Biocides and other antibacterial materials in polymerization process for contact binders

Abstract

The theoretical part of the thesis introduces microbiological life and microbial control in water borne polymer dispersion in general. This section covers the most common biocides in use and the factors that influence their activity. The theory section also introduces laws and regulations governing the use of biocides and presents some "new generation" green antimicrobial materials.

In the experimental part, the interaction between microbiological activity, the use of biocides and chemical variables in the preparation of polymer dispersion was investigated. In addition, the suitability of two antimicrobial biocidal products for the preservation of water borne dispersions was investigated. The antimicrobial products were chosen on the basis that chitosan is a purely biobased product. Chlorhexidine digluconate (CHX) was selected on the basis of other interesting research findings. In this thesis the following research methods were used: 1) measurement of cellular ATP content by luminometry, 2) Easycult assay, 3) biocide supplier stress tests, and 4) biocide and VOC concentration chromatographic assays.

Based on the results obtained it was found that different chemical variables influenced the function of the biocides. For example, the changes in pH significantly affected the stability of a particular polymer dispersion and the ratio of redox chemicals significantly affected the degradation of the biocidal products. In addition, chitosan and chlorhexidine digluconate act as antimicrobial agents at low bacterial concentrations. At high bacterial concentrations, these agents did not protect the polymer dispersion products from the microbial contamination.

Diplomityön teoriaosassa perehdytään mikrobiologiseen elämään ja mikrobitorjuntaan polymeeridispersioliuoksissa yleisellä tasolla. Osiossa käydään läpi yleisimmät käytössä olevat biosidit sekä niiden aktiivisuuteen vaikuttavia tekijöitä. Teoriaosassa sivutaan myös biosidien käyttöä sääteleviä lakeja ja asetuksia sekä esitellään muutamia ”uuden sukupolven” vihreitä antimikrobiaalisia materiaaleja.

Työn kokeellisessa osuudessa tutkittiin mikrobiologisen aktiivisuuden, biosidien käytön sekä kemiallisten muuttujien välisiä vuorovaikutuksia polymeeridispersion valmistuksessa. Lisäksi työssä selvitettiin kahden antimikrobiaalisen biosidivalmisteen soveltuvuutta dispersiotuotteiden säilyttämiseen. Tutkimuksessa käytetyt antimikrobiaaliset valmisteet valittiin sillä perusteella, että kitosaani on puhtaasti biopohjainen tuote. Chlorhexidine digluconaatti (CHX) valikoitui sen ajatuksen pohjalta, että mahdollisesti löydettäisiin uuden tyyppinen säilöntäaine emulsiopolymeereille. Työssä käytettiin seuraavia tutkimusmenetelmiä 1) solujen ATP-pitoisuuden mittaus luminometrialla, 2) Easycultmääritys, 3) Biosiditoimittajien tekemät rasitustestit ja 4) Biosidi- ja VOC-yhdisteiden kromatografiset pitoisuusmääritykset.

Saatujen tulosten perusteella voitiin havaita, että eri kemialliset muuttujat vaikuttivat biosidien toimintaan. Esimerkiksi pH:n muutos vaikutti polymeeridispersioiden säilyvyyteen. Samoin redox kemikaalien suhteella havaittiin olevan merkitystä biosidien säilyvyyteen. Lisäksi havaittiin että kitosaani ja chlorhexidine digluconaatti toimivat antimikrobiaalisina aineina alhaisilla bakteeripitoisuuksilla. Suurilla bakteeripitoisuuksilla nämä aineet eivät suojanneet polymeeriemulsiotuotteita mikrobikontaminaatioilta.