多元涂料防霉剂复配协同效应的探讨

涂料防霉剂研究是一门新兴的边缘学科, 近年来已引起世界各国的普遍重视, 我国目前还没有独立的防霉研究机构, 但防霉剂在涂料行业已广泛推广应用, 对该课题的研究具有重要的市场意义。近年来, 对涂料防霉剂防霉效能的研究发方法主要有抑菌圈法[ 1] , 和最低抑菌浓度法。抑菌圈法是半定量的方法,而最低抑制浓度法为定量的方法, 因此本试验采用"最低抑菌浓度"作为防霉剂的效果评价方法。
在本文的研究中, 我们发现单一的防霉剂不能对所有的霉菌都起到抑制作用, 而将多种防霉剂合理的复配, 能够提高药效, 扩大防治范围, 降低毒性, 减少用量, 降低生产和使用成本,节省劳力, 延长现有防霉剂品种的使用寿命, 以至开辟新的用途, 从而达到以较少的投入取得较大的效益。但是, 若混用不当, 则可能造成药剂有效成分分解或理化性质变坏而降低药效。因此, 涂料防霉剂的复配必须遵循以下的原则: ( 1) 选择作用机制或作用位点不同的防霉剂进行复配, 且无抗药性; ( 2) 复配后具有增效作用或加合作用; ( 3) 各单组分防霉剂的原料易得, 价格低廉; ( 4) 复配的各组分之间不能发生化学反应; ( 5) 复配后的产品, 其毒性要低; ( 6) 添加复配型防霉剂后不能影响皮革的性能; ( 7) 根据要防治的对象来选择复配的化合物及比例。

1  实验部分
1. 1  主要材料及仪器
马铃薯葡萄糖琼脂( PDA ), 广东环凯生物技术有限公司; 磷酸缓冲液( 0. 03 m o l/L) , 自制; B01( 农药级), 江门农药厂; B02(农药级) , 江门农药厂; B03( 工业级), 浙江; BDY( 工业级), 大连; C01(工业级), 盐城市旭星化工有限公司; C02(工业级) , 盐城利民农化有限公司; C08(工业级) , 宜兴市大明化工有限公司;D01(农药级), 北京乐农四方生物科技开发有限公司; D02(农药级), 河南省原阳县农药厂; D05(工业级), 浙江。加样器( 1~ 10􀀁L) ; 恒温水槽( DKB – 501A), 广东环凯生物技术有限公司; 吸管; 试管; 平皿; 电热恒温培养箱( DNP -9272) , 广东环凯生物技术有限公司。

