Yazar: M.A., B.Sc. Matthias Hentz İş Geliştirme Müdürü Schülke & Mayr GmbH Çeviren: Durhan Tezcan İş Geliştirme Müdürü Schülke & Mayr GmbH Boya ve Kaplamalardaki Koruyucuların Uzun Süreli Kullanımı Giriş Günümüzde su bazlı boyalar ve kaplamalar için uygun koruyucu seçerken farklı engeller söz konusudur. Bunlar (AB kaynaklı mevzuatlar): Biyosidal aktiflerin ve ürünlerin Biyosidal Ürün Regülasyonu na (BPR) uyumluluğu, değişen eko-etiketleme kuralları ve SEA (Sınıflandırma, Etiketleme, Ambalajlama) 2. ATP kapsamında belirlenmiş olan spesifik konsantrasyonlara sahip olan aktiflerle ilgili yeni etiketleme zorunluluklarıdır. Bunlara ilave olarak, çeşitli teknik konular da dikkate alınmalıdır: mikroorganizma sayısının çokluğu ve hammadde çeşitliğinin fazlalığı nedeniyle artan koruma talebinin karşılanmasında, kabul edilebilir oranda kullanılsa bile tek bir mikrobiyal aktifin yeterli olamaması da söz konusudur. Koruma İhtiyacı Boya ve kaplamalarda solvent bazlı sistemlerden uzaklaşarak su bazlı sistemlere geçiş ile su bazlı boya ve kaplamaların mikrobiyal kirlenmeye maruz kalmadan korunma ihtiyacı çok daha önemli hale gelmiştir. Boya ve kaplamalar başta olmak üzere birçok su bazlı sistem mikrobiyolojik kontaminasyon ve bozulmalara açıktır. Su bazlı sistemler raf ömrü boyunca koruma sağlayan kutu içi koruyucuların yanı sıra, üretim esnasında da koruma sağlayan kutu içi koruyuculara ihtiyaç duymaktadır. Piyasada bulunan koruyucuların tamamı formüllerin fizyokimyasal ve biyolojik gibi değişken özellikleri nedeniyle ilgili formül için uygun olmayabilir. Buradaki uygunsuzluk mikrobiyolojik üreme kaynaklı ciddi bozulmalara neden olabilir (renk değişimi, yapısal değişiklik, gaz oluşumu ve kötü kokular gibi) çoğu durumda üretilen bu lot veya nihai ürünler pazara sunulamamaktadır. Sonuç olarak, kaynakların bu şekilde israfı ürünlerin sürdürülebilir olarak kullanımı, diğer bir deyişle yaşam döngüsü boyunca güvenli ve ekolojik olarak kullanımı ile çelişmektedir. Yasal Engeller Daha önce de bahsedildiği üzere uygun koruyucu seçiminde belli teknik konuların yanı sıra yasal mevzuat kaynaklı konular da önem arz etmektedir. Bunlar aşağıda maddeler halinde sıralanmıştır. 1.Biyosidal Ürün Regülasyonu Avrupa Birliği ve 28 üye ülkesinde (İsviçre, Norveç ve İzlanda dahil), AB Biyosidal Ürün Regülasyonu 528/2012 (BPR) tüm biyosidal aktif maddelerin ve ürünlerinin kullanımını tanzim etmektedir. 96 Aralık / Ocak 2015
BPR aktif madde ve ürünlerin içerdiği 22 ürün tipine göre (kutu içi koruma vb.) ruhsatlandırılmasını gerektirmektedir. Aktif madde ruhsatlandırma işlemi devam etmektedir ve bu işlem 2024 ten önce bitmeyebilir. Ancak, bazı aktifler listelenmiş durumdadır ve bu aktifleri içeren ürünler hızlı bir şekilde kayıt altına alınmalıdır. Özetle, BPR insan kaynağı ile birlikte AB çapında kayıt için ürün başına yaklaşık olarak 400,000 civarında ilave parasal kaynağı da gerektirmektedir. 