Исследование устойчивости полимерных материалов на основеакрилатов к действию микроскопических грибов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Биология

Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2013, № 6 (1), с. 142-145

УДК 579.66

ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ АКРИЛАТОВ К ДЕЙСТВИЮ МИКРОСКОПИЧЕСКИХ ГРИБОВ

© 2013 г. Н.А. Аникина, В.Ф. Смирнов

Нижегородский госуниверситет им. Н.И. Лобачевского

biodeg@mail.ru

Поступила в редакцию 20.09.2013

Изучена устойчивость различных материалов на основе акрилатов к действию микроскопических грибов. Выявлены грибостойкие и негрибостойкие композиции. Проведена сравнительная оценка гри-бостойкости составов рецептур исследуемых материалов. Выявлены грибы - наиболее активные био-деграданты акриловых композиций. Показано несовершенство стандартных лабораторных испытаний на грибостойкость.

Ключевые слова: грибостойкость, лакокрасочные материалы, органические стекла, микроскопиче-

ские грибы, методы испытаний.

Введение

Полимерные материалы на основе акрилатов (органические стекла, лакокрасочные материалы) находят широкое применение в промышленности и строительстве. В условиях повышенной влажности и температуры, данные материалы способны подвергаться микробиологическим повреждениям, главным образом плесневыми грибами. Рост плесени происходит вследствие того, что последние используют данные материалы в качестве источника питания; рост также возможен за счет находящихся на поверхности внешних загрязнений [1]. В случае лакокрасочных покрытий решающее значение для их микробиологической стойкости имеет состав пленкообразующего полимера и физические свойства полученной из него пленки покрытия (набухаемость, твердость, пористость, гидрофобность и др.) [2]. Разрушение материалов происходит как в результате механического воздействия мицелия плесневых грибов, так и под влиянием метаболитов, выделяемых микромицетами в процессе их жизнедеятельности [3, 4].

Биоповреждение материала сопровождается изменением декоративных и физико-химических свойств покрытия, а также изменением технических характеристик изделий, в которых они используются [2]. Процесс биоповреждений наблюдается в условиях транспортировки, хранения и эксплуатации изделия. Отмечено большое влияние на микробиологическую стойкость ЛКП таких внешних факторов, как солнечная радиация, колебания температуры и влажности воздуха, загрязнение поверхности пылью и солями, воздействие различных газов

и др. Эти факторы способствуют процессам старения и подготавливают питательную среду для микроорганизмов. Микробиологическим повреждениям ЛКП благоприятствуют также нарушения технологий нанесения покрытий и требований по уходу за ними в процессе эксплуатации.

В настоящий момент практически нет абсолютно биостойких полимерных материалов на основе акрилатов. В зависимости от их химического состава и структуры можно говорить лишь о более или менее устойчивых к биоповреждениям композициях [5, 6].

В связи с этим цель настоящего исследования - изучение устойчивости к действию микроскопических грибов различных материалов на основе акрилатов.

Экспериментальная часть

В качестве объектов исследования использовались следующие материалы: органические

стекла на основе сополимеров метилметакрилата, метакриловой кислоты и и-хлорфенилметакри-лата, акриловые дисперсии Лакротэн Э-21 (сти-рол-акриловая) и Лакротэн Э-31 (акриловая), эмульсии Латакрил ЗМ-1 (сополимер бутилак-рилат-метилметакрилат-метакриловая кислота), Латакрил АФ (сополимер бутилакрилат-метилметакрилат-стирол-метакриловая кислота), фасадная краска ВД-АК-111. Образцы для исследования были предоставлены ООО «Акро-Синтез» и НИИ полимеров (г. Дзержинск).

Испытания на устойчивость образцов к действию плесневых грибов проводили по ГОСТу 9.050-75 «Покрытия лакокрасочные» (метод 1) для лакокрасочных материалов и по ГОСТу

Таблица 1

Грибостойкость ряда лакокрасочных материалов____________________________

Вид микромицета Исследуемые материалы

Лакротэн Э-21 Лакротэн Э-З1 Латакрил АФ Латакрил ЗМ-1 Фасадная краска ВД-АК-111

Penicillium brevicompactum 2 2 2 З 1

Penicillium funiculosum З З З З 0

Aspergillus terreus З З З З 2

Penicillium chrysogenum 2 1 З 2 1

Fusarium moniliforme 2 З 2 З 1

Trichoderma viride 1 1 2 2 1

Penicillium ochro-cholon 1 1 2 2 1

Aspergillus niger 2 2 2 1

Alternaria alternata 1 2 З З 2

Aspergillus ustus 1 2 2 2 1

Penicillium martensii 2 З 2 1

Gliocladium virens 1 1 2 2 0

Ассоциация грибов 1 2 2 2 1

9.049-91 «Материалы полимерные и их компоненты. Методы лабораторных испытаний на стойкость к воздействию плесневых грибов» (метод 1) для органических стекол [7, 8]. Сущность методов заключается в выдерживании покрытий в условиях оптимального развития грибов на образцах с последующей оценкой грибо-стойкости. Метод 1 устанавливает оценку гри-бостойкости покрытий по интенсивности развития плесневых грибов в условиях, исключающих дополнительный источник питания.

