ES2850286T3 - Agente antimicrobiano para la composición del recubrimiento - Google Patents
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Abstract
Un método para mantener un sistema de electrodeposición libre de contaminación microbiana, que comprende: a) proporcionar una cantidad eficaz de al menos un agente antimicrobiano que comprende al menos un compuesto inorgánico que contiene bismuto, en el que el compuesto inorgánico que contiene bismuto es una sal de bismuto de un oxianión metálico o un hidrato del mismo; b) añadir el agente antimicrobiano a al menos una parte del sistema de electrodeposición; c) monitorizar el crecimiento bacteriano y fúngico en el sistema de electrodeposición a intervalos regulares; y d) añadir una cantidad adicional del agente antimicrobiano al sistema de electrodeposición si se observa crecimiento bacteriano o fúngico.
Description
DESCRIPCIÓN
Agente antimicrobiano para la composición del recubrimiento
La presente invención proporciona un método para mantener un sistema de electrodeposición libre de contaminación microbiana, que comprende añadir un agente antimicrobiano que comprende al menos un compuesto inorgánico que contiene bismuto a al menos una parte del sistema de electrodeposición.
Antecedentes de la invención
Los recubrimientos (por ejemplo, pinturas) se aplican típicamente a los sustratos para proporcionar cualidades protectoras o decorativas, y se pueden aplicar a una amplia variedad de sustratos, incluyendo metal, madera, materiales compuestos, vidrio, plástico, cartón, sustratos cementosos, fibra de vidrio, fibra vulcanizada, cartón corrugado, papel, textiles, materiales no tejidos, espumas y similares. Los recubrimientos y pinturas tienen una amplia gama de usos residenciales y comerciales.
Existe una necesidad desde hace mucho tiempo en la industria de una composición de recubrimiento o pintura que pueda resistir o incluso prevenir el crecimiento microbiano, incluyendo el crecimiento bacteriano y fúngico. La contaminación microbiana constituye un problema de salud, especialmente en interiores, y también puede tener un impacto significativo en la apariencia estética de un recubrimiento.
Las pinturas antimicrobianas y/o antifúngicas se conocen en la industria. Sin embargo, muchas de dichas pinturas incluyen aditivos antimicrobianos que son potencialmente tóxicos y crean importantes peligros para la salud. Además, algunos aditivos antimicrobianos son difíciles de combinar con formulaciones estándar de recubrimiento o pintura y, en consecuencia, estas formulaciones pueden presentar un atractivo estético malo o un mal rendimiento en un uso final particular.
Por ejemplo, los sistemas de electrorecubrimiento se utilizan para aplicar composiciones de recubrimiento o pintura a una variedad de sustratos. Normalmente, los sistemas de electrorecubrimiento son cálidos y húmedos, lo que proporciona las condiciones ideales para el crecimiento de microorganismos no deseados. Una vez que los microorganismos colonizan un sistema de electrorecubrimiento, eliminar la contaminación requiere mucho tiempo y es prohibitivamente costoso. Los altos niveles de contaminación en un sistema de electrorecubrimiento provocan importantes problemas operativos durante la fabricación. Los métodos existentes para limpiar los sistemas de electrorecubrimiento tienen importantes desventajas. Muchos de los productos químicos utilizados para descontaminar los baños son tóxicos y/o costosos, y el tratamiento del sistema de electrorecubrimiento requiere mucho tiempo, ya que no se puede acceder fácilmente a muchas áreas contaminadas y la efectividad de la descontaminación no se puede evaluar hasta días después de la aplicación del tratamiento.
A partir de lo anterior, se apreciará que lo que se necesita en la técnica es un agente antimicrobiano eficaz para pinturas y otros recubrimientos que se pueda incluir fácilmente en una formulación de recubrimiento o pintura, que sea ecológico y tenga baja toxicidad. En la presente memoria se describe dicho agente antimicrobiano y los métodos para usar el mismo en pinturas y recubrimientos.
El documento de Patente US-A-2003/0203991 describe composiciones de recubrimiento acuosas para proporcionar a la superficie de un objeto un recubrimiento hidrófilo duradero, que comprende a) un vehículo polimérico multifuncional disperso o emulsionado en agua y capaz de formar una matriz polimérica; b) un monómero, polímero o copolímero orgánico hidrófilo soluble en agua; c) un óxido metálico coloidal acuoso multifuncional; d) un reticulante multifuncional; y opcionalmente un agente auxiliar que puede seleccionarse de una lista voluminosa que menciona un agente antimicrobiano.
Los documentos de Patente WO-A-02/087339 y WO-A-02/087340 describir un proceso de fabricación de una lámina de metal pre-recubierta con un recubrimiento de polímero antimicrobiano, comprendiendo dicho proceso aplicar un recubrimiento de polímero sobre al menos una superficie plana del sustrato mediante un recubrimiento en polvo o mediante recubrimiento de rodillo del sustrato con un polímero que contiene un polvo antimicrobiano que comprende partículas del núcleo asociadas con un componente metálico antimicrobiano seleccionado del grupo que consiste en iones de plata, cobre, zinc, mercurio, estaño, plomo, bismuto, cadmio, cromo, cobalto, níquel y talio y mezclas de los mismos.
Compendio
La presente descripción proporciona una composición de recubrimiento resistente a microbios que incluye al menos una resina aglutinante, un pigmento y un vehículo junto con un agente antimicrobiano. La presente descripción incluye una composición de tratamiento para un sistema de electrodeposición, un método para reducir la contaminación microbiana en un baño de electrodeposición y un método para mantener un baño de electrodeposición libre de contaminación microbiana.
En la presente memoria se describe también un método para tratar un sistema de electrodeposición.
El método incluye las etapas de proporcionar una cantidad eficaz de al menos un agente antimicrobiano que incluye al menos un compuesto inorgánico que contiene bismuto, y añadir el agente antimicrobiano a al menos una parte del sistema de electrodeposición.
