Исследование устойчивости к действию микроскопических грибов лакокрасочных материалов, используемых в строительстве, приборои машиностроении Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

БИОЛОГИЯ

УДК 579.66

ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ К ДЕЙСТВИЮ МИКРОСКОПИЧЕСКИХ ГРИБОВ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ, ПРИБОРО- И МАШИНОСТРОЕНИИ

© 2014 г. Н.А. Аникина,В.Ф. Смирнов, Д.В. Кряжев,

О.Н. Смирнова, Е.А. Захарова, Е.Н. Григорьева

Нижегородский госуниверситет им. Н.И. Лобачевского

[email protected]

Поступила в редакцию 08.11.2013

Изучена устойчивость лакокрасочных материалов к действию микроскопических грибов. Показано, что большинство используемых в строительстве лакокрасочных материалов неустойчиво к микробиологическим повреждениям. Выявлены грибы - истинные деструкторы исследуемых материалов. Подобраны концентрации биоцидов, обеспечивающие грибостойкие и фунгицидные свойства исследуемым эмалям. Отмечено несовершенство стандартных лабораторных испытаний на грибо-стойкость.

Ключевые слова: грибостойкость, фунгицидность, лакокрасочные материалы, микроскопические грибы, биоциды.

Введение Экспериментальная часть

Лакокрасочные материалы (ЛКМ) находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства, в том числе в строительстве, приборо- и машиностроении. Являясь органическими соединениями, они могут использоваться различными микроорганизмами, в частности микроскопическими грибами, в качестве источника питания, то есть подвергаться биоповреждениям [1-5].

Кроме негативного воздействия на материалы, биоповреждения способны влиять на качество среды обитания человека, т.к. многие грибы, развивающиеся на лакокрасочных материалах, являются условно патогенными и способны вызывать заболевания человека [6, 7].

Одним из основных способов защиты материалов от биоповреждений является введение биоцидных присадок. Но при этом стоит учитывать, что микроскопические грибы обладают очень мощными адаптивными механизмами и способны приспосабливаться к различным фунгицидам. В связи с этим необходимо постоянно обновлять арсенал применяемых биоцидов [8, 9].

Цель настоящей работы - поиск эффективных средств защиты ЛКМ от воздействия микроскопических грибов.

В качестве объектов исследования использовались следующие эмали:

а) на основе пентафталевых смол (ПФ-115);

б) на основе меламинных смол (МЛ-12, МЛ-165);

в) на основе фторопластовых смол (ФП-5105);

г) на основе фенольных смол (ФЛ-62);

д) на основе эпоксидных смол (ЭП-140, ЭП-255, ЭП-51, ЭП-773);

е) на основе перхлорвиниловых смол (ХВ-785, ХВ-1107, ХВ-581).

Для защиты негрибостойких ЛКМ нами были использованы биоцидные присадки в концентрациях 0.1—2.0%: Fungitrol L 30, Troysan polyphase AF-3, Troysan polyphase 636, Neomid 215, Neomid315, Rocima 346, Rocima 243.

Испытания на устойчивость к действию плесневых грибов проводились по ГОСТу 9.050-75 «Покрытия лакокрасочные» (методы 1, 2) [10].

Сущность методов заключается в выдерживании покрытий в условиях оптимального развития грибов на образцах с последующей оценкой грибостойкости.

Методом 1 грибостойкость покрытий оценивается по интенсивности развития плесневых

Таблица 1

Оценка биоповреждений микромицетами ЛКМ____________________

Материал Степень обрастания грибами, балл Характеристика грибостойкости по ГОСТу 9.050-75(89)

метод 1 метод 2

ХВ-785 з 5 негрибостойкий

ХВ-1107 1 2 грибостойкий

ХВ-518 з 4 негрибостойкий

МЛ-12 5 5 негрибостойкий

МЛ-165 4 4 негрибостойкий

ЭП-255 з 4 негрибостойкий

ЭП-51 1 2 грибостойкий

ЭП-140 з 4 негрибостойкий

ЭП-77з з 4 негрибостойкий

ФП-5105 з 5 негрибостойкий

ФЛ-62 з 5 негрибостойкий

ПФ-115 з 4 негрибостойкий

грибов в условиях, исключающих дополнительный источник питания. Методом 2 оцениваются фунгицидные свойства покрытий и их грибо-стойкость в присутствии дополнительного источника питания по степени разрушения поверхности.