2. ATP ve SEA Regülasyonu 1 Haziran 2015 ten itibaren AB de karışımlar için GHS den kaynaklanan etiketleme zorunlu hale gelmektedir. SEA (1272/2008/EC, Sınıflandırma, Etiketleme, Ambalajlama) GHS gereksinimlerinin uygulanmasıyla ilgili sistemli bir şekilde düzenlenmiş kanunlardır. Buna ilave olarak, SEA karışımların içerisindeki hassas maddelerle ilgili olarak da etiketleme zorunluluğu getirmektedir ve spesifik konsantrasyon limiti %0,1 den az olan hassasiyet yaratan maddeleri kapsamaktadır. Yeni etiketleme konsantrasyon limiti spesifik konsantrasyon limitinin 1/10 u olarak belirlenmiştir. Karışımın bu limitin üstündeki ilavelerinde ambalajların üzerindeki etikette (Hassasiyet yaratan maddenin ismi), Alerjik reaksiyona sebep olabilir ibaresi bulunması zorunludur. CIT/MIT, BIT ve OIT gibi aktifler hassasiyet yaratan maddelerdendir ve bu aktiflerin kullanımı sırasında yukarıda belirtilen oranın aşılıp aşılmadığına ve etiketlemenin buna göre yapılıp yapılmadığına dikkat edilmelidir. Genel Görünüm BPR ve SEA kaynaklı zorunluluklar biyosit sektörünün yüksek derecede regülasyonların olduğu bir pazar ortamının oluşmasını sağlayacaktır. Mevcut olan kullanılabilir biyosidal aktif sayılarının azalması, formaldehitlerin tüketici ürünlerinde kullanımının yasaklanması, daha sıkı mevzuatların varlığı ve ürün destek maliyetlerinin yüksek olmasının sonucu olarak CIT/MIT gibi biyosidal aktiflerin kullanımında sınırlamaların oluşmasına neden olmaktadır. Koruyucularla İlgili Değerlendirme Hala kabul gören durumlarda, heterosiklik N,Skompoundlar, örneğin 5-Chloro-2-methyl-2H-isothiazol- 3-one (CIT) ve 2-Methyl-2H-isothiazol-3-one (MIT) kombinasyonundan oluşan kutu içi koruyucular, çoğu kez formaldehit donörleri ajanlarıyla formülize edilmektedir. Bu ajanlar geniş spektrumları ve yüksek etkinlikleri, buhar fazındaki aktiviteleri ve hızlı aktivite özellikleri ve mikrobiyolojik açıdan güvenli kutu içi sistemlerin oluşumunu sağlamakla bilinirler. Ancak, bu ürünleri kullanan sektör sayısı giderek azalmaktadır. Diğer taraftan, benzisothiazolone (BIT) ve methylisothiazolinone (MIT) gibi kombinasyonlar formaldehit içermeyen ve yumuşak kutu içi koruma sistemi olarak bilinen, uçucu organik bileşenler ve formaldehit ya da formaldehit donörü içermeyen sistemler söz konusu olduğunda; bakteri, maya ve küflere karşı geniş spektrumlu etkinliği ve uygun eko-toksik profile sahip olması nedeniyle MIT-BIT kombinasyonunun oldukça modern bir koruyucu kombinasyonu olduğunu söyleyebiliriz. Bununla beraber, bu kombinasyon uzun süreli koruma sağlamasıyla da bilinmektedir, ancak aktivite hızı açısından bakıldığında zafiyetler oluşmaktadır (bkz. Şekil 1). Deneysel Çalışmalar Bis(3-aminopropyl)dodecylamine (BDA) yıllardır bilinen efektif biyosidal aktiflerdendir. Düşük konsantrasyonlarda bakteri, maya ve küfler karşısındaki geniş ve dengeli spektrumuna kıyasla aktivite hızının çok hızlı olması ana özelliklerinden bir tanesidir. Çok geniş kapsamlı bir araştırma sonrasında parmetol MBX geliştirildi; çok iyi bir sinerjik