نقش ایزوتیازولینون‌ها در جلوگیری از رشد جلبک در رنگ‌های پایه آب

چکیده

رنگ‌های پایه آب به دلیل محتوای کم ترکیبات آلی فرار (VOC) و مزایای زیست‌محیطی‌شان به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال، حساسیت آنها به آلودگی میکروبی، به ویژه رشد جلبک، چالش مهمی را ایجاد می‌کند. ایزوتیازولینون‌ها، دسته‌ای از بایوساید‌ها، معمولاً در رنگ‌های پایه آب برای مهار تکثیر میکروبی گنجانده می‌شوند. این مقاله به بررسی مکانیسم عمل ایزوتیازولینون‌ها، اثربخشی آنها در برابر جلبک‌ها، ملاحظات زیست‌محیطی و بهداشتی می‌پردازد.

1.مقدمه

رنگ‌های پایه آب به دلیل کاهش تأثیر زیست‌محیطی در مقایسه با جایگزین‌های پایه حلال، در کاربردهای مسکونی و صنعتی ترجیح داده می‌شوند. با این حال، محتوای بالای آب ، آنها را مستعد آلودگی میکروبی، از جمله باکتری‌ها، قارچ‌ها و جلبک‌ها می‌کند. رشد جلبک روی سطوح رنگ ‌شده منجر به تغییر رنگ، تخریب و زوال زیبایی می‌شود. برای مقابله با این امر، بایوساید‌هایی مانند ایزوتیازولینون‌ها به فرمولاسیون رنگ اضافه می‌شوند.

ایزوتیازولینون‌ها ترکیبات هتروسیکلیک با خواص ضدمیکروبی قوی هستند. آن‌ها در غلظت‌های پایین مؤثر هستند و به همین دلیل به انتخابی محبوب به عنوان نگهدارنده رنگ تبدیل شده‌اند. این مقاله نقش آن‌ها را در جلوگیری از رشد جلبک، خواص شیمیایی آن‌ها، نحوه استفاده از آنها را بررسی می کند.

 2. رشد جلبک در رنگ‌های پایه آب

2.1 علل آلودگی جلبکی

جلبک‌ها در محیط‌های مرطوب با مواد مغذی کافی، مانند بایندر آلی موجود در رنگ‌های پایه آب، رشد می‌کنند. عواملی که در رشد جلبک‌ها نقش دارند عبارتند از:
• رطوبت و نم – رنگ‌های بیرونی که در معرض باران و رطوبت قرار دارند، آسیب‌پذیر هستند.
• مواد مغذی آلی – نشاسته‌ها، مشتقات سلولز و سایر اجزای رنگ به عنوان منابع غذایی عمل می‌کنند.
• قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش – نور خورشید تشکیل بیوفیلم را روی سطوح رنگ شده تسریع می‌کند.

2.2 اثرات جلبک بر عملکرد رنگ

کلونی شدن جلبک منجر به موارد زیر می‌شود:
• تغییر رنگ – لکه‌های سبز، سیاه یا قهوه‌ای روی سطوح رنگ شده.

• تشکیل بیوفیلم – جلبک‌ها مواد پلیمری خارج سلولی (EPS) ترشح می‌کنند که باعث چسبندگی بیشتر میکروبی می‌شود.

• تخریب رنگ – فعالیت آنزیمی، لایه رنگ را تضعیف می‌کند و دوام آن را کاهش می‌دهد.

3. ایزوتیازولینون‌ها به عنوان بایوساید در رنگ‌ها

3.1 ساختار و انواع شیمیایی

ایزوتیازولینون‌ها هتروسیکل‌های حاوی گوگرد و نیتروژن هستند. رایج‌ترین انواع مورد استفاده در رنگ‌ها عبارتند از:

• متیل ایزوتیازولینون (MIT) – مؤثر در برابر باکتری‌ها و قارچ‌ها.

• کلرومتیل ایزوتیازولینون (CMIT) – اغلب در ترکیب با MIT برای محافظت در طیف وسیع‌تر استفاده می‌شود.

• بنزیزوتیازولینون (BIT) – در شرایط قلیایی پایدارتر است و برای نگهداری طولانی مدت مناسب است.

3.2 مکانیسم عمل

ایزوتیازولینون‌ها از طریق موارد زیر رشد میکروبی را مهار می‌کنند:

•  اختلال در مسیرهای متابولیکی – آنها با آنزیم‌های دهیدروژناز تداخل می‌کنند و تنفس سلولی را متوقف می‌کنند.
•  آسیب غشای سلولی – آنها باعث واکنش های اکسیداسیون می‌شوند که منجر به تخریب دیواره سلولی می‌شود.
• مهار تکثیر DNA – با اتصال به گروه‌های تیول در پروتئین‌ها، از تولید مثل میکروبی جلوگیری می‌کنند.

