涂料用防霉剂综述

涂料用防霉剂综述

摘要：概述了防霉剂的特性、作用机理、性能要求及分类等，介绍了几类主要防霉剂，对防霉剂在涂料中的应用现状及前景进行了综述。

关键词：防霉剂；性质；应用；涂料

防霉剂是能抑制霉菌生长和杀灭霉菌的一类高分子材料添加剂，能使高分子材料免受真菌侵蚀，保持良好的外观和物理机械性能。涂料的成膜物质由各种天然和合成高分子化合物组成，要经受氧、热、光、化学侵蚀物等环境因素的破坏作用，还会遭到霉菌等多种生物体的破坏。涂料被微生物污染，出现粘度下降、颜料沉降、发生臭味、产生气体、容器膨胀、pH值漂移和体系破坏等现象，称为腐败。在溶剂型涂料中，腐败的问题不突出。霉菌侵蚀涂膜，造成涂膜色变、发粘、穿孔、破坏和剥落，失去附着力，影响涂膜的保护性能及材料的整洁和外观，降低力学性能，缩短使用寿命，给环境卫生造成危害。

涂料所用天然高分子材料含酪蛋白、大豆蛋白质、藻朊酸、淀粉、天然胶、纤维素衍生物、脂肪等可被霉菌摄取的物质，易受霉菌侵害。多数合成高分子材料的抗菌性很强，某些品种（如聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚醋酸乙烯、聚乙烯醇、过氯乙烯、偏氯乙烯等）因其结构所致，耐菌性较差，易被霉菌分解。涂料所用助剂（如增塑剂、热稳定剂、光稳定剂、有机填料、着色剂等），既是霉菌的营养源，许多品种还是殖菌性物质，加入这些助剂往往是造成涂料和涂膜菌害的主要原因。吸附于涂膜表面的灰尘等，也是滋生霉菌的营养源。

1 作用机理

腐蚀涂料及涂膜的霉菌属于真菌，有萨氏曲霉、黄曲霉、黑曲霉、白曲霉、构巢曲霉、紫色青霉、扩展青霉、错乱青霉、拟青霉、木霉、头孢霉、芽枝霉、输枝霉、葡柄孢霉、出芽茁霉等。霉菌是种属繁多的微生物类群，分布在土壤、水、动植物体或空气中，几乎无处不有。霉菌依靠从其他物体吸取养分，以寄生或腐生的方式生存，能分泌出各种各样的酶，把有机物分解成易于摄取的养分。只要有极少的营养，在适宜温度（26～32℃）和湿度（＞85%）下，霉菌就可生长繁殖。

防霉剂对霉菌的杀灭作用，是通过孢子的细胞膜进入细胞内，阻碍孢子发芽或杀灭孢子。防霉剂对霉菌的毒杀作用包括以下几种方式：消除或抑制霉菌细胞内各种代谢酶的活性；与酶蛋白的氨基或巯基反应，抑制或破坏其机能；抑制孢子发芽时RNA的合成，从而阻止孢子发芽；加速促进磷酸氧化-还原体系，以破坏细胞的机能；破坏霉菌细胞内的能量释放体系；抑制电子转移体系及转氨酶体系等。

2 性能要求

理想的防霉剂在实际应用中应符合以下条件：对侵蚀涂料及涂膜的各种霉菌具有极高的杀灭能力，用量少，适用范围广，效力持久；对人畜无害、低毒或无毒，对皮肤和眼睛无刺激作用；不影响涂料及涂膜的物理性能、化学性能；稳定性高，有良好的耐热、耐光和耐化学品性，升华性小，不易被水、油或溶剂抽出；与树脂和其他助剂的相容性好，不发生有害的化学反应；对金属或各种材料不腐蚀、不产生电蚀；无臭、色淡、不污染；使用方便，价格低廉。研发完全满足上述要求的防霉剂比较困难，有时甚至不可能。各种防霉剂本身都有自己的特点，某些方面表现出长处，另一些方面显出不足。配制复合防霉剂，可发挥两种或两种以上防霉剂的协同效应。

3 分类、特性及应用

第二次世界大战初期，国外就已经高度重视防霉剂的研究。世界每年有相当数量的涂料和涂膜材料耗损在腐败和霉变问题上，涂料用防霉剂发展很快。欧美注重开发有机体系防霉剂，日本侧重开发无机体系防霉剂，我国防霉剂起步较晚，对各种体系的防霉剂均有研究，陆续有新成果报道和新产品出现。从化学结构及来源上看，防霉剂分为天然防霉剂、无机防霉剂、有机防霉剂和复合防霉剂4类。

3.1 天然防霉剂

天然防霉剂大多数从动植物中提炼精制而成，包括壳聚糖、血清蛋白、桂皮油、罗汉柏油、大蒜素和天然酚类等。将天然贝壳、蟹类、虾类、鱼骨及昆虫等动物壳体非常坚硬的部分，脱去N-乙酰基获得壳聚糖。天然防霉剂在生产和使用过程中，对环境不产生污染，生物相容性好。但天然防霉剂耐热性较差，160～180℃开始炭化分解，药效持续时间比较短，应用范围受到较大限制，大规模商业化尚待时日。

3.2 无机防霉剂

   无机防霉剂应用广泛，种类较多，通常是银、铜、锌等金属离子抗菌剂和金属氧化物（如二氧化钛、氧化锌等纳米抗菌剂）。抗菌机理有接触反应假说和催化反应假说。接触反应假说是金属离子与细菌接触反应造成细菌固有成分被破坏或发生功能障碍，导致细菌死亡。催化反应假说是在光的作用下，金属离子及纳米颗粒起到催化活性中心的作用，激活水分子和空气中的氧产生羟基自由基及活性氧离子，短时间破坏细菌的增殖能力，致使细胞死亡，起到抗菌作用。

   无机防霉剂抗菌谱广，使用安全、耐热、持续性好，成为抗菌防霉剂领域的研究热点。有的无机防霉剂性能不佳，近年报道纳米氧化锌具有一定的防霉性能，但在实际应用中，其防霉性能有限。

氧化亚铜为红色或暗红色八面立方晶系结晶性粉末，大量用于船舶防霉，使用成本低，尤其适用于军用防霉涂料，用量为涂料总质量的40%左右。偏硼酸钡为白色斜方晶系的结晶粉末，主要用于水性乳胶涂料的防霉，一般用量1～2%。

3.3 有机防霉剂

有机防霉剂谱广、作用快、抑菌防霉效果好，但部分有机防霉剂耐热性较差，防霉作用持续时间较短，有一定毒性。有机防霉剂主要有酚类化合物(取代芳烃类)、元素有机化合物、含氮有机物、含卤有机物、含硫有机物等。这种分类方法不够严谨，同一化合物可归属不同的类别。有机防霉剂与微生物的细胞膜接触时，同细胞膜融合逐渐进入细胞，通过对细胞器、蛋白质、核酸等结构物质的作用，使细胞内容物、酶、蛋白质、核酸损坏，抑制细菌和霉菌的繁殖，达到抑菌杀菌目的。