özelliğe sahip olan Bis(3- aminopropyl)dodecylamine (BDA) günümüzün standart yumuşak koruyucu kombinasyonu methylisothiazolinone (MIT) benzisothiazolone (BIT) ile birleştirildi. Ürün gerekli olan temas süresini sadece birkaç dakikaya kadar çok belirgin bir şekilde düşürebilmektedir. Tablo 1 mikroorganizma sayım testinde kullanılan formülasyonları göstermektedir. Tablo 1. Test edilen formülasyonlar Koruyucuların Dilüsyonları, kimyasal dezenfektanlar ve antiseptiklerle ilgili Avrupa test standartlarına uygun olarak steril sert su kullanarak hazırlandı. Son solüsyonlardan 50 ml lik kısım alınarak her birine 0.5 ml mikroorganizma süspansiyonu (başlangıç mikroorganizma sayısı yaklaşık olarak 105 cfu/ml) ilave edildi ve karıştırıldı. 60 dakikalık test süresi boyunca konvansiyonel MIT/BIT karışımı yüksek konsantrasyonlarda bile etki göstermedi. MIT/BIT/BDA kombinasyonunda ise 5 dakika içinde bile belirgin bir etki görülebilir. Şekil 1 deki grafikler her iki formülün Staphylococcus aureaus ve yukarıda bilgisi verilen mikroorganizma süspansiyonuna karşılık mikroorganizma sayısındaki azalma testinin sonuçlarını göstermektedir. Boyatürk 97
Şekil 1. Mikroorganizma Sayısını Ölçme Testi: MIT/BIT/BDA ve MIT/BIT Bu test sonuçları ışığında Schülke kutu içi koruyucusunun boya ve kaplama ürünlerinin üretim prosesi esnasında kullanımıyla ilgili yepyeni bir yaklaşım geliştirdi: koruyucunun ilavesi ile ilgili tavsiye edilen sıralama (bkz. Şekil 2). BIT, MIT ve BDA kombinasyonu, herhangi bir yapıştırıcı veya macun sisteminin üretim prosesinde proses suyuna ilk bileşen olarak ilave edilir. Hızlı aktivite özelliği proses suyunda ve kirlenme riskinin olduğu tüm hammaddelerde mikro-biyolojik üremeden kaynaklanan bozulmaların oluşmasının önüne geçer. 98 Aralık / Ocak 2015
Sonuç olarak, mikrobiyolojik kontaminasyon riski tüm üretim prosesi boyunca azaltılmış olacaktır. Uzun süreli koruma sağlayabilen ve hızlı aktivite özelliğinde olan bir biyosit daha güvenli üretim prosesleri ve çok iyi bir şekilde korunmuş nihai ürün elde edilmesine olanak sağlar. BDA, MIT ve BIT arasındaki belirgin sinerjik etki sayesinde daha düşük kullanım oranı, işletmelerdeki kirlenme sorunu nedeniyle oluşabilecek olan duraksama ve nihai ürünlerin geri çağrılma riskinin düşürülmesi, hammaddeler ve enerji üretimi bakımından tasarruf sağladığı gibi müşterilerin katma değer elde etmesini de sağlamaktadır. Yukarıda belirtildiği üzere, MIT, BIT ve BDA kombinasyonunun mikroorganizmalara karşı farklı yollarla etki etmesi nedeniyle sinerjik nitelikte olduğu tespit edildi. N,S- Kompoundlar molekül grubunun temsilcisi olan MIT ve BIT iki dengeli elektrofildir. Elektrofilik karakterleri sayesinde bu moleküller amino asit Sistein deki (proteinleri oluşturan amino asitler) thiol gruplarıyla reaksiyona girer. Bakteri ve küflerin reaksiyon merkezinde bulunan en az 4 adet çok önemli enzim Sistein taşımaktadır. Eğer bu enzimlerle reaksiyon gerçekleşirse, mikroorganizma üzerinde