異噻唑啉酮類殺菌劑在建筑涂料中的應用

一、 前言

    構成涂料的重要成分：樹脂、顏料、添加劑及溶劑都與霉變有密切關系，特別是合成樹脂系的和水溶性的涂料，由于他們本身含水分多，內含高分子聚合物、增稠劑、分散劑、消炮劑等多種可被微生物利用的營養成分，一旦環境溫度、濕度條件適宜，微生物便會大量繁殖，致使涂料酸堿度發生變化，粘度降低、破乳、變色、發、甚至溶脹等現象；涂料干燥成膜后，如果遭遇微生物的侵蝕，涂層會發生變色、松軟、失光、開裂、起泡、片落等現象，嚴重影響涂層的保護和裝飾功能。因此在涂料的生產過程中必須添加殺菌防腐防霉劑，以防止涂料貯存時及涂裝后涂膜長霉，如果是船底漆要注意防止藻類。

（注：一般在罐內主要針對細菌，并且很多是厭氧菌，這里加的殺菌劑，殺菌機制以殺細菌為主，俗稱防腐劑；涂膜后，主要面對霉菌的侵擾，殺菌機制以殺霉菌為主，俗稱防霉劑；殺藻類藥劑一般以農用除草劑為主，常用的為敵草隆。）

    本文將介紹涂料行業目前國內外用途最廣、最具代表性的幾種異噻唑啉酮類殺菌劑。

二、 殺菌防腐劑的應用據報道，能夠侵蝕涂料的微生物涉及細菌、霉菌、酵母菌和藻類，導致腐敗的主要是革蘭氏陰性細菌，尤其是大腸產氧菌屬和假單胞菌屬， 而在涂裝后的涂膜上滋生的主要微生物是霉菌和藻類如黑曲霉、青霉、根霉等。可見，防止涂料的腐敗變質，最重要的是控制革蘭氏陰性細菌，尤其是大腸產氧菌屬和假單胞菌屬，即加入的殺菌防腐劑應對革蘭氏陰性細菌有最佳的效果。如果要求涂裝后的涂膜也不長霉，則可加入防腐劑的同時再添加干膜防霉劑，兩者配合使用，才能自始至終達到抗菌效果。如果是船底漆則需加入殺藻劑，以防止藻類的生長。

    選用涂料殺菌防腐防霉劑必須考慮以下幾點:

(1) 要求有廣譜抗微生物特性、藥效高、活性持久、在PH值6-10范圍內穩定，且使用濃度低。

(2) 安全，對人體無毒或低毒，有良好的生物降解性。

(3) 不與涂料其他成分發生化學反應，成膜后不影響涂膜的物理和化學性能。

(4) 揮發性低，與涂料相容性好，容易分散。

(5) 穩定性好，具有耐紫外線、耐熱、抗氧化性。

(6) 使用方便，價格適宜。

    過去人們主要使用有機汞、有機錫、有機砷、苯酚類（含鹵代酚）及甲醛等化合物，前幾種毒性大，且污染環境，已被淘汰，僅在船底防污漆上限量使用；甲醛的高揮發性、高反應性及其氣味限制了其使用。七十年代后，主要使用的殺菌防腐劑有五氯酚鈉、多菌靈、百菌清、福美雙、維尼凈、二硫氫基甲烷等。五氯酚鈉毒性較高，已禁用；后幾種水溶性較差，殺菌防腐效果并不佳，僅因價廉還有些市場。現在，國內外已趨于使用高效、低毒、水溶性的殺菌防腐劑，該類殺菌劑殺菌效率高（一般原藥對微生物的最低抑制濃度MIC在幾十個PPM以內），殺菌譜廣（對細菌、霉菌、酵母菌、藻類都有效），安全可靠（LD50、大白鼠、口服一般大于1000mg/kg）。

（注：多菌靈防霉效果還是很好的，并且毒性很小，價格又相當便宜。主要是高PH值時，會引起涂料變色，還有一般只配成懸乳液使用。很多藥劑本身都是酯溶性的，只要通過劑型配制，形成水溶性制劑。）

    異噻唑啉酮類化合物就是這一類新崛起的優秀抗菌藥物，它們具有安全、廣譜、高效、低毒等特性。

    下面介紹幾種有代表性的異噻唑啉酮類化合物。

1、 1，2—苯并異噻唑啉-3-酮（BIT）

外觀：白色或淡黃色粉末；分子量：151；熔點：156℃；溶解性：溶于熱水，微溶于部分有機溶劑；該品具有高的熱穩定性，差熱分析表示控制溫升速度4℃/min，180℃才開始有輕微失重，至250℃時才明顯失重；它對酸堿都穩定，在廣泛PH范圍內均可使用。

    BIT殺菌效率高，殺菌譜廣，對細菌、霉菌、酵母菌、藻類均有效，對常見的硫酸鹽還原菌也有較高的活性，BIT原粉對絕大多數微生物的最低抑制濃度MIC都在20mg/l以下；該品安全性好，LD50，大白鼠 經口>1400mg/kg，毒性分級屬低毒，可生物降解，它的安全性已被很多國家的相關管理機構所認可（如：美國食物及藥物管理局FDA，美國環保署EPA，德國的BGA，日本的MITI等），被認為是最安全的殺菌防腐劑之一。

    據報道,在水性乳膠涂料中添加0.1%，涂料100天不長菌。

    1、用于PVA乳膠無光涂料，共有四種防腐劑較好,BIT是其中之一.為了測試防腐劑的持久力,試驗期間每隔一定時間接種菌種一次,共接種三次,BIT都表現了強的殺菌活性；

    2、用于PAA乳膠半光澤漆，只有BIT與素以殺菌力強而著稱的醋酸苯汞（該殺菌劑因毒性大已被禁用）效果最接近.