La invención reivindicada proporciona un método para mantener un sistema de electrodeposición libre de contaminación microbiana, como se define en las reivindicaciones. El método incluye las etapas de proporcionar una cantidad eficaz de al menos un agente antimicrobiano que incluye al menos un compuesto inorgánico que contiene bismuto, y añadir el agente antimicrobiano a al menos una parte del sistema de electrodeposición. El compuesto inorgánico que contiene bismuto es una sal de bismuto de un oxianión metálico o un hidrato del mismo.
En la presente memoria se describe también una composición de tratamiento para los sistemas de electrodeposición.
La composición de tratamiento tiene una cantidad eficaz de al menos un agente antimicrobiano que incluye al menos un compuesto inorgánico que contiene bismuto para eliminar la contaminación microbiana en el sistema de electrodeposición.
El compendio anterior de la presente invención no pretende describir cada realización descrita o cada implementación de la presente invención. La descripción que sigue ejemplifica más particularmente realizaciones ilustrativas. En varios lugares de la solicitud, se proporciona orientación a través de listas de ejemplos, que se pueden utilizar en varias combinaciones. En cada caso, la lista mencionada sirve solo como un grupo representativo y no debe interpretarse como una lista exclusiva.
Los detalles de una o más realizaciones de la invención se establecen en la descripción siguiente. Otras características, objetivos y ventajas de la invención resultarán evidentes a partir de la descripción y de las reivindicaciones.
Definiciones seleccionadas
A menos que se especifique lo contrario, los siguientes términos, tal como se utilizan en la presente memoria, tienen los significados que se proporcionan a continuación.
El término "componente" se refiere a cualquier compuesto que incluya una característica o estructura particular. Los ejemplos de componentes incluyen compuestos, monómeros, oligómeros, polímeros y grupos orgánicos contenidos en ellos.
El término "agente antimicrobiano" se refiere a un compuesto o componente que mata microorganismos o inhibe su crecimiento. Un microorganismo en este contexto puede ser cualquier microbio u organismo microscópico, incluyendo, por ejemplo, una bacteria, un hongo o un virus. Como se usa en la presente memoria, el término "antimicrobiano" incluye compuestos o componentes considerados como "antibacterianos" o "antifúngicos".
Como se usa en la presente memoria, el término "resistente a microbios", cuando se aplica a una composición de recubrimiento o pintura, significa una composición de recubrimiento o pintura que incluye una cantidad eficaz de un agente antimicrobiano para producir un efecto bioestático (por ejemplo, reducir significativamente la contaminación microbiana) o incluso un efecto biocida (por ejemplo, eliminar la contaminación microbiana). La reducción o eliminación de la contaminación microbiana se puede producir en (i) una superficie que ya muestra el crecimiento o la contaminación microbiana, o (ii) en una superficie con un alto potencial para apoyar el crecimiento o la contaminación microbiana.
El término "sobre", cuando se usa en el contexto de un recubrimiento aplicado sobre una superficie o sustrato, incluye recubrimientos aplicados directa o indirectamente a la superficie o sustrato. Así, por ejemplo, un recubrimiento aplicado a una capa de imprimación que recubre un sustrato constituye un recubrimiento aplicado sobre el sustrato.
El término "electrodeposición", como se usa en la presente memoria, se refiere a un proceso que usa corriente eléctrica para reducir los cationes metálicos disueltos para formar un recubrimiento metálico sobre un sustrato que actúa como un electrodo. Cuando el sustrato forma el cátodo, el proceso se conoce como electrodeposición catódica o catiónica. Cuando el sustrato forma el ánodo, el proceso se conoce como electrodeposición anódica o aniónica. Los términos "electrorecubrimiento" y "electrorecubrimiento" se utilizan indistintamente con electrodeposición.
Como se usa en la presente memoria, el término "sistema de electrodeposición" se refiere a la composición de electrodeposición, el sustrato a recubrir, el baño de electrodeposición y todos y cada uno de los equipos asociados necesarios para llevar a cabo una operación de electrodeposición.
El término "cantidad eficaz" cuando se usa en relación con un agente antimicrobiano se refiere a una cantidad suficiente para evitar al menos que los microbios colonicen, o si hay colonias microbianas presentes tras la introducción o uso del agente antimicrobiano, reducir la cantidad de colonias microbianas en al menos un 5%.
A menos que se indique lo contrario, el término "polímero" incluye tanto homopolímeros como copolímeros (es decir, polímeros de dos o más monómeros diferentes).
El término "comprende" y las variaciones del mismo no tienen un significado limitante cuando estos términos aparecen en la descripción y las reivindicaciones.
Los términos "preferido" y "preferiblemente" se refieren a realizaciones de la invención que pueden proporcionar ciertos beneficios, bajo ciertas circunstancias. Sin embargo, también se pueden preferir otras realizaciones, en las mismas u otras circunstancias. Además, la enumeración de una o más realizaciones preferidas no implica que otras realizaciones no sean útiles, y no se pretende excluir otras realizaciones del alcance de la invención.
Como se usa en la presente memoria, "un", "una", "el", "al menos uno" y "uno o más" se usan indistintamente. Así, por ejemplo, una composición de recubrimiento que comprende "un" aditivo puede interpretarse en el sentido de que la composición de recubrimiento incluye "uno o más" aditivos.
También en la presente memoria, las enumeraciones de intervalos numéricos de puntos finales incluyen todos los números incluidos dentro de ese intervalo (por ejemplo, 1 a 5 incluye 1, 1,5, 2, 2,75, 3, 3,80, 4, 5, etc.). Además, la descripción de un intervalo incluye la descripción de todos los subintervalos incluidos dentro del intervalo más amplio (por ejemplo, 1 a 5 describe 1 a 4, 1,5 a 4,5, 1 a 2, etc.).
Descripción detallada
La invención reivindicada se refiere al tema en cuestión según se define en las reivindicaciones.
La presente descripción proporciona una pintura o composición de recubrimiento resistente a microbios que incluye un agente antimicrobiano. Ciertas realizaciones de composiciones de recubrimiento o pinturas pueden incluir, por ejemplo, al menos una resina aglutinante, un compuesto inorgánico que contiene bismuto y opcionalmente un pigmento, una resina formadora de película y un agente de dispersión o humectante. En un aspecto, la composición de recubrimiento o pintura resiste el crecimiento microbiano. En otro aspecto, la composición de recubrimiento o pintura proporciona al menos una reducción del 5%, preferiblemente al menos el 10%, más preferiblemente mediante al menos una reducción logarítmica de 1 y lo más preferiblemente al menos una reducción logarítmica de 2, del crecimiento microbiano existente cuando se aplica a un sistema o superficie contaminada.
