CC BY
712. Гришагин В.М. Сварочный аэрозоль: образование, исследование, локализация, применение: монография. Томск: Изд-во томского политехнического университета, 2011, 213 с.
13. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. М.: Атомиздат, 1979, 416 с.
14. Стаценко В.Н., Еременко М.А., Бернавская М.В. Метод жидкостной пленочной нейтрализации токсичных газовых выбросов. Вестник инженерной школы ДВФУ, 2020, № 2(43), С.88-95.
15. Накоряков В.Е., Григорьева Н.И. О совместном тепломассопереносе при пленочной абсорбции// Теплообмен и гидродинамика при кипении и конденсации. - Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1979, С. 278-284.
16. Стаценко В.Н., Садыков Р.Х., Гридасов А.В. Исследование жидкостной пленочной нейтрализации сварочных газовых выбросов (научно-технический журнал университета им. Вернадского) № 1 (91) С.25-34.
DOI: 10.24412/cl-37269-2024-1-350-353
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭПОКСИДНОЙ СМОЛЫ
И ДОБАВОК, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Салтыкова А.Л.1, Вит А.А.1, Далбаева Е.А.1' 2
1 Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук», г. Якутск
2 Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук», обособленное подразделение Институт проблем нефти и газа Сибирского отделения Российской академии наук, г. Якутск
Изучено взаимодействие микроорганизмов с различными компонентами полимерных композиционных материалов. Результаты микробиологических исследований показали, что образцы эпоксидно-диановой смолы ЭД-22 и ускорителя реакции полимеризации УП-606/2 характеризуются стойкостью к биологическим воздействиям со стороны микроорганизмов. Однако, выявлено, что отвердитель изо-МТГФА содержит актинобактерии рода Streptomyces (S. albus), что может свидетельствовать о возможном его загрязнении на этапах производства или хранения. Биологическое загрязнение отвердителя представляет потенциальную угрозу для процесса полимеризации, что может привести к деградации полимерных композитов. Такие изменения могут негативно сказаться на качестве и производительности конечного продукта. Важно уделять внимание контролю за чистотой компонентов и технологических процессов при получении сырья для обеспечения качественной и стабильной производственной практики и изготовления полимерных композиционных материалов.
Исследование устойчивости полимерных композиционных материалов (ПКМ) после воздействия абиогенных и биогенных факторов, базируется на многоуровневом анализе качественного состава веществ, входящих в рецептуру изделий до их смешивания в необработанном состоянии. И после экспериментального воздействия на них комплекса агентов, провоцирующих старение, а также биоповреждения под воздействием различных видов микроорганизмов проводится оценка изменений в свойствах материалов [1, с. 162-166]. Эпоксидные смолы, как органические соединения, могут служить источником энергии и питания для различных бактерий, плесеней и дрожжеподобных грибов, способствуя биозаражению и биодеградации. Оценка участия микроорганизмов в этих процессах является актуальной задачей в области разработки ПКМ, устойчивых к биологическим воздействиям, а также в поиске методов для ускорения процессов биодеградации отходов производства или их утилизации после завершения срока эксплуатации [2, с. 1572-1583].
Цель данного исследования заключалась в изучении взаимодействия микроорганизмов с эпоксидной смолой и добавками, применяемыми при изготовлении полимерных композитов.
Задачи исследования:
1. Определить виды микроорганизмов, способных вызывать биозаражение эпоксидной смолы и добавок, применяемых при изготовлении ПКМ;
2. Изучить условия, способствующие развитию микробиологического заражения эпоксидной смолы и добавок, применяемых при изготовлении полимерных композитов, в процессе их хранения и производства ПКМ;
3. Изучить механизм микробиологического заражения эпоксидной смолы и добавок, применяемых при изготовлении ПКМ.
4. Оценить влияние микробиологического заражения на свойства эпоксидной смолы и добавок, используемых для изготовления полимерных композитов.
5. Провести анализ последствий микробиологического заражения для промышленного производства и предложить рекомендации по улучшению качества компонентов, используемых для изготовления полимерных композитов.
Материалами для исследования служили:
- эпоксидно-диановая смола марки ЭД-22 (ГОСТ 10587-84);
- отвердитель Изо-МТГФА (ТУ 2418-399-05842324-2004) производства ОАО «Стерли-тамакский нефтехимический завод»;
- ускоритель реакции полимеризации УП-606/2 (ТУ 2494-630-11131395-2006) производства ОАО «ХИМЭКС Лимитед».