   由于BIT在180℃以下保持穩定,大大高于涂料的制備溫度,因此可在生產開始時加入,從而達到最有效抑制微生物生長的效果。BIT及其制劑穩定性好,不需額外添加穩定劑,不含重金屬,不含氯,不含甲醛和甲醛釋放劑,不含無機鹽，在廣泛PH范圍內穩定,且對受防腐的物料有長效保護作用。所以BIT不僅能防止涂料的變質,還可以使涂膜具有抵御霉菌侵襲的能力 。

（注：BIT防腐性能不錯，但防霉性能要差點且有一定刺激性和腐蝕性。）

２、2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮（MIT）和5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮（CIT）

    純品為白色固體，溶于水、低碳醇、乙二醇和極性有機溶劑，MIT熔點48～50℃，CIT熔點54～55℃，它們是一種高活性的殺菌劑，對許多微生物的最低抑制濃度都在10mg/l以下，對細菌、霉菌、酵母菌、藻類都有極強的殺滅和抑制作用，且低濃度就與效。該品安全性好，LD50，大白鼠 經口≥3350mg/kg（含活性成分≤２％），毒性分級屬低毒，可生物降解，無致畸致突變反應。由于所有已知生產方法都生成MIT、CIT的混合物，兩者的比例可在4.5～0.02之間變化，特別成功的配方是CIT和MIT以大約3：1的比例的一種混合物，需加入一定的穩定劑以防止其分解。目前大多數商業產品都用二價金屬鹽做穩定劑，但在聚合物乳液、涂料中，金屬鹽存在可能會導致“鹽干擾”（salt shock），如凝膠、相分離等。

（注：MIT、CIT混合物俗稱卡松，幸好卡松不穩定，且有一定刺激性和腐蝕性。要不然，防腐劑全是卡松的市場，其他防腐劑就不用開發了。）

３、2-正辛基-4-異噻唑啉-3-酮（OIT）

    純品為白色固體，熔點97～100℃，溶于丙二醇及極性有機溶劑。該品安全性好，LD50，大白鼠 經口≥4000 mg/kg，毒性分級屬低毒，可生物降解，無致畸致突變反應。對多種細菌、霉菌、酵母菌、藻類有優異的抗菌效果，尤其是對霉菌具有極強的殺滅能力，它的防霉性能可與有機汞、有機錫的防霉性能相媲美，因此它被廣泛用作涂料干膜防霉劑。浙江化工科技集團有限公司生產的干膜防霉劑DTO用量一般為產品重量的0.1～0.3%，它可徹底改變涂膜的發黃、脫色、灰化、開裂等不良現象。使用OIT做干膜防霉劑時為了得到最佳防霉效果，要注意配方的PH值≤9.5，避免或減少滑石粉填充料用量，避免加入硫化物（立德粉等）。

（注：不錯的干膜防霉劑。關鍵還是價格。）

４、2-甲基-4，5-亞丙基-4-異噻唑啉-3-酮（MTI）

    熔點：110℃ ；外觀：純品為白色非晶型固體；常溫下，可與酸、醚、酮等混溶；MTI分解溫度216℃,大大高于涂料生產的操作溫度，因此可在涂料生產一開始就加入這種防腐劑，從而達到最有效的抑制微生物生長的效果；MTI在廣泛PH值下保持穩定；另外，它對銨離子也相當穩定，涂料生產中由于經常用氫氧化氨來調節酸堿度，所以對銨離子穩定是涂料防腐劑的一個重要指標。MTI的商業劑型為水性溶液，不含有機溶劑、無機金屬鹽、氯、甲醛，對各種正常使用的材質無腐蝕,可用于手動和自動配料系統。它的活性非常高，在低劑量下就可有效控制水性涂料中多種微生物的生長，因此該殺菌劑兼有抗微生物效能高和對環境影響小的優勢，符合綠色環保的趨勢。MTI是一種高活性廣譜殺菌防腐劑，對多種微生物如大腸桿菌、綠膿桿菌、枯草桿菌、金黃色葡萄球菌、黑曲霉等都有良好的抑制殺滅效果。

５、4，5-二氯-2-正辛基-4-異噻唑啉-3-酮（DOIO）

    它是性能優異的殺菌滅藻劑，該產品于1994年通過美國環保署EPA的嚴格審查，1996、1997年獲得美國政府和美國化學工業協會頒發的“總統綠色化學挑戰獎”。它具有廣譜的殺生活性，能有效控制海洋軟體（草類）、硬體（藤壺）污染；低毒高效，半衰期小于１h，在海水中快速降解，新陳代謝４～５級程度，在海洋有機體內沒有積累；長效；優異的相溶性。據報道，在數量龐大的異噻唑啉酮類化合物中，DOIO是最合適的殺菌滅藻劑。

    結束語：異噻唑啉酮類化合物具有安全、高效、廣譜、低毒的優良性質，廣泛應用于抑制細菌、霉菌、酵母菌和藻類的生長，可替代許多傳統的高毒性殺菌防腐劑。但在選用這類殺菌劑時，要注意受防腐體系的PH值、氧化反應電勢、溫度、殺菌劑與物料體系的配伍性，經濟合理地選用殺菌防腐劑。

（注：異噻唑啉酮類化合物普遍有一定腐蝕性和刺激性，不過在使用濃度上還是安全的。）