防止水性涂料中的微生物污染是美国和世界各地制造商面临的一个问题。细菌是对产品质量的主要威胁，但如果没有有效的保存包装，一些酵母和霉菌也会导致变质。污染以明显的方式影响油漆和油漆性能，如鼓罐、恶臭、粘度变化和颜色变化，以及更微妙的方式，如pH值漂移。¹

生物杀菌剂，包括用于油漆保存的生物杀菌剂，必须根据联邦杀虫剂、杀菌剂和灭鼠剂法案(FIFRA)在美国注册，该法案于1947年首次颁布，1972年修订，1996年进一步修订(7 U.S.C§136 et seq.)。EPA声明，“在美国分销和销售的所有农药都必须由EPA根据科学数据进行注册，这些数据表明，当按照产品标签上的指示使用时，它们不会对人类健康、工人或环境造成不合理的风险。”²表1所示的是一些常用的fifra注册的生物杀灭活性，用于保存罐内(湿态)油漆以防止微生物攻击。现代涂料配方中使用的大部分生物杀灭活性物质已经注册了40多年。值得注意的是，美国环保署每15年对已注册的杀菌剂进行一次审查，每次审查都需要越来越多的关于环境命运、生态毒性和生物杀菌剂暴露数据的数据来维持注册。

与此同时，在40年的时间里，绘画经历了一次蜕变。早期的一个显著变化是1977年9月美国消费者产品安全委员会宣布禁止含铅涂料，并于1978年生效(16 CFR 1303)。^3.其他重大变化包括从溶剂型涂料到水性涂料的转变。此外，VOCs的减少和再生水和天然原料的使用的增加对当今复杂的涂料配方产生了影响。188金宝搏bet官网不幸的是，所有这些积极的变化都使油漆成为微生物生存的更友好的环境，更重要的是，它们茁壮成长。⁴

一项重大的任务

涂料制造商正在寻求更有效的长期保存涂料，以抵御常见污染物，特别是生产设施中存在的弹性细菌菌株。然而，开发、测试和注册一种新的生物杀灭活性成分的过程并非易事——它可能需要数年时间和数百万美元。要被认为是目前市场上防腐剂系列的有价值的补充，一种新的防腐剂产品需要:对广泛的工业相关污染物有效，包括有弹性的制造分离物，不含甲醛释放化学物质和溴化酚，与涂料和原材料兼容，可被主要生态标签接受，适用于低voc涂料配方。188金宝搏bet官网

在讨论引入新的涂料防腐剂的可行性时，还有其他几个因素需要考虑。生物杀菌剂是由美国环境保护署根据《联邦反腐败法》严格监管的。EPA要求包括:急性、慢性和生态毒性;环境的命运;物理/化学性质;以及所提出的防腐剂产品的功效。即使是以前注册过的活性成分(表1)的新组合进入市场也需要在批准注册之前进行广泛的审查。对于含有先前已批准用于相同最终用途(即用于涂料保存的BIT)的活性物质的新产品，产品档案审查的标准时间可短至5个月。然而，新活性成分以及含有新活性成分的产品的生产时间要长得多——通常是18个月。满足数据要求对注册人有重大的财务影响，并需要投入大量时间来完成所有必要的科学研究。

本世纪首个用于涂料防腐的新型生物杀灭活性物质

陶氏化学公司预计美国环保署将注册一种新的活性成分N2014年-甲基-1,2-苄异噻唑-3(2H)- 1 (MBIT)。注册过程需要在多年的时间框架内投入数百万美元。不出所料，在美国注册MBIT最大的财务投资是毒理学数据包，占成本的90%以上。

在申请EPA注册之前，在各种涂料、着色剂、乳胶和矿物浆料配方中进行了广泛的MBIT功效测试，以对抗工业相关的细菌、酵母和霉菌。特别令人感兴趣的是MBIT对结构相似的生物杀灭活性1,2-苄异噻唑-3-one (BIT)的性能结果，BIT通常用于油漆保存。在着色剂保存试验中，与BIT相比，MBIT表现出增强的抗酵母活性，并表现出同等或更好的抗细菌活性。在图1a中，显示了三种着色剂在四次挑战实验室菌株(5 x 10⁶CFU /毫升)。蓝色着色剂成功地保存了等效浓度的BIT和MBIT(总活性125 ppm)。此外，125ppm的MBIT单独有效地保护黄色和红色配方免受细菌腐败，而高浓度的BIT (250 - 500ppm)则需要保存这些特定的着色剂。在着色剂中使用BIT和MBIT对酵母进行的评估(图1b)显示了类似的结果，MBIT在总活性为125 ppm时显示了有效性。蓝色着色剂(250 ppm)和黄色和红色着色剂(500 ppm)所需的BIT浓度分别是相同功效水平的2至4倍。在六次着色剂测试中的五次中，MBIT表现出较低活性成分浓度的优异结果，在其余测试中，观察到相同的性能。

