1

3
5
4
6
9
10
2
дударь
Микробиологическое здоровье зданий

Автор: Николай ВОЛОДИН,
генеральный директор ЦПП «фрагра».
Журнал Cleaning №2, 2011 год

В предыдущем номере нашего журнала мы начали разговор о разрушающем действии бактерий и вредоносных грибов и их влиянии на биоповреждение зданий. Продолжая эту тему, мы рассмотрим биостойкость различных материалов, а также различные методы борьбы с микроорганизмами.

Биостойкость древесны

Древесина служит источником питания многим биологическим организмам. Она довольно легко повреждается и макро-, и микроорганизмами, в основном развивающимися на ней грибами, которые активно питаются содержащимися в древесине целлюлозой, лигнином и другими компонентами. Биостойкость древесины зависит от породы дерева. По стойкости к гниению условно различают следующие породы древесины:

  • биостойкие – сосна, ясень, ядро лиственницы и дуба;
  • среднестойкие – ель, кедр, пихта, заболонь(1) лиственницы, ядро березы;
  • малостойкие – вяз, клен, заболонь березы и дуба;
  • нестойкие – осина, липа, ольха.

Грибы, разрушающие древесину, подразделяют на три группы:

  1. плесневые;
  2. деревоокрашивающие;
  3. дереворазрушающие.

Плесень поселяется преимущественно на сырых бревнах, пиломатериалах, различных загрязнениях древесины. Плесневые грибы снижают прочность материала и могут окрашивать его в различные оттенки зеленого или в черный цвет в зависимости от рода поразивших древесину грибов.

Деревоокрашивающие грибы развиваются при замедленной сушке древесины. Проникая в заболонь, они вызывают глубокое окрашивание в различные цвета и оттенки. Наиболее распространенным является синий цвет, хотя наряду с ним часто встречаются оттенки желтого, коричневого, оранжевого.

Самый большой вред деревянным строениям и изделиям наносят дереворазрушающие грибы. Они разрушают клеточные стенки древесины. Места распространения дереворазрушающих грибов очень разнообразны. Домовые грибы хорошо развиваются в отапливаемых жилых помещениях, в промышленных и животноводческих постройках, в подвалах, санузлах, в местах протечек, выпадения конденсата и при техническом увлажнении. Почвенные грибы развиваются в элементах сооружений, имеющих постоянный контакт с землей. Атмосферные поселяются на надземных частях зданий и сооружений, они развиваются в местах растрескивания древесины и периодического увлажнения ее атмосферными осадками. Аэроводные грибы вызывают поверхностную гниль на кровлях, заборах, стенах в местах медленного просыхания древесины. Но, кроме грибов, повреждения древесины вызываются и бактериями.

Биостойкость синтетических материалов

Синтетические полимерные материалы обладают высокой биостойкостью, более высокой, чем природные полимеры, такие как целлюлоза, коллаген и др. При определенных условиях эксплуатации синтетические материалы все же подвергаются биологической коррозии, в основном за счет микроскопических грибов.

Микробиологические повреждения пластмасс происходят параллельно с их старением под воздействием внешних факторов (ультрафиолетовое излучение, температурные перепады и т.п.). Развиваясь одновременно, биоповреждение и старение пластмасс усиливают разрушающее действие друг друга. Подверженность полимеров поражениям микроорганизмами усиливается из-за плохих санитарных условий в помещениях, несовершенства конструкций конкретных изделий, технологических процессов подготовки и переработки сырья, а также из-за неблагоприятных условий эксплуатации.

Степень биоповреждений зависит от химической природы компонентов сырья и структуры самого полимера.

Алифатические полиэфиры при повреждении грибами деградируют тем легче, чем короче расстояние между эфирными связями. Боковые цепи снижают уровень деградации полиэфиров. Большое количество амино- и карбоксильных групп олигомеров и их высокая концентрация у полиамидных волокон снижают микробиологическую устойчивость последних.

Полиэтилены обычно повреждаются только поверхностно, при этом полиэтилены низкого давления более устойчивы к биологическим воздействиям, чем полиэтилены высокого давления.

Биостойкость поливинилхлорида в значительной степени зависит от стойкости используемых пластификаторов, стабилизаторов и иных компонентов пластических масс. Наибольшему воздействию микроорганизмов подвергаются ПВХ-пластикаты. Для придания изделиям из ПВХ биоцидности при их изготовлении применяются компоненты с фунгицидными свойствами, такие как эмульгаторы Е-30 и «Волгонат».

Полистирол стоек к воздействию микроорганизмов, полиметилметакрилат («органическое стекло») обладает высокой микробиологической стойкостью в условиях умеренного климата, он поражается грибами в тропическом климате при высокой влажности и температуре.

Полиуретаны с простой эфирной связью поражаются микроорганизмами сильнее, чем полиуретаны со сложной эфирной связью. Синтетические полимеры на основе полиуретанов менее стойкие к биологической коррозии, чем полиолефины.