La composición de recubrimiento o pintura puede ser cualquier tipo de recubrimiento orgánico, inorgánico o híbrido y cualquier tipo de composición de recubrimiento líquida, composición de recubrimiento en polvo o combinaciones de las mismas. La composición de recubrimiento incluye generalmente una resina o aglutinante que forma una película, opcionalmente, un agente de curado o reticulación para la resina y uno o más pigmentos. En un aspecto, la composición de recubrimiento o pintura puede ser adecuada para su uso en una composición o pintura de bajo-VOC o cero-VOC.
En ciertas realizaciones, la resina aglutinante y una resina formadora de película, opcionalmente, un agente de curado o reticulación para la resina y uno o más pigmentos pueden proporcionarse inicialmente en un sistema de dos partes y combinarse para formar un baño de electrodeposición. Por ejemplo, la resina formadora de película y opcionalmente un agente de reticulación pueden prepararse como una emulsión para combinarse posteriormente con una pasta del pigmento para formar un baño de electrodeposición para artículos de recubrimiento. La pasta del pigmento puede contener un polímero dispersante, a menudo denominado por los expertos en la técnica como resina de molienda de pigmentos, y uno o más pigmentos. Puede incluirse o añadirse una cantidad eficaz de al menos uno de los agentes antimicrobianos descritos a la emulsión, a la pasta del pigmento o a ambas y utilizarse en un baño de electrodeposición.
La resina aglutinante se puede seleccionar de cualquier componente de resina o combinación de componentes de resina que proporcionen las propiedades de película deseadas. Los ejemplos no limitantes de aglutinantes poliméricos incluyen materiales termoestables y/o termoplásticos y pueden estar hechos de epoxi, poliéster, poliuretano, poliamida, acrílico, cloruro de polivinilo, nailon, fluoropolímero, silicona y otras resinas, o combinaciones de las mismas. Se prefieren particularmente los acrílicos, epoxis, poliuretanos y poliésteres.
En un aspecto, la composición de recubrimiento o pintura puede incluir uno o más componentes de pigmento, incluyendo pigmentos o rellenos usados para tonificar u opacificar la composición de recubrimiento o pintura. Los ejemplos adecuados de pigmentos incluyen, sin limitación, dióxido de titanio blanco, negro de carbono, negro de humo, óxido de hierro negro, óxido de hierro rojo, óxido de hierro amarillo, óxido de hierro marrón (una mezcla de óxido amarillo y rojo con óxido negro), verde de ftalocianina, azul de ftalocianina, rojos orgánicos (como rojo naftol, rojo quinacridona y rojo toluidina), magenta quinacridona, violeta quinacridona, naranja DNA y/o amarillos orgánicos (tales como amarillo Hansa), por ejemplo.
Además de al menos una resina aglutinante y al menos un pigmento, la composición de recubrimiento o pintura puede incluir uno o más aditivos. Los aditivos adecuados incluyen, sin limitación, rellenos, tixótropos, modificadores reológicos, agentes matificantes y similares. Los aditivos pueden incluir uno o más ingredientes añadidos a una pintura para modificar las propiedades o mejorar el rendimiento de la pintura durante el almacenamiento, manipulación, aplicación y otros o en etapas posteriores. Las características de rendimiento deseables de una composición de recubrimiento o pintura incluyen, por ejemplo, resistencia química, resistencia a la corrosión, resistencia a microbios, resistencia a la abrasión, resistencia a la pegajosidad, dureza, brillo, reflectividad, vida útil prolongada, apariencia y/o
una combinación de dichas propiedades y otras propiedades similares. Los aditivos que mejoran el rendimiento preferidos incluyen lacas, ceras, agentes mateantes, agentes antimicrobianos, aditivos para prevenir el desgaste, la abrasión y similares.
Por consiguiente, en una realización, la presente descripción proporciona un agente antimicrobiano inorgánico que contiene bismuto, para prevenir, reducir o eliminar la contaminación o el crecimiento microbiano en una composición de recubrimiento o pintura. El agente antimicrobiano está presente preferiblemente en una cantidad suficiente para evitar al menos que los microbios colonicen, o si hay colonias microbianas presentes tras la introducción o uso del agente antimicrobiano, reducir la cantidad de colonias microbianas en al menos un 5%, preferiblemente al menos 10%, más preferiblemente mediante al menos una reducción logarítmica de 1 y lo más preferiblemente al menos una reducción logarítmica de 2. Puede emplearse una variedad de tales agentes antimicrobianos. Pueden seleccionarse agentes antimicrobianos inorgánicos específicos que contienen bismuto basándose, por ejemplo, en el microorganismo(s) a tratar; la compatibilidad física y química del agente antimicrobiano con el sistema a tratar; la estabilidad del agente antimicrobiano en las condiciones de almacenamiento; toxicidad; otros factores ambientales, o factores económicos. El agente antimicrobiano descrito es deseablemente un material no alergénico con baja toxicidad humana. La solubilidad en agua del agente antimicrobiano es un factor deseable, pero no es necesario en todas las realizaciones, por ejemplo, cuando se emplean disolventes distintos del agua o suspensiones de agentes antimicrobianos. También se pueden usar mezclas de agentes antimicrobianos, incluyendo mezclas que tienen actividad sinérgica.
Por consiguiente, en un aspecto, el agente antimicrobiano incluye al menos un compuesto que contiene bismuto, preferiblemente un compuesto inorgánico de bismuto, más preferiblemente sales de bismuto multivalentes de varios aniones y lo más preferiblemente una sal de bismuto inorgánica de un oxianión metálico. Estos compuestos incluyen sus formas anhidras, así como varios hidratos, incluyendo hemihidrato, pentahidrato y otras formas hidratadas, junto con mezclas y combinaciones de los mismos, y similares. En el método de la invención reivindicada, el al menos un agente antimicrobiano comprende al menos un compuesto inorgánico que contiene bismuto que es una sal de bismuto de un oxianión metálico o un hidrato del mismo.
