CC BY
520
Е. Л. Пехташева, А. Н. Неверов, Г. Е. Заиков,
С. А. Шевцова, Н. Е. Темникова
БИОПОВРЕЖДЕНИЯ И ЗАЩИТА ДРЕВЕСИНЫ И БУМАГИ
Ключевые слова: древесина, бумага, биозащита, биоповреждения, покрытия, грибы, насекомые.
Рассмотрены проблемы повреждения древесины и бумаги грибами и насекомыми. Обсуждаются вопросы защиты древесины и бумаги от биоповреждений. Одним из направлений в области производства биостойкой бумаги является использование полимерных материалов для создания покрытий на листах бумаги.
Keywords: wood, paper, biosecurity, biological damage, coatings, fungi, insects.
The problems of damage of the wood and paper by fungi and insects are considered. The problems of protection of wood and paper against biological damage are discussed. One of the trends in the production of biostable paper is the use ofpolymeric materials for coatings on sheets ofpaper.
1. Древесина
Ранее была изучена биостойкость металлов и хлопковых волокон [1, 2]. В этой статье внимание будет уделено древесине и бумаге.
Древесина наряду с металлами и силикатными материалами (бетон, кирпич) составляет группу самых распространенных материалов, применяемых человеком. Однако в отличие от металлов и силикатных материалов, являющихся неорганическими веществами, древесина, будучи органическим материалом природного происхождения, служит источником углеродного питания для многих живых организмов. Утилизирующие древесину организмы являются источником биоповреждений деловой древесины, деревянных построек, мебели и других изделий из древесины [3-7].
Древесина является универсальным сырьем для производства многих товаров, ее используют на транспорте, в горнодобывающей, угольной, бумажной, лесохимической промышленности. В строительстве потребляется около 50 % всей ежегодно заготовляемой древесины в виде круглого леса, пиломатериалов, фанеры, различных плит и других изделий, элементов и конструкций. В нашей стране древесина широко используется для изготовления тары.
Широкое применение древесины основано на ее положительных свойствах: легкости обработки, высокой прочности, возможности длительной эксплуатации в сухой среде, красивом внешнем виде и др. Основными недостатками древесины являются горючесть, загнивание, повышенная гигроскопичность, а также повреждаемость ее насекомыми.
Различные породы древесины имеют не только неодинаковый химический состав (основу составляет целлюлоза), но и различаются по структуре, плотности, прочности волокон и другим свойствам, которые оказывают влияние на биостойкость материала.
Химический состав абсолютно сухой древесины составляют следующие элементы (в %): С - 4 9,5 %;
Н - 6,3 %; О + N - 44,2 %, а также минеральные вещества, главным образом соли кальция в количестве 0,2-
1,7 %.
Древесина хвойных и лиственных пород состоит из годичных концентрических колец, которые хорошо различимы благодаря образованию весенней менее
плотной и более темной древесины и осенней древесины.
Основными элементами макроструктуры древесины являются сердцевина, ядро (у ядровых пород) - темноокрашенная центральная часть и заболонь - светлая, прилегающая к коре часть, корковый слой. Древесина хвойных пород имеет более простое строение, чем лиственных, но отличается наличием смоляных ходов.
Сердцевина представляет собой рыхлую ткань, состоящую из клеток с тонкими слабо связанными друг с другом стенками. У спиленного дерева эта самая слабая часть ствола нередко крошится и легко загнивает.
Ядро - внутренняя часть ствола, образующаяся по мере роста дерева, когда внутренняя, наиболее старая часть древесины ствола отмирает, проводящая и запасающая системы перестает функционировать, а клетки уплотнятся. Движение влаги по этим клеткам прекращается, поэтому древесина ядровой части отличается прочностью и биостойкостью. Некоторые древесные породы, например, береза, клен, ядра не имеют.
Заболонь состоит из более молодой древесины, окружающей ядро. По живым клеткам заболони растущего дерева перемещается влага с растворенными в ней питательными веществами. Древесина заболони имеет большую влажность, низкую биостойкость.
Древесина состоит из растительных клеток, имеющих разную форму и выполняющих при жизни дерева те или иные функции: трахеиды - сосуды, являющиеся элементами проводящей системы; паренхима, служащая местом отложения запасных питательных веществ (крахмал, жирные масла, сахара и др.); волокна либриформа, выполняющие механическую функцию.
Растительные клетки отличаются у хвойной и лиственной древесины. Древесина хвойных деревьев состоит на 90-95% из трахеид. Весенние тра-хеиды имеют тонкие стенки, поры и широкие полости и являются водопроводящими элементами. Осенние трахеиды представляют собой толстостен-
ные образования с меньшим числом пор и полостей. Они выполняют механическую и запасающую функции. Паренхима хвойных пород составляет 4-10% общей массы. Эти клетки относительно небольших размеров, с тонкими стенками и большим числом утонче-ний.С другими клетками они сообщаются через поры.
