一號站總代理_新型安全且持久的抗菌塗料技術 遵照最新歐盟BPR法規

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作者:Victoria Osborne,Erwin Honcoop,Barend van de Velde,Croda,荷蘭豪達城

微生物對我們的日常生活和環境至關重要,它們幾乎在所有的生態系統中都發揮着重要作用,負責營養物質的循環並在極端環境中生存。我們將微生物應用到許多工序中,如食品加工中的發酵工序,水處理工序和醫藥,是抗生素和疫苗的來源之一。

但是,許多微生物是有害的,是許多傳染性疾病的病原體,如肺結核和肺炎。若允許黴菌在我們的居室或工作場所滋生,這些黴菌會引發呼吸系統感染和過敏。同時也會造成地毯上的真菌污染及油漆表面的藻類生長,不僅較難清除且成本不低,也是紡織品和衣物發出惡臭的常見原因。

對於保護資源和環境,避免感染的方法也多有嘗試,如清洗,溫度和濕度控制,目的是將有害微生物減少到可接受水平。但這些舉措並不總是可持續的。微生物防治可以通過使用抗菌技術來達成。避免微生物繁殖或生長,為醫院、食品行業提供衛生表面,為油漆行業提供漆膜防腐效果。

近年來,在油漆和塗料領域,活性抗微生物物質的重要性日漸提升。部分原因在於溶劑型產品使用量的減少和水性產品應用的增加。水性體系對我們的環境和健康更好,但是水性產品更需要避免微生物的侵害。採用罐內防腐和漆膜防腐可以防止在色漆和外牆塗料內形成黴菌和藻類。

油漆和塗料中使用的許多現有的抗菌技術的典型作用模式是通過釋放一些活性成分來保護漆膜表面。在某些應用中,漆膜表面和水性漆膜中的活性物質釋放對於抗菌十分必要,而這些工藝都進行了優化以保證抗菌產品的長效性。相應地,塗層中的活性抗菌成分的濃度隨着抗菌產品的起效而逐漸降低(圖1),因此,隨着時間的延長,這種傳統的主動釋放工作機理會導致微生物抗性,微生物最終會存活並進而獲得抗性。

由於從漆膜表面向環境中釋放活性成分,這就更有可能對人體產生生物效應,它的存在會引起對環境的潛在威脅。

為什麼需要新的安全的抗菌劑

由於其固有的特性和作用模式,抗菌劑如滅鼠劑或殺蟲劑,會對人類、動物和環境產生不利影響。從全球來看,已經看到旨在減輕這些不利影響的立法不斷增加。這些法律框架的細節因區域而異。歐盟生物殺滅劑產品法規(BPR)取代生物殺滅指令自2013年9月1日起正式實施,以更好地控制和最小化以上對環境和人體有害的不利因素。BP規定了抗微生物活性物質和抗微生物產品的區別。抗微生物活性物質可以是化合物或者是對有害生物體有阻止作用的微生物。抗微生物產品保護一種或者多種抗微生物活性物質,也會含有其他非活性助劑以確保最終產品的上述效果。

此外,經處理的製品是已經用或有意地摻入一種或多種殺生物產品的物質、混合物或製品。可以將殺生物產品添加到其他材料中以保護它們免受生物侵染和生長。如果殺生物性質不是該材料的主要功能,則將其視為經處理的製品,例如用殺生物劑處理以在施用時保護塗裝后的漆膜表面。

在歐洲,處理過的物品只能含有被許可的活性成分,或者現有的工作方案(列出的95條款就是為此目的)中使用的活性成分,並且要求標明活性成分。這與之前的歐洲生物殺滅指令相比是一個重大的變化,其中從歐盟以外進口的物品可以用歐盟不允許的物質處理。在歐洲,殺生物產品根據其預期用途分為不同的產品類型(PT),並且活性成分被批准用於特定的產品類型。只有相關的活性物質已被批准用於該產品類型,該殺生物產品和處理過的物品才能投放市場。

為了繼續使用現有的活性成分,該行業需要在2015年9月1日之前支持將有效成分納入評審計劃-生成第95條受許可活性成分清單。審查計劃將由ECHA對這些現有活性成分進行重新評估和批准,預計將於2024年完成。

