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Biocidas: Protección en el envase (II)

altLa preservación de la pintura durante la etapa de almacenamiento y venta, previa a la aplicación, demanda el uso de biocidas que eviten la degradación de los compuestos.

Por: Julián A. Restrepo R.*

Hace algún tiempo, concretamente en la edición de marzo y abril de 2009 (vol. 14, No. 2, págs. 20-22), se había abordado la importancia de los biocidas como elementos de protección para envases. En esta edición retomaremos y ampliaremos los conceptos, a fin de hacernos una idea global sobre el tema.

 

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Como primera medida, nos ocuparemos de las características de un buen biocida para preservación en el envase. Un biocida efectivo debe cumplir con las siguientes cualidades:
* Efectivo a baja concentración: Mientras más baja sea la dosis requerida, más económico resulta el uso del biocida; lo deseable es que sea efectivo a bajas dosis de uso. Por tanto, se requiere que presente una “buena relación costo/beneficio”.
* Amplio espectro de actividad: Es decir, debe cubrir una amplia gama de microorganismos (bacterias, hongos, algas y levaduras).
* Efectivo en un amplio intervalo de temperatura y pH: Debe presentar resistencia a la temperatura y pH de fabricación, y condiciones de uso.
* Compatible con otros componentes de la formulación: Sin que se presente ‘antagonismo’ entre el biocida y otros materiales.
* Amplio intervalo de solubilidad en agua: Lo ideal es tener biocidas completamente solubles en agua, para mejorar su efectividad.
* Alta persistencia: Siendo efectivo a través del tiempo y evitar la bio-resistencia, evitando que los microorganismos generen resistencia a su toxicidad.
* Fácil de neutralizar: Debe poseer mecanismos desactivadores para su posterior neutralización, o en caso de derrames.
* Baja toxicidad humana: No debe ser perjudicial para la manipulación segura por parte del operario. En realidad, en términos más amplios, es deseable que el biocida presente baja toxicidad y ecotoxicidad (se refiere a su efecto en el medio ambiente).

Terminología de interés
En este punto es importante aclarar una serie de términos relacionados con el uso de biocidas:

* El coeficiente fenólico [2], es un valor experimental que se mide a aquellas sustancias que tienen propiedades biocidas, tomando como referencia la capacidad biocida del fenol. Este coeficiente permite determinar la eficiencia relativa de un biocida, o mejor, su efectividad como aditivo biocida.

* La concentración mínima inhibitoria (CMI), expresa la mínima cantidad de biocida necesaria para impedir el crecimiento microbiano, en un ensayo de laboratorio (técnica de disolución) y se determina visualmente.
Sanitización, es la operación de limpieza realizada en las instalaciones de producción para el control y eliminación de microorganismos patógenos del medio ambiente, ya sea por métodos físicos o químicos. Este proceso emplea biocidas especiales (dióxido de cloro, compuestos secos de cloro, glutaraldehido, compuestos yodóforos, entre otros), y permite la eliminación de biocapas.

* Biocapas (o biopelículas), son capas o películas delgadas formadas en las instalaciones de producción por microorganismos, como resultado de su actividad metabólica [3].

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* Resistencia microbiana o bio-resistencia, se refiere a los mecanismos que desarrollan los microorganismos para lograr sobrevivir en el tiempo aún con la presencia de una dosis de biocida que inicialmente era letal, con lo que cada vez es necesaria más cantidad de biocida para obtener el efecto deseado.

* Contaminación enzimática: Las enzimas son catalizadores orgánicos producidos por microbios (por ejemplo, pseudomonas). No se inactivan comúnmente por la acción de los biocidas. La forma más fácil de prevenirla es a través de la desinfección de los posibles lugares afectados (sanitización).

Efectividad de un biocida
Se mide a través de pruebas microbiológicas, entre las cuales comúnmente se emplean:

* Conteos de unidades formadores de colonias (ufc), cuyos resultados se reportan en unidades de ufc/mL.
*Pruebas de desafío (“challenge tests”), en donde se inocula una muestra con bacterias cada semana durante un mes.
* Pruebas a temperaturas de 35ºC por varias semanas.


Debe decirse que las pinturas base agua requieren biocidas para su protección en el envase y para la protección de la película de pintura. Mientras que las pinturas base disolvente en forma líquida no requieren el empleo de biocidas, pero si requieren protección de la película de pintura.

No es de olvidar que la gran mayoría de las pinturas acuosas (principalmente las pinturas arquitectónicas), emplean celulósicos como agentes espesantes (que no son más que carbohidratos), y aunque hay algunas variedades comerciales mejoradas enzimáticamente, estos aditivos aún son muy susceptibles de ataque microbiano. Así pues, en una pintura arquitectónica convencional se encuentran agua y carbohidratos, que son las mejores condiciones para el crecimiento microbiano (si el pH es adecuado).