Фунгицидность полимерной композиции -это способность данного материала вызывать гибель грибов-деструкторов; композиция, обладающая фунгицидными свойствами, способна не подвергаться биоповреждениям микромицетами даже при наличии внешних загрязнений.

Грибостойкость полимерной композиции - это способность данного материала не служить источником питания для грибов-деструкторов, то есть не подвергаться биоповреждениям; однако при наличии внешних загрязнений, поддерживающих рост грибов-деструкторов, продукты жизнедеятельности микромицетов способны оказывать негативное, деструктивное действие на материал.

Покрытия выдерживались в условиях оптимального развития грибов (при температуре 29 ± ± 2оС и влажности более 90%) на образцах с последующей оценкой грибостойкости. Сроки испытания: метод 2 - 14 суток; метод 1 - 28 суток. Материал обладает фунгицидными свойствами, если вокруг образца на питательной среде наблюдается ингибиторная зона (зона отсутствия развития грибов) или на поверхности и краях образца обнаружены грибы, но интенсивность их развития - не более одного балла по шестибалльной шкале ГОСТа 9.048-75. Материал считается грибостойким, если по методу 1 получает оценку 0-2 балла. Степень разрушения поверхности покрытия определяют на основании оценки внешнего вида по таблице ГОСТа 9.050-89 и сравнением с образцами, прошедшими испытания на воздействие влаж-

ности воздуха. В качестве тест-культур использовались следующие виды грибов: Aspergillus niger, A. terreus, Alternaria alternata, Fusarium moniliforme, A. ustus, Penicillium martensii, P. brevicompactum, P. chrysogenum, P. ochro-chloron, P. funiculosum, Trichoderma viride, Gliocladium virens.

С целью выявления грибов - истинных деструкторов исследуемые ЛКМ очищали от внешних загрязнений и заражали суспензией спор грибов, изолированных с данных материалов в природных условиях. Если на материалах обнаруживался рост грибов, то можно говорить, что последние являются биодеструкторами, а если нет - то первоначальный рост грибов был возможен за счет присутствия на материалах внешних загрязнений. Идентификацию микромицетов проводили на основании их морфоло-го-культуральных особенностей, используя определители [11-15].

Результаты и их обсуждение

На первом этапе работ были проведены исследования грибостойкости лакокрасочных материалов согласно ГОСТу 9.050-75 «Покрытия лакокрасочные». Результаты представлены в табл. 1.

Практически все представленные ЛКМ в виде покрытий не проявили устойчивости по отношению к стандартным ассоциативным культурам грибов, то есть способны использоваться ими в качестве источников питания.

Однако разрушающее действие грибов на лакокрасочные материалы было неодинаковым, что связано с различным химическим составом последних. Наиболее устойчивыми оказались эмали ЭП-51 и ХВ-1107. В наибольшей степени повреждались грибами эмали МЛ-12 и МЛ-165.

Таблица 2

Результаты лабораторных испытаний ЛКМ на предмет выявления истинных деструкторов

Исследуемый материал ХВ-785 Истинные деструкторы

A. niger, A. terreus, Mucor laxorhizus, P. chrysogenum, P. palitans,

ХВ-518 A. niger, A. flavus, A. fumigatus, A. terreus, P. ^rysogenum, P. palitans

ХВ-1107 A. flavus, A. fumigatus, Mucor laxorhizus, P. palitans, Fus. heterosporum

МЛ-12 A. niger, A. terreus, P. chrysogenum, Fus. heterosporum

МЛ-165 A. flavus, P. palitans, Fus. heterosporum

ЭП-255 A. flavus, A. fumigatus, P. palitans, Mucor laxorhizus, Tr. viride, Fus. heterosporum

ЭП-140 A. terreus, A. niger, P. chrysogenum

ЭП-51 A. flavus, P. palitans, A. fumigatus

ЭП-77з A. flavus, A. terreus, A. niger, Stachyb. chartarum

ПФ-115 Alt. alternate, A. flavus, A. fumigatus, A. niger, A. terreus, Mucor laxorhizus,

ФЛ -62 A. flavus, P. palitans, Mucor laxorhizus, Tr. viride, Fus. heterosporum

Стоит учитывать, что целенаправленная и эффективная защита ЛКМ с помощью фунгицидов может осуществляться только по отношению к активным биодеструкторам материалов. Поэтому на следующем этапе работы нами были проведены исследования по выявлению истинных деструкторов различных лакокрасочных материалов (то есть тех грибов, которые способны данные материалы использовать в качестве источника питания).