Древесина лиственных пород устроена сложнее. Лиственные деревья имеют более твердую древесину. Механическая прочность лиственной древесины обеспечивается специальными клетками - волокнами либриформа и волокнистыми трахеидами..
Известно, что древесина многих лиственных пород по сравнению с таковой хвойных, имеет более низкую природную биостойкость. Чем выше естественная биостойкость, тем меньше требуется дополнительной химической защиты. Среди пород древесины выделяют группы - биостойкие, средней стойкости, малостойкие и небиостойкие.
К биостойким относят: тисс, можжевель-ник,сосну, ясень, ядро лиственницы и дуба;
к среднестойким - ель, кедр, пихту, заболонь лиственницы, ядро березы;
к малостойким - вяз, клен, заболонь березы и
дуба;
к нестойким - осину, липу, ольху.
Основными агентами биоповреждений древесины являются развивающиеся на древесине микроскопические грибы (деревонаселяющие), насекомые. В умеренных широтах на долю поражений грибами приходится около 90 % всех биоповреждений древесины. Биоповреждение древесины происходит в основном в результате использования грибами и насекомыми в качестве источника питания целлюлозы, лигнина и других компонентов древесины. Бактерии по сравнению с грибами и насекомыми, непосредственно разрушающими волокна древесины, причиняют меньший ущерб и оказывают косвенное повреждающее действие [8-12].
Среди грибов, вызывающих биоповреждения древесины, выделяют три основные группы:
• грибы поверхностной плесени (плесневые);
• деревоокрашивающие;
• дереворазрушающие.
Грибы поверхностной плесени поселяются преимущественно на сырых бревнах, пиломатериалах, а также на различных загрязнениях древесины. Появление налета плесени - один из первых признаков, свидетельствующих о нарушении условий хранения или эксплуатации древесины и изделий из нее. Поверхностные плесени разрушают обычно паренхимные ткани заболони. Грибы родов Trichoderma, Cladosporium, Penicillium вызывают зеленоватое окрашивание различных оттенков, другие вызывают появление черных пятен - Aspergillus, Alternaria.
Деревоокрашивающие грибы развиваются часто на древесине при замедленной сушке. Они поражают пиломатериалы, конструкции, деревянную тару, окрашивают древесину в разные цвета. Одной из распространенных является синяя окраска (грибы "синевы"), встречается также желтая, оранжевая, коричневая и другие виды окраски. Деревоокрашивающие грибы имеют много общего с поверхностными плесенями. Как и плесневые грибы, они являются первичными засе-
ляющими древесину сапрофитными организмами, используют преимущественно запасы питательных веществ древесины и в меньшей мере ее структурные элементы, от которых зависят механические свойства древесины. В отличие от плесневых грибов деревоокрашивающие грибы глубоко проникают в заболонь древесины, вызывают глубокое окрашивание ее за счет пигмента, находящегося в гифах, и метаболитов, выделяемых мицелием.
Наибольший ущерб древесине причиняют дереворазрушающие грибы. К их числу относятся грибы родов Scrpula, Coriolus, Fomitopsis, Serpula, Chaetomium и др. Дереворазрушающие грибы разрушают структурные компоненты - клеточные стенки древесины. Они поражают живую древесину, влажные и сырые древесные материалы и изделия из них. Среди них имеются виды, лучше усваивающие целлюлозу, а также виды, которые усваивают и целлюлозу, и лигнин, и гемицеллюлозу.
Среди поражений древесины, вызываемых дереворазрушающими грибами, по окраске и характеру выделяют три типа гнили: белую, бурую и мягкую (умеренную). Грибы белой гнили разрушают прежде всего лигнин древесины, оставляя нетронутыми целлюлозу и участки твердой древесины.
Грибы бурой гнили предпочитают целлюлозу, оставляя после повреждения бурые участки древесины, которые от прикосновения легко рассыпаются в порошок. Бурая гниль бывает причиной разрушений деревянных конструкций и сооружений.
Имеется еще один тип биоповреждений древесины - ковровая гниль: мелкие очаги слабых разрушений древесины при таком типе гниения образуют на поперечном разрезе вид пестрого ковра из чередующихся серых, синеватых, коричневых и желтых пятен. Древесина, пораженная гнилью этого типа, легко проницаема для воды и при затяжных дождях может полностью увлажняться.
По степени разрушающего воздействия на древесину различают гнили деструктивного и коррозионного типа, различающиеся механизмом действия, который наглядно прослеживается при анализе динамики соотношения компонентов лигнин/целлюлоза. Так, для древесины сосны, пораженной деструктивной гнилью, характерно увеличение этого соотношения. Поражение древесины гнилью коррозионного типа приводит к относительному увеличению содержания целлюлозы, что сказывается на соотношении компонентов лигнин/целлюлоза. Этот показатель почти не изменяется у лиственницы или имеет тенденцию к понижению у сосны.
