Interrupts werden nicht explizit abgeschaltet, aber ein Teil der TWI-Verarbeitung geschieht in einem Interrupt-Handler, während dessen keine andere Interrupt-Services aufgerufen werden. Deswegen geht aber ein eintreffender Hardware-Interrupt nicht verloren, er wird einfach später ausgeführt. Ein Problem entsteht erst dann, wenn die Interrupts so schnell eintreffen, dass während der Abarbeitung eines TWI-Events zwei Flanken auftreten, dann geht eine davon verloren. Wenn das Timing der Anwendung allerdings so knapp ist, dann sollte man sowieso auf einen schnelleren Prozessor wechseln, denn dann dürfte auch der Timer-Interrupt grosse Probleme bereiten.
Grundsätzliche Probleme der I2C-Hard- oder Software auf der Arduino-Plattform wären mir nicht bekannt. Der Tiny ist etwas heikler, aber dort ist auch keine dedizierte I2C-Hardware vorhanden.
Wie äusserten sich denn die Probleme in Deinem konkreten Fall?