CC BY
27
УДК (54-148:541.64)
Л. Ф. Миннебаева, Т. В. Вдовина, В. В. Конакова, А. С. Сироткин, Р. Р. Спиридонова, A. A. Ахметова, А. Г. Сулейманова
ОЦЕНКА БИОСТОЙКОСТИ ВОДНЫХ ДИСПЕРСИЙ ПОЛИВИНИЛАЦЕТАТА
И МАТЕРИАЛОВ НА ИХ ОСНОВЕ
Ключевые слова: водная дисперсия, биостойкость, биоцид, фунгицидная активность.
Исследована возможность регулирования процессов биодеструкции материалов путем модификации состава водных дисперсий поливинилацетата биоцидными соединениями. Оценена фунгицидная активность модифицированных водных дисперсий поливинилацетата. Изучены адгезионные и эксплуатационные свойства модифицированных образцов. Выявлено, чтонаибольшей фунгициднойактивностью обладает образец, модифицированный полигексаметиленгуанидингидрохлоридом.
Keywords: waterdispersion, biostability, biocide, fungicidalactivity.
The possibility of regulating biodegradation processesof materials by modifying the composition of water dispersions ofpolyvinyl acetate with biocidal compounds wasinvestigated. The fungicidal activity of modified water dispersions of polyvinyl acetate was assessed. Adhesion and performance properties of the modified samples were studied. It was revealed that the sample modified polyhexamethylene guanidine hydrochloride possesses the greatest fungicidal activity.
Биостойкость и биоразлагаемость различных полимерных материалов является важной эколого-технологической проблемой. С одной стороны в связи с необходимостью утилизации и переработки твердых бытовых и промышленных отходов большое внимание уделяется биоразлагаемым материалам [1]. С другой стороны биостойкость полимеров определяет сохранность материалов от негативных воздействий на них микроорганизмов и, как следствие, обеспечивает улучшение качества среды обитания человека [2].
Водные дисперсии различных полимеров находят широкое применение в качестве клеющих и защитно-декоративных материалов, а также компонентов полимерцементных растворов и бетонов [3]. Для строительства наибольший интерес представляют водные дисперсии синтетических полимеров акрилового ряда, в частности, поливинилацетатная дисперсия [4], представляющая собой гомополи-мерную, грубодисперсную коллоидную систему, в которой средой является вода, содержащая поливиниловый спирт в растворе, а фазой - диспергирован-ныйполивинилацетат [5].
Одним из основных показателей качества водо-дисперсионных материалов является их устойчивость при хранении и эксплуатации. Согласно литературным данным, водные дисперсии поливинила-цетата и материалы на их основе, применяемые в условиях, благоприятных для развития и роста плесневых грибов, бактерий и других микроорганизмов, могут подвергаться микробиологическим повреждениям [6].
Важная роль в процессах деструкции материалов на основе водных дисперсий принадлежит микроскопическим грибам. Мощность ферментных систем, их разнообразие и лабильность позволяют этой группе живых организмов использовать полимерные материалы в качестве источников питания
[7].
В связи с этим, в условиях повышенной опасности микробиологических повреждений рекоменду-
ется использовать антисептированные дисперсии, содержащие в своем составе биоциды.
В качестве биоцидов для защиты водных дисперсий полимеров, используются различные классы химических соединений, которые должны удовлетворять следующим требованиям:
• быть высокоактивными по отношению к грибам и бактериям, т.е. обладать фунгицидной и бактерицидной активностью;
• быть малотоксичными по отношению к теплокровным;
• быть нелетучими, без цвета и запаха;
• быть устойчивыми при хранении;
• хорошо совмещаться с защищаемым материалом, не ухудшая его свойств [8,9].
Экспериментальная часть
Цель данной работы заключалась в оценке биостойкости водных дисперсий поливинилацетата и материалов на их основе. Экспериментальные исследование включали следующие этапы:
1. Составление рецептур для получения образцов водных дисперсий поливинилацетата.
2. Синтез водных дисперсий поливинилацетата.
3. Характеристика образцов, модифицированных биоцидными соединениями.
4. Оценка фунгицидной активности водных-дисперсий поливинилацетата.