При поражении древесины гнилью происходит распад целлюлозы, лигнина, пентозанов, смол и жиров. В процессе разрушения в древесине значительно возрастает содержание водорастворимых веществ, а также веществ, растворимых в слабых щелочах, что является, очевидно, основными показателями деструкции. Плотность древесины в зависимости от стадии поражения снижается по сравнению со здоровой древесиной на 32 - 39 %.
Биоповреждения древесины, как правило, сочетаются со старением под действием погодных факторов, механических или других эксплуатационных нагрузок. Под влиянием периодических увлажнений, смены температуры, солнечного света и других факторов происходит разрыхление волокон поверхностного слоя древесины, повышение ворсистости (мацерация). Здесь скапливаются влага и пыль и создаются условия, благоприятные для развития спор грибов. Пораженная гнилью древесина легче впитывает воду. Имеющиеся трещины за счет усадки древесины расширяются. Замерзающая в трещинах вода усиливает разрушения, появляются сколы и осыпи заболони. Более уязвимым становится ядро древесины.
Помимо микроскопических грибов повреждение древесины вызывают насекомые. Хотя в целом ущерб, причиняемый древесине насекомыми, меньше, чем ущерб от грибов, в отдельных случаях и в некоторых районах жуки, и особенно термиты, настолько опасны, что требуют применения специальных мер защиты.
Не допускаются следующие пороки:
• наружная трухлявая гниль, при которой пораженная древесина легко распадается и растирается в порошок;
• заболонная гниль в виде пятен и полос более % площади;
• сучки табачные, в которых древесина полностью или частично заменена рыхлой массой табачного или белесого цвета, либо загнившие, имеющие мягкую гниль, занимающую более % площади разреза сучка;
• червоточины - ходы и отверстия, проделанные в древесине насекомыми (неглубокие, глубокие и сквозные), допускаются только поверхностные, глубиной не более 3 мм при условии заделки.
Защита древесины от биоповреждений
Защита должна осуществляться комплексно, включая мероприятия по профилактике биоповреждений, путем предотвращения увлажнения древесины, рационального использования ее природных защитных свойств, путем подбора соответствующих пород, разработки оптимальных конструктивных решений и, наконец, применения химических средств защиты - биоцидов (в практике защиты древесины их называют антисептиками).
Химическая защита древесины от биоповреждений осуществляется в случаях применения древесины в наиболее жестких условиях, например, при постоянном или периодическом контакте с почвой, влажной атмосферой воздуха и водой. Обработке биоцидами должно подвергаться около 5 - 10 % всей потребляемой в промышленных целях и строительстве древесины. В результате в несколько раз увеличивается срок службы изделий и сооружений. Так, например, при правильном применении антисептирования древесины срок службы стандартных деревянных домов может в среднем увеличиться с 15 до 50 лет.
В России сложилось положение, при котором потери древесины лесной и деревообрабатывающей промышленности на этапах, включающих заготовку,
хранение, транспортирование и переработку, доходят до 60 %, тогда как в технологически развитых странах, таких как Финляндия, Швеция они не превышают нескольких процентов.
В российской практике используется анти-септирование пилопродукции, поставляемой на экспорт, круглые лесоматериалы при этом практически не защищаются.
Антисептики для защиты древесины должны:
• защищать древесину от дереокраши-вающих и плесневых грибов и сохранять ее не менее двух месяцев;
• быть устойчивыми к атмосферным влияниям и не окрашивать древесину;
• обладать способностью проникновения в достаточном количестве в древесину на глубину не менее 0,5 мм;
• хорошо растворяться в воде;
• быть безопасными для рабочих и обслуживающего персонала;
• быть стойкими при хранении, не испаряться с выделением вредных веществ.
Водорастворимые антисептики - твердые сыпучие порошки, которые применяют в виде водных растворов, суспензий и паст.
Основные антисептики этой группы - бихромат натрия (калия), применяемый обычно в сочетании с сульфатом меди, а также фтористый и кремнефтористый натрий и аммоний, пентафлорфе-нолят натрия. Распространен препарат на основе оксида меди и хромового ангидрида - селькур. При пропитке им древесины на поверхности волокон образуется слой кислого хромата меди, который плохо растворяется в воде, этим обеспечивается предохранение от вымывания антисептика в процессе эксплуатации древесины.
Недостатком водорастворимых антисептиков является необходимость дополнительной операции по просушке древесины. Кроме того, просушка древесины сопровождается усадкой и образованием трещин.
Существует много способов защитной пропитки древесины антисептиками, которые можно разделить на две группы - пропитка путем погружения древесины в раствор; поверхностная обработка распылением антисептика, нанесение кистью.
