涂料的微生物污染及其控制

1 为什么要控制涂料的微生物污染？
某些种类的微生物能在大多数涂布颜料、胶粘剂、助剂和涂料中存活、繁衍。后者为微生物的生长提供了营养物质。不抑制涂料中微生物的生长会造成一系列的问题，如由于分散剂被分解，颜料浆的黏度会增加；pH 降低；厌氧型微生物生长导致亮度降低，产生硫化氢气味等。甚至，涂料的轻度微生物污染物就会降低pH，影响黏度，最终造成涂料性能失效。

2 涂料的微生物污染控制
2.1 添加杀菌剂
2.1.1 杀菌剂的种类及其选用
杀菌剂通常分为生物杀菌剂和防腐剂。生物杀菌剂是用来杀灭微生物的化学试剂。防腐剂，也称为生物稳定剂，能抑制微生物的繁殖，但并不一定杀死细菌。而有一些杀菌剂则兼有杀菌和防腐的功效。杀菌剂的选择依据几个因素，包括pH、涂料组分或色料的温度、微生物引起问题的类型、水质、最大效率下的接触时间，美国食品和药物管理局（FDA）规定的需求量、环境因素，以及和其他杀菌剂的兼容性等。表1 列举的是涂料配料室常用杀菌剂的性能。

在美国，任何用作微生物杀菌剂的化学品必须经美国环保局（EPA）注册通过，同时拥有通过联邦规定21 条的FDA 的许可证。一些FDA 的规定限制了生产商生产与食品有接触的纸和纸板中杀菌剂在干部的使用。
最严格的标准是21CFR §176.170。它包含了用于纸机干部生产的、与油脂或液体食物接触的纸和纸板杀菌剂的使用规定，如液体包装袋。经21CFR §176.170 允许的涂布中常用的杀菌剂有异噻唑啉酮类化合物（5- 氯- 4 – 甲基- 异噻唑啉酮和2 – 甲基- 异噻唑啉酮的混合物）、BIT（苯丙异噻唑啉）、戊二醛（戊烷-1，5- 二醛）、DBNPA （2，2- 二溴-3- 次氮基丙酰胺）和溴硝丙二醇（2- 溴-2- 硝基-1，3- 丙二醇）。21CFR §176.180 规定的生产纸和纸板过程中所用杀菌剂能与干燥食物接触，如谷类食物的箱子。
一种称作硫酮的常用杀菌剂（四氢化-3，5- 二甲基-2H-1，3，5- 噻二嗪-2- 硫酮）则另有规定———21 CFR §176.230。为了防腐，很多颜料生产商使用的杀菌剂必须通过176.170 或176.230 规定。此外，选择合适的杀菌剂还必须考虑其他限制条件：挥发性有机化合物（VOC）、“超级投资修正与重新授权法”标题3 和第313 条的限制条件（通常称为SARA 313）。
杀菌剂的半衰期受pH、涂料成分或涂料温度的影响。一般来说，酸性杀菌剂在高pH 条件下半衰期减小，并会失去作用。碱性杀菌剂亦然。与所有化学反应一样，温度升高会增大杀菌剂的反应速率，半衰期也会因水解速率增大而减小。成功生产一种杀菌剂必须严格掌握所有的原材料和所有的生产过程。从某种程度上说，所有的杀菌剂都受环境和还原剂的影响。硫酮及其分解产物与异噻唑啉酮互不兼容。有据报道说，溴硝丙二醇和戊二醛与硫酮也不兼容。
2.1.2 杀菌剂的添加
选择用药点和用药量对一套有效的杀菌方案来说非常重要。在任何情况下，杀菌剂都应间歇式地加入，因为这使杀菌剂能保持有效浓度来控制微生物的污染。其加药周期的确定应考虑反应槽的转速、pH、温度和微生物的实际情况等因素。
2.1.3 杀菌效果的监控
合适的监控程序对涂料配料室的微生物控制方案的效果非常重要。很多工厂把浮游好氧细菌总数作为一个成功杀菌剂方案的监控指标。工业中广泛应用的这种计数方法是3MTM 中的好氧细菌总数Petrifilm 法。对一些特殊种类的微生物，如粘菌、丝状细菌、硫酸盐还原菌和真菌等有许多计数方法。其他有效的监控数据还包括颜料、淀粉和涂料的pH 和黏度。pH 会随微生物污染的加剧而降低，黏度也会异常。三磷酸腺苷（ATP）也常被用于纸机湿部微生物的监控指标，对于一个给定的样品，它能快速地测定整个过程中ATP 的变化和分子的能量。但是，用ATP 测试颜料和涂料较麻烦，并且结果重复性差。
2.2 保持涂料配料环境的清洁
如果不能保持涂料配料室的清洁，即使是最好的杀菌剂也会在控制微生物生长效果上大打折扣。传统的清洁方法遵循“先入，先出”的原则。在夏天高温天气下，如果一辆运料车停在轨道上几个星期，那么就算保存很好的颜料也非常容易受到微生物的污染。卸料时，每种颜料应配有专用的卸料管道或加入大量的防腐添加剂，管道也需用净化水彻底冲洗。存贮罐或存贮槽应该保持充分的搅拌和循环。为防止微生物的污染，配料室所有的用水都应该是水质最好的。用白水冲洗料槽或生产线易引起二次污染。即使是结构设计最好的存贮罐也难以避免涂料的沉积。因此，如果配料罐是旋转式的，则应按固定的程序清理。许多颜料和涂料的贮料罐应先用漂白液冲洗，然后再用净化水彻底清洗，这样有助于清除沉积在边缘和底部的菌膜和腐料。如果需要2 个罐盛放涂料组分，备用的那个罐一定要加以特别的护理：存贮罐或生产线上是否还有涂料？涂料有没有加杀菌剂？涂料有没有搅拌和循环？如果没有考虑到这些问题，这些涂料很可能被微生物污染直至腐败变质。当重新使用以前用过的存贮罐时，罐子上那些已经变质物质中的微生物和气味很容易将新配制的涂料污染。涂料回收罐也常常因为忽视了清理操作而产生相似的污染问题。煮沸杀菌也应该作为一个定期采用的处理方法。那么，每年都对整个系统作一次清洗有必要吗？如果原料受温度和时间的限制，加酶清洗有效吗？关注这些问题将会使潜在的微生物污染问题降至最小。