漆膜防腐(產品類型7,詳細信息請查閱PT7)是為了保護牆面和立面免於微生物惡化,黴菌和藻類的滋生,這些現象會導致塗層的褪色和損壞。儘管有不同的應用領域,活性物質在漆膜防腐和罐內防腐(產品類別6,詳細信息請查閱PT6)的應用有重疊的區域。若干常用於罐內防腐的活性物質已經被授予了有限制的應用許可,或者基於標準分類被考慮作為備選替代品。這將會很明顯地減少罐內防腐的可用性及選擇性,限制了塗料配方的選項,尤其是對於大家關心的現有已經被批準的用於罐內防腐(PT 6T)的這些完全相同的活性物質,可能會在漆膜防腐領域(PT 7)有類似的結果。

抗菌劑的可持續應用

歐洲委員會發布了一份關於生物殺滅劑可持續利用的報告,重點是降低其使用對人類健康和環境的風險和影響,同時確保有足夠的生物殺滅劑產品可供消費者使用。需要開發新的創新活性成分,以滿足日益增長的法規要求,並採用更環保的產品,這些產品對人類健康更安全,並且不太可能引起微生物抗性。

抗菌塗料的新進展,來自大自然的靈感

以MyCroFenceTM為名,Croda公司針對歐洲市場研發了一種可用於抗菌塗層的新型表面活性抗菌技術。這項技術研發的基本原理是,這種抗菌技術:

作用於微生物的細胞膜,不需要從塗層中釋放;

與基料的聚合物交聯網絡結合在一起,以維持耐久性;

對大範圍的微生物、細菌、黴菌及藻類有效。

MyCroFence是針對更安全的抗菌技術而設計的。

這種創新的活性抗菌技術將幫助油漆和塗料配方設計師滿足新的歐洲生物殺滅劑產品法規的嚴格要求,並轉向更環保的產品,這些產品對人類健康更安全。

這項技術可以用於塗料干膜及外觀(PT 7)的防腐,也同樣適用於消毒塗料(PT 2)以保護人類和動物的健康,取決於所選的應用類型及相關市場戰略。這種塗料將會被當作“已處理物品”或者“抗菌產品”。活性組分被鍵入了聚合物交聯體系中,在干膜表面形成帶正電的表面。

第一代丙烯酸基料

MyCroFence AM 215是包含這種獨特活性抗菌表面成分的第一代丙烯酸基料。這種基料是一種含有陽離子官能團的高分子量丙烯酸樹脂。這種丙烯酸乳液是利用它的陽離子基團來實現部分穩定的。這種乳液具有低粒徑(大約60納米)及0-5攝氏度的玻璃化轉變溫度,和穩定的PH值7,固含量大約為36%。這種抗菌丙烯酸乳液可以用於配製具有強力抗菌、防霉及防止藻類滋生功效的水性抗菌牆面漆,因此是醫院、托兒所、學校和浴室等衛生敏感的環境理想之選。

作為一道干塗膜,這種技術由具有陽離子官能團的聚合網絡結構組成,如圖2所示。在乾燥過程中,陽離子基團具有在聚合物鏈條的彈性限度內向漆膜表面遷移的傾向。這就創造了一個富集陽離子的表面,聯接在陽離子上的疏水性的烷基鏈條在塗層界面的親水/疏水平衡方面起到了非常积極的作用。

這種富集陽離子的表面會瓦解微生物細胞的細胞膜,防止微生物的繁殖與生長。這可以形象地比作一層陽離子針頭,類似於仙人掌的針刺。當一個微生物進入並接觸到這種處理過的表面,這種“仙人掌刺”會瓦解細胞膜,逐漸導致微生物的細胞死亡。這種獨特的工作機理意味着這種塗料表面可以持久保持抗菌活性並且不會產生微生物抗性。

基於這種活性抗菌表面技術的抗菌牆面漆配方已經進行了測試,它們的抗菌性能和塗層性能和市面上的標準塗料進行了平行比對。牆面漆的机械和漆膜性能按照EN 13300:2001的標準進行測試。抗菌性能按照日本的JIS Z2801和EN 15474標準進行了測試。