При погружении древесины в жидкий антисептик происходит его проникновение в поры, трещины и щели. Плотную древесину с мелкими порами предварительно накалывают на специальных станках для увеличения поглощения антисептика. Пропитку осуществляют в ваннах, заполненных раствором антисептика, в котором выдерживают древесину. Более глубокую пропитку и лучшую защиту обеспечивает пропитка горячим растворителем, а затем холодным раствором антисептика. При нагревании находящийся в трещинах и порах древесины воздух расширяется и частично выходит. Благодаря вакууму, создающемуся в порах в результате
сжатия воздуха при охлаждении, холодный раствор антисептика глубоко проникает в поры.
Обычно защиту древесины от биоповреждений совмещают с защитой от возгорания. Для этого в состав препаратов наряду с антисептиками включают антипирены.
Защитной обработке антисептиками подвергают также некоторые материалы, изготавливаемые из древесины - фанеру, древесно-волокнистые и древесностружечные плиты и др. Антисептирование осуществляется путем добавления биоцида в состав клея, применяемого для склеивания листов шпона, или путем пропитки готового материала.
2. Бумага
Бумага - материал, состоящий преимущественно из продуктов переработки растительного сырья, в первую очередь целлюлозы, содержит в своем составе проклеивающие вещества, минеральные наполнители, химические и натуральные волокна, пигменты и красители. Масса 1 м2 бумаги может достигать 250 г. Бумагу, имеющую массу одного квадратного метра площади более 250 г, в России называют картоном [13-17].
Основным сырьем для производства бумаги и картона является древесина хвойных и лиственных пород. Растительное сырье перерабатывают в волокнистые полуфабрикаты - древесную массу и целлюлозу. Кроме древесной массы и целлюлозы в производстве бумаги и картона широко применяют вторичное сырье -макулатуру и тряпичную полумассу.
Производство бумаги и картона начинается со смешивания в определенной пропорции (композиции) волокнистых полуфабрикатов. Смесь измельчают и размалывают в воде с помощью специальной аппаратуры, превращая ее в бумажную массу.
Для придания бумаге пониженной впитывающей способности и пригодности для письма в бумажную массу вводят проклеивающие вещества (растительные и животные клеи, жидкое стекло, синтетические вещества и др.), а для улучшения структуры поверхности, белизны и других потребительских свойств -наполнители (каолин, тальк, гипс, мел и др.).
Завершают приготовление бумажной массы очисткой ее от грубых частиц минерального или органического происхождения, после чего бумажную массу в строго установленной концентрации подают на движущуюся плоскую сетку бумагоделательной машины. Бумажные волокна оседают на сетке и образуют бумажное полотно, а вода отфильтровывается и стекает.
Качество бумаги и картона характеризуется потребительскими свойствами, показатели которых регламентируются стандартами. Важнейшими из этих свойств являются состав по виду волокнистых полуфабрикатов, масса 1 м2, толщина, плотность, гладкость, степень проклейки, зольность, белизна и сорность. Бумага и картон также характеризуются прочностью на разрыв, линейной деформацией при увлажнении и высыхании, прозрачностью, воздухопроницаемостью и другими свойствами.
В зависимости от назначения бумагу подразделяют на ряд групп: бумага для печати; декоративная бумага; бумага для письма, машинописи, черчения и
рисования; электротехническая бумага; упаковочная и оберточная бумага; светочувствительная бумага; бумага для изготовления папирос и сигарет; промышленно-техническая бумага разного назначения и др.
Картон по назначению может быть переплетным, упаковочным, обувным, электротехническим и др.
В связи с тем, что бумага является материалом, получаемым в основном из природной целлюлозы, к тому же ее ресурсы весьма значительны, она может конкурировать в качестве питательного субстрата для микроорганизмов с другими природными полимерами. Ежегодно огромные массы потребительской бумаги повреждаются и разрушаются микроорганизмами, принося огромный ущерб.
Наряду с материальным ущербом от повреждения бумаги микроорганизмами, необходимо учитывать неподдающийся оценке ущерб, связанный с невосполнимой утратой важных для науки, искусства, истории культуры рукописных и печатных текстов.
В этой связи анализ возникновения биоповреждения бумаги и картона различного назначения, изучение механизма повреждения и видов микроорганизмов, вызывающих его, выявление факторов, способствующих и препятствующих развитию этого процесса, и изыскание защитных средств от повреждения микроорганизмами представляют собой важнейшую задачу, достаточно успешно решаемую современной наукой и практикой.