Los ejemplos adecuados de dichas sales de bismuto de varios aniones incluyen, sin limitación, silicato de bismuto, aluminosilicato de bismuto y magnesio, aluminato de bismuto, borato de bismuto, manganato de bismuto, fosfato de bismuto y similares. En un aspecto preferido, el compuesto inorgánico que contiene bismuto es una sal de bismuto de un oxianión metálico, tal como, por ejemplo, aluminato de bismuto, manganato de bismuto y mezclas o combinaciones de los mismos, y similares.
En algunas realizaciones, el compuesto inorgánico que contiene bismuto se puede usar con uno o más compuestos orgánicos que contienen bismuto, incluyendo, por ejemplo, subcarbonato de bismuto, subcitrato de bismuto, citrato de bismuto, titrato de bismuto, galato de bismuto, subgalato de bismuto, salicilato de bismuto, subsalicilato de bismuto y similares, por ejemplo. El compuesto inorgánico que contiene bismuto se puede usar con uno o más compuestos inorgánicos diferentes que contienen bismuto, por ejemplo, compuestos de bismuto que no son oxianiones metálicos de bismuto. Los ejemplos adecuados de dichos compuestos incluyen, sin limitación, hidróxido de bismuto, trióxido de bismuto, nitrato de bismuto, subnitrato de bismuto y similares, y mezclas o combinaciones de los mismos.
Muchos compuestos inorgánicos se consideran difíciles de usar como agentes antibacterianos y muchos tienen serios inconvenientes que incluyen la toxicidad ambiental y el costo. Sorprendentemente, un compuesto inorgánico de bismuto, tal como el aluminato de bismuto, demuestra una actividad antimicrobiana eficaz cuando se utiliza en una composición de recubrimiento o pintura, es relativamente económico y no es tóxico para el medio ambiente.
Además, muchos sistemas biocidas o biotensioactivos convencionales que se utilizan actualmente con composiciones de recubrimiento o pinturas se utilizan principalmente para reducir o inhibir la formación de biopelículas, por ejemplo, la contaminación por microorganismos sésiles en la que los microorganismos se adhieren a piezas o sustratos a los que se aplica la composición de recubrimiento o la pintura. Por el contrario, el agente antimicrobiano descrito se puede usar para tratar tanto la contaminación por microorganismos sésiles como la contaminación causada por microorganismos que se mueven libremente, es decir, contaminación por microorganismos móviles.
Una técnica popular y eficaz para aplicar las composiciones de recubrimiento o pinturas incluye el proceso de electrorecubrimiento, que normalmente implica depositar una composición sobre un sustrato eléctricamente conductor con un potencial eléctrico aplicado. Los primeros intentos de procesos comerciales de electrorecubrimiento utilizaban procesos de electrorecubrimiento aniónico, en los que el sustrato que se recubría servía como ánodo. Sin embargo, los procesos de electrorecubrimiento catódico o catiónico se han vuelto cada vez más populares y, en la actualidad, son los métodos de electrorecubrimiento más frecuentes. El agente antimicrobiano que contiene bismuto descrito se puede utilizar en procesos de electrodeposición anódica o catódica.
La contaminación microbiana es un problema importante en el electrorecubrimiento. El proceso de electrorecubrimiento se realiza en un ambiente húmedo a altas temperaturas, condiciones ideales para el crecimiento de microorganismos que pueden colonizar el sistema de electrorecubrimiento y reducir la calidad y el rendimiento de los recubrimientos producidos por el proceso. La eliminación de dicha contaminación microbiana suele ser costosa y requiere mucho tiempo.
Se han usado varias técnicas en la industria para prevenir o reducir el crecimiento microbiano en tanques de electrorecubrimiento y en otros equipos de electrorecubrimiento. Se han utilizado métodos de eliminación físicos, tales como el lavado a presión, por ejemplo. También se conocen métodos químicos tales como el uso de biocidas, compuestos halogenados y compuestos que contienen metales. Sin embargo, estos métodos adolecen de varias desventajas. A menudo son costosos y laboriosos, y algunos productos químicos utilizados para reducir o prevenir la contaminación microbiana pueden ser tóxicos. Las preocupaciones ambientales sobre la liberación de productos químicos tóxicos al aire o corrientes de aguas residuales también militan en contra del uso de dichos productos químicos.
En una realización, la presente descripción proporciona un método para mantener un sistema de electrodeposición sustancialmente libre de contaminación microbiana. El método puede prevenir, reducir o eliminar la contaminación microbiana en un baño de electrodeposición sin liberar productos químicos tóxicos al aire o a corrientes de aguas residuales y sin utilizar técnicas o materiales costosos y laboriosos. En ciertas realizaciones, el método proporciona un baño de electrodeposición y añade al baño una cantidad eficaz de un agente antimicrobiano inorgánico que contiene bismuto. En un aspecto, el agente antimicrobiano puede añadirse al baño de electrodeposición después de que el baño se haya preparado por primera vez y antes de la electrodeposición. En otro aspecto, el agente antimicrobiano se puede añadir al baño de electrodeposición durante el funcionamiento si se observa contaminación microbiana. En otro aspecto más, el agente antimicrobiano se puede añadir al baño de electrodeposición a intervalos regulares como parte de un proceso continuo de electrodeposición.
