽、金屬碳化物、氰化物、碳化硅等除外)或碳?xì)浠衔锛捌溲苌锏目偡Q。多數(shù)有機(jī)化合物主要含有碳、氫兩種元素，有些含氧，此外也常含有氮、硫、鹵素、磷等。有機(jī)與無(wú)機(jī)一般以是否含碳素做區(qū)別。

3 霉菌生長(zhǎng)之影響因子

自然環(huán)境中充滿許多真菌孢子，根據(jù)研究其生長(zhǎng)因子包含養(yǎng)分、水分、溫度、與氧氣。

一般而言，霉菌生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分只需要有能提供霉菌生長(zhǎng)的碳源存在即可。霉菌主要通過(guò)對(duì)物品的分解得到養(yǎng)分，因此造成了物品的損壞。碳、氮、鉀、磷、硫、鎂等都能成為霉菌生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。因此除了材料本身，材料表面附著之灰塵或臟污皆可能提供霉菌生長(zhǎng)之養(yǎng)分。

水是所有生物不可缺少的物質(zhì)，具有特殊的化學(xué)和物理性質(zhì)，水分的多寡會(huì)影響霉菌體內(nèi)的新陳代謝作用改變生長(zhǎng)。一般以水活性（又稱水分活度、水活度）來(lái)表示基質(zhì)水分，這較能表示環(huán)境中水分之分布情形，定義為材料中之水分在一定溫度下之水蒸氣壓與該溫度下純水之飽和水蒸氣壓值之比（純水的水活性等于1.0），微生物適合生長(zhǎng)的水活性范圍如圖1所示，根據(jù)真菌對(duì)于水分的需求情形如表1所示，大部分的真菌在Aw為0.96-0.98的生長(zhǎng)情形最佳。 水活性用符號(hào)Aw來(lái)表示。

圖1：微生物生長(zhǎng)所需之水活性(資料來(lái)源：cip. ukcentre.com)[1]

表1 菌種對(duì)水份的需求分類(Burge and Otten，1999)[2]

另一水分影響因子為環(huán)境濕度，一般霉菌最為適合生長(zhǎng)的相對(duì)濕度范圍為75%-95%之間，而當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度越低時(shí)，霉菌的生長(zhǎng)狀態(tài)也越差，亦有研究指出真菌孢子在濕度范圍為60%-70%時(shí)，真菌濃度最高。研究也顯示大氣中相對(duì)濕度的上升及濕度急遽的變化均有助于濕孢子的釋放。環(huán)境濕度亦同時(shí)與水活性互相影響，建筑構(gòu)造產(chǎn)生之熱橋現(xiàn)象其通風(fēng)與表面溫度傳導(dǎo)容易形成局部微氣候，微氣候可能會(huì)導(dǎo)致在濕度很低的狀態(tài)下，仍然會(huì)有很高的水活性，圖2表示含水量、溫度及空氣濕度之間的關(guān)系。

圖2：空氣溫度、相對(duì)濕度及飽和濕度三者間之關(guān)系(Nielsen, 2002)[3]

溫度會(huì)影響霉菌內(nèi)部的生化反應(yīng)，進(jìn)而改變霉菌的生長(zhǎng)速度，大部分的霉菌生長(zhǎng)可生長(zhǎng)于5℃-35℃度環(huán)境中，而最適合霉菌生長(zhǎng)的溫度為20℃-30℃度，雖然霉菌可以在不同溫度下存活，但其生長(zhǎng)及產(chǎn)毒所須的溫度則有一定的限度，曲菌屬(Aspergillus)和青霉菌屬(Penicillum)喜于溫暖情況下生長(zhǎng)，Aspergillus flavus生長(zhǎng)的適溫為36-38℃，而其范圍可自6℃-46℃；在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)時(shí)，最佳的黃曲毒素產(chǎn)生量為25℃，而在7.5℃以下或高于40℃未見(jiàn)有毒素的生成；依照真菌適合生長(zhǎng)的溫度如表2所示。

表2.2 真菌適應(yīng)溫度分類表 (Burge and Otten, 1999)[2]

霉菌為絕對(duì)好氧性菌，故其增殖和生長(zhǎng)可以在無(wú)氧狀況下被控制，但由于設(shè)備昂貴，故不切實(shí)際。霉菌在氧氣濃度低至4%時(shí)仍可行呼吸作用，降低氧氣量，增加二氧化碳量可以抑制霉菌之活動(dòng)及產(chǎn)毒。