В качестве объектов исследования в работе выступали водные дисперсии ПВА, модифицированные биоцидными соединениями.Водные дисперсии поливинилацетата были получены эмульсионной полимеризацией. Использовались такие биоцидные соединения как оксид цинка, сульфат цинка,хлорид железа, cульфат меди и полигексаметиленгуанидин-гидрохлорид (ПГМГ)[10-12]. Биоциды добавляли в начале процесса синтеза, на этапе растворения поливинилового спирта в концентрациях 1,5 (1:30), 2,3 г (1:20) и 4,6 г (1:10). В некоторых образцах состав модифицировали путем замены дистиллированной воды на воду с ионами серебра.
Полученные образцы оценивали по соответствию требованиям, которым должны отвечать водные дисперсии поливинилацетата ГОСТ 18992-80 «Дисперсия поливинилацетатная гомо-полимерная грубодисперсная» [5].
Фунгицидную активность водных дисперсий ПВА, модифицированных биоцидами, оценивали диффузионным методом [13].
В качестве тест-культурбыли использованы плесневые грибы рода Penicillium и Aspergillus, выделенные ранее с поверхности поврежденных полимерных материалов.
На поверхность застывшей питательной среды внесли культуры плесневых грибов в виде водной суспензии спор в количестве 0,2 мл на чашку Петри и распределили шпателем по поверхности агара. Затем на поверхность питательной среды наносили 2-3 капли исследуемого образца. После инкубирования в течение 3-5 суток наблюдали развитие тест-культур и измеряли диаметры зон задержки их роста вокруг образцов.
Результаты и их обсуждение
В таблице 1 представленахарактеристика об-разцовводных дисперсий поливинилацетата, модифицированных биоцидными соединениями.
Таблица 1 - Характеристика водных дисперсий
Обра- зец Биоцидная добавка (концентрация, г/дм3) Характеристика
1 Вязкая сметанообразная масса белого цвета без комков и посторонних механических включений,
2 H2O+ Ag+(40,5) Вязкая сметанообразная масса белого цвета без комков и посторонних механических включений
3 ZnSO4 (4,6) Расслаивающиеся раствор белого цвета. Отделение воды.
4 H2O +Ag+ + ZnO(4,6) Твердая масса желтого цвета с черными крупинками.
5 ZnO(4,6) Вязкая масса белого цвета. Подвергается отвердеванию.
6 ZnO(2,3) Густой продукт белого цвета без комков и посторонних механических включений. Подвергается отвердеванию.
7 H2O +Ag++ZnO(2,3) Густой продукт серо - коричневого цвета с черными крупинками
8 ZnO(1,5) Густой продукт белого цвета без комков и посторонних механических включений. Подвергается отвердеванию.
9 FeCl3 (1,5) Жидкий продукт коричневого цвета
10 CuSO4(1,5) Жидкий продукт синего цвета
11 H2O+ ПГМГ (1,5) Вязкая сметанообразная масса белого цвета без комков и посторонних механических включений
Анализ полученных результатов показал, чтоис-пользование для модификации водных дисперсий ПВА таких неорганических соединений, как сульфат цинка, оксид цинка, хлорид железа и сульфат меди, не удовлетворяет требованиям ГОСТ 1899280. Указанные соединения ухудшают адгезионные и эксплуатационные свойства дисперсий. В частности, образцы с оксидом цинка после синтеза постепенно подвергаются отвердеванию, а образцы с сульфатом цинка подвергаются расслаиванию. Цвет материалов, содержащих в своем составе хлорид железа и сульфат меди, категорически не удовлетворяет требованиям, поэтому дальнейшим исследованиям эти образцы не подвергались.
Результаты измерения зон задержки роста тест-культур микромицетов вокругобразцов водных дисперсий ПВА представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Диаметры зон подавления роста микромицетов в зависимости от концентрации биоцидных соединений
Биоцидная добав-ка(концентрация, г/дм3) Диаметр зоны подавления роста микроорганизмов, мм
р. Aspergillus р.PeniciШum
- 0 0
H2O+ Ag+ (40.5 мм) 0 0
ZnSO4 (4,6) 13 0
H2O+ Ag++ZnO (4,6) 10 0
ZnO (4.6) 8 0
ZnO (2,3) 12 0
H2O+ Ag++ ZnO (2,3) 10 0
ZnO (1,5) 13 0
ПГМГ (1,5) 22 13
Сравнение результатов чувствительности тест-культур свидетельствует о меньшей устойчивости грибов р. АspergШusчем р. PenicШmm к тестируемым биоцидным соединениям в составеводных дисперсий. Культура р.PeniciШum проявила устойчивость к действию таких биоцидов, как ионы серебра, оксид цинка, сульфат цинка, и высокую чувствительность к ПГМГ. При этом культура рAspergШus проявила высокую чувствительность к действию таких биоцидов в составе дисперсий как ионы серебра, оксид цинка, сульфат цинка, ПГМГ.