kalıcı bir hasar oluşabilir. İzotiazolonların aktif olarak hücre içerisine taşındıkları ve burada sadece reaksiyona girmekle kalmayıp fonksiyonel grupları sayesinde hücre moleküllerinde çapraz bağlama yaparak hücrenin metabolik dengesini ve yapısını da yok ettikleri ispatlanmıştır. Elektrofil aktif moleküllerin yanı sıra uzun zincirli alkilamin olan BDA yapısındaki aminler membran aktifi (lytic) ile reaksiyona girer ve dış hücre duvarına zarar vererek membranın geçirgenlik özelliğini değiştirir; böylece, osmotik dağılma gerçekleşir. Bunun yanında, bu dağılma MIT ve BIT gibi diğer aktiflerin zayıflamış olan hücrenin içine girmesine olanak sağlar. Bu açıklamalar ışığında, DGHM ye (Alman Hijyen ve Mikrobiyoloji Kurumu) bağlı olarak MIC değerleri testleri gerçekleştirildi; Kull, Eisman, Sylwetrowitz ve Mayer(1961: 538-541) tarafından açıklanan metottaki formül kullanılarak sinerjik etki saptandı. Şekil 2. Kutu içi koruyucuların kullanımında yeni yaklaşım QA = A komponentinin % üründeki konsantrasyonu, tek başına etkisi, kesme noktası oluşturan (A komponentinin MIC değeri), Qa = A komponentinin % üründeki konsantrasyonu, karışım içerisinde etkisi, kesme noktası oluşturan, QB = B komponentinin % üründeki konsantrasyonu, tek başına etkisi, kesme noktası oluşturan (B komponentinin MIC değeri), Qb = B komponentinin % üründeki konsantrasyonu, karışım içerisinde etkisi, kesme noktası oluşturan. Tablo 2. MIT, BIT ve BDA nın değişik aktif kombinasyonları için MIC değerleri Bu hesaplamalara istinaden; eğer SI (Synergy Index) birden büyük ise antagonist etki belirtilir. Eğer toplam bire eşit ise ilave gerekliliğini belirtir. Ancak eğer SI birden küçük ise sinerjik etkinin varlığını gösterir; SI değeri düştükçe sinerjik etki artar. Tablo 2 deki verilere göre, MIT, BIT ve BDA kombinasyonunun gerçekten de sinerjik olduğu görülür. MIT, BIT ve BDA kombinasyonunun performansını ispatlamak için ilave testler gerçekleştirilmiştir. Su bazlı formülasyonların mikrobiyolojik bozulmalara karşı olan duyarlılığını ve kullanılan kutu içi koruyucu sisteminin koruma etkinliğini saptamak amacıyla challenge test (koruyucu testi) uygulanmıştır. Bu testte koruyucu içermeyen numunelere test edilmek istenilen koruyuculardan farklı konsantrasyonlar ilave edilir. Koruyucusuz numune de üremenin kontrolü amacıyla test edilir. Koruyucuların ilavesinden iki gün sonra test numunelerine, mevcut olan mikroorganizma kokteylinden (0.2 ml, titre 1010 cfu/ml) ekim yapılır. Ve bundan sonrasında değerlendirmeler yapılarak haftalık olarak test numunelerine tekrar ekimler yapılır. Bakteri karışımı şunlardan oluşur: Kocuria rhizophila (ATCC 9341), Staphylococcus aureus (ATCC 6538), Enterobacter gergoviae (ATCC 33028), Escherichia coli (ATCC 100 Aralık / Ocak 2015