MBIT的特殊功效不仅限于着色剂。在二氧化钛(TiO₂)和碳酸钙(CaCO_3.)矿物泥浆。四种细菌接种后的效果差异非常显著，500 ppm (0.05%) BIT不能保护两种矿物泥浆中的任何一种，而250 ppm和125 ppm MBIT足以保护TiO₂和CaCO_3.泥浆，分别(图2)。

MBIT在美国上市

陶氏微生物控制将于2014年推出防腐剂产品BIOBAN™557 Antimicrobial，一旦EPA批准注册。BIOBAN 557含有新的活性成分N-甲基-1,2-苯并异噻唑-3(2H)- 1 (MBIT)与5-氯代-2-甲基-4-异噻唑-3- 1 (CMIT)和2-甲基-4-异噻唑-3- 1 (MIT)结合。新配方不是将MBIT与现有的防腐剂产品(如1.5% CMIT/MIT产品)混合，而是设计为10%总活性成分的独特混合物，并调整了三种活性成分的比例，以获得针对工业相关细菌、酵母和霉菌(包括弹性环境菌株)的最佳广谱保护。最终的MBIT/CMIT/MIT配方是通过陶氏微生物控制公司的专利TAUNOVATE在油漆和其他基质中进行广泛测试确定的^SM高通量测试(HTP)系统(图3a)。该系统利用机器人协助样本分析，并可在一天内提供13000个数据点进行同时测试。一项效率计算确定，用标准的、非机器人的方法(包括培养皿和样品杯)进行同样数量的实验室工作(图3b)需要15天8小时。

防止细菌和真菌

随着低voc涂料配方的普及，对稳健保存策略的需求也在增加。制造商报告称，其设施中微生物污染的发生率增加，特别是在低voc产品和含有天然原料的产品中。188金宝搏bet官网这些因素，再加上美国的油漆季节在温暖的夏季，可以为微生物提供理想的生长条件。为了应对微生物的攻击，制造商通常被迫使用多种单一活性防腐剂产品，以成功保存油漆。为了证明新的10% MBIT/CMIT/MIT产品与单一活性产品(如含有1.5% CMIT/MIT和19% BIT的产品)的功效，TAUNOVATE HTP系统用于一种难以保存的乳胶漆(pH 8.5)的四循环细菌挑战测试。HTP测试结果如表2所示。在用工业相关菌株进行四次细菌挑战后，10% MBIT/CMIT/MIT产品表现出比单一活性BIT和CMIT/MIT产品更强的功效。绿色阴影的细胞表示接种5 × 10疫苗后的合格分数，红色阴影的细胞表示不合格分数⁶CFU/mL细菌。MBIT/CMIT/MIT产品通过了为期一个月的2367 ppm的挑战测试，最终输出了236.7 ppm的MBIT/CMIT/MIT。BIT和CMIT/MIT单活性产品分别通过了EPA涂料最大使用水平2500 ppm (475 ppm BIT)和1675 ppm (25 ppm CMIT/MIT)的测试。虽然在本试验中有效，但生产条件——特别是工业卫生问题——可能导致单活性防腐剂失效。鉴于表2中报告的结果，没有误差范围。相反，在2367 ppm MBIT/CMIT/MIT产品的合格水平和预期的3700 ppm MBIT/CMIT/MIT产品的上限(一旦EPA注册)之间有一个舒适的边际，它将提供370 ppm的有效MBIT/CMIT/MIT。

MBIT/CMIT/MIT混合物对真菌的特殊功效也已被记录。虽然湿态涂料的真菌污染不像细菌污染那么普遍，但制造商报告的发生率有所增加。在一种难以保存的乳胶漆(pH值9.0)的三次真菌挑战测试中，对MBIT/CMIT/MIT产品与单一活性BIT产品以及95 ppm BIT和1.5% CMIT/MIT产品提供的不同CMIT/MIT水平的组合进行了评估。这些样本每周接种一种涂料制造商专用酵母和工业相关实验室霉菌菌株的组合。结果如表3所示。MBIT/CMIT/MIT通过了900 ppm(0.09%)产品的涂料(一旦EPA注册)的预期下限使用率，其总MBIT/CMIT/MIT达到了90 ppm。仅BIT在380 ppm时失效。最重要的是，25ppm CMIT/MIT(由1675ppm的1.5% CMIT/MIT产品提供)和95ppm BIT的组合，总活性为120ppm，失败了。这些结果进一步证明了在MBIT/CMIT/MIT产品中，独特的MBIT/CMIT/MIT比率的有效性。