抗菌牆面漆的製備

利用陽離子穩定基料配置塗料需要對所用原材料(見表1)小心選擇。在待測的塗料配方中,MyCro-Fence AM 215與一種非抗菌基料結合在一起來提升玻璃化溫度Tg和疏水性。MyCroFence AM215與其他陽離子型或非離子型穩定的乳液的混雜是可行的,如表2所示。

優異的漆膜性能與抗菌性能的結合

基於MyCroFence AM215混雜乳液的牆面漆以60°角測量的光澤為3%,以85°角測量的光澤為6%。這些油漆的對比率為99%。它們的光澤按照EN ISO 2813的標準進行測量,對比率按照ISO 6504-3的標準進行判定。

在机械性能方面,基於MyCroFence AM215 混雜乳液的牆面漆显示了優異的耐濕擦拭性能,按照EN3300標準屬於最優的等級,見圖3。

耐濕擦拭性能是按照ISO 119800 的測試標準進行測試的。在黑色遮蓋板上塗布200微米厚的濕膜,在23攝氏度和50%的相對濕度環境下乾燥28天。在乾燥的漆膜上,使用一個潤濕的蘇格蘭閃石海綿用力擦拭200次,並對漆膜被磨損的厚度進行測量。

長效抗菌保護

基於MyCroFence AM 215與其他不同共粘劑混雜乳液的塗料的抗菌性能利用牆面漆的配方進行平行比對,分沒有MyCroFence和有參考牆面漆及有富羥基吡啶硫酮和OIT抗菌劑三種情況。

抗菌功效按照JIS Z2801的標準進行測試。乾燥后的漆膜被注射新鮮配製的測試用的微生物懸浮液,在35攝氏度的條件下培育24小時。統計存活的微生物用來評估測試材料的抗菌活性。塗料不但在起始的時候,也在正常乾燥后,及6個擦拭循環后,按照EN16105的標準進行測試評估。

使用10%MyCroFence AM 215配製的牆面漆,無論是在開始階段還是在6個循環的擦拭后,無論是防霉還是抗菌,都显示了無與倫比的抗菌性能。基於傳統主動釋放型抗菌劑IPBC和OIT的參照牆面漆在經歷了6個循環的擦拭后,無論是對於抗菌還是防霉方面都失去了抗菌功效,如表3所示。

此外,根據EN 15457測試了針對A.黑麴黴的牆壁塗料的功效。將牆面漆塗布到濾紙墊上,置於瓊脂平板上,用新制的黴菌懸浮液注射其上,在24攝氏度下培育,曝光七天後拍照留檔。將基於MyCroFence AM 215與Worlee Cryl 7745(德國沃爾麗)及共粘劑MyCroFence AM 216混雜乳液配製的牆面漆和另外兩個使用IPBC和OIT及富鋅羥基吡啶硫酮抗菌劑的牆面漆參考樣進行平行比對。

根據EN 15457測試了針對A.黑麴黴的牆壁塗料的功效。將牆面漆塗布到濾紙墊上,置於瓊脂平板上,用新制的黴菌懸浮液注射其上,在24攝氏度下培育,曝光七天後拍照留檔。

使用MyCroFence 技術配製的牆面漆表現出對於黑麴黴菌優異的漆膜抗性。基於OIT和IPBC的參照牆面漆由於在瓊脂盤內其釋放的活性物質IPBC而具有強效的抑制區間。基於富鋅羥基吡啶硫酮的牆面漆在14天的曝露之後,保護性能始顯不足,如圖4所示。

結論

MyCroFence為塗料行業提供了一種安全產生活性抗菌表面的機理,它具有獨特的長效抗菌保護性、廣譜抗菌性且沒有產生微生物抗性的風險。這些優點讓配方工作這可以拋棄現有的有毒活性釋放型抗菌劑,配製出一款具有無毒等級的塗料配方,以用於戶外和室內的塗料應用。本產品符合最新的歐盟生物殺滅劑產品法規的嚴苛要求,讓業者有機會開發出更環保、對人類健康更安全的產品。