4 霉菌與建筑之關(guān)聯(lián)性

4.1 建筑與受潮

水雖為人類與生物生存所必需之資源，但不當(dāng)?shù)墓芾砼c控制亦會(huì)造成建筑中建材或家具甚至結(jié)構(gòu)的損害。當(dāng)遭遇水害或空氣中濕度過(guò)高的水氣侵入建材或是家具中，會(huì)因吸水而造成體積與性質(zhì)的影響，其中很多為不可逆的化學(xué)變化，進(jìn)而破壞其原本的性能與物理性質(zhì)，造成財(cái)產(chǎn)上的損失甚至影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與居住安全。根據(jù)WHO的統(tǒng)計(jì)，在澳洲、歐洲、印度、日本、北美等地，有10-50%的建筑物有室內(nèi)潮濕問(wèn)題，吸水后的建材亦可能是微生物生長(zhǎng)的溫床，造成建材外觀的破壞的同時(shí)也成了環(huán)境污染的元兇，建筑物會(huì)因?yàn)槊咕淖饔檬沟貌牧献冑|(zhì)、劣化、分解、腐蝕、崩壞而失去原有功能，常見(jiàn)如油漆、壁紙、木材、纖維、皮革類材料，都會(huì)產(chǎn)生霉菌。

室內(nèi)最常見(jiàn)因潮濕或漏水而引起之建材損害就是壁癌，壁癌的學(xué)名又稱白華現(xiàn)象。一般壁癌的形成原因?yàn)楸隗w水密性不佳或防水不良，使得水份滲入壁體內(nèi)，造成壁體內(nèi)部含水量增加，隨著時(shí)間將分解水泥內(nèi)的鈣、鎂、鉀等鹽類，并與之反應(yīng)形成氫氧化物，由于墻壁內(nèi)外之溫差及相對(duì)濕度的不同，這些氫氧化物與空氣中之二氧化碳反應(yīng)后，形成白色膨脹之碳酸鹽結(jié)晶體，即是一般所看到白色壁癌。壁癌所出現(xiàn)的白粉狀毛狀物并非霉菌的菌絲，所以盡管用殺菌劑殺菌，消毒處理，來(lái)年仍會(huì)復(fù)發(fā)，且凹凸不平的壁面更易沾染灰塵，其孔隙容易成為霉菌等微生物之溫床。

4.2 建材防霉之相關(guān)技術(shù)

產(chǎn)業(yè)界目前常見(jiàn)之建材防潮濕、防腐及防霉抗菌技術(shù)已有相當(dāng)成效且手法多元，依類型可分物理性與化學(xué)性改善技術(shù)，詳述如下。

濕度調(diào)整。“調(diào)濕建材之調(diào)濕性能評(píng)價(jià)基準(zhǔn)”是由日本工業(yè)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)JIS于2006年開(kāi)始進(jìn)行調(diào)濕建材研究后所制訂，通過(guò)建材之吸濕調(diào)濕測(cè)試評(píng)估建材之含水率，以控制室內(nèi)濕度及抑制霉菌生長(zhǎng)，其評(píng)估內(nèi)容可分為建材吸放濕量、建材調(diào)濕力及建材平均含水率。

防霉制菌劑。防霉制菌劑對(duì)霉菌的殺滅作用，是通過(guò)其孢子的細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，消滅孢子或阻止其發(fā)芽以達(dá)到防止霉菌生長(zhǎng)的目的。目前在日本有約80家工廠制造約330種的防霉劑，這其中包含殺蟲(chóng)劑、抗菌劑、防腐劑等。

撥水劑。撥水技術(shù)主要利用特殊撥水材料，將材料表面的細(xì)微孔洞加以填補(bǔ)，讓水分無(wú)法在上面擴(kuò)散或附著，進(jìn)而達(dá)到凝聚并排除水珠的目的，通常也有一定程度的耐臟物效果。

[1] 美國(guó)安耐特公司主頁(yè) http://cip.uk.centre.com

[2]Burge, H.A. and Otten, J.A. Fungi.In: Bioaerosols: Assessment and Control. (J. Macher, ed.)[M]. Cincinnati, Ohio: American Conference of Governmental and Industrial,1999

[3]Hygienists,Nielsen, P.A., et al., Mould growth on building materials under low water activities.[J] Influence of humidity and temperature on fungal growth and secondary metabolism. Int Biodeterior Biodegrad, 2004（54）: 325–36