11229), Klebsiella pneumoniae (ATCC 4352), Pseudomonas aeruginosa (ATCC 9027), Pseudomo-nas fluorescens (ATCC 17397), Pseudomonas putida (ATCC 12633). Kullanılan mayalar: Candida albicans (ATCC 10231), Aspergillus brasiliensis (ATCC 16404). Kullanılan Küf: Pen-icillium funiculosum (ATCC 36839). Test numunelerine her hafta ekim yapılır ve yine her hafta agar plakaları (bakteriler için tryp-tone-soya-agar (TSA) ve maya-küf için sabouraud-dextrose-agar (SA)) kullanılarak döngü tamamlanır. İlk döngüde (sterilite testi) ön kirlenmenin ne kadar fazla olabileceğini görmek amacıyla TLSH nötrleştiricisinin olduğu ve olmadığı agar plakaları kullanılır. 25 C de üç günlük inkübasyon sonrasında mikrobiyolojik üremenin oluşup oluşmadığının analizi yapılır. Nihai ürün emniyeti açısından negatif sonuç veren numuneler iki gün daha incelenir ve tekrar teste tabi tutulur. Farklı ürün konsantrasyonlarının koruma etkisi den başlayarak +, ++ ve +++ gibi yarı kantitatif değerlendirmeler yapılarak tespit edilir. Mikrobiyolojik üreme bakteri, maya ve küfler açısından incelenir. Genel olarak test maksimum altı hafta boyunca devam eder; dolayısıyla en fazla altı ekim yapılır. Üremenin +++ olduğu durumlarda test sona erdirilir. Sonuçlar MIT, BIT ve BDA kombinasyonunun %0,15 i challenge test (koruyucu testi) süresinde koruma sağladı, diğer taraftan MIT ve BIT kombinasyonu aynı oranda 3 döngü (hafta) sonrasında orta ölçekli bakteri ve küf üremesi gösterdi. Tablo 3. Dispersiyon boyası için challenge test (koruyucu testi), bakteri, maya ve küf kokteyli kullanılarak ekim yapıldı. Özet N,S-Kompoundları ve uzun zincirli alkilaminlerin mikroorganizmalara karşı farklı yollarla etki etmesi sebebiyle, Benzisothiazolone (BIT), methylisothiazolinone (MIT) ve bis(3-aminopropyl)dodecylamine (BDA) kombinasyonunun sinerjik etki sağladığı kanıtlanabilir. Sinerjik etki kullanım oranının düşürülmesine neden olmakla birlikte, BDA sayesinde hızlı aktivite sağlar ve MIT, BIT ve BDA kombinasyonu sayesinde de uzun süreli koruma sağlar. Bunlara ilave olarak da VOC veya AOX içermeyen ürün/ formül talepleri için de bir alternatiftir. Daha az kaynak kullanarak üretim proseslerinin ve nihai ürünlerin ekolojik ve emniyetli bir şekilde iyileştirilmesi, sürdürülebilirliğin tüm tedarik zinciri boyunca garanti altına alınabilmesi açısından çok anlamlıdır. Bu sürdürülebilir yaklaşımımızın proses ve ürün hijyeni açısından BIT ve MIT veya formaldehitler ve formaldehit donörleri gibi genel biyosit kombinasyonlarına karşılık çok net bir şekilde alternatif olduğunu göstermek amacıyla birçok test yaptık. MIT-BIT-BDA kombinasyonu olan parmetol MBX, günümüzün ve yarının ihtiyaçlarına çözüm sunan yeni nesil bir koruyucudur. Referanslar 1. Siegert, W.; Gückel, A. and Carstens, S. 2011, June: 35-40, International Journal for Applied Science. 2. Roden, K. The Preservation of Personal Care Products 2009, Society of Cosmetic Sci-entists (Singapore). 3. Kull, F. C.; Eisman, P. C.; Sylwestrowicz, H. D. and Mayer, R. L. Applied Microbiology. 1961, 9:538-541. 4. Paulus, W. Directory of Microbicides for the Protection of Materials: A Handbook 2005, Kluwer Academic Publishers. 102 Aralık / Ocak 2015