En una realización, el compuesto inorgánico que contiene bismuto puede estar presente en un sistema de electrodeposición en una cantidad suficiente para proporcionar un efecto bioestático o biocida, dependiendo del estado del sistema de electrodeposición, el grado de contaminación y similares. En un aspecto, el compuesto inorgánico que contiene bismuto puede estar presente en una cantidad de al menos aproximadamente 0,1% en peso, 0,2% en peso, 0,3% en peso, 0,5% en peso y hasta de 1% en peso a aproximadamente 2% en peso, 5% en peso, 8% en peso o 10,0% en peso basado en el peso total de sólidos de resina en la composición de electrodeposición. Si el compuesto inorgánico que contiene bismuto se usa junto con un compuesto orgánico que contiene bismuto u otro catalizador, el compuesto inorgánico que contiene bismuto puede estar presente en una cantidad de al menos aproximadamente 0,025% en peso, 0,05% en peso o 0,075% en peso y hasta aproximadamente 0,5% en peso, 1% en peso, 2% en peso o aproximadamente 5% en peso, basado en el peso total de sólidos de resina en la composición de electrodeposición
En una realización, el agente antimicrobiano se puede añadir directamente a cualquier parte del sistema de electrodeposición. Esto puede abarcar, por ejemplo, tanques, baños, tuberías, transportadores, monorraíles, pulverizadores, paredes, sistemas de post-lavado y similares. En un aspecto preferido, el agente antimicrobiano se añade directamente al baño de electrodeposición. Dependiendo del tipo de superficie o equipo de un sistema de electrodeposición que se necesite tratar, el método de administración del agente antimicrobiano se puede ajustar en consecuencia. Por ejemplo, puede aplicarse o añadirse al baño de electrodeposición una pasta de pigmento que contenga el agente antimicrobiano. En contraste con los sistemas de tratamiento antimicrobianos típicos, el compuesto inorgánico que contiene bismuto descrito en algunas realizaciones puede añadirse directamente a cualquier parte del sistema de electrodeposición y no necesariamente tiene que ponerse en solución o introducirse en el sistema usando mecanismos de bombeo o pulverización costosos o complicados.
En una realización, el agente antimicrobiano puede incorporarse en una dispersión que puede añadirse directamente a, o es parte de, un baño o tanque de electrodeposición. En otra realización, la concentración del agente antimicrobiano en solución puede ser suficiente para reducir o eliminar la contaminación microbiana en el baño o tanque de electrodeposición. En un aspecto preferido, la dispersión incluye uno o más componentes de resina, uno o más componentes de pigmento y uno o más compuestos que contienen bismuto como se describe en la presente memoria. En un aspecto adicional, esta dispersión se puede mezclar con una emulsión que incluye un componente de resina de electrodeposición. A continuación, la mezcla se puede diluir con suficiente agua desionizada para formar una dispersión acuosa que funciona como un baño de electrodeposición.
Ciertas realizaciones pueden usar opcionalmente un agente humectante o de dispersión. El agente de dispersión o humectante puede mejorar la estabilidad de una dispersión y ofrecer potencialmente una viscosidad y una estabilidad del tamaño de partícula mejoradas. Aquellos expertos en la técnica reconocerán que la selección de un dispersante puede depender del tipo de proceso de electrodeposición empleado. Por ejemplo, con un proceso de electrorecubrimiento aniónico se pueden utilizar dispersantes aniónicos o no iónicos tales como DISPERBYK-190 o BYK 153 de Altana AG, Wesel, Alemania. Con los sistemas de electrorecubrimiento catiónicos, el dispersante es generalmente un dispersante catiónico o no iónico tal como, por ejemplo, Solsperse 33000 o 39000 de Lubrizol Advanced Materials, Inc., Wickliffe, OH.
El agente antimicrobiano también o en su lugar se puede añadir al sistema de electrodeposición de una manera que permita la circulación eficaz del agente a través del sistema. Sin estar ligado a la teoría, la circulación o el movimiento del agente antimicrobiano puede mejorar la actividad antimicrobiana, especialmente con respecto a la contaminación microbiana sésil o la formación de biopelículas. En determinadas realizaciones, tal como durante un procedimiento de limpieza de rutina, se puede lograr un control suficiente de microorganismos introduciendo el agente antimicrobiano en el sistema y circulando durante un período de tiempo fijo, tal como de 2 a 4 horas, por ejemplo. En algunas realizaciones del método, la circulación puede combinarse con la aplicación de calor o mediante métodos físicos para eliminar la contaminación, tal como, por ejemplo, lavar o aclarar.
El agente antimicrobiano se puede añadir directamente a una corriente líquida de un proceso de electrorecubrimiento mientras el proceso de electrorecubrimiento está en funcionamiento. Este método se puede usar como una alternativa a los tratamientos intermitentes o programados donde el equipo se expone durante un período predeterminado, como en un procedimiento de limpieza o mantenimiento, o el método se puede practicar como un modo adicional para tratar una operación de electrorecubrimiento. Por lo tanto, está dentro del alcance de la invención que una operación de electrorecubrimiento pueda implementar un tratamiento continuo en el que, por ejemplo, una o más corrientes líquidas dentro de una operación de electrorecubrimiento estén precargadas con el agente antimicrobiano descrito en la presente memoria, donde el agente está presente durante todo el proceso en una cantidad suficiente para reducir o inhibir la contaminación microbiana. Como aditivo a una corriente líquida, el agente antimicrobiano descrito en la presente memoria puede evitar que los microorganismos se adhieran y colonicen el equipo de electrorecubrimiento, evitando así la contaminación dentro del proceso. En un aspecto, las corrientes líquidas o los suministros líquidos de un proceso de electrorecubrimiento pueden pre-cargarse con el agente antimicrobiano para ayudar a minimizar el desarrollo de la contaminación microbiana durante la electrodeposición. Estas corrientes líquidas pueden incluir, por ejemplo, pintura en bidones de suministro, tuberías y tanques, así como agua de post-lavado y otros líquidos.
Por consiguiente, en un aspecto, el agente antimicrobiano descrito en la presente memoria puede proporcionarse en forma concentrada antes de la adición a un suministro o corriente de líquido. Por ejemplo, el agente antimicrobiano puede estar significativamente más concentrado que el nivel de concentración requerido para el tratamiento durante el proceso de electrodeposición. En un aspecto, el agente puede proporcionarse en una concentración de aproximadamente 3 a aproximadamente 5 veces mayor que la concentración necesaria durante un proceso de electrodeposición típico.