Согласно полученным данным сульфат и оксид цинка повышают фунгицидную активность образцов. Большей активностью характеризуется сульфат цинка в концентрации 4,6г/дм3 и оксид цинка в концентрации 1,5 г/дм3. В процессе экспериментальных исследований доказано, что вода с ионами серебра не проявила фунгицидную активность.
Выявлено, что наибольшей фунгицидной активностью обладает образец поливинилацетата, модифицированный полигексаметиленгуанидин-гидрохлоридом. Применение биоцида ПГМГ не влияет на адгезионные и эксплуатационные свой-
ства дисперсий и может быть рекомендовано для
использования.
Литература
1. В.Т.Пономарева, Н.Н. Лихачева, З.А Ткачик. Пластические массы.,5, 44-48 (2002);
2. В.Ф. Смирнов, А.Е. Мочалова, О.Н. Смирнова, Е.А. Захарова, Д.В. Кряжев, Л.А. Смирнова, Поволжский экологический журнал,4,537-541 (2011);
3. В.В. Верхоланцев, Водные краски на основе синтетических полимеров. Химия, Ленинград, 1968. 200с.
4. В.И. Елисеева, Полимерные дисперсии. Химия, Москва, 1980. 296 с
5.ГОСТ 18992-80. Дисперсия поливинилацетатная гомо-полимерная грубодисперсная. Издательство стандартов, Москва, 1980.
6. О.НСахно, О.Г Селивано, В.Ю. Чухланов, Биологическая устойчивость полимерных материалов. Владимир, 2014. 64 с.
7. В. А. Васнев, Высокомолекулярные соединения, 39, 12, 2073 - 2086(1997);
8. В.Д. Ильичев, Экологические основы защиты от биоповреждений. Наука, Москва, 1985. 175 с.
9. В.Д. Ильичев, Биоповреждения. Высшая школа, Москва, 1987. 352 с
10. Е. Л. Пехташева, Биоповреждения непродовольственных товаров. Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», Москва, 2013. 332 с.
11. Н.А. Азанова, М. А. Чижова, XIII Международная научно-техническая конференция "Лесной комплекс: состояние и перспективы развития"' (Брянск, Россия, 1 -30 ноября, 2014) Брянск, 2014;
12. Е.С. Трепова, Т.Д. Великова, С.С. Хазова, Микология и фитопатология., 43, 2, 198-205 (2009);
13. А. В. Игнатенко, Труды Белорусского государственного технологического университета. 1, 7, 162-165.(2009).
© Л. Ф. Миннебаева - магистрант каф. промышленной биотехнологии КНИТУ, leyss93@mail.ru; Т. В. Вдовина - к.т.н., доц. каф. промышленной биотехнологии КНИТУ, tvkirilina@gmail.com; В. В. Конакова - студент каф. промышленной биотехнологии КНИТУ, veronika1488666@gmail.com; А. С. Сироткин - д.т.н., проф., зав. каф. промышленной биотехнологии КНИТУ, asirotkin66@gmail.ru; Р. Р. Спиридонова - к.х.н., доц. каф. технологии синтетического каучука КНИТУ, regina.spiridonova@bk.ru; А. А. Ахметова - магистрант каф. технологии синтетического каучука КНИТУ, aliya-akhmetova@mail.ru; А. Г. Сулейманова - аспирант каф. технологии синтетического каучука КНИТУ, salaygul@rambler. га.
© L. F. Minnebaeva - Master student of industrial biotechnology department, KNRTU, leyss93@mail.ru; T. V. Vdovina - Ph.D, associate professor of industrial biotechnology department, KNRTU, tvkirilina@gmail.com; V. V. Konavova - student of industrial biotechnology department, KNRTU, veronika1488666@gmail.com; A. S. Sirotkin - Doctor of technical science, Professor, Head of the department of industrial biotechnology, KNRTU, asirotkin66@gmail.com; R. R. Spiridonova - candidate of chemical sciences, associate professor of technology of synthetic rubber department KNRTU, regina.spiridonova@bk.ru; A. A. Akhmetova - master student of technology of synthetic rubber department KNRTU, aliya-akhmetova@mail.ru; A. G. Suleymanova- post-graduate student of technology of synthetic rubber department KNRTU, salaygul@rambler.ru.