Среди полиамидов имеются не стойкие к грибковой агрессии, такие как нейлон 6 и нейлон 6,6, и весьма стойкие, например нейлон 12. Воздействие некоторых штаммов грибов на полиамидные пленочные материалы приводит к снижению прочности пленок до 80%.

На поликарбонатах при влажности воздуха 100% и температуре выше 30 °С способны расти плесневые грибы. Этот процесс часто наблюдается в ванных комнатах. Пленки из поликарбонатов также не вполне стойки к плесени.

Полимеры с высокой микробиологической стойкостью:

  • полиэтилентерефталат;
  • полипропилен;
  • полиизобутилен;
  • поливинилбутираль;
  • полиакрилонитрил;
  • эпоксидные компаунды и смолы.

Менее биостойкими являются:

  • поливинилацетат;
  • ацетилцеллюлоза;
  • нитроцеллюлоза;
  • поливиниловый спирт;
  • казеино-формальдегидные смолы, а также полимерные материалы на основе фенол-формальдегидных смол, такие как гетинакс, бакелит, текстолит.

Грибостойкость полимеров в основном определяется биостойкостью используемых в их производстве пластификаторов. Но и органические наполнители, такие как древесная мука, бумага, хлопковое волокно и т.п., представляющие собой питательную среду для микроорганизмов, значительно снижают грибостойкость полимеров.

Повреждения лакокрасочных материалов

Лакокрасочные материалы (ЛКМ) или лакокрасочные покрытия (ЛКП) широко применяются в строительстве для защиты материалов от атмосферных воздействий и агрессивных факторов внешней среды, а также для защиты от микробиологической коррозии. В то же время сами ЛКП могут повреждаться микроорганизмами, если их эксплуатация происходит в условиях, благоприятных для роста и развития бактерий и грибов.

Характерными признаками биоповреждений ЛКП будут: образование на окрашенных поверхностях серо-зеленых, бурых, темно-серых и черных пятен, налеты плесени и бактериальной слизи, растрескивание, шелушение и отслаивание, образование бугров, вздутий, отверстий и т.п.

Биоповреждения ЛКМ, так же как и защищаемых ими конструкционных и конструкционно-отделочных материалов, сочетаются с разрушающим действием иных факторов внешней среды. На них воздействуют: солнечная радиация, УФ-излучение, атмосферная влага, кислотные дожди, высокие и низкие температуры и тому подобные факторы, вызывающие старение материалов. И микробиологическая коррозия, и старение материалов могут протекать одновременно, но могут и не совпадать. В большинстве случаев эти процессы дополняют друг друга, вызывая синергетический эффект разрушения материалов. Они углубляют и ускоряют процессы деструкции, ухудшая декоративные и эксплуатационные свойства материалов.

ЛКП в основном повреждаются плесневыми грибами, которые развиваются или за счет компонентов, входящих в состав покрытия, или за счет загрязнений, находящихся на поверхности. Разрушения происходят как механическим путем под воздействием мицелия, так и химическим под влиянием метаболитов (кислот, ферментов и т.п.). Высокая влажность и температура провоцируют развитие и рост плесневых грибов на ЛКП. Наиболее уязвимыми для микроорганизмов являются здания и сооружения предприятий мясоперерабатывающей, молочной, консервной пищевой промышленности, хладокомбинатов, животноводства, овощехранилищи, бассейны, бани, помещения, расположенные ниже уровня земли и др.

Поражения ЛКМ, особенно водоэмульсионных красок, возможны на стадии их производства и хранения. В этом случае микроорганизмы попадают в полуфабрикаты лаков и красок в процессе технологического цикла.

Возможность биологического повреждения ЛКП зависит не только от его компонентного состава, но и от материала, на который данное покрытие нанесено. Краски и лаки на древесине сохраняются лучше, чем на металле и силикатных строительных материалах. ЛКП на черных металлах менее биостойки, по сравнению с их аналогами на цветных металлах. На микробиологическую стойкость лакокрасочных материалов влияют такие факторы, как гидрофобность покрытия и распределение конденсата влаги на поверхности. Чем выше гидрофобность материала, тем выше его стойкость по отношению к грибам.

Повреждения резинотехнических изделий

Резина также подвержена повреждениям микроорганизмами. Наибольшие разрушения резинотехническим изделиям и резиновым покрытиям наносят различные плесневые грибы, бактерии, актиномицеты, но особую роль в деструкции резин играют именно микромицеты.

Микробиологическая стойкость резин зависит от:

  • стойкости компонентов (каучука, наполнителей, отвердителей, пластификаторов, вулканизаторов и т.п.);
  • совместимости компонентов смесей;
  • технологии производства;
  • климатических и биотических условий эксплуатации и климатических особенностей среды.