Биологические обрастания в целлюлознобумажной промышленности развиваются на технологическом оборудовании предприятий, в бассейнах и трубопроводах, содержащих жидкую бумажную массу. Суспензия целлюлозы и древесной массы, остатки варочных щелоков и экстракты из древесины при изготовлении древесной массы создают благоприятные условия для обильного развития микрофлоры. Эти обрастания формируются из бактерий и грибов и представляют собой рыхлую слизистую массу, покрывающую внутренние стенки оборудования. В толще обрастаний содержится также волокно и наполнитель, применяемый в производстве бумаги.
Скорость накопления обрастаний составляет 4 - 12 г абсолютно сухой массы на 1 м2 за сут. При массе около 100 - 150 г на 1 м2 обрастания срываются с поверхности. Срываясь в массный поток в процессе производства бумаги, они приводят к появлению грязных пятен и дыр в готовой бумаге, а также к обрывам полотна бумаги и связанному с этим снижению производительности оборудования.
Состав микрофлоры бумаги во многом обусловлен процессом ее изготовления, средой хранения и эксплуатации. Поэтому микроорганизмы, обитающие на бумаге и вызывающие ее повреждение, необходимо рассматривать в связи со сферой производства и окружения.
В бумажном производстве носителями микроорганизмов, вызывающих повреждение бумаги,
могут быть используемое сырье, оборудование, вода, воздух.
Все исходные сырьевые материалы отличаются обилием грибов и бактерий, причем видовой состав их весьма разнообразен. Каждый период производства бумаги также характеризуется разным видовым составом микроскопических грибов в зависимости от влажности и режимов производства.
Отличительной особенностью микроскопических грибов бумажного производства является их низкая устойчивость к неблагоприятным факторам, в частности к высоким температурам, поэтому микроорганизмы бумажной массы погибают во время обезвоживания бумажного полотна на сушильной машине при температуре 120 °С.
Таким образом, на поверхности бумаги непосредственно полученной в конце производства, грибы почти полностью отсутствуют, в дальнейшем попадают в процессе упаковки, хранения, во время транспортировки и переработки в изделия. Бактерии же сохраняются стойко на всех этапах производства. Особое место принадлежит спороносной бактерии Вас. subtilis.
Суспензия целлюлозы и древесной массы, остатки варочных щелоков и экстракты из древесины при изготовлении бумажной массы создают благоприятные условия для развития микроорганизмов. Обрастания, образуемые при этом формируются преимущественно из бактерий, в меньшей степени из грибов. Среди бактерий преобладает род Bacillus, например, термофильные варианты Вас. subtilis с оптимальной температурой развития +(45... 50) °С. При этом отмечено, что рост одних микроорганизмов может усиливаться под влиянием других. Например, бактерии подавляют рост отдельных грибов, тогда как отдельные виды грибов стимулируют рост друг друга.
В условиях хранения на бумаге в основном поселяются микроскопические грибы. Описаны многочисленные случаи поражения микроскопическими грибами полиграфической продукции как во время ее изготовления (например, специфическая микрофлора, присущая условиям переплетных цехов), так и при хранении книг в торговых помещениях.
Число микроорганизмов на поверхности бумажной продукции быстро увеличивается вследствие использования и гигиенического состояния окружающей среды. Так, например, на книгах, поступивших в библиотеку после пользования читателями, обнаружено примерно в четыре раза больше спор грибов, чем на бумаге новых поступлений экземпляров печатной продукции.
Видовой состав микрофлоры бумаги зависит и от материалов, находящихся с ней в контакте при хранении: химических волокон, натуральной, искусственной и синтетической кожи, лаков, красок, различных пластмасс, связующих.
Биостойкость бумаги зависит от многих факторов: вида и способа обработки волокон, состава и качества наполняющих и проклеивающих веществ, особенностей технологии производства, условий эксплуатации. Главным условием предохранения бумаги от воздействия микроорганизмов является соблюдение режима относительной влажности воздуха не выше 55 %.
Из огромного многообразия микроорганизмов, обитающих на бумаге, основная роль в ее разрушении принадлежит грибам и целлюлозоразрушающим бактериям разной видовой и родовой принадлежности. Так, например, в настоящее время перечень грибов, развивающихся на бумаге, составляет 308 названий из 132 родов.
В зависимости от степени повреждения изделий из бумаги и размера нанесенного ущерба грибы могут быть подразделены на пять групп:
• грибы, постоянно встречающиеся на бумаге и приводящие ее к полному разрушению (Afumigatus, А. tеггеш и т.д., всего 25 видов);
• грибы, постоянно встречающиеся на бумаге и вызывающие лишь некоторое нарушение ее текстуры (А. niger, А. Аауш' и т.д.);
• грибы, использующие отдельные неспецифические компоненты в бумаге - воск, парафин, асфальт, шерсть, каучук, синтетические полимеры и др. Состав грибов этой группы непостоянен и расширяется по мере использования новых соединений в составе бумаги (<Лёшт ёюхати и т.д.);
• грибы, присутствие которых на бумаге зависит от окружающей микрофлоры. Особенностью грибов этой группы является то, что иногда они преобладают над основными разрушителями бумаги;
• случайные представители грибов.
