Biocidas para recubrimientos arquitectónicos

por Miguel Ángel Hernández Cano*

Los recubrimientos arquitectónicos son todos aquellos recubrimientos aplicados en edificios residenciales, comerciales o institucionales. Estos recubrimientos  tienen dos funciones. Por un lado, mediante el color, contribuyen a la estética de un edificio o a la decoración de componentes estructurales, mientras que por otro lado, dan la protección contra las influencias externas tales como la humedad, luz solar, daño mecánico o químico.

El envejecimiento del recubrimiento exterior depende de la calidad del sustrato y del imprimante, así como de los factores ambientales como la luz, calor (frío), humedad y oxígeno que en conjunto generan un efecto sinérgico.  En recubrimientos de interiores, la decoración es la principal función y su envejecimiento se debe frecuentemente a la humedad.

Pintura arquitectónica
Una pintura para fines arquitectónicos se formula con los componentes principales tal como agua, ligantes y pigmentos; los componentes auxiliares o aditivos incluyen a los dispersantes y agentes humectantes, modificadores reológicos y espesantes, antiespumantes, conservadores y biocidas, solventes, disolventes coalescentes y auxiliares formadores de película. Otros aditivos en un recubrimiento incluyen a los agentes de neutralización y antiespumantes; se adicionan un gran número de especialidades como inhibidores de corrosión, mateantes, ceras, metales reticulantes, absorbedores de uv y blanqueadores ópticos.

Es común que un recubrimiento arquitectónico lleve entre 10 y 20 ingredientes diferentes. Los biocidas pueden ser específicos para controlar el crecimiento de algas (algicidas), hongos (fungicidas), o bacterias (bactericidas).  Solo se aplica en la formulación de pinturas base agua donde las resinas empleadas son fuente de carbono para los microorganismos. Las pinturas látex base agua hoy dominan el mercado de recubrimientos arquitectónicos (80%) con lo que la demanda de biocidas también se eleva.

El sustrato
Los recubrimientos arquitectónicos se  aplican en diferentes sustratos como son, madera, metal, plástico y concreto, los cuales deben ser tratados antes de aplicar el recubrimiento y ayudar a disminuir el proceso de envejecimiento. En la madera, la humedad es el principal problema; se debe secar y tratar con selladores e imprimantes, en los metales se deben remover los productos de corrosión y se pueden adicionar imprimantes con inhibidores de corrosión. En el concreto, la humedad presente ocasiona eflorescencia y se puede evitar con solo limpiar y secar la superficie a pintar; en los plásticos suele presentarse una baja adhesión del recubrimiento lo que lleva a la delaminación, que se evita con el empleo de promotores de adhesión. El sustrato puede prepararse con imprimantes o empastes que brindan propiedades de adherencia y dejan listo el sustrato para que el recubrimiento arquitectónico dé un acabado protector y decorativo.

Definición de biocida
Es importante aclarar que un biocida es una sustancia que inhibe el crecimiento microbiano y que se utiliza en los recubrimientos arquitectónicos para proteger al recubrimiento en envase y también para evitar el ataque microbiano cuando el recubrimiento ya está aplicado en un sustrato. El desarrollo microbiano incluye bacterias aerobias y anaerobias, hongos, levaduras y algas que se adaptan a vivir en estos ambientes y generan graves daños en el producto final, en el envase o en los equipos e instalaciones.

Tipos de biocidas
Muchos biocidas se clasifican como de amplio espectro lo que significa que controlan bacterias, hongos y otros microbios en un amplio intervalo de temperatura. Otros tienen un espectro más estrecho de actividad y se utilizan para controlar tipos específicos de microorganismos.

Los principales biocidas empleados como conservadores (protección en envase, es el término común; in-can protection, en inglés) de recubrimientos arquitectónicos incluyen bromohidroxiacetofenona, bromonitropropanodiol (bronopol), clorhidrato de dodecilguanidina, glutaraldehído, isotiazolinonas (MIT, CIT, BIT) dibromonitropropionamida (DBNPA) y tionas. Sin embargo, las mezclas de estos biocidas dan una aplicación mayor con resultados exitosos ante el ataque microbiano. Como ejemplos están mezclas de CIT  y MIT, MIT y BIT, o CIT, MIT y Bronopol. Las concentraciones de estas mezclas son menores y su eficiencia aumenta sobre un intervalo mayor de microorganismos. Esta es una forma más adecuada de control microbiano y de protección del producto.