В природных условиях с разных ЛКМ нами былы выделены 28 видов плесневых грибов, однако истинных деструкторов оказалось только 12 видов (табл. 2). Из них наиболее часто встречались Aspergillus niger, A. terreus, A. fla-vus, A. fumigatus, Penicillium chrysogenum. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что не все плесневые грибы, рост которых был обнаружен на материалах, являются их истинными деструкторами. Развитие многих из них происходит, по всей вероятности, за счет внешних загрязнений.

Таким образом, результаты испытаний на грибостойкость с использованием культур, указанных в ГОСТе 9.050-75 «Покрытия лакокрасочные», нельзя считать объективными, поскольку нами было показано, что, кроме стандартных культур, истинными деструкторами данных материалов являются и другие микро-мицеты. В связи с этим, для наибольшей достоверности результатов аналогичных исследований к стандартным культурам необходимо добавлять и культуры грибов - истинных деструкторов, выделенных в природных условиях.

Проведенные нами эксперименты показали, что большинство используемых в строительстве лакокрасочных материалов не обладает грибостойкими свойствами. Поэтому нами был проведен подбор биоцидных препаратов и их концентраций, которые обеспечивают исследуемым эмалям не только грибостойкие, но и фунгицидные свойства. Результаты этих исследований представлены в табл. 3.

Из данных таблицы видно, что наибольшую эффективность проявили биоциды Fungitrol L 30, Troysan polyphase AF-3, Troysan polyphase 636. Фунгицидный эффект у практически всех эмалей проявлялся при введении в их состав

0.75 масс.% данных фунгицидов, а грибостойкий - при введении 0.5 масс.%. Исключение составляла эмаль МЛ-12 (фунгицидные и грибостойкие свойства достигались при введении более высоких концентраций данных фунгицидов); эмали МЛ-165 и ФЛ-62 приобретали грибостойкие и фунгицидные свойства также при введении в их состав несколько повышенных концентраций Troysan polyphase AF-3, Troysan polyphase 636 (0.75 и 1.0 масс.% соответственно).

Введение в состав эмалей препаратов Не-омид 215 и 315 в концентрациях 0.75-2.0 масс.% обеспечивало им грибостойкие и фунгицидные свойства. Наименьшим защитным эффектом обладали биоциды Rocima 346 и Ro-cima 243. Грибостойкие эмали получали при введении в них данных биоцидов в концентрациях > 1.0 и 0.8 масс.% соответственно, а фунгицидные свойства эмали приобретали, в основном, при содержании в их составе биоцидов 2.0% (исключение составляли результаты для эмали ЭП-255, в которой концентрация данных фунгицидов, придающая ей грибостойкость и фунгицидность, несколько ниже: 1.0 и 1.5 масс.% соответственно для Rocima 346; 0.8 и

1.25 масс.% соответственно для Rocima 243). Следует также отметить, что введение данных биоцидов в состав эмалей ФЛ-62 и МЛ-12 в концентрации 2.0% не приводило к приобретению ими фунгицидных свойств.

Заключение

В ходе исследования лакокрасочных материалов на грибостойкость было показано, что большинство из них подвержено микробиологическому повреждению грибами и

Исследование устойчивости к действию плесневых грибов ЛКМ

Таблица 3

Ф - концентрация биоцида (%), обеспечивающая ЛКМ фунгицидные свойства. «+» - наличие защитного эффекта.

«-» - отсутствие защитного эффекта.

является источником питания для последних. стандартных тест-культур, истинными деструк-

Отмечено, что стандартные методы исследова- торами данных материалов являются и другие

ния нельзя считать объективными, они требуют микромицеты, выделенные в природных усло-

дополнений и уточнений, поскольку, кроме виях с исследуемых эмалей.