En ciertas realizaciones, el agente antimicrobiano se puede usar en combinación con técnicas convencionales de limpieza o prevención, tales como lavado a presión, uso de biocidas y depurado manual. Los biocidas pueden proporcionar un efecto sinérgico cuando se usan junto con el agente antimicrobiano, ya que un biocida puede destruir y posiblemente eliminar una especie de microorganismo objetivo. El agente antimicrobiano puede circular a través de un proceso de electrorecubrimiento antes de que se añada un biocida al proceso, por ejemplo. En un método ejemplar, el agente antimicrobiano se puede aplicar y usar en el equipo del proceso de electrorecubrimiento de aproximadamente 15 a aproximadamente 60 minutos antes, durante o después de añadir un biocida al proceso.
Para determinar la eficacia del agente antimicrobiano, es útil determinar los niveles de microorganismos al menos antes del tratamiento y después de implementar un tratamiento. Se conocen en la técnica una variedad de métodos y dispositivos para monitorizar y detectar los niveles y la presencia de microorganismos en una muestra, y cualquiera de estos métodos o dispositivos puede usarse con el agente antimicrobiano descrito.
Preferiblemente, se pueden lograr disminuciones significativas de la contaminación en poco tiempo, por ejemplo, menos de aproximadamente 24 horas para reducir o incluso eliminar la contaminación microbiana. Sin embargo, pueden existir variaciones en la efectividad del tratamiento o el periodo de tiempo necesario para lograr la reducción deseada de la contaminación, dependiendo de la gravedad de la contaminación al comienzo del proceso de limpieza.
En una realización preferida, el agente o método puede dar como resultado una eliminación sostenida o niveles reducidos de microorganismos durante al menos una semana o más del tiempo de funcionamiento continuo de electrorecubrimiento. Si reaparece una contaminación relativamente fuerte y se detecta en un período corto, tal como menos de una semana, una o más adiciones posteriores del agente antimicrobiano pueden reducir o eliminar la contaminación reaparecida.
El agente y/o método antimicrobiano puede usarse como parte de un plan de mantenimiento preventivo. Los tratamientos repetidos o programados de forma intermitente, tal como en un programa de mantenimiento preventivo, también pueden ser útiles, particularmente en áreas muy contaminadas o áreas que son propensas a dicha contaminación.
El método(s) descrito puede integrarse con una operación de electrorecubrimiento. Por ejemplo, el proceso de electrorecubrimiento puede incluir, entre otras cosas, un sistema de preparación de la superficie seguido de un sistema de aplicación de electrorecubrimiento, un sistema de post-lavado después del sistema de aplicación de electrorecubrimiento, un sistema de curado después del sistema de post-lavado; y un sistema de tratamiento de la contaminación microbiana integrado con una o más de las etapas del proceso, tales como, por ejemplo, sistemas de preparación de superficies, electrorecubrimiento, post-lavado y curado. El sistema de tratamiento de la contaminación microbiana puede incluir un aparato dispensador configurado para añadir una cantidad eficaz del agente antimicrobiano a una parte deseada del sistema de electrodeposición.
Se observa que varias realizaciones pueden incluir una solución de electrorecubrimiento que tiene el agente antimicrobiano disperso en la solución. Por ejemplo, el agente antimicrobiano puede incluirse en el componente de pasta de pigmento de una composición de electrodeposición y proporcionar la actividad antimicrobiana durante el proceso de electrodeposición. El agente antimicrobiano puede estar presente en una cantidad suficiente para matar los microorganismos móviles o acabar con la adherencia entre microorganismos sésiles dentro del sistema de electrodeposición. Se puede añadir una solución del agente antimicrobiano directamente a cualquier parte del sistema de electrodeposición, incluyendo directamente a cualquier corriente líquida que pase a través de o se mantenga en el
proceso, o puede usarse como una solución de limpieza directa.
Ejemplos
La invención se ilustra mediante los siguientes ejemplos. Debe entenderse que los ejemplos, materiales, cantidades y procedimientos particulares deben interpretarse de manera amplia según las invenciones que se establecen en la presente memoria. A menos que se indique lo contrario, todas las partes y porcentajes son en peso y todos los pesos moleculares son pesos moleculares promedio en peso. A menos que se especifique lo contrario, todos los productos químicos usados están disponibles comercialmente, por ejemplo, en Sigma-Aldrich, St. Louis, Missouri.
Métodos de ensayo
A menos que se indique lo contrario, los siguientes métodos de ensayo se utilizaron en los Ejemplos que siguen.
El Ensayo de Medición de Bacterias y Hongos: El ensayo de medición de bacterias se realiza en una placa de agar de tripticasa de soja Fisher #B21185X, de Fisher Scientific Inc. Waltham, MA. El ensayo de medición de hongos se realiza en un agar dextrosa sabouraud Fisher # B21180X, de Fisher Scientific Inc. Las placas de agar se almacenan a una temperatura de aproximadamente 2°C a aproximadamente 8°C hasta su uso. Para analizar la contaminación bacteriana y/o fúngica, las muestras se frotan sobre las placas estériles de agar de dextrosa o soja el día en que se reciben las muestras. Las cubiertas de las placas se levantan a una distancia mínima de las placas inferiores para trazar un patrón de trama cruzada. La placa se cubre inmediatamente y luego se invierte de modo que el medio de agar quede en la placa superior. A continuación, estas placas se incuban para un máximo de siete días a 25°C y se observa el crecimiento bacteriano o fúngico en las placas y se reporta según un estándar. El estándar es el siguiente: una calificación de "~" indica que no hay crecimiento, "+" indica trazas de crecimiento bacteriano o fúngico, "2+" indica crecimiento leve de bacterias o hongos, "3+" indica crecimiento moderado de bacterias o hongos y " 4+ "indica un fuerte crecimiento bacteriano o fúngico.