Бумаги различных видов, зараженные грибом РетсШшт оскгосЫогоп (часто обнаруживается на книгах), имеют разную биостойкость (табл. 1), которую оценивали по потере механической прочности, определяемой по числу двойных перегибов.
Воздействие грибов на бумагу представляет собой комплекс химических и биохимических процессов. При этом повреждение бумаги определяется не только использованием ее в качестве питательного субстрата, что в частности зависит от ее физических особенностей как капиллярно-пористой системы. В бумаге создаются неоднородные капиллярнопористые системы с дискретными очагами, благоприятными для возникновения поражения. Капилляры бумаги заполнены воздухом и водой. Влага, содержащаяся в бумаге, во многом определяет ее свойства, в том числе и биостойкость.
Так, при относительной влажности воздуха 30 - 40 % в целлюлозе практически отсутствует капиллярная вода и микроорганизмы в этих условиях не способны развиваться. При относительной влажности воздуха 55 - 65 % соотношение капиллярной и связанной воды близко - это своего рода переходная зона. При относительной влажности 70 - 75 % капиллярная конденсация воды обнаруживается в достаточно крупных капиллярах бумаги, это позволяет микроорганизмам прорастать и развиваться на бумаге.
В состав картона входят разнородные материалы, включающие пористые компоненты, легко аккумулирующие влагу. Влага является одним из основных факторов, определяющих проявление физиологического функционирования микромицетов на картоне. При ее наличии случайно попавшие на
картон споры грибов начинают прорастать. Постепенно рост и развитие грибов становится более интенсивным, охватывает поверхность и более глубокие слои материала. Мицелий гриба способен накапливать влагу и доступными для грибов становятся даже материалы с относительно малым влагосодержанием. Влага образуется и в результате физиолого-биохимической деятельности грибов. Картон превращается в коллоиднобиологическую систему, в которой капилляры очень часто бывают заполнены мицелием грибов, выделяющих в окружающую среду различные метаболиты, в том числе ферменты.
Таблица 1 - Грибостойкость разных видов бумаги
Для нормального развития грибов требуются определенное количество кислорода. Поэтому на их развитие положительное влияние оказывает повышенная пористость и воздухопроницаемость картона. Показано, что для развития грибов на картоне решающим фактором является не химический состав субстрата и его физико-химические свойства, а содержание капиллярной влаги, заполняющей поры волокон. Интенсивность разрушения картона особенно усиливается в при-
сутствии легко поражаемых продуктов, главным образом разного рода связующих, покрытий, кожи и др.
Процесс разрушения картона грибами тесно связан со способностью последних синтезировать ферменты, в первую очередь целлюлозоразрушающие. Целлюлоза, содержащаяся в картоне, при повышенной относительной влажности воздуха сильно гидратируется, что значительно увеличивает пора-жаемость картона. Процесс старения и деструкции картона сопровождается образованием низкомолекулярных продуктов и приводит к общему снижению его микробиологической стойкости, так как грибы, используя эти легко усвояемые вещества, начинают интенсивно функционировать и выделять в окружающую среду целый букет метаболитов, которые ускоряют деструкционный процесс волокон картона.
Микроорганизмы снижают качество бумаги различным образом. Микроскопические грибы, развивающиеся только на поверхности бумаги, оставляют разноокрашенные пятна. Так, гриб Pullularia pullulans сообщает бумаге светло-синий цвет, Trichoderma или Penicillium - зеленый, Cladosporium - темный.
Плесени, повреждающие целлюлозные волокна бумаги, разрушают их с поверхности, продырявливают бумагу, прорастая внутрь нее.
Необходимо отметить высокое содержание на картоне представителей рода Aspergillus, которые легче переносят термическую обработку и иногда их споры не погибают даже во время технологического процесса изготовления картона. Таким образом, создается потенциальная возможность поражения картона грибами рода Aspergillus сразу же после его изготовления.
От повреждения микроорганизмами должна быть защищена не только бумага в виде книг, документов, карт и других изделий, требующих долголетнего хранения. Достаточно биостойкими должны быть бумага и картон длительного хранения, предназначенные для упаковки различных товаров, особенно для пищевых продуктов и товаров, отгружаемых в тропики.
Высокой устойчивостью к воздействию микроорганизмов должна обладать бумага, используемая в кабельной промышленности для внешней изоляция кабеля; бумага и картон, используемые для упаковки туалетного мыла; бумага, применяемая для хранения различного обмундирования; специальная бумага, предохраняющая изделия от поражения их молью.