1. 2  实验方法
1. 2. 1  最低抑菌浓度实验[2]
最低抑菌浓度(M IC)实验是表示防霉剂完全抑制某种微生物生长所需要的最小浓度, 所以防霉剂的M IC 值越小, 表明这种防霉剂的毒力越高, 应用效果会越好。M IC 值已经成为防霉剂的研制、生产、应用人员对防霉剂效果认识的一项最基本的数据。
霉菌的最低抑菌浓度(M IC )法一般采用琼脂稀释, 即制备不同防霉剂含量的系列培养基平板, 在系列培养基上接种测试微生物, 培养一定时间后, 根据试验菌种在各种浓度防霉剂的培养基上能否生长发育, 确定防霉剂对这一微生物的最低抑制浓度, 该法适用于不溶性与可溶性防霉剂的检测。M IC 试验法是一种半定量至定量的方法, 能比较好地反映出防霉剂毒力的大小, 便于不同防霉剂之间抑菌效果的比较, 是目前防霉剂最常见的抑杀性能表达方式之一。
具体步骤如下:
( 1)培养基制备
使用马铃薯葡萄糖琼脂( PDA) 培养基, 称取40. 1g, 加入去离子水1L, 搅拌加热煮沸至完全溶解, 然后经高温高压( 121∀ 、0. 1MPa) 灭菌20m in。
( 2)含药琼脂平板制备
根据实验设计, 将已倍比稀释的不同浓度的防霉剂分别加入已加热溶解, 并在45∀ ~ 50∀ 水浴中平衡的PDA 琼脂中, 充分混匀倾倒灭菌平皿, 琼脂厚度3~ 4mm。
通常按1: 9比例配制防霉剂琼脂平板, 根据需要来选择防霉剂浓度范围。配制好的含药琼脂平板应装入密封塑料袋中。
( 3)接种物制备与接种
用5. 0mL吸管吸取3. 0~ 5. 0mL稀释液加入新鲜的霉菌斜面培养试管内, 洗下菌苔。随后, 用5. 0mL吸管将洗液移至另一无菌试管中, 用电动混合器混合20s, 或在手掌上振敲80 次, 以使霉菌悬浮均匀。用加样器吸取制备好菌液约1~ 2uL(含菌量约为107cfu /mL)接种于琼脂平板表面, 每点菌数约为104cfu。接种好后置30∀ 培养72h, 观察结果。
( 4)结果判断
将平板置于暗色、无反光物体表面上判断试验终点, 以抑制霉菌生长的最低药物浓度为M IC。如果出现有2个以上菌落生长于含药浓度高于终点水平的琼脂平板上, 或低浓度药物琼脂平板上不长而高浓度药物琼脂平板上生长现象, 则应检查培养物纯度或重复试验。
( 5)本文实验采用的菌种
从涂料建筑物受微生物污染的层上取回的污染涂膜, 从中分离纯化的典型菌种, 从受污染涂膜上得到的优势霉菌属有: 少根霉( Rh izopusarrh izus)、聚多曲霉( Asp. sydow ii)、链隔孢( A lt.alterna ts)、黄曲霉( Asp. flavus)、杂色曲霉( Asperg illus uersico l􀀁o r) 、出芽短梗霉霉( Aureobasidium pullulans) 、半帚霉属( Lep􀀁tog raph ium sp. )、腐质霉属( Hum icola sp. )、巨大曲霉( A sp.
g iganteus)、黑曲霉( Asp. n iger) 、黑根霉( Rh.i n igr icans) 、肉色曲霉( Asp. carneus) 、绿色木霉( Tr ichoderm a v iride )、蜡叶芽枝霉( C ladospor ium herbarum )、桔青霉( Penic illium c itr inum )、绳状青霉( Penic illium funiculo sum )、宛氏拟青霉( Paecilomy ces var io tii)、酿酒酵母( S. ce rev is iae)、球毛壳霉( Chaetom ium g lobosum ) 、米根霉( Rh.i o ryzae )、常见青霉( Pen. freguentans)、黄绿青霉( Pen.c itreo- v iride) 、产黄青霉( Pen. chrysogenum )、曲霉属[ 棒曲霉( Asperg illus c lavat) , 烟曲霉原变种( A. fum igatus), 日本曲霉原变种( A. japon icus var. japonicus), 寄生曲霉( A. parasiticus), 聚多曲霉( A. sydow ii), 土曲霉原变种( A. te rreus), 炭黑曲霉( A.carbona rius) ], 还有青霉( Pen ic illium )、木霉( T richoderma )、镰刀菌属( ( Fusa rium ) 和粗壮串珠霉( Thie lav iopsis) 。其中最常见的是曲霉属和青霉属占优势, 其次是短梗霉属、根霉属、毛霉属、木霉属和交链孢属等。
因此我们选用了球毛壳霉、黑曲霉、黄曲霉、绳状青霉、绿色木霉、杂色曲霉、拟青霉、桔青霉、酿酒酵母、蜡叶芽枝霉、出芽短梗霉和土曲霉作为本实验抑菌最低浓度的试验对象。

1. 2. 2  多元复配防霉剂
首先本试验对大量的防霉剂进行单一组分的最低抑菌浓度测试, 对m ic值进行分析, 选取几组m ic 值较低的防霉剂。再对防霉剂进行二元复配, 并结合国外的一些防霉剂配方, 选取合适的组分和比例进行复配, 并对其m ic值进行分析。在m ic较低的组合中, 我们再考虑价格因素, 对防霉组分进行三元复合, 最终得到性价比最优的涂料防霉剂。

2 实验结果与讨论
2. 1  单一防霉剂的抑菌效果
对常用的大量防霉剂进行霉菌的最低抑菌浓度试验, 其M IC值结果如表1所示。

根据表1, 总体上来讲, 上述单一品种的防霉剂对球毛壳霉、黑曲霉、黄曲霉、杂色曲霉、出芽短梗霉、土曲霉具有较好的抑菌效果, M IC值相对较低; 而对蜡叶芽枝霉的抑菌效果相对较差,M IC 值比其他霉菌要高出许多。
就单一品种的防霉剂对所测试霉菌的抑菌效果而言, 防霉剂C01、C02、B01、B02、D01、D02对所测试霉菌的抑菌效果较差,M IC 值都在100 以上, 甚至对个别霉菌的M IC > 5000。B03、BDY、C08、D05的抑菌效果较好, 对表1所测试的12种霉菌中的9种以上的M IC值都在100以内; 其中BDY的抑菌效果最强, 对所测试的12种霉菌的M IC值都在20 以内。B03、C08、D05对蜡叶芽枝霉的抑菌效果均较差, M IC > 500, 仅BDY 对蜡叶芽枝霉的抑菌效果好, 其M IC< 10。