Ejemplo 1. Preparación de emulsión (a) Preparación de poliepóxido de cadena extendida: Los siguientes ingredientes se cargaron en un recipiente de reacción equipado con una fuente de calentamiento, un agitador y reflujo: 1439,4 partes de EPON 828 (resina epoxi que tiene un peso equivalente de epoxi de 188; Hexion, Inc. Columbus, OH), 419,5 partes de SYNFAC 8009 (poliol bisfenol A con un peso equivalente de hidroxi de 130; Dow Chemical Co., Midland, MI). La carga se calentó a 165°C bajo una capa de nitrógeno. Se añadieron 2,6 partes de dimetil bencil amina y la mezcla se mantuvo a 165°C durante una hora. Se añadieron 5,2 partes adicionales de dimetil bencil amina y la mezcla se mantuvo a 165°C hasta que se obtuvo un peso equivalente de epoxi de 820. Se añadieron 1333 partes de disolvente de metil isobutil cetona (MIBK). Después, la mezcla se enfrió a 85°C y se añadieron 185,9 partes de dimetanol amina, 100 partes de MIBK y 67,3 partes de dietilaminopropilamina. La mezcla se mantuvo a 120°C durante una hora y se añadieron 93 partes de MIBK. La solución de resina resultante tenía un contenido de no volátiles del 62%.
(b) Preparación de la solución de reticulante: Se preparó una solución de resina de reticulación de poliisocianato bloqueada cargando 862,0 partes de butil cellosolve y 172,2 partes de trimetilolpropano en un recipiente de reacción equipado como en el Ejemplo 1. La mezcla se calentó a 60°C y 1419 partes de LUPRANATE 266 (isocianato de baja viscosidad; BASF, Florham Park, NJ) se añadieron cuidadosamente a la mezcla bajo una capa de nitrógeno mientras se mantenía la mezcla de reacción por debajo de 90°C. A continuación, se añadieron 13,2 partes de butil cellosolve y la mezcla se mantuvo a 96°C durante dos horas hasta que se consumió prácticamente todo el isocianato libre. Después se añadieron 1038,4 partes de MIBK. La mezcla resultante tenía un contenido de no volátiles del 70,0%.
(c) Preparación de la emulsión: Se añadieron 1089,7 partes del poliepóxido de cadena extendida del Ejemplo 1 (a) a un vaso de precipitados de acero inoxidable, junto con 642,8 partes de la solución de reticulante del Ejemplo 1 (b), 3,6 partes de Surfynol 104 (tensioactivo; Air Products and Chemicals, Inc., Allentown, PA), disolvente Do Wa NOL PPh (glicol éter; Dow Chemical) y 64,8 partes de una solución al 88% de ácido láctico, y se mezcla bien con un mezclador de aire de alta velocidad. Después se añadieron 2106 partes de agua desionizada con agitación. Se dejó que la mezcla se mezclara hasta que se evaporó la mayor parte de la cetona orgánica. El contenido no volátil de la emulsión resultante se ajustó al 36% usando agua desionizada.
Ejemplo 2. Preparación de pasta de pigmento (a) Preparación de resina dispersante de pigmento: Se preparó un agente de cuaternización con 356,6 partes de dimetil etanolamina, a un diisocianato de tolueno medio-capsulado (TDI) preparado mezclando 80 partes de MIBK con 696,8 partes de TDI y 520 partes de 2-etilhexanol en un recipiente de reacción adecuado a temperatura ambiente. La mezcla se calentó exotérmicamente y se agitó durante una hora a 80°C. A continuación, se cargaron en el recipiente 400,9 partes de ácido láctico seguido de la adición de 156 partes de butil cellosolve. La mezcla de reacción se agitó durante aproximadamente una hora a 65°C para formar el agente de cuaternización deseado.
Se preparó una resina (comúnmente denominada resina de molienda de pigmentos) cargando 491 partes de EPON 829 (digicidil éter del bisfenol A; Hexion, Inc.) y 148 partes de bisfenol A en una mezcla de reacción adecuada en una atmósfera de nitrógeno. La mezcla de reacción se dejó exoterma durante aproximadamente una hora entre 150°C y 160°C, luego se enfrió a 120°C, seguido de la adición del TDI medio-capsulado con 2-etilhexanol preparado anteriormente. La temperatura de la mezcla de reacción se mantuvo de 110°C a 120°C durante una hora, seguido de la adición de butil cellosolve. Después, la mezcla de reacción se enfrió a 85°C, se homogeneizó y se cargó con agua,
seguido de la adición del agente de cuaternización preparado anteriormente. La temperatura de la mezcla de reacción se mantuvo de 80°C a 85°C, hasta que se obtuvo un índice de acidez de 1,0. El producto resultante tiene un contenido de no volátiles del 58%.
(b) Preparación de la pasta de pigmento # 1: Se cargaron 420,65 partes de la resina dispersante del pigmento del Ejemplo 2(a) con un contenido no volátil del 53,2% en un recipiente adecuado junto con 500,0 partes de agua desionizada, 5,54 partes de SURFYNOL 104A (Air Products and Chemicals, Inc.), 119,8 partes de polvo de negro de humo RAVEN 850, 178,92 partes de caolín ASP (BASF), 170 partes de silicato de aluminio y 50 partes de hidrato de aluminato de bismuto. El contenido se mezcló hasta homogeneidad, seguido de dispersión en un molino de medio horizontal hasta que se obtuvo una lectura de Hegman de siete. La pasta resultante tenía un contenido de no volátiles del 47,0%.
(c) Preparación de la pasta de pigmento # 2: Se cargaron 420,65 partes de la resina dispersante del pigmento del Ejemplo 2(a) con un contenido no volátil del 53,2% en un recipiente adecuado junto con 558,8 partes de agua desionizada, 5,54 partes de SURFYNOL 104A (Air Products) , 119,8 partes de polvo de negro de humo RAVEN 850, 178,92 partes de caolín ASP (BASF), 170 partes de silicato de aluminio y 27 partes de hidrato de aluminato de bismuto, junto con 37 partes de citrato de bismuto y 203 partes de agua desionizada. El contenido se mezcló hasta homogeneidad, seguido de dispersión en un molino de medio horizontal hasta que se obtuvo una lectura de Hegman de siete. La pasta resultante tenía un contenido de no volátiles del 36,7%.
Ejemplos 3-11. Los Ejemplos 3-11 fueron muestras líquidas extraídas de los baños de electrodeposición catódica existentes y ensayadas según el Ensayo de Medición de Bacterias y Hongos.