Наиболее быстро под воздействием грибов разрушается натуральный каучук. В ряде случаев он может терять до 50% массы в течение двух месяцев. Следующими по устойчивости к биологическим повреждениям являются изопреновые каучуки. Более стойкими являются резины на основе бутадиенового каучука, а к самым стойким относятся силиконовые резины. Следствиями развития плесневых грибов на резинах, особенно Aspergillus niger, являются образование неудаляемых пигментных пятен, потускнение поверхности, неприятный запах.

Методы защиты

Для защиты от микробной агрессии применяются различные методы.

Физические методы:

  • электромагнитное облучение;
  • радиоактивное облучение;
  • УФ-облучение;
  • ультразвук;
  • электрохимическая защита и другие, относящиеся к временно действующим мероприятиям.

К ним также относятся и механическое удаление загрязнений при проведении влажной и мокрой уборки, проветривание, очистка воздуха фильтрацией, вентилирование помещений.

К постоянно действующим методам биологической защиты, особенно для промышленных предприятий, относятся:

  • поддержание необходимого температурного и влажностного режима помещений;
  • герметизация помещений;
  • очистка воздуха;
  • создание вакуума;
  • создание биоцидной газовой или аэрозольной среды;
  • гидрофобизация поверхностей материалов.

Химические методы. Наиболее эффективным методом, обеспечивающим длительную защиту материалов и конструкций от разрушающего действия микроорганизмов, является использование биоцидных препаратов, которые могут вводиться в состав материалов в процессе изготовления изделий или в качестве пропитки уже готовых конструкций и отделок. Возможна защита поверхностей нанесением на них специальных защитных лакокрасочных материалов.

Применяемые биоциды можно подразделить на две группы:

  1. фунгициды – применяются для защиты от поражения грибами, в основном плесневыми;
  2. бактерициды – применяются для защиты от кислотообразующих, гнилостных, слизеобразующих и других бактерий.

Перспективным способом дезинфекции помещений является аэрозольный, который заключается в распылении по поверхности растворов дезинфицирующих веществ или генерировании тумана в объеме помещения. Обычно технологический процесс дезинфекции складывается из дополняющих друг друга стадий: очистки помещений и нанесения дезраствора. При этом дезинфицирующие средства должны обладать достаточной токсичностью по отношению к микроорганизмам и одновременно не иметь неприятного стойкого запаха, не портить обрабатываемые поверхности, быть безвредными для человека, животных, растений.

Необходимо отметить, что наиболее сильные биоцидные препараты обладают сильным раздражающим запахом и относительно высокой токсичностью по отношению к теплокровным, это препараты на основе фенолов, крезолов, формалина и хлорсодержащих углеводородов типа хлорамина.

Кроме физических и химических методов борьбы с микроорганизмами, в последнее время находят применение и биологические методы.

Биологические методы. Эти методы защиты основаны на способности микроорганизмов к антагонизму (конкуренции). При этом происходит подавление роста одних микробов другими. В естественных условиях микроорганизмам приходится бороться за выживание со своими соперниками. Угнетение конкурентов может быть вызвано накоплением значительного количества продуктов обмена, в основном кислот и щелочей.

Микроорганизмы одной популяции могут образовывать химические соединения, токсичные для представителей других. В таких случаях продуктами метаболизма в основном будут являться антибиотики. Антагонистическая активность микробов обусловлена преимущественно летучими метаболитами и ферментами.

Отдельное место занимают микробы-паразиты и микробы-хищники. Некоторые формы миксобактерий выделяют мощные гидролитические ферменты, способные разрушить клетки не только живых, но и мертвых бактерий. Поэтому они могут рассматриваться или как хищники, или как сапрофиты.

В процессе своей жизнедеятельности микроорганизмы изменяют или разрушают структуру конструкционных, конструкционно-отделочных и отделочных материалов, что в итоге ведет к снижению их прочностных характеристик и декоративных свойств и в конечном счете к преждевременному старению и разрушению зданий. Биологическая коррозия строительных конструкций – один из основных факторов, определяющих скорость износа зданий и сооружений, воздействующих на них наряду с кислотными дождями, агрессивными газами, промерзанием, выветриванием и т.п. Биологическая коррозия имеет ряд существенных особенностей:

  • микроорганизмы могут ускорить деструкционные процессы в материалах в сотни и даже тысячи раз;
  • микроорганизмы могут находиться в состоянии покоя длительное время и никак не проявлять себя;
  • микроорганизмы переходят в активную форму при повышенной относительной влажности воздуха более 60% и влажности конструкций, отделки более 5%;
  • микроорганизмы оказывают на материалы как химическое, так и механическое воздействие;
  • в сообществе одни микроорганизмы могут поддерживать функционирование других в случае наступления для последних неблагоприятных условий;
  • процессы биоповреждений угрожают не только зданиям и инженерным сооружениям, но и находящимся в них людям, животным, растениям и имуществу;
  • продукты жизнедеятельности и споры многих микробов