Методы исследования. Для выделения микроорганизмов, вызывающих заражение исследуемых образцов, использовали метод посева на жидкие и плотные элективные питательные среды, включая: мясопептонный бульон (МПБ) для культивирования гетеротрофных бактерий; среду Чапека-Докса (СЧД) для роста дрожжей и микроскопических грибов и крахмал-аммиачный агар (КАА) для накопления актинобактерий[3, 394 с.; 4, 464 с.; 5, 175 с.].
Культивирование проводили в стационарных условиях и в условиях постоянной аэрации в качалочной установке УМВТ-12250 при 180-190 об/мин в течение 24 часов - для МПБ; 5 суток -для СЧД; 14 суток - для КАА при температуре плюс 20±1 °С и плюс 37±1 °С [6, 131 с.].
Идентификацию выделенных культур проводили на основе изучения их фенотипиче-ских свойств (биохимических, тинкториальных, культуральных, морфологических, микроскопических), используя общепринятые в микробиологии определитель бактерий Берджи [7, 104 с.; 8, 248 с.].
Результаты исследования. Микробиологические исследования показали, что образцы эпоксидно-диановой смолы ЭД-22 и ускорителя реакции полимеризации УП-606/2 биоустойчивы по отношению к микроорганизмам, в то время, как в отвердителе изо-МТГФА были выявлены актинобактерии рода Streptomyces (S. albus), что указывает на его заражение на этапах производства или хранения. Биозагрязнение отвердителя может негативно сказаться на процессе полимеризации и, как следствие, привести к разрушению отвердителя. Это может негативно отразиться на качестве и эффективности конечного продукта.
Микробиологические исследования показали, что образцы эпоксидно-диановой смолы ЭД-22 и ускорителя реакции полимеризации УП-606/2 оказались биоустойчивыми по отношению к микроорганизмам. В то же время, было выявлено, что в отвердителе присутствуют ак-тинобактерии рода Streptomyces (S. albus), что может свидетельствовать о заражении на стадиях производства или хранения. Биозагрязнение отвердителя имеет потенциал негативного влияния на процесс полимеризации, что, в конечном итоге, может привести к деградации ПКМ, в которых использовался исследуемый изо-МТГФА.
Характеристика выделенной культуры Streptomyces albus. Выделенная культура Streptomyces albus (S. albus) образует хорошо развитые гифы диаметром около 1,5-2,0 микрон, которые представляют каркасный мицелиевый субстрат. Поверхность колоний пылеватая белого цвета. Клетки S. albus окрашиваются по Граму положительно. Это связано с наличием в
его клеточной стенке пептидогликана, который удерживает частицы красителя. В качестве основного элемента для осуществления метаболических процессов использует кислород воздуха, поэтому выделенная культура является аэробной. S. albus синтезирует фермент каталазы, что позволяет культуре расщеплять перекись водорода (Н2О2) в кислороде и воде. Этот процесс проявляется в образовании пузырьков при смешивании колонии штамма в капле перекиси водорода, это указывает на то, что кислород был произведен в форме газа. Средняя скорость роста колоний около 5 суток в мезофильных условиях (от плюс 22 до плюс 37 °С. Оптимальная температура роста плюс 30 °С при рН среды от 6,0 до 8 усл.ед. Оптимальная рН среда 6,0 усл.ед. В качестве источника углерода использует глюкозу, в качестве источника азота - пептон, поэтому очень хорошо растёт на МПБ и МПА, с добавлением глюкозы и петона.
Таксономическую принадлежность выделенной культуры можно представить в следующем виде: домен: Bacteria, тип: Actinobacteria, класс: Actinobacteria, порядок: Streptomycetales, подпорядок: Streptomycineae; семейство: Streptomycetaceae; род: Streptomyces, вид: Streptomyces albus (краткое название S. albus).
Механизм деградации отвердителя Изо-МТГФА под влиянием выделенной культуры актинобактерий S. albus может быть представлен следующим образом:
1. Продуцирование ферментов, таких как липазы, протеазы, амидазы и другие, которые способны катализировать различные реакции деградации органических соединений.
2. Взаимодействие субстрата (отвердителя Изо-МТГФА) и фермента, вырабатываемого культурой S. albus.
3. Гидролиз отвердителя ферментами, например липазой, которая может катализировать гидролиз связей между молекулами отвердителя Изо-МТГФА, приводя к его разложению на более простые органические фрагменты.
4. Использование культурой S. albus образовавшихся после деградации продуктов для дальнейшего метаболизма и синтеза необходимых компонентов в клетке микроорганизма.