Образцы выдерживались в условиях оптимального развития грибов (температура (29 ± ± 2)оС и влажность более 90%) на образцах с последующей оценкой грибостойкости. Срок испытания - 28 суток. Материал считается грибостойким, если по методу l получает оценку 0-2 балла.

В качестве тест-культур по ГОСТу 9.050-75 «Покрытия лакокрасочные» использовались следующие виды грибов: Aspergillus niger van Tieghem, Aspergillus terreus Thom, Alternaria al-ternata (Fr.) Keissler, Fusarium moniliforme Sheldon, Penicillium brevicompactum Dierckx, Penicil-lium chrysogenum Thom, Penicillium funiculosum Thom, Penicillium ochro-chloron Biourge, Penicillium martensii Biourge, Trichoderma viride Pers.ex Fr., Aspergillus ustus (Beim) Thom et Church, Gliocladium virens Miller.

По ГОСТу 9.049-91 «Материалы полимерные и их компоненты. Методы лабораторных испытаний на стойкость к воздействию плесневых грибов» использовались следующие виды грибов: Aspergillus niger van Tieghem, Aspergillus terreus Thom, Aspergillus oryzae Cohn, Chaeto-mium globosum Kunze, Paecilomyces variotii Bainier, Penicillium funiculosum Thom, Penicillium chrysogenum Thom, Penicillium cyclopium Westling, Trichoderma viride Pers.ex Fr.

По окончании испытаний образцы осматривали невооруженным глазом в рассеянном свете при освещенности 3000 лк и при 56-кратном увеличении. Грибостойкость образцов оценивалась по интенсивности развития грибов на образцах по 6-бальной шкале ГОСТа 9.048-75.

Результаты и их обсуждение

Результаты исследования образцов лакокрасочных материалов (ЛКМ) на грибостойкость представлены в табл. 1.

Согласно стандартным лабораторным испытаниям, грибостойкость образцов оценивается по устойчивости к действию ассоциации грибов. В этом случае все ЛКМ обладают грибостойкими свойствами. Однако при испытаниях устойчивости к отдельным видам грибов было показано, что данными свойствами обладает только фасадная краска ВД-АК-111.

Установлено, что наиболее активными био-деградантами акриловых эмульсий являются грибы Fusarium moniliforme, Aspergillus terreus, Penicillium funiculosum. При испытании же ЛКМ в жидком виде отмечался рост на них грибов A. terreus, P. funiculosum, Trichoderma viride, Gliocladium virens. При этом было отмечено, что микромицеты наиболее интенсивно разрушают эмульсии, в то время как лакокрасочные покрытия разрушаются в меньшей степени. Согласно данным таблицы, эмульсии Латакрил ЗМ-1 и Латакрил АФ более подвержены процессу биодеградации микроскопическими грибами по сравнению с акриловыми дисперсиями Лакротэн Э-21 и Лакротэн Э-31. Такое различие в действиях грибов-деструкторов, согласно нашим предположениям, связано с составом исследуемых композиций, а именно - с качественным и количественным соотношением исходных ингредиентов.

Таблица 2

Устойчивость органических стекол различного состава к действию микромицетов___________________

Вид микромицета Состав органических стекол

Полиметил- метакрилат Сополимер полиметилметакрилат-метакриловая кислота-n-хлорфенилметакрилат Сополимер полиметилме-такрилат-метакриловая кислота

Chaetomium globosum 2 З 4

Penicillium funiculosum 2 З 4

Aspergillus terreus 4 З З

Penicillium chrysogenum З З 4

Penicillium cyclopium З З 4

Trichoderma viride 2 З З

Aspergillus oryzae 4 З З

Aspergillus niger 1 1 1

Paecilomyces variotii 4 4 З

Ассоциация грибов 4 2 2

Была также исследована устойчивость органических стекол различного состава к действию микромицетов.