Esto significa que el recubrimiento no deberá degradarse fácilmente en el envase por un periodo considerable a un intervalo de pH y temperatura. Este tipo de biocida determina la vida de anaquel del recubrimiento. Otros  biocidas deben ser capaces de funcionar más fácilmente y matar poblaciones microbianas de rápido crecimiento; a estos se les llama aniquiladores rápidos. Otros biocidas se utilizan para la protección del recubrimiento cuando entra en contacto con el sustrato (protección en película, es el otro término; dry-film protection, en inglés). Algunos ejemplos incluyen la Octilisotiazolinona, Dicloro octil isotiazolinona, Carbendazim, Diuron, Zinc pyrithion, IPBC, Terbutrin, Cybutrine.

Todas las aplicaciones de recubrimientos requieren biocida como conservador pero la adición de biocida como aniquilador solo se realiza en situaciones donde hay contaminación en algún tanque o recipiente o en productos muy susceptibles de ataque microbiano como las pinturas que llevan almidón o recubrimientos pigmentados.
Quizá el aspecto más importante en la protección de un recubrimiento arquitectónico es que la tecnología de biocidas se basa en la formulación de un único producto que contenga una combinación de distintas actividades, además de mejorar la estabilidad y disminuir las dosis de los activos. En las pinturas de látex se ha visto que la viscosidad disminuye por efecto de los agentes reductores y oxidantes y no por la presencia del biocida, aunado a esto los espesantes y estabilizadores de la pintura, como la hidroxietil celulosa se degradan con el efecto en la disminución de la viscosidad.

Mecanismo de acción
El mecanismo de acción de los biocidas se basa en la reacción del activo en la membrana de los microorganismos donde se oxidan las proteínas, se altera la permeabilidad de la membrana, se generan entrecruzamientos que hacen rígida a la membrana y se altera la presión intracelular con lo que el microorganismo muere. Los biocidas oxidantes tienden a oxidar todo tipo de materia orgánica y se consumen rápido en sistemas muy contaminados. Los biocidas no oxidantes, por otro lado, tienen un efecto más dañino, pueden penetrar la célula y alterar el DNA, el RNA o los sistemas de defensa celular, por lo cual son los más recomendados en estos recubrimientos.

Efectividad de un biocida
Cada biocida tiene una concentración mínima inhibitoria contra un microorganismo específico que define la capacidad para inhibir el crecimiento microbiano, no obstante que en la mayoría de las aplicaciones los biocidas se aplican no contra un microorganismo, sino contra poblaciones bacterianas o comunidades de bacterias y algas, bacterias y hongos o bacterias, hongos y algas. Por lo tanto, para aumentar el intervalo de inhibición, los biocidas se producen como mezclas de dos o tres activos compatibles que juntos tienen como blanco bacterias, algas, hongos, levaduras e incluso esporas bacterianas.

Entonces, podemos afirmar que son biocidas de amplio espectro bajo el concepto de mezcla, cuya producción implica la adición de sustancias que estabilizan la mezcla y la protegen de agentes que inactivan al biocida. Es en este sentido que se han hecho muchos desarrollos de patentes proponiendo la estabilización de mezclas.

Estabilidad en una aplicación
Cuando se elije un biocida para una aplicación en un recubrimiento arquitectónico se toman en cuenta los factores que afectan la estabilidad del biocida en la aplicación. Los principales factores son la temperatura, el pH, el potencial redox, la presencia de oxidantes y reductores así como radicales libres. Los ataques de nucleófilos contra ciertos biocidas como las isotiazolinonas son un problema común en ciertas pinturas de látex donde la presencia de iniciadores de polimerización, como un residual, ataca al enlace S-N que se oxida y se inactiva. (Gráfica 1)

El pH suele afectar la actividad biocida de las isotiazolinonas; a pH alcalino la CIT es sensible a  temperatura de 40°C, cuando se corre la prueba en un tiempo adecuado de anaquel (50 semanas). Este resultado puede variar ya en la aplicación particular, pero a temperatura ambiente dicha estabilidad se puede alargar. (Gráfica 2).