Данный механизм основан на способности культуры S. albus вырабатывать соответствующие ферменты, способные деградировать отвердитель Изо-МТГФА и его компоненты. При этом процесс деградации может быть более сложным и включать различные стадии и реакции, в зависимости от характеристик субстрата и метаболической активности микроорганизма.
Заключение. В результате исследования взаимодействия микроорганизмов с различными компонентами, используемыми при изготовлении полимерных композитов, включая эпоксидную смолу, ускоритель реакции полимеризации и отвердитель, было установлено, что образцы эпоксидно-диановой смолы ЭД-22 и ускорителя реакции полимеризации УП-606/2 проявляют устойчивость к воздействию микроорганизмов. Однако выявлено, что отвердитель изо-МТГФА содержит актинобактерии рода Streptomyces (S. albus), что может указывать на его возможное загрязнение, на этапах производства или хранения. Биологическое загрязнение отвердителя представляет потенциальную угрозу для процесса полимеризации, что в свою очередь может привести к деградации полимерных композитов. Это делает прогнозирование срока службы биозараженных материалов затруднительным, учитывая факторы старения, включая климатические и микробиологические аспекты.
Для предотвращения негативных последствий микробиологического заражения в производстве полимерных композитов, следует принять следующие рекомендации:
1. Внедрение мер по санитарной гигиене на всех этапах производства компонентов. Это включает регулярную дезинфекцию оборудования, контроль за условиями хранения и транспортировки компонентов, а также обучение персонала по предотвращению микробиологического загрязнения.
2. Использование биоинертных или антимикробных добавок в компонентах полимерных композитов. Добавление таких веществ может помочь предотвратить развитие микроорганизмов и сохранить качество материала.
3. Проведение регулярного мониторинга качества компонентов на предмет микробиологического загрязнения. Это позволит своевременно выявлять проблемы и предпринимать необходимые меры по их устранению.
Продолжение работы в области изучения биозагрязнения компонентов полимерных композитов представляет собой важный шаг для выявления и анализа возможных последствий данного влияния.
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема № FWRS-2024-0095) и с использованием научного оборудования ЦКП ФИЦЯНЦ СО РАН.
Выражаем благодарность научным руководителям к.т.н. Кычкину А.К. и к.б.н. Ерофе-евской Л.А. за техническую поддержку и помощь при исследованиях и интерпретации полученных результатов.
Литература
1. Ерофеевская Л.А., Салтыкова А.Л., Кычкин А.К., Кычкин А.А., Далбаева Е.А. Особенности микроскопических грибов, вызывающих биозаражение полимерных композиционных материалов в климатических условиях Якутии / Л. А. Ерофеевская, А. Л. Салтыкова, А. К. Кычкин [и др.] // EURASTRENCOLD-2022 : Сборник трудов X Евразийского симпозиума по проблемам прочности и ресурса в условиях климатически низких температур, посвященный 100-летию образования ЯАССР и 300-летию Российской Академии наук, Якутск, 12-16 сентября 2022 года / Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАН. - Киров: Межрегиональный центр инновационных технологий в образовании, 2022. С. 162-166.
2. Готтлиб Е.М., Ань Нгуен, Вдовина Т.В., Соколова А.Г. Исследование биоразлагае-мости модифицированных растительными маслами эпоксидных покрытий // Вестник МГСУ, 2019. - Т. 14. - Вып. 12. С. 1572-1583.
3. Лабинская А.С. Микробиология с техникой микробиологических исследований. Издание 4-е, переработ. и дополн. М.: Медицина, 1978. 394 с.
4. Справочник по микробиологическим и вирусологическим методам исследования / под ред. М.О. Биргера. 3-е издание перераб. и дополненное. М.: Медицина, 1982. 464 с.
5. Теппер Е.З., Шильникова В.К., Переверзева Г.И. Практикум по микробиологии. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Колос, 1993. 175 с.
6. Лабораторный практикум по общей микробиологии / Градова Н.Б. [и др.]. М.: ДеЛи принт, 2001. 131 с.
7. Плесневые грибы. Методы выделения, идентификации, хранения. Справочное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям и специальностям экологического, биологического и биотехнологического профиля. / АГТУ; Сост.: С.В. Еремеева. - Астрахань, 2009. 104 с.
8. Гаузе Г.Ф. и др. Определитель актиномицетов: Роды Streptomyces, Streptoverticillium, Chainia / Г.Ф. Гаузе - М.: Книга по Требованию, 2014. 248 с.