El Ejemplo 3 fue una muestra líquida tomada de un baño de electrodeposición que no estaba contaminada.
Los Ejemplos 4 y 5 fueron agua contaminada de dos baños de electrodeposición separados.
El Ejemplo 6 fue una muestra líquida de un baño de electrodeposición que se preparó mezclando 900 partes de la emulsión del Ejemplo 1 con 340,8 partes de la pasta de pigmento #1 del Ejemplo 2, junto con 2759,2 partes de agua desionizada no contaminada en un vaso de precipitados de 4,0 litros con baja agitación.
El Ejemplo 7 fue una muestra líquida de un baño de electrodeposición que se preparó mezclando 900 partes de la emulsión del Ejemplo 1 con 390 partes de la pasta de pigmento #2 del Ejemplo 2, junto con 2710 partes de agua desionizada no contaminada en un vaso de precipitados de 4.0 L con baja agitación.
El Ejemplo 8 fue una muestra líquida tomada de un baño de electrodeposición preparada mezclando 900 partes de la emulsión del Ejemplo 1 con 340,8 partes de la pasta de pigmento # 1 del Ejemplo 2, junto con 2759,2 partes de agua contaminada del Ejemplo 4 en un vaso de precipitados de 4,0 L con baja agitación.
El Ejemplo 9 fue un baño de electrodeposición líquido preparado mezclando 900 partes de la emulsión del Ejemplo 1 con 390 partes de la pasta de pigmento #2 del Ejemplo 2, junto con 2710 partes de agua contaminada del Ejemplo 4 en un vaso de precipitados de 4,0 L con baja agitación.
El Ejemplo 10 fue un baño de electrodeposición preparado mezclando 900 partes de la emulsión del Ejemplo 1 con 340,8 partes de la pasta de pigmento #1 del Ejemplo 2, junto con 2759,2 partes de agua contaminada del Ejemplo 5 en un vaso de precipitados de 4,0 L con baja agitación.
El Ejemplo 11 fue un baño de electrodeposición preparado mezclando 900 partes de la emulsión del Ejemplo 1 con 390 partes de la pasta de pigmento #2 del Ejemplo 2, junto con 2710 partes de agua contaminada del Ejemplo 5 en un vaso de precipitados de 4,0 L con baja agitación.
Los Ejemplos 3-11 se evaluaron para bacterias y hongos durante un período de siete días usando el Ensayo de Medición de Bacterias y Hongos. Los resultados del ensayo se muestran a continuación en la Tabla 1.
Tabla 1
Ejemplos 12-14. Los Ejemplos 12-14 fueron muestras líquidas extraídas de tres baños de electrodeposición anódica existentes separados y ensayadas según el Ensayo de Medición de Bacterias y Hongos. Los Ejemplos 12-14 fueron muestras de tres baños separados de electrodeposición acrílica anódica. El Ejemplo 12 se comprobó como 4+ en un día bajo el Ensayo de Medición de Bacterias y Hongos mientras que el Ejemplo 13 se comprobó como 4+ en cuatro días. El Ejemplo 14 se comprobó como 4+ en tres días bajo el Ensayo de Medición de Bacterias y Hongos.
Se preparó una suspensión con resina acrílica anódica de base acuosa y melamina con un pH sobre-neutralizado. El aluminato de bismuto se añadió en una proporción de 1 a 10. Esta suspensión se trituró luego a un valor Hegman de 7+.
Después, la suspensión se añadió a los Ejemplos 12-14, en las proporciones y tiempos de permanencia indicados en la Tabla 2. Se usaron controles para los Ejemplos 13 y 14 para confirmar la presencia de microbios. Los Ejemplos se probaron usando el Ensayo de Medición de Bacterias y Hongos durante un período de siete días. Los resultados se muestran en la Tabla 2 y demuestran que el agente antimicrobiano reduce las colonias microbianas durante la duración del ensayo.
Tabla 2
Claims (14)
1. Un método para mantener un sistema de electrodeposición libre de contaminación microbiana, que comprende: a) proporcionar una cantidad eficaz de al menos un agente antimicrobiano que comprende al menos un compuesto inorgánico que contiene bismuto, en el que el compuesto inorgánico que contiene bismuto es una sal de bismuto de un oxianión metálico o un hidrato del mismo;
b) añadir el agente antimicrobiano a al menos una parte del sistema de electrodeposición;
c) monitorizar el crecimiento bacteriano y fúngico en el sistema de electrodeposición a intervalos regulares; y d) añadir una cantidad adicional del agente antimicrobiano al sistema de electrodeposición si se observa crecimiento bacteriano o fúngico.
2. El método de la reivindicación 1, en el que el compuesto inorgánico que contiene bismuto es aluminato de bismuto.
3. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el agente antimicrobiano comprende además un compuesto orgánico que contiene bismuto.
4. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el agente antimicrobiano comprende el compuesto inorgánico que contiene bismuto en combinación con citrato de bismuto.
5. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el agente antimicrobiano comprende aluminato de bismuto en combinación con citrato de bismuto.
6. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema de electrodeposición es un sistema catódico.
7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el sistema de electrodeposición es un sistema anódico.
8. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el al menos un agente antimicrobiano está presente como al menos parte de una pasta del pigmento para el sistema de electrodeposición.
9. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema de electrodeposición no muestra crecimiento de colonias microbianas.
10. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema de electrodeposición muestra inicialmente colonias microbianas y el agente antimicrobiano reduce la población microbiana en al menos un 5% después de siete días.
11. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el agente antimicrobiano incluye aproximadamente del 0,1% al 10% en peso de bismuto, basado en el peso total de sólidos de resina en el sistema de electrodeposición.
12. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el agente antimicrobiano se usa como parte de un proceso de electrorecubrimiento continuo en el sistema de electrodeposición.
13. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el agente antimicrobiano se incluye en una composición de recubrimiento por electrodeposición.
14. El método de la reivindicación 13, en el que la composición de recubrimiento por electrodeposición comprende: a) al menos un componente de resina aglutinante;
b) al menos un componente de pigmento; y
c) una cantidad eficaz del agente antimicrobiano.
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