2. 2  二元复配防霉剂的抑菌效果
由于效果最好的BDY市场价格约为350元/kg, 而效果次之的B03、C08、D05市场价格均在40 元/kg 左右, 故单纯采用BDY作为防霉体系的有效成分是不经济的。根据单一品种防霉剂的抑菌效果, 基于我们之前剖析的一些国外成熟产品配方的经验,结合防霉剂目前的市场价格, 我们采用尝试法对防霉体系进行了二元复配, 并测试了其对12种霉菌的最低抑菌浓度, 其M IC值结果如表2所示。
由于B03仅对绿色木霉和蜡叶芽枝霉的抗菌效果较差, 而C08, D05这两个防霉剂对绿色木霉的抗菌效果比B03 要好, 首先组成两个二元复配体系( 1 、2 ), 即m ( B03): m ( C08) = 1: 1与m ( B03) :m ( D05) = 1: 1。由表2 可知, 这两个复配体系对绿色木霉和蜡叶芽枝霉的抗菌效果没有得到提高。

将B03, C08, D05 与抗菌效果最好的BDY 分别进行复配,M IC 测试结果如下: 二元复配体系( III) m ( BDY ) : m ( B03) =5: 95对12种霉菌中的10种的M IC值都在10以内, 但是对绿色木霉和蜡叶芽枝霉的的M IC 值在300 左右。与B03相比, 二元复配体系( IV) m ( BDY ) : m ( B03) = 10: 90的防霉效果有所提高, 对绿色木霉和蜡叶芽枝霉的的M IC值在100以内。二元复配体系( V) m ( BDY) : m ( C08) = 10: 90, 对蜡叶芽枝霉, 出芽短梗霉的M IC 值在100 以上; 二元复配体系( V I) m ( BDY ) :m( D05) = 10: 90对绳状青霉和芽短梗的M IC 值为100。

2. 3  三元复配防霉剂的抑菌效果
鉴于抗菌效果较好的二元复配体系中BDY 的量较高, 复配产品的价格仍偏高, 因此进一步研究了降低BDY 含量的三元复配体系的性能, 其M IC值结果如表3所示。

由表3 可知, 三元复配体系( VII) m ( B03) : m ( C08) :m ( D05) = 45: 10:45, 对绳状青霉, 酿酒酵母和蜡叶芽枝霉的M IC 值为400以上, 对土曲霉的M IC 值为200, 对其它8种霉菌的M IC值均在100 以内, 抗菌效果并不理想。三元复配体系( VIII配方) m ( BDY): m ( B03) :m ( C08) = 5: 50: 45, 对绿色木霉和蜡叶芽枝霉的M IC值为100, 对其它10 种霉菌的M IC 值< 10, 抗菌效果较好。三元复配体系( IX#配方) m ( BDY ) :m ( B03) : m ( D05) = 5: 50: 45, 对蜡叶芽枝霉的M IC值为100,对其它11种霉菌的M IC值< 10, 抗菌效果较强。三元复配体系( X#配方) m ( BDY ) : m ( C08): m ( D05 ) = 5:50: 45对绳状青霉的M IC值为40, 对酿酒酵母和蜡叶芽枝霉M IC 值为100, 对其它9种霉菌的M IC值< 10。

3  结  论
综合M IC 实验的结果, 如果以对各种霉菌抑菌效果较强、成本较低, 适合应用于涂料的三元复配体系为目标, 可选取( IX)m( BDY) : m ( B03) : m ( D05) = 5: 50: 45配方; 如果目标中没有酿酒酵母和蜡叶芽枝霉, 则可以选取( X) m ( BDY ) : m ( C08): m ( D05) = 5: 50: 45配方作为防霉剂悬浮体系中的防霉有效成分。对于不同的目标, 都可以依此类推。

参考文献
[ 1] 􀀁 辜海彬, 李岩, 等. 复配型皮革防霉剂的研究(∃) – – 多组分防霉剂的复配效果及比例的确定[ J]. 皮革科学与工程, 2005(6) : 11- 14.
[ 2] 􀀁 陈仪本, 欧阳友生, 黄小茉, 等. 工业杀菌剂[M ] . 北京: 化学工业出版社, 2001: 100- 103.