Развитие торговых, культурных, политических и экономических связей с зарубежными странами, расположенными в районах с жарким и влажным климатом, вызывает необходимость создания специальных видов бумаги и картона, не только устойчивых к повреждению грибами и бактериями, но и обладающих антимикробным действием, что позволит использовать такую бумагу для защиты от повреждения некоторых товаров при их хранении и эксплуатации. Например, таким свойством должны
г
а
у
б
са
о
т
с
ю £
ист рос и и
а в
= -
1 § а н ас ра О т
у
Н
рх
Я g
в о
а
т с ра О т
у
Хлопковая
Мелованная
Сульфитная
Низкая
Высо-
кая
Сред-
няя
5
2,3
Фильтроваль-
ная
Низкая
5,2
Газетная
Очень
низкая
5,5
Книжно -журнальная
Низкая
3,9
Коричне-
вый
Яркожелтый От бледно-
желтого, коричневого до фиолето вого Желтый, оранжевый, коричневый и зеленый споровый налет Бледно-оранжевый, темно-
зеленые точки Бледножелтый оранжевый, споровые налеты
Незначительно увеличивается Снижается
Увеличивает-
ся
Снижается
незначитель-
но
Снижается
незначитель-
но
Снижается
езначитель-
но
ин
обладать тонкая бумага типа папиросной для упаковки и защиты изделий из черных и цветных металлов от коррозии, коробочный картон для изготовления коробок для подшипников, направляемых в зарубежные страны и др.
В качестве защитных средств в борьбе с биологическими обрастаниями в бумажной промышленности предложено более 300 специально разработанных соединений. Однако практическое применение нашли немногие, так как биоциды для бумаги должны обладать определенными свойствами:
• растворяться в воде или образовывать стойкие водные эмульсии;
• не изменять свойств при температуре до +70 °С и в интервале кислотности среды (рН 4 - 7);
• не сорбироваться на целлюлозных волокнах и не связываться с ними химически;
• обладать высокой избирательной токсичностью для микроорганизмов обрастаний бумаги;
• не обладать высокой токсичностью для окисляющей микрофлоры биоочистных сооружений.
Свойства применяемых биоцидов должны быть стабильными и длительно сохраняться. Подбор таких соединений является трудной задачей. До настоящего времени не существует средства, которое соответствовало бы всем предъявляемым требованиям.
В качестве биоцидов, проявляющих достаточно высокие защитные действия, в нашей стране используют следующие соединения: силициланилид и различные его галоидо-производные, производные оксихино-лина (натриевая соль и др.), некоторые дисульфиды, пептахлор-фенолят натрия, нафтенат меди и др.
Так, например, использование для подавления микробных обрастаний пентахлорфенолята натрия на предприятии, выпускающем газетную бумагу, повысило производительность машин, снизило обрывность бумаги и позволило получить значительную экономию. Ликвидация микробного воздействия в этом случае представляет собой значительный резерв увеличения производства бумаги даже на действующем оборудовании.
Для введения биоцидов в бумагу используют следующие способы: пропитка бумаги и картона; нанесение антисептика на поверхность бумаги; пропитка бумаги дисперсией, содержащей биоцид и гидрофобные добавки; введение биоцида в волокнистую суспензию.
Для борьбы с микрофлорой, повреждающей архивные документы, используют газообразные биоциды типа оксиэтилена и формальдегида.
Одним из направлений в области производства биостойкой бумаги является использование полимерных материалов, например, поли-пара-ксилиленовое покрытие. Это покрытие применяется для консервации документов, что не только увеличивает прочность бумаги, но и защищает ее от повреждения микроорганизмами.
Обработка бумаги полимерами с гидрофобными свойствами, например, полиэтиленом, приводит к образованию защитного барьера гораздо эффективнее, чем обработка бумаги фунгицидами.
Меры по защите бумаги и книг от биоповреждений включают кондиционирование воздуха, с целью поддержания оптимального температурновлажностного режима, очистку воздуха от пыли и , в случае необходимости, фильтрацию и обеззараживание воздуха с помощью ультрафиолетового света, а также применение химических средств защиты -биоцидов для поверхностной обработки или изготовления антисептированной бумаги.
Литература
1. Пехташева Е.Л. Биостойкость природоокрашенных хлопковых волокон / Пехташева Е.Л., Нестеров А.Н., Заиков Г.Е., Софьина С.Ю. // Вестник Казан. технол. унта. - 2012. - Т. 15, № 5. - С. 110-113.
2. Пехташева Е.Л. Микробиологическая коррозия и защита от нее / Пехташева Е.Л., Нестеров А.Н., Заиков Г.Е., Софьина С.Ю., Дебердеев Р.Я., Стоянов О.В. // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2012. - Т. 15, № 5. -С. 131-134.