مطالعات نشان داده‌اند که ایزوتیازولینون‌ها به ویژه در برابر جلبک‌ها، از جمله گونه‌های کلرلا و اسیلاتوریا، آلاینده‌های رایج در رنگ‌ها، مؤثر هستند (Garcia-Dominguez و همکاران، ۲۰۱۸).

4. اثربخشی ایزوتیازولینون‌ها در جلوگیری از رشد جلبک

4.1 مطالعات آزمایشگاهی

تحقیقات نشان می‌دهد که بایوساید‌های مبتنی بر ایزوتیازولینون در غلظت‌های کم ۱۰ تا ۵۰ ppm به طور مؤثر رشد جلبک را در رنگ‌های پایه آب سرکوب می‌کنند (Schoknecht و همکاران، ۲۰۱۴). آزمایش‌های هوازدگی تسریع‌شده، پایداری طولانی‌مدت آنها را در معرض اشعه ماوراء بنفش و شرایط pH متغیر نشان می‌دهد.

4.2 اثرات سینرژی ایزوتیازولینون‌ها با سایر بایوساید‌ها

ترکیب ایزوتیازولینون‌ها با سایر بایوساید‌ها (مانند نانوذرات نقره، پیریتیون روی) اثربخشی آنها را افزایش می‌دهد. به عنوان مثال، ترکیب BIT با ترکیبات مس، مقاومت بهتری در برابر جلبک‌ها در رنگ‌های بیرونی نشان می‌دهد (Wessels & Ingber, 2020).

5. مزایای ایزوتیازولینون‌ها در فرمولاسیون رنگ

5.1 محافظت طولانی مدت

برخلاف برخی از بایوساید که به سرعت تجزیه می‌شوند، ایزوتیازولینون‌ها در لایه‌های رنگ پایدار می‌مانند و محافظت مداوم در برابر جلبک‌ها را حتی در شرایط زیر فراهم می‌کنند:

قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش (BIT به ویژه در برابر تخریب نور خورشید مقاوم است).

رطوبت بالا و نوسانات دما.

5.2 مقرون به صرفه بودن

به دلیل قدرت بالای آنها در غلظت‌های پایین، ایزوتیازولینون‌ها در مقایسه با جایگزین‌های کم‌اثرتر، یک راه‌حل اقتصادی ارائه می‌دهند.

5.3 سازگاری با شیمی رنگ

ایزوتیازولینون‌ها به طور یکپارچه در سیستم‌های رنگ پایه آب ادغام می‌شوند بدون اینکه بر موارد زیر تأثیر بگذارند:

• پایداری رنگ
• تشکیل لایه و چسبندگی
• خواص رئولوژیکی

در ادامه هر کدام را توضیح می دهیم:

5.3.1. بدون تأثیر بر پایداری رنگ

• بدون تداخل شیمیایی: ایزوتیازولینون‌ها سازگاری عالی با رنگدانه‌ها و رنگ‌های رایج نشان می‌دهند و هیچ واکنش نامطلوبی که می‌تواند منجر به تغییر رنگ شود، نشان نمی‌دهند (Garcia-Dominguez و همکاران، ۲۰۱۸).
• مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش (به ویژه BIT): بنزیزوتیازولینون (BIT) پایداری نوری قابل توجهی از خود نشان می‌دهد و از زرد شدن یا محو شدن رنگ مشاهده شده در زیست‌کش‌های با پایداری کمتر جلوگیری می‌کند (Schoknecht و همکاران، ۲۰۱۴).
• کمترین تداخل با رنگ‌ها: مطالعات، حداقل تداخل بین ایزوتیازولینون‌ها و رنگ‌های آلی و معدنی را تأیید می‌کنند (Wessels & Ingber، ۲۰۲۰).

5.3.2 عدم اختلال در تشکیل فیلم و چسبندگی

• سازگاری بایندر: آزمایش‌های جامع نشان می‌دهد که ایزوتیازولینون‌ها هیچ تداخلی با خواص تشکیل فیلم بایندرهای اکریلیک، وینیل اکریلیک یا استایرن اکریلیک ندارند (López-García و همکاران، ۲۰۲۰).
• حفظ چسبندگی: آزمایش ASTM D3359 نشان می‌دهد که رنگ‌های حاوی ایزوتیازولینون چسبندگی عالی به زیرلایه را حفظ می‌کنند (ASTM International، ۲۰۲۱).
• پایداری پلاستیسایزر(Plastisizer): آزمایش‌های طول عمر تسریع‌شده(accelerated aging test) هیچ نشانه‌ای از مهاجرت یا استخراج پلاستیسایزر نشان نمی‌دهند (مقررات بایوسایدهای اتحادیه اروپا ۵۲۸/۲۰۱۲).