La isotiazolinona MIT permanece estable a 40°C durante 12 meses, mientras que BIT sufre una degradación aproximada del 20% al final de este periodo. Por su parte MIT se mantiene estable en su actividad biocida cuando se encuentra en un medio con oxidantes a diferentes pH, no así cuando hay reductores en el medio; a pH ácido pierde actividad. Y si la concentración de oxidantes y reductores aumenta, los reductores acentúan su efecto inactivador a pH ácido. (Gráfica 3)

La presencia de radicales libres en algunas aplicaciones (pinturas) es otro factor que inactiva las isotiazolinonas. Algunos iniciadores de polimerización en las pinturas látex como el persulfato de amonio o el m-bisulfito de sodio producen radicales libres. Afortunadamente, existen desarrollos de patentes que proponen la protección ante radicales libres, incluyendo, entre otros, al ácido 3,3-tiodipropiónico, dietilhidroxilamina, ácido L-ascórbico y el glutaraldehído el cual también es un biocida y es compatible con BIT. En las pinturas látex, la viscosidad suele disminuir ante la presencia de agentes oxidantes y reductores y no por la presencia del biocida. En particular, los espesantes y estabilizadores  como la hidroximetil celulosa  es degradada por estos agentes lo que explica que la viscosidad baje. También la presencia de nucleófilos es un factor negativo de la actividad biocida de isotiazolinonas; degradan al biocida. Se pueden contrarrestar estabilizando con sales de cobre, ortoésteres y epóxicos.Medición de la eficiencia
El método empleado en la medición de la eficiencia de un biocida para protección en envase consiste, en la inoculación semanal de una concentración conocida de microorganismos (bacterias, hongos y levaduras) a una muestra de recubrimiento, por un período de tres semanas. Se lleva a cabo un monitoreo semanal mediante siembra en placa y se evalúa al término tomando como criterio de pase un crecimiento nulo de microorganismos.

El método empleado para medir la eficacia de un biocida en aplicación como protector de película consiste en preparar un sustrato involucrado (papel filtro) y luego aplicar la película del recubrimiento que lleva el biocida a probar (diferentes concentraciones). Dicha película se reta con diferentes microorganismos (hongos y algas), principalmente los más comunes en el ambiente donde se aplicará el recubrimiento; se deja incubar por un intervalo de tiempo de 28 días a diferentes temperaturas según el microorganismo en cuestión. El resultado se obtiene, observando el sustrato que no fue atacado por los microorganismos con la menor concentración de biocida. Todos los sustratos que no se pudieron proteger muestran el crecimiento bacteriano, de algas y hongos en superficie. Es importante el uso de un sustrato control, que no lleva biocida, ya que ayuda a determinar el resultado de forma evidente.

Características de un biocida
Las características más importantes de un biocida en un recubrimiento arquitectónico están basadas en el sustrato, si es interior o exterior. Los recubrimientos interiores deben utilizar un biocida efectivo contra moho y mostrar una baja solubilidad en agua, haber demostrado ser seguros ante personas susceptibles de alergias como los niños y mujeres embarazadas (estar clasificados como recubrimientos <low voc  o zero voc>), haber pasado una evaluación de riesgo, comprobar que los componentes activos estén permitidos por las leyes locales y que no haya restricciones en la aplicación.

Por su parte, los biocidas en los recubrimientos en exteriores  deben ser de amplio espectro contra hongos y algas que se incrustan por vía aérea, mostrar baja solubilidad en agua, tener buena estabilidad a la luz UV y presentar una protección de larga duración.

Otro aspecto importante de los biocidas es que cumpla con su permiso ante la FDA (en Estados Unidos) y los límites permitidos de  biocida en cada aplicación. En Europa, los biocidas para recubrimientos arquitectónicos están regulados por la BPD (por su siglas en inglés, Biocidal Products Directive) en el grupo 2 clasificado como “Conservadores: biocidas para pinturas y recubrimientos”, dividido a su vez en conservadores en envase tipo 6 y protectores de película tipo 7. Es importante también aplicar adecuadamente el biocida para lograr la protección planeada; mezclar correctamente en el proceso de manufactura, en los molinos, tanques o torres donde se aplica una dosis adicional después de una limpieza manual.

En algunas aplicaciones el biocida debe ser adicionado directamente o en una dilución con bombas dosificadoras que adicionan continuamente para mantener una concentración constante. Otro factor a tomar en cuenta es la funcionalidad del biocida a condiciones específicas de temperatura y pH; el tiempo de nivel de actividad del biocida para un control efectivo.

*Thor Químicos de México, S.A. de C.V.  [email protected]