快速杀灭，长期保存

微生物污染事件可能发生在油漆制造过程中，这些事件往往在夏季更加频繁。产品修复(返工)是一项重要的实践，由于低voc水性产品的敏感性和处理受污染产品批次的高昂成本。通常，修复过程涉及快速作用的消毒生物杀菌剂，例如含有DBNPA的产品。在添加消毒杀菌剂之后，有一段时间进行混合、保存、微生物监测，最后将重新加工的材料与长期防腐剂合并到新的生产批次中。这个耗时的过程需要几个步骤，油漆制造商一直在寻找简化过程的方法。

在开发MBIT/CMIT/MIT产品的早期评估表明，可以快速清除严重污染的样品。随后进行了更多的研究，包括表4所示的对一家制造商提供的严重污染涂料样品的研究，旨在寻求有效补救和长期保存从该设施中分离出的弹性假单胞菌挑战后的高易感涂料配方的建议。一次性使用370 ppm的MBIT/CMIT/MIT成功地净化了油漆，并通过四个额外的挑战提供了有效的长期保存。DBNPA/CMIT/MIT、CMIT/MIT/bronopol和DBNPA/CMIT/MIT/bronopol组合均不能同时进行去污和长期保存。DBNPA/CMIT/MIT/BIT的组合成功地去污并保存了油漆，但900 ppm活性(6175 ppm产品)所需的总生物杀灭浓度明显高于370 ppm MBIT/CMIT/MIT (3700 ppm产品)所需的几乎相同的性能。

快速杀灭和长期保存的组合在其他配方类型和对各种微生物进行了测量。表5显示了在酵母严重污染的全丙烯酸乳胶中进行的一项研究的结果。一次性使用3000ppm的MBIT/CMIT/MIT(提供300ppm的MBIT/CMIT/MIT)成功地比200ppm的DBNPA更快地净化乳胶，然后通过五个额外的挑战提供有效的长期保存。BIT不被认为是一种快速作用的生物杀灭化学物质，但380 ppm不足以长期保存乳胶。

CMIT/MIT化学被认为是作用最快的异噻唑酮化学。在一种受污染的着色剂中进行了一项研究，其中CMIT/MIT与中等剂量的快速消毒化学DBNPA配对。300ppm浓度下的MBIT/CMIT/MIT组合具有相同的杀伤速度，然后在7次(5 x10⁶CFU /毫升)酵母。结果如表6所示。

实验室试验正在进行中

美国境内的水性产品制造商可联系陶氏微生物控制公司，要求提供用于实验室研究的MBIT/CMIT/MIT配方的实验样品。或者，制造商可以与公司讨论功效测试，并继续提供他们的环境细菌、酵母和霉菌分离物进行挑战测试。

是大局的重要组成部分

成功地保存水性产品，特别是由天然原料制成的高易感低voc产品，涉及许多因素。188金宝搏bet官网在不同的防腐剂产品中使用各种epa注册的生物杀灭活性是很重要的，因为没有单一的生物杀灭活性(或产品)会在每种产品配方中都起作用。功效测试对于确定按照EPA标签使用的生物杀菌剂的性能至关重要。还必须注意避免将防腐剂暴露在极端条件下，例如将两种不同的浓缩(整齐)生物杀菌剂产品组合在一起。这一行动可以使生物杀灭活性物在混合到涂料配方之前失活。相比之下，生物杀菌剂供应商提供的防腐剂混合物的配制方式是通过适当的比例和稳定剂的使用来保持活性成分的稳定性。此外，温度和极端pH值等因素会对防腐剂的稳定性产生负面影响，改变添加顺序可以延长防腐剂的寿命。工业卫生也是有效产品保存的重要组成部分。不能指望防腐剂包装能抵消生产设施中不良或不存在的工业卫生计划的影响。通过考虑这些因素，防腐剂可以有效和可持续地用于防止产品污染。 Cost-to-treat calculations must be balanced against the potential expenses of product recall and loss of brand equity.

在当今环境中开发一种新的生物杀灭剂需要大量的承诺和专业知识。油漆和原材料正变得越来越可持续188金宝搏bet官网，这增加了它们对微生物污染的易感性。即使已经确定了解决方案，将一种新的活性物质推向市场也需要多年的、数百万美元的承诺，以确保在EPA注册。所需的投资规模突出了MBIT对涂料制造商的重要性，它是本世纪美国引入的第一个用于涂料保存的新活性。

参考文献

¹布朗，文学士，2010年。全球监管要求和压力对消费品防腐剂选择的影响。2010年5月6日。消费者专业产品协会年中会议。芝加哥。

²美国环保局注册审查。http://www.epa.gov/oppsrrd1/registration_review/。

^3.消费者产品安全委员会网站。http://www.cpsc.gov/en/Recalls/1977/CPSC-Announces-Final-Ban-On-Lead-Containing-Paint/。

⁴布朗,文学士学位;盖斯,p;鲁克，T. 2012。传统与天然防腐剂。幸福49(5):69-73。

⁵国家农药信息检索系统。