Согласно данным, представленным в табл. 2, среди органических стекол негрибостойкой оказалась только рецептура полиметилметакрила-та. Однако отдельные виды грибов, как и в случае акриловых эмульсий, легко используют данные материалы в качестве источника питания. В наибольшей степени на данных материалах отмечался рост грибов Paecilomyces variotii, Р. chrysogenum. Стоит отметить, что по сравнению с эмульсиями процессы биодеструкции органических стекол идут более активно, и после стандартных испытаний интенсивность роста некоторых грибов по шкале ГОСТа 9.048-75 составила 4 балла (невооруженным глазом виден рост грибов, покрывающих менее 25% испытываемой поверхности). Так же, как и в случае ЛКМ, различная степень поражения, по нашему мнению, связана с составом исследуемых материалов.

Таким образом, грибостойкость различных акриловых материалов отличалась при испытаниях по отношению к отдельным и ассоциативным видам грибов. Так, большинство исследуемых акрилатных композиций при действии на них ассоциативной культуры проявили грибостойкие свойства, тогда как по отношению к отдельным видам грибов грибостойкость существенно снижалась. Это еще раз указывает на несовершенство стандартных лабораторных испытаний на грибо-стойкость. В ассоциативной культуре не учитывается антагонизм грибов, то есть способность одних видов подавлять рост других, в том числе и тех, которые способны использовать данные материалы в качестве источников питания.

Заключение

В ходе исследования устойчивости к действию микроскопических грибов акриловых ком-

позиций различного состава было показано, что большинство из них подвержено микробиологическому повреждению грибами и являются источниками питания для последних. Наиболее активные грибы-биодеграданты материалов на основе акрилатов: АЫетапа altemata, А. terreus, Р. Funiculosum в отношении акриловых эмульсий и лакокрасочных материалов, Paecilomyces variotii, Р. Chrysogenum в отношении органических стекол.

Согласно данным, полученным в ходе этих исследований, различные материалы на основе акрилатов нуждаются в дополнительной защите от микробиологических повреждений, что можно осуществить введением дополнительных биоцидных добавок, либо изменением качественных и количественных соотношений исходных ингредиентов.

Список литературы

1. Смирнов В.Ф., Семичева А.С., Ерофеев В.Т., Морозов Е.А. Защита лакокрасочных материалов и покрытий от биоповреждений // Лакокрасочные материалы и их применение. 2003. № 9. С. 21-25.

2. Ильичев В.Д. Биоповреждения. М.: Наука, 1987. 352 с.

3. Кулик Е.С. Биостойкость лакокрасочных покрытий // Биоповреждения в строительстве. М.: Стройиздат, 1994. С. 276-290.

4. Ковальский Ю.В. Микробиологическая оценка стойкости лакокрасочных покрытий для условий биотехнологического производства // Тез. докл. конф. «Биоповреждения в промышленности». В 2 ч. Пенза, 1994. Ч. 1 С. 35-37.

5. Ерофеев В.Т., Смирнов В.Ф., Завалишин Е.В., Смирнова О.Н. Исследование биологической стойкости лакокрасочных покрытий на основе композиций, содержащих жидкое стекло // Лакокрасочные материалы и их применение. 2003. № 12. С. 37-39.

6. Смирнова О.Н., Семичева А.С., Тарасова Н.А. Определение устойчивости акриловых эмульсий и материалов на их основе к воздействию микроорганизмов и поиск средств их защиты от биокоррозии //

Тез. докл. конф. «Биоповреждения в промышленности». В 2 ч. Пенза, 1994. Ч. 1. С. 28-30.

7. ГОСТ 9.050-89. Покрытия лакокрасочные. Методы лабораторных испытаний на стойкость к воздействию плесневых грибов. М.: Изд-во стандартов, 1989.

8. ГОСТ 9.049-91. Материалы полимерные и их компоненты. Методы испытаний на микробиологическую устойчивость, единая система защиты от коррозии и старения материалов и изделий. М.: Изд-во стандартов, 1992.

A STUDY OF RESISTANCE OF SOME ACRYLIC POLYMERS TO MICROSCOPIC FUNGI

N.A. Anikina, V.F. Smirnov

Resistance of some acrylic polymers to microscopic fungi has been studied. Fungus-resistant and nonresistant compositions have been identified. A comparative evaluation of material compositions according to fungal resistance has been carried out. The most active fungi-biodegradants of acryl compositions have been found. Some drawbacks of standard laboratory tests for fungal resistance are pointed out.

Keywords: fungal resistance, paint-and-lacquer materials, organic glasses, microscopic fungi, test methods.