Таким образом, согласно данным, полученным в ходе этих исследований, лакокрасочные материалы нуждаются в дополнительной защите от микробиологических повреждений, что можно осуществить введением дополнительных биоцидных добавок. Результаты экспериментов показали, что целесообразно использовать для получения рецептур эмалей (ЭП-140, ЭП-255 и ПФ-115), обладающих фунгицидными свойствами, препараты Fungitrol L 30, Troysan polyphase AF-3, Troysan polyphase 636 в концентрации > 0.75 масс.%, а эмалей ФЛ-62, МЛ-165 и МЛ-12 - в концентрации > 1.0 масс.%. Из отечественных препаратов для этих целей можно использовать Неомид 215 в концентрации >

1.25 масс.% (за исключением эмали МЛ-12, фунгицидные свойства у нее проявляются при содержании данного биоцида > 2.0 масс.%) и Неомид 315 в концентрации > 1.5 масс.% для эмалей ЭП-140, ЭП-255, Фл-62; для эмалей ПФ-115 и МЛ-165 - в концентрации > 1.25 масс.%; для эмали МЛ-12 - в концентрации > 2.0 масс.%.

Список литературы

1. Ravikumar H.R., Rao S.S., Karigar C.S. Biodegradation of paints: a current status // Indian J.

Science and Technology. 2012. V. 5. № 1. P. 19771987.

2. Соломатов В.И., Ерофеев В.Т., Смирнов В.Ф. и др. Биологическое сопротивление материалов. Саранск: Изд-во Мордовского ун-та, 2001. 195 с.

3. Sabev H.A., Barratt S.M., Greenhalgh M. et al. Biodegradation and biodeterioration of man-made polymeric materials // In: Fungi in biogeochemical cycles. 2006. P. 212-235.

4. Obidi O.F., Aboaba O.O., Makanjuola M.S. et al. Microbial evaluation and deterioration of paints and

paint-products // J. Environmental Biology. 2009. V. 30. № 5. Р. 835-840.

5. Ерофеев В.Т., Смирнов В.Ф., Морозов Е.А. Микробиологическое разрушение материалов. М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2008. 125 с.

6. Антонов В.Б. Влияние биоповреждений зданий и сооружений на здоровье человека // Матер. II Между-нар. науч.-техн. конф. «Биоповреждения и биокоррозия в строительстве». Саранск, 2006. С. 238-242.

7. Беляков Н.А., Щербо А.П., Елинов Н.П. Вклад микробиоты в процессы старения больничных зданий и ее потенциальная опасность для здоровья больных // Проблемы медицинской микологии. 2005. Т. 7. № 4. С. 3-12.

8. Сухаревич В.И., Кузикова И.Л., Медведева Н.Г. Защита от биоповреждений, вызываемых грибами. СПб.: ЭЛБИ-СПб., 2009. 207 с.

9. Васильев О.Д., Ерофеев В.Т., Картошов В.Р. и др. Противодействие биоповреждениям на этапах строительства, эксплуатации и ремонта в жилых и производственных помещениях. СПб.: Софт Протектор, 2004. 49 с.

10. ГОСТ 9.050-89 «Покрытия лакокрасочные. Методы лабораторных испытаний на стойкость к воздействию плесневых грибов». М.: Стандарт, 1989. 5 с.

11. Raper K.B., Thom Ch., Fennel D.I. A manual of the Penicillia. Baltimore: Williams and Wilkins, 1949. 875 p.

12. Raper K.B., Fennel D.I. The genus Aspergillius. Baltimore: Williams and Wilkins, 1965. 686 p.

13. Domsch K.H., Gams W., Anderson T.N. Compendium of soil fungi. London-N.Y. -Toronto-Sydney: Acad. Press, 1980. 895 p.

14. Лугаускас А.Ю., Микульскенеб А.Н., Шляу-жене Д.Ю. Каталог микромицетов - биодеструкторов полимерных материалов. Биологические повреждения. М.: Наука, 1987. 340 с.

15. Билай В.И., Коваль Э.З. Аспергиллы. Киев: Наукова думка, 1988. 204 с.

