如何建立有效的水性工业涂料防腐体系？
水性工业涂料
在谈如何建立防腐体系前，先来了解一下造成涂料变质的“罪魁祸首”——微生物
微生物
为什么说微生物是造成涂料变质的“罪魁祸首”呢？水性涂料体系很容易受到各种微生物（细菌、藻类、霉菌）的侵蚀，涂料中可生物降解的组份会被破坏，从而导致异味的产生、颜色的变化和霉菌的孳生，以至于涂料无法再被使用。
那为什么溶剂型的涂料一般不会发生这种情况呢？因为溶剂型的涂料含有溶剂。但是其漆膜干燥后由于没有溶剂了也会受到微生物的侵蚀，导致漆膜变色。知己知彼才能百战不殆，所以要战胜微生物这个“大魔头”，就需要了解微生物究竟有哪些特点呢?
微生物普遍存在
微生物是指所有肉眼看不到的微小生物的统称，可以分为：细菌、真菌、病毒、原生生物、藻类等几类。它们个体微小，数量众多与人类生活密切相关。常见的包含有益及有害的众多种类，据统计超过百万种以上。
细菌在自然界中几乎无处不在，据统计分布于土壤，空气和江河水中的微生物多达103～106cfu/g。水性工业涂料的原料中包括乳液、树脂、颜填料、增稠剂、分散剂、消泡剂、流平剂、成膜助剂等，这些原料都含有水分和养料，极易受到受细菌污染。表1列出了常见原材料中检测出的微生物含量。
与微生物生存密切的相关条件是温度、水、氧气、养分、酸碱性等条件。
只要有水存在，微生物就会利用营养物质经过生物降解、生化合成、体内新陈代谢获得能量，转化成自身需要的各种物质。在这一系列复杂的生命过程中，同时产生酶和有机酸，使水性涂料破乳、分层、黏度下降、产气、发臭、腐败，从而失去使用价值。微生物的基本特征造成了水性涂料生产中的许多难点。
微生物耐药性
微生物已经在地球存在了35亿～40亿年，现在科学家已命名的微生物种类约有200万种，仅占全部微生物种类的约0.5%，同时还存在大量不可培养微生物。细菌属于原核生物，细胞结构简单，易变异。相对于真核细胞，原核细胞无细胞核膜包裹的细胞核，DNA链未螺旋化也没有形成染色体，因此遗传物质DNA链以游离的形式存在于细胞质中。
细菌因而更容易变异，有很强的环境适应能力，因此在涂料产品中长期使用同一种杀菌剂，可能会带来细菌的耐药性问题。
对水性涂料生产企业而言，遇到的产品变质问题经常是由多种微生物共同造成的，这些微生物菌种本身鉴别难度很大，再加上某些细菌的耐药性会使原有杀菌剂逐渐丧失作用，甚至完全不起作用，因此选择单一品种的杀菌剂存在一定风险。
分析检测困难
微生物存在肉眼无法辨别，需用专业的显微镜做形态观察和进行各种生理生化实验。一般细菌直径大约在0.5～1μm。因此水性涂料是否被细菌污染也无法通过常规的肉眼识别。
辨别涂料发臭、变色、破乳、pH值变化等现象是否由细菌污染导致，需要通过专门的微生物检测，定量分析细菌含量才能确定。
微生物生长繁殖速度极快。一般细菌以二分裂法进行繁殖，即一个独立细菌分裂为两个子代细菌。每一代繁殖所需时间很短，从几分钟到几小时，大部分细菌在24h内已经繁殖数代。假设20min繁殖一代的细菌，在7h之内即从1个细菌繁殖到100万个以上细菌。因此，在水性涂料“原料-生产-灌装-存放”中任何一环节出现微生物污染，在短短几天之内会微生物就会呈几何数量激增产生极其严重的后果。
因此对待微生物不仅需要通过专门的检测，而且需要快速响应、快速处理。目前水性涂料生产企业普遍缺乏对微生物检测的重视，更缺少专业的检测设备、人员和检测办法，这就需要与专业的杀菌剂供应商或第三方检测机构进行合作。根据自身原料、产品特点，分析、判断微生物的生长特性、数量和以求的尽可能的减少细菌污染的可能。
水性工业涂料防腐问题分析
产销过程长
水性工业涂料“生产-销售”过程中，污染可以来自方方面面。无论空气、人员、环境，还是设备、工具、原材等都可能是微生物来源，因此从原料进厂至生产、包装、储运的各环节都需要监测分析微生物状况。
如图1所示，水性涂料生产从原材料进入开始即存在相当数量的微生物，随着原辅材料加入逐步繁殖增加，直至加入防腐剂后数量骤减。
因此从生产、储运直到消费者使用的过程中控制微生物数量不要超过可接受的数值才能确保产品安全可靠。因此，整个过程中设备卫生、管线、贮存条件等都需要严格控制，这也是现在生产企业恰恰缺失的薄弱环节。
行业法规严格
近年来，随着国家和用户对环保性及安全性的重视，我国对涂料中有害物质的限量要求逐步提高，在水性涂料的国标规定中有毒有害物质被严格限制。HG/T4761—201《4水性聚氨酯涂料》、HG/T4759—201《4水性环氧树脂防腐涂料》、HG/T4758—201《4水性丙烯酸树脂涂料》等3项水性工业涂料产品标准，均对挥发性有机化合物(VOC)等有害物质做出了严格规定，中国绿色“环保标志”对水性涂料的要求中甲醛限量为50×10-6。这些有害物质本身也具有一定杀菌或抑菌的效果，因而当此类物质含量降低时，水性涂料防腐的风险也随之增加。