Es importante anotar que actualmente existen espesantes uretánicos, que son de diferente naturaleza química, por lo que son una alternativa a los espesantes celulósicos (en cuanto a su tendencia a la biodegradación).


Caracterización de los biocidas base agua
Los biocidas empleados para la protección en el envase en pinturas acuosas son básicamente soluciones acuosas, generalmente de uno o más componentes activos y su concentración varía del 1,5 - 28% en peso. Los compuestos activos empleados más comúnmente son:

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* Liberadores de formaldehído (LFs): Como el Etilenglicol-hemiformal y el benzil-hemiformal (fenil-metoxy-metanol).
Isotiazolinas (ITs): Generalmente son una mezcla entre CMIT (5 cloro,2-metil,4 isotiazolin-3-ona) y MIT (2 metil, 4 isotiazolin-3-ona).
* Benzoisotazolina (BIT).
* Bronopol (2-bromo,2 nitro-1,3-propanodiol) ó BOP.


En algunos casos, las soluciones no sólo están compuestas por agua, sino que van acompañadas por glicoles (propilenglicol) y glicerina.

Criterios de elección
Con base en estos compuestos activos, en el mercado se encuentran:
* Isotiazolinas + liberador de formol: combaten bacterias, hongos y levaduras; pH de uso: 2.5 – 9.0. Actúan en el “head space”.
* Isotiazolinas (sin liberadores de formol): Combaten bacterias, hongos, levaduras y algas; pH de uso: 2.5 – 9.0.
* Liberador de formol: Combaten bacterias aeróbicas y anaeróbicas; pH de uso: 3.0 – 12.0. Actúan en el “head space”.
* Benzoisotiazolinona: Combaten bacterias, hongos y levaduras; pH de uso: 4.0 – 12.0.
* Bronopol + Isotiazolinas: Combaten bacterias aeróbicas y anaeróbicas, hongos y levaduras; pH de uso: 4.0 – 9.0.


Como guía, se presenta el siguiente resumen que permite establecer el biocida requerido en diferentes condiciones:

* pH>9, temperatura >45 ºC, sin limitaciones para el formaldehído: Se sugiere emplear un biocida basado en liberador de formol.
* pH>9, temperatura >45 ºC, libre de formaldehído: Se sugiere emplear un biocida basado en Benzoisotiazolinona.
* pH<9, temperatura <45 ºC, sin limitaciones para el formaldehído: Se sugiere emplear un biocida basado en una mezcla de Isotiazolinona y liberador de formol.
* pH<9, temperatura <45 ºC, libre de formaldehído: Se sugiere emplear un biocida basado en una mezcla de Bronopol e Isotiazolinona.

Comentarios finales

Compuestos como el Bronopol y las Isotiazolinas se degradan bajo las mismas condiciones: Se descomponen a pHs mayores de 9; a excepción de la benzoisotiazolina, que puede soportar pHs cercanos a 12, y los liberadores de formol actúan por encima y debajo de 45 ºC.

Se recomienda la rotación periódica del biocida (es decir, del ingrediente activo constituyente); por ejemplo, cambiar como mínimo entre 9 a 12 meses el biocida basado en mezcla de formaldehído + Isotiazolinas por el biocida basado en mezcla de Bronopol + Isotiazolinas. Pero recordar cambiar el biocida con base al ingrediente activo y su concentración.

Algunos fabricantes discuten la existencia de microorganismos bio-resistentes (cepas resistentes), mientras que otros recomiendan la rotación del biocida para evitar la inmuno-resistencia de los microorganismos.

Se debe decir que, químicamente los medios reductores son propicios para el crecimiento de microorganismos: así, técnicamente en rigor, para la elección del biocida correcto es muy importante conocer las condiciones oxido-reductoras del sistema.

Para establecer la dosificación adecuada de biocida en una formulación en particular, es muy importante conocer cuál es la concentración mínima inhibitoria de los microorganismos de los cuales se requiere proteger la pintura.

Referencias

[1] http://es.wikipedia.org/wiki/Biocida

[2] http://www.virtual.unal.edu.co/cursos
[3] http://www.agualatinoamerica.com/docs/PDF/070804%20Nivel%201.pdf
[4] Página en Internet de Bayer Chemicals (Lanxess Group): http://www.lanxess.com/en/hubpage.html
http://www.protectedbypreventol.com/mpp/en/global/


* M.Sc. PhD. Coordinador de Innovación. Pinturas Sapolín, Invesa S.A.[email protected]
Girardota, Colombia.


Author: Vanesa Restrepo

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