INVESTIGATION OF THE RESISTANCE OF PAINTS AND VARNISHES USED IN CONSTRUCTION, INSTRUMENTATION AND MECHANICAL ENGINEERING TO MICROSCOPIC FUNGI

N.A. Anikina, V.F. Smirnov, D. V. Kryazhev, O.N. Smirnova,

E.A. Zakharova, E.N. Grigor'eva

We have studied the resistance of coating materials to the action of microscopic fungi. It has been shown that most coatings used in construction are not resistant to microbiological damage. True microscopic fungi-destructors of the materials studied have been identified. Concentrations of biocides have been found that provide funginertness and fun-gicidity of paints and varnishes used at work. The imperfection of standard laboratory tests on fungal resistance is also pointed out.

Keywords: fungal resistance, fungicidity, paints and varnishes, microscopic fungi, biocides.

References 3. Sabev H.A., Barratt S.M., Greenhalgh M. et al.

Biodegradation and biodeterioration of man-made poly-L Ravikumar H.R., Ra° S.S., Karigar C.S. Biode- meric materials // In: Fungi in biogeochemical cycles.

gradation of paints: a current status // Indian J. 2006 P 212-235

Science and Techn°logy. 2012. V. 5. № L p. \9H- 4. Obidi O.F., Aboaba O.O., Makanjuola M.S. et al.

Microbial evaluation and deterioration of paints and

2. Solomatov V.I., Erofeev V.I., Smirnov V.F. i dr. r

Biologicheskoe soprotivlenie materialov. Saransk: Izd- paint-products II J. Envir°nmental Biol°gy. 2°°9. V. 3°.

vo Mordovskogo un-ta, 2001. 195 s. № 5. R. 835-84-°.

5. Erofeev V.T., Smirnov V.F., Morozov E.A. Mi-krobiologicheskoe razrushenie materialov. M.: Izd-vo Associacii stroitel'nyh vuzov, 2008. 125 s.

6. Antonov V.B. Vliyanie biopovrezhdenij zdanij i sooruzhenij na zdorov'e cheloveka // Mater. II Mezhdu-nar. nauch.-tekhn. konf. «Biopovrezhdeniya i biokorro-ziya v stroitel'stve». Saransk, 2006. S. 238-242.

7. Belyakov N.A., Shcherbo A.P., Elinov N.P. Vklad mikrobioty v processy stareniya bol'nichnyh zda-nij i ee potencial'naya opasnost' dlya zdorov'ya bol'nyh // Problemy medicinskoj mikologii. 2005. T. 7. № 4.

S. 3-12.

8. Suharevich V.I., Kuzikova I.L., Medvedeva N.G. Zashchita ot biopovrezhdenij, vyzyvaemyh gribami. SPb.: EHLBI-SPb., 2009. 207 s.

9. Vasil'ev O.D., Erofeev V.T., Kartoshov V.R. i dr. Protivodejstvie biopovrezhdeniyam na ehtapah stroi-tel'stva, ehkspluatacii i remonta v zhilyh i proiz-

vodstvennyh pomeshcheniyah. SPb.: Soft Protektor, 2004. 49 s.

10. GOST 9.050-89 «Pokrytiya lakokrasochnye. Me-tody laboratornyh ispytaniJ na stoJkost' k vozdeJstviyu plesnevyh gribov». M.: Standart, 1989. 5 s.

11. Raper K.B., Thom Ch., Fennel D.I. A manual of the Penicillia. Baltimore: Williams and Wilkins, 1949. 875 p.

12. Raper K.B., Fennel D.I. The genus Aspergillius. Baltimore: Williams and Wilkins, 1965. 686 p.

13. Domsch K.H., Gams W., Anderson T.N. Compendium of soil fungi. London-N.Y. -Toronto-Syd-ney: Acad. Press, 1980. 895 p.

14. Lugauskas A.Yu., Mikul'skeneb A.N., Shlyau-zhene D.Yu. Katalog mikromicetov - biodestruktorov polimernyh materialov. Biologicheskie povrezhdeniya. M.: Nauka, 1987. з40 s.

15. BilaJ V.I., Koval' EH.Z. Aspergilly. Kiev: Naukova dumka, 1988. 204 s.