涂料的微生物污染及其控制

涂料的微生物污染及其控制

1 為什么要控制涂料的微生物污染？

某些種類的微生物能在大多數涂布顏料、膠粘劑、助劑和涂料中存活、繁衍。后者為微生物的生長提供了營養物質。不抑制涂料中微生物的生長會造成一系列的問題，如由于分散劑被分解，顏料漿的黏度會增加；pH降低；厭氧型微生物生長導致亮度降低，產生硫化氫氣味等。甚至，涂料的輕度微生物污染物就會降低pH，影響黏度，最終造成涂料性能失效。

2 涂料的微生物污染控制

2.1 添加殺菌劑

2.1.1 殺菌劑的種類及其選用

殺菌劑通常分為生物殺菌劑和防腐劑。生物殺菌劑是用來殺滅微生物的化學試劑。防腐劑，也稱為生物穩定劑，能抑制微生物的繁殖，但并不一定殺死細菌。而有一些殺菌劑則兼有殺菌和防腐的功效。

殺菌劑的選擇依據幾個因素，包括pH、涂料組分或色料的溫度、微生物引起問題的類型、水質、最大效率下的接觸時間，美國食品和藥物管理局（FDA）規定的需求量、環境因素，以及和其他殺菌劑的兼容性等。表1列舉的是涂料配料室常用殺菌劑的性能。

表1 涂料配料室常用殺菌劑的性能

在美國，任何用作微生物殺菌劑的化學品必須經美國環保局（EPA）注冊通過，同時擁有通過聯邦規定21條的FDA的許可證。一些FDA的規定限制了生產商生產與食品有接觸的紙和紙板中殺菌劑在干部的使用。

最嚴格的標準是21CFR§176.170。它包含了用于紙機干部生產的、與油脂或液體食物接觸的紙和紙板殺菌劑的使用規定，如液體包裝袋。經21CFR§176.170允許的涂布中常用的殺菌劑有異噻唑啉酮類化合物（5-氯-4-甲基-異噻唑啉酮和2-甲基-異噻唑啉酮的混合物）、BIT（苯丙異噻唑啉）、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規定的生產紙和紙板過程中所用殺菌劑能與干燥食物接觸，如谷類食物的箱子。

一種稱作硫酮的常用殺菌劑（四氫化-3，5-二甲基-2H-1，3，5-噻二嗪-2-硫酮）則另有規定——21 CFR§176.230。為了防腐，很多顏料生產商使用的殺菌劑必須通過176.170或176.230規定。此外，選擇合適的殺菌劑還必須考慮其他限制條件：揮發性有機化合物（VOC）、“超級投資修正與重新授權法”標題3和第313條的限制條件（通常稱為SARA 313）。

殺菌劑的半衰期受pH、涂料成分或涂料溫度的影響。一般來說，酸性殺菌劑在高pH條件下半衰期減小，并會失去作用。堿性殺菌劑亦然。與所有化學反應一樣，溫度升高會增大殺菌劑的反應速率，半衰期也會因水解速率增大而減小。

成功生產一種殺菌劑必須嚴格掌握所有的原材料和所有的生產過程。從某種程度上說，所有的殺菌劑都受環境和還原劑的影響。硫酮及其分解產物與異噻唑啉酮互不兼容。有據報道說，溴硝丙二醇和戊二醛與硫酮也不兼容。

2.1.2 殺菌劑的添加

選擇用藥點和用藥量對一套有效的殺菌方案來說非常重要。在任何情況下，殺菌劑都應間歇式地加入，因為這使殺菌劑能保持有效濃度來控制微生物的污染。其加藥周期的確定應考慮反應槽的轉速、pH、溫度和微生物的實際情況等因素。

2.1.3 殺菌效果的監控

合適的監控程序對涂料配料室的微生物控制方案的效果非常重要。很多工廠把浮游好氧細菌總數作為一個成功殺菌劑方案的監控指標。工業中廣泛應用的這種計數方法是3MTM中的好氧細菌總數Petrifilm法。對一些特殊種類的微生物，如粘菌、絲狀細菌、硫酸鹽還原菌和真菌等有許多計數方法。其他有效的監控數據還包括顏料、淀粉和涂料的pH和黏度。pH會隨微生物污染的加劇而降低，黏度也會異常。三磷酸腺苷（ATP）也常被用于紙機濕部微生物的監控指標，對于一個給定的樣品，它能快速地測定整個過程中ATP的變化和分子的能量。但是，用ATP測試顏料和涂料較麻煩，并且結果重復性差。

2.2 保持涂料配料環境的清潔

如果不能保持涂料配料室的清潔，即使是最好的殺菌劑也會在控制微生物生長效果上大打折扣。

傳統的清潔方法遵循“先入，先出”的原則。在夏天高溫天氣下，如果一輛運料車停在軌道上幾個星期，那么就算保存很好的顏料也非常容易受到微生物的污染。卸料時，每種顏料應配有專用的卸料管道或加入大量的防腐添加劑，管道也需用凈化水徹底沖洗。

存貯罐或存貯槽應該保持充分的攪拌和循環。為防止微生物的污染，配料室所有的用水都應該是水質最好的。用白水沖洗料槽或生產線易引起二次污染。

即使是結構設計最好的存貯罐也難以避免涂料的沉積。因此，如果配料罐是旋轉式的，則應按固定的程序清理。許多顏料和涂料的貯料罐應先用漂白液沖洗，然后再用凈化水徹底清洗，這樣有助于清除沉積在邊緣和底部的菌膜和腐料。

如果需要2個罐盛放涂料組分，備用的那個罐一定要加以特別的護理：存貯罐或生產線上是否還有涂料？涂料有沒有加殺菌劑？涂料有沒有攪拌和循環？如果沒有考慮到這些問題，這些涂料很可能被微生物污染直至腐敗變質。當重新使用以前用過的存貯罐時，罐子上那些已經變質物質中的微生物和氣味很容易將新配制的涂料污染。涂料回收罐也常常因為忽視了清理操作而產生相似的污染問題。

煮沸殺菌也應該作為一個定期采用的處理方法。那么，每年都對整個系統作一次清洗有必要嗎？如果原料受溫度和時間的限制，加酶清洗有效嗎？關注這些問題將會使潛在的微生物污染問題降至最小。

3 結束語

涂料配料室中最有效的微生物控制方案依賴于采用高效微生物殺菌劑和采取保持環境清潔的措施，如二者兼顧，則能減少涂料的損失和變質，并間接地降低操作成本，減少化學品的用量。

（李德品，梁聰慧 編譯）