了解完微生物的特点和我们工业涂料存在的防腐问题后，下面就是大家最关心的如何建立有效的水性工业涂料防腐体系。
水性涂料防腐体系建立
常规的控制微生物的主要方法是在水性涂料产品中添加防腐杀菌剂，起到防腐作用的杀菌剂是一类特殊化学物质，它与微生物作用的效果并不能直接可见，需要经过时间的检验，因此在防腐剂应用后出现微生物污染的状况也时有发生。
杀菌剂使用的环境、工艺、时间、剂量等因素直接影响了它的效果，甚至在添加过后的贮存放置环境都对产品的防腐效果有很大影响。因此对待杀菌剂不能等同于其他原材料，也不能认为添加了杀菌剂产品就绝对安全。水性涂料生产企业需要重新审视产品微生物控制系统，并围绕产品建立专门的防腐体系。
一般产品防腐体系至少包含：原料监控、现场卫生管控、工艺分析、配方相容性分析、防腐剂的筛选、细菌耐药性分析、细菌超标紧急处理、污染产品挽救等诸多方面。
其中防腐剂包含杀菌、抑菌、防霉、防藻等多种成分，即便选择了适用的防腐剂后还需要整体检测和分析，并根据气温、使用环境、产品工艺的改变而相应调整。
原材料监控
针对原辅材料中使用量较大的容易污染的，如生产用水、乳液、粉料等，应定期检测其中的微生物含量。
如发现微生物含量超过日常监控的范围，可进行预处理。
预处理时选择的防腐剂需要考虑后去生产中正常配方中的防腐剂用量，和与其他组分的相容性，确保对其他工艺不造成影响，产品安全可靠。
现场卫生管控
现场卫生管理中除了常规的清洗、清洁外，要经常检查设备及管线是否有残留微生物，一般情况下，仅靠水冲洗能去掉表面污垢但无法完全冲走微生物污染源的，现场残留的积水容易微生物在死角大量滋生。对于工厂的设备和管道，需要定期进行清洗和消毒。
工厂清洗消毒所用杀菌剂应当不同于配方中使用的防腐剂。常用防腐剂起效较慢，作用时间长，而清洗消毒属于快速处理，通常处理时间低于24h，因此必须选用快速作用的杀菌剂。
此外，研究表明如果长期使用同一种杀菌剂做罐内防腐和工厂消毒，会大幅提高耐药性菌株出现的几率。
防腐剂品种选择
水性涂料最常用的罐内防腐剂是异噻唑啉酮类产品，其中最具代表性的是卡松，即氯甲基异噻唑啉酮(CMIT)和甲基异噻唑啉酮(MIT)的按3∶1比例的复配物。其具有抗菌能力强、应用剂量小、相容性好、药效持续时间长等特点，并且可降解对环境无污染，所以广泛的用于循环水、黏合剂、涂料、造纸、建材等诸多领域。
此外，苯丙异噻唑啉酮(BIT)由于其耐碱耐高温，具有优异的长效抑菌性，被广泛采用。布罗波尔(Bronopol)是一种溴代硝基类广谱杀菌剂，具有广谱抗菌和低耐药性的特点，也被越来越多的生产商应用。
正是由于工业涂料中VOC等其他有害物质对人体健康造成不良影响，所以具有低毒、安全、可自然生物降解性等特点的原料更加符合涂料对毒性和人体健康的要求。欧盟BPR、美国EPA、FDA均有专门针对杀菌剂的规定和约束。在这样的大趋势下，水性涂料杀菌剂正朝着零VOC、环境友好低毒、可降解的方向发展。在之前的基础上，开发新的杀菌剂的活性成分的难度不断加大，一方面要求杀菌效力更高，而且对环境健康要求的更加苛刻，所以厂家倾向于研发出多种活性成分复配的杀菌剂，这样可以结合各种活性成分的优点，具有协同增效的作用，起到更好的防腐效果。
防腐剂的筛选
筛选合适的防腐剂品种，其难点在于实际应用与实验测试的差别，在防腐测试中表现优异的防腐剂有时在实际生产中无法起到应有的防腐作用。
由于微生物易变异的特性，实际工厂实际滋生的有害菌群和实验室用于测试的标准菌株并不相同。现实菌群往往表现出种类的复杂性和更强的耐药性，导致使用标准菌株通过防腐测试而在实际生产中应用失败的案例很多。
因此在防腐剂筛选的测试中，应提取生产环境的有害菌群，模拟生产环境的实际污染时间和强度，更能切实地反映出防腐剂的真实效果。
国外的研究早已表明，添加现实菌种进行防腐剂筛选测试是更加有效的方法，也是国际使用较多的方法。当前国内市场上的防腐测试仍以标准菌株为主，仅有少数公司能对野生菌种保藏技术，收集涂料工业上下游企业的野生菌种建立野生菌种库，提供模拟工厂生产的防腐挑战测试。
正确添加防腐剂
防腐剂在的使用添加过程中，也有许多需要注意的地方，加入的时机以及工艺直接影响防腐剂在产品中后续的防腐效果。虽然各水性涂料产品、工艺多有不同，但总体原则如下：
(1)尽量在工艺后期添加，避免受到其他原料的影响；
(2)尽量在pH值稳定后添加；
(3)避开强氧化还原剂、中和剂、胺类物质直接接触；
(4)除耐高温防腐剂外，尽量避免在高温下添加。
防腐剂的添加方式需要根据各工厂使用的设备、工艺、原料以及对产品的技术要求不同，具体根据实际情况确定。防腐剂添加剂量低且化学特性高，受生产中的诸多因素影响，因此需要生产人员对防腐剂有一定使用经验，才能确保添加过程安全可靠。