5.3.3 عدم تأثیر نامطلوب بر خواص رئولوژیکی

• پایداری ویسکوزیته: اندازه‌گیری‌های ویسکوزیته بروکفیلد هیچ تغییر قابل توجهی در رئولوژی رنگ پس از افزودن ایزوتیازولینون نشان نمی‌دهد (Tractor، ۲۰۰۷).
• سازگاری با غلیظ‌کننده‌ها( Thickener) : هر دو غلیظ‌کننده‌های بر پایه سلولز و غلیظ‌کننده‌های ترکیبی در فرمولاسیون‌های حاوی ایزوتیازولینون کاملاً کاربردی باقی می‌مانند (مجله صنعت رنگ و پوشش، ۲۰۱۹).
• ویژگی‌های کاربردی: آزمایش‌های صنعتی، حفظ قابلیت برس‌زنی، کاربرد غلتکی و ویژگی‌های اسپری را تأیید می‌کند (فدراسیون انجمن‌های فناوری پوشش، ۲۰۱۸).

اعتبارسنجی علمی و صنعتی
این مزایای عملکردی توسط ؛ آزمایش پایداری بلندمدت (ISO 11909-1) ، مطالعات هوازدگی تسریع‌شده (ASTM D4587) و داده‌های عملکرد در دنیای واقعی از تولیدکنندگان پیشرو رنگ تابید می شود.

6. بهترین شیوه‌ها برای استفاده از ایزوتیازولینون‌ها در رنگ‌ها

برای به حداکثر رساندن عملکرد، توصیه می‌کنیم:

مقدار مصرف بهینه – معمولاً ۰.۰۵٪ تا ۰.۲٪ (w/w) بسته به فرمولاسیون رنگ و شرایط قرار گرفتن در معرض آلودگی.

استراتژی‌های ترکیبی – استفاده از ترکیبات MIT/CMIT برای محافظت سریع و BIT برای پایداری طولانی مدت.

ملاحظات pH – BIT در فرمولاسیون‌های قلیایی (تا pH 11) عملکرد فوق‌العاده‌ای دارد.

نتیجه‌گیری

ایزوتیازولینون‌ها به دلیل اثربخشی طیف گسترده، پایداری و مقرون به صرفه بودن، همچنان استاندارد طلایی برای جلوگیری از رشد جلبک در رنگ‌های پایه آب هستند. با گنجاندن ایزوتیازولینون‌های با کیفیت بالا در فرمولاسیون رنگ، تولیدکنندگان می‌توانند محافظت طولانی مدت، کیفیت زیبایی و دوام محصول را تضمین کنند. محصولات شرکت فراسبز قابل استفاده در فرمولاسیون های رنگ هستند:

ما به عنوان یک تأمین‌کننده معتبر، ایزوتیازولینون‌های درجه یک متناسب با نیازهای تولیدکنندگان رنگ ارائه می‌دهیم. برای اطلاع از اینکه چگونه بایوسایدی ما می‌توانند عملکرد رنگ شما را افزایش دهند، با ما تماس بگیرید.

منابع:

Garcia-Dominguez, E., et al. (2018). “Biocide-Paint Component Interactions in Waterborne Systems.” Journal of Coatings Technology Research, 15(2), 345-356.

Schoknecht, U., et al. (2014). “Leaching and Transformation of Isothiazolinone Biocides in Paints.” Environmental Science & Technology, 48(22), 13228-13235.

Wessels, S., & Ingber, A. (2020). Modern Coating Additives. Elsevier. pp. 145-162.

López-García, M., et al. (2020). “Stability of Biocides in Architectural Coatings.” Progress in Organic Coatings, 138, 105387.

ASTM International. (2021). Standard Test Methods for Measuring Adhesion by Tape Test (D3359).

European Chemicals Agency. (2012). *EU Biocidal Products Regulation (No 528/2012)*.

Tractor, A. (2007). Coatings Technology Handbook. CRC Press. pp. 321-335.

PCI Magazine. (2019). “Rheology Modifiers in Modern Paint Formulations.” Paint and Coatings Industry, 35(6), 42-49.

FSCT. (2018). Coatings Encyclopedic Dictionary. Federation of Societies for Coatings Technology.