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通过控制IPBC的释放来提高干涂膜的性能

文章来源:http://www.bitechem.com 发布时间:2019-08-10 11:56 浏览次数:
杀菌剂对于防止微生物对许多工业涂料的破坏是必须的。杀菌剂有两种主要的用途:(a)防止湿态产品在储存和运输过程中的损坏(罐内保护),(b)保证涂层长期的性能(干膜保护)。
干燥时,水性和溶剂型涂料都易受到真菌和/或藻类繁殖的影响。干膜上微生物的生长不仅影响涂层的外观(变色),而且对其性能也会有影响(生物腐蚀)。真菌能穿透涂层而导致涂层开裂、起泡和附着力的下降,因而也导致了下面底材的腐朽或腐蚀。在多孔底材如灰泥、水泥和砖块上,藻类繁殖的速度似乎更快,从而会将水封闭在里面。夹带在里面的水的冻融会导致涂层开裂或提高其透过性能,从而导致涂层破坏。水的存在也会促使其他微生物的繁殖,这样也就产生了生物腐蚀2。微生物能在涂层中繁殖取决于几个因素,包括表面的水分含量、养分的存在、底材和涂料的组成3。
为了达到最高的效率,在涂层界面需要有杀菌剂。这使得其易受水沥滤的影响。通过封闭来控制杀菌剂的释放能确保在表面界面处杀菌剂的浓度总是保持最低,从而延长了涂层的使用期。此外,控制这种释放能降低经过一段时间后释放到环境中的杀菌剂的量。
本文描述了通过封闭作用来控制IPBC(3-碘-2-丙炔基丁基氨基甲酸酯)的释放。通过杀菌剂和载体之间的相互吸附作用能保证表面的长期保护作用4,5。这使得杀菌剂更能耐沥滤。封闭的IPBC比没有封闭的IPBC释放得更慢,可用分析方法和生物学方法进行测量。封闭的杀菌剂也更能耐环境中紫外光/热的降解作用。此外,含有封闭的IPBC的色漆的户外暴露试验结果表明对干膜的保护作用增强。
实验
漆膜样品制备
将封闭和没有封闭的IPBC以不同的量加入到色漆样品中。在刮涂的卡片纸上制备3密耳厚的漆膜,让其在室温下至少干燥24小时。
测量IPBC
滤出的水中存在的IPBC
如上所述制备含有10,000 ppmIPBC的色漆样品。将漆膜悬挂在100 mL水中并持续搅拌。在不同的时间间隔收集滤出的水,用气相色谱、紫外可见光谱仪分析IPBC浓度。用标准的IPBC曲线测定IPBC浓度,其最大吸收峰为224-228 nm。
用X射线荧光光谱仪(XRF)定量测定漆膜中的IPBC
如上所述制备含有2,000 ppmIPBC的色漆样品,并以每小时1升的速度在不同的时间间隔沥滤。样品至少干燥24小时。用PANalytical Epsilon 5 X射线荧光光谱仪 (XRF) 分析样品中碘含量6。采用不同浓度的IPBC绘制标准的IPBC曲线,在IPBC的浓度高达4,000 ppm时一直呈线性。线性相关性与用来制备漆膜的色漆配方无关。在沥滤前后得到每种漆膜的基线。
测量ΔY
如上所述制备含有1,000 ppmIPBC的色漆样品。将样品放在QUV装置中UVB灯下24小时。将漆膜从QUV装置中取出后1小时内用分光光度计(Konica Minolta公司的CM2500d)测量黄变指数(YI)(ASTM E313-10用仪器测量色度坐标来计算黄度指数和白度指数的推荐方法标准)。经过QUV暴露后,通过将经过杀菌剂处理的样品的黄变指数(YI)减去未经处理的对照样品的黄变指数(YI)得到ΔY。
功效研究
加速真菌试验
用ASTM D 5590(用四星期加速琼脂平板试验测定漆膜和相关涂层耐真菌毁损性)来测量漆膜上各种杀菌剂处理后的功效。如上所述制备样品,不同的是加到色漆样品中的IPBC浓度为500 ppm。如上所述对色漆样品进行沥滤,并接种由黑曲霉(ATCC 6275)、绳状青霉菌(ATCC 11797)组成的混合真菌悬浮液,最终浓度为107个孢子/mL。然后将平板在温度28 ℃和相对湿度 85% 条件下孵化28天。按0-4的等级评定涂漆样品表面真菌的生长速率,“0”表示没有生长;1表示少量生长(< 10%);2表示轻微生长(10%-30%);3表示中等程度生长(30%-60%);4表示严重生长(60%至完全覆盖)。
户外试验架暴露
制备含有3,000 ppm IPBC(封闭和未封闭)的色漆样品。用西方的红松作底材。在每块板光滑的一侧刷涂一道底漆,背面涂一道铝粉漆。将板分成相等的三个长为1英尺的部分。中间作为对照,再涂两道不含杀菌剂的色漆。左边和右边分别涂两道用杀菌剂处理过的面漆。干燥后,将板以90o角朝北暴露。
结果和讨论
研究用不同方式控制漆膜中IPBC的释放。将漆膜放在水中,以不同的时间间隔收集沥滤液。用紫外分光光度计测量沥滤出的IPBC的浓度。图1给出了沥滤液中累积的IPBC的含量。将IPBC封闭(IPBC CR)会导致从漆膜中沥滤出的IPBC的量下降。为了测量残留在涂层表面的IPBC的量,研究了非破坏性X射线荧光(XRF)测量方法。如图2所示,将IPBC封闭,残留在漆膜中的IPBC的量较高。释放的IPBC的量也与色漆固有的性能和组成有关。在本示例中,高光色漆比无关色漆漆膜中残留的IPBC的量要高。
通过控制IPBC的释放来提高干涂膜的性能
 
通过控制IPBC的释放来提高干涂膜的性能
另外又用微生物试验来证明封闭的IPBC的控制性释放。按ASTM D5590方法进行表面保护试验。在四周的加速研究中,孵化28天后测量样品上真菌的生长量。如表1所示,沥滤后,封闭IPBC(IPBC CR)能对样品表面提供较长时间的保护作用(等级为0)。
也在户外进行了试验。含封闭和未封闭IPBC的木板在试验架上暴露。在这些研究中使用会快速变坏的丙烯酸外用漆。经过18个月的暴露,评定样品漆膜表面的毁损程度。如图3所示,含有封闭的杀菌剂的样品显示最少程度的毁损。
通过控制IPBC的释放来提高干涂膜的性能
进行另外的试验来证明将IPBC封闭,暴露于紫外光后产生的黄变程度降低。将含有1,000 ppm不同杀菌剂的色漆样品暴露于紫外光(B-灯,24小时)。如图4所示,对两种不同的待测色漆样品,将杀菌剂封闭,经过紫外光暴露后不易黄变。
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