3. Pehtasheva E.L., Neverov A.N., Sinizin N.M. Die Rolle und Nutzung Mikrobiologischer Prozesse im Lebenszyklus von Materialien unter Besonderer Berucksichtigund von tex-tilien // Forum ware, 30(2002), NR.1-4, - S. 73-76.
4. Ермилова И.А., Алексеева Л.Н., Шамолина И.И., Хохлова В. А. Влияние микроорганизмов на структуру синтетических волокон // Текстильная промышленность. -1981. - № 9. - С. 55-57.
5. Ермилова И. А. Теоретические и практические основы микробиологической деструкции текстильных волокон и способов их защиты от воздействия микроорганизмов: Дисс. ... д-ра техн. наук // Л.: ЛИТЛП им. С.М.Кирова, 1982. - 470 с.
6. Ермилова И.А. Изменение структуры волокон под действием микроорганизмов // Под ред. З.А. Роговина. Межвуз. сб. науч. тр. «Проблемы качества товаров народного потребления». - Л.: ЛИСТ, 1980. - С.193-196.
7. Ермилова И.А., Амбайнис Л.Я., Афанасьева Г.И., Вольф Л.А. Повышение микробиологической устойчивости поликапроамидных нитей путем изменения их структурной организации // Под ред Н.А. Платэ. Межвуз. сб. науч. тр. «Качество промышленных товаров и методы их оценки». - Л.: ЛИСТ, 1983. - С.233.
8. Ермилова И.А., Калинина Т.Н., Вольф Л.А. Влияние степени термопластификационного вытягивания ПВС волокон на их микробиологическую устойчивость // Под ред. З.А. Роговина. Межвуз. сб. науч. тр. «Исследование потребительских свойств и структуры ассортимента промышленных товаров». - М.: ЗИСТ, 1981. -Вып.18. - С. 28-33.
9. Ермилова И. А. Влияние защитных обработок шерстяного волокна на его микробиологическую устойчивость. - Л.: ЛИСТ, 1977. - 23 с.
10. Неверов А.Н., Шишкина И.Г. Разработка методики определения прочности связи волоса с кожевой тканью меха // Под ред. А.Н. Неверова. 11 Международные Плехановские чтения: Тезисы докл./ М.: Изд-во Рос. экон. акад., 1998, 28 с.
11. Неверов А.Н., Шишкина И.Г., Лычников Д.С., Пехташева Е.Л. Совершенствование метода определения теплозащитных свойств пушно-меховой продукции. -2-ая Межрегиональная науч.-практ конф. «Развитие меховой промышленности России»: Под ред. А.Н. Неверова. Сб. тез. докл., 28.03.2000. - М.: Изд. дом «Меха мира», 2000. - С. 45-46.
12. Пехташева Е.Л., Неверов А.Н., Гордиенко И.М., Са-пожникова А.И., Лычников Д.С. Изменение структуры и свойств кожевой ткани норки под действием микроор-
ганизмов / Под ред. А.Н. Неверова. Сб. статей V Межд. на-уч.-практ. конф. «Современные проблемы биологических повреждений материалов» 2002 г. - Пенза: Науч. Совет РАН по повреждениям. - С.123-125.
13. Неверов А.Н., Пехташева Е.Л., Шишкина И.Г. Новый способ повышения качества меховой продукции в процессе дубления // Мягкое золото России. - 2001. - №13. - С. 112-113.
14. Неверов А.Н., Шишкина И.Г., Пехташева Е.Л. Новый метод определения теплозащитных свойств меха // Мягкое золото. - 2000. - №19(144)1. - С.19.
15. Пехташева Е.Л., Сапожникова А.И., Неверов А.Н., Сини-цин Н.М. Оценка степени микробной обсемененности шерстяных волокон // Технология текстильной промышленности. Известия ВУЗов, 2003. - № 2(271). - С. 18-20.
16. Веретенникова Е.П., Ермилова И.А. Экспресс-метод оценки грибостойкости поликапроамидных нитей // Микология и фитопатология. - 1989. - Т.23. - Вып. 2. -С. 178-181.
17. Ермилова И.А., Виноградов А.В., Катаменкова О.Г. Влияние цвета на биоповреждения природноокрашен-ных натуральных волокон и окрашенных дисперсными красителями синтетических волокон // Под ред. Н.А. Платэ. Современные проблемы биологических повреждений материалов (Биоповреждения-2002): Сб. статей V Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза: Научный совет РАН по биоповреждениям, 2002. - С. 39-41
© Е. Л. Пехташева - Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова, г.Москва, [email protected]; А. Н. Неверов - Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова, г.Москва, [email protected]; Г. Е. Заиков -д-р хим. наук, проф. Института биохимической физики РАН, [email protected]; С. А. Шевцова - канд. хим. наук, доцент каф. технологии пластических масс КНИТУ; Н. Е. Темникова - асп. той же кафедры.
