干燥后，水性和溶剂型涂料都容易被真菌和/或藻类定殖。干燥膜上微生物的生长不仅会影响涂层的外观(变色)，还可能会影响涂层的性能(生物劣化)。真菌可以穿透涂层，导致开裂、起泡和失去附着力，导致底层基材的腐烂或腐蚀。藻类群落似乎在灰泥、水泥和砖块等多孔基质上生长得更快，具有阻挡水的能力。这些被包裹的水的冻结和解冻可能引起开裂或增加涂层的渗透性能，导致失效。水的存在也可能促进其他微生物的定殖，进而可能导致生物恶化。能定殖涂层的微生物类型取决于几个因素，包括表面的水分含量、营养物质的存在、基材和涂层成分。
为了达到最有效的效果，杀菌剂需要出现在涂层界面上。这使得它容易受到水的浸出。通过封装控制杀菌剂的释放可以确保杀菌剂的最低浓度始终保持在表面界面，延长涂层的保质期。此外，这种可控释放可以减少在一段时间内释放到环境中的生物杀灭剂的数量。
本文介绍了IPBC(3-碘-2-丙基丁基氨基甲酸酯)胶囊化的控释方法。通过杀菌剂与载体之间的吸附相互作用，可以实现对表面的长期保护。(4,5)这使得杀菌剂更耐浸出。通过分析和微生物学方法测定，包封的IPBC比未包封的释放更慢。封装的生物杀菌剂也更能抵抗紫外线/热量造成的环境退化。此外，含有封装IPBC的涂料的室外暴露测试显示了增强的干膜保护。
实验
漆膜样品制备
将封装和未封装的IPBC按不同水平添加到涂料样品中。通过将3mil薄膜浇铸在拉尼塔(Lanetta)纸板上，并在室温下干燥至少24小时来制备拉尼塔。
IPBC测量
渗滤液水中存在的IPBC
按照上述方法制备含有10,000 ppm IPBC的涂料样品。漆膜悬浮在100毫升水中，不断搅拌。收集不同时间间隔的渗滤液水，采用GC - UV-Vis光谱法分析IPBC含量。使用标准IPBC曲线在最大吸光度224-228 nm处测定IPBC浓度。
漆膜中IPBC的XRF定量研究
按照上述方法制备的含有2000ppm IPBC的涂料样品，以每小时1升的浸出速率浸出不同的时间间隔。样品干燥至少24小时。使用PANalytical Epsilon 5 x射线荧光(XRF)仪分析样品的碘含量。(6)用不同浓度的IPBC绘制标准IPBC曲线，在4000ppm IPBC时呈线性。线性相关性与用于制作薄膜的涂料配方无关。得到浸出前后各漆膜的基准线。
Delta Y测量
按照上述方法制备含有1000ppm IPBC的涂料样品。样品放在QUV单元中，在UVB灯泡下放置24小时。从QUV单元中取出薄膜后，在1小时内用分光光度计(柯尼卡美能达CM2500d)测量YI(黄度指数)(ASTM E 313 - 10从仪器测量的颜色坐标计算黄度和白度指数的标准规程)。在QUV暴露后，用杀菌剂处理过的样品减去未处理的对照样品的YI来确定Delta Y。
疗效研究
加速真菌检测
使用ASTM D 5590(用加速四周琼脂板测定漆膜和相关涂料对真菌破坏的抗性)来测量各种生物杀灭剂处理对漆膜的效果。除了在涂料样品中添加500ppm的IPBC外，样品的制备方法如上所述。涂料样品按上述方法浸出，并接种由黑曲霉(ATCC 6275)和青霉(ATCC 11797)组成的混合真菌悬液，最终浓度为107孢子/mL。然后在28ºC和85% RH条件下孵育28天。真菌生长在涂漆样品表面的范围为0-4，其中“0”代表没有生长;1表示增长痕迹(< 10%);2为轻度增长(10-30%);3表示适度增长(30-60%)，4表示大幅增长(60%至完全覆盖)。
室外测试围栏暴露
涂料样品中含有3000ppm的IPBC(封装和未封装)。西部红雪松被用作基材。每个面板在光滑的单板面刷上一层底漆，背面也涂上一层铝漆。面板被分成三个相等的1英尺的部分。该中心作为对照，接受了两层没有杀菌剂的油漆。左右两侧分别涂了两层生物杀灭剂处理过的涂料。干燥后，面板以90º角朝北暴露。
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结果与讨论
采用不同的方法对漆膜中IPBC的控制释放进行了研究。薄膜被放置在水中，并在不同的时间间隔收集渗滤液。用紫外光谱法测定浸出IPBC的量。图1显示了渗滤液中IPBC的累积含量。封装IPBC (IPBC CR)可减少IPBC从膜中浸出的量。为了测量残留在涂层表面的IPBC的量，开发了一种无损x射线荧光(XFR)方法。
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如图2所示，封装后的IPBC在膜中残留的IPBC含量较高。IPBC的释放量也取决于涂料的固有性质和成分。在这个例子中，有光泽的油漆显示出比平面油漆更高的IPBC保留水平。
此外，还使用微生物试验来证明胶囊化IPBC的控释。根据ASTM方法D 5590进行表面保护试验。在这个为期四周的加速研究中，在培养28天后测量了样品上真菌的生长量。如表1所示，包封的杀菌剂(IPBC CR)在大量浸出后对样品表面提供了更持久的保护(0级)。
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测试也在室外进行。在测试围栏中暴露了包含封装和未封装IPBC的木板。在这些研究中使用了快速失效的丙烯酸外墙涂料。暴露18个月后，对样品的油漆表面污损程度进行评估。如图3所示，含有囊化生物杀菌剂的样品表面污损最小。
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进行了额外的实验，以证明封装的IPBC暴露在紫外光下时黄变减少。在1000ppm浓度下，将含有不同杀菌剂的涂料样品暴露在紫外线辐射下(b -bulb, 24小时)。如图4所示，在测试的两种不同涂料中，封装的杀菌剂在紫外线/热照射后不易变黄。
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结论
通过分析和微生物学分析，证明了IPBC通过微胶囊化到无机载体的控制释放。控制释放机制在较长一段时间内保持涂层界面上的最低杀菌剂浓度，防止真菌生长。在相同的初始杀菌剂浓度下，这导致较长的涂层保质期。或者，可以使用较低水平的杀菌剂来获得类似的保质期。无机载体为分子提供了额外的保护，防止环境退化过程(如紫外线/热降解)，进一步增强干膜保护。IPBC CR目前可从ISP获得40% IPBC分散剂，商品名称为fungiitrol®940CR。
本文于2011年2月在新奥尔良举行的第38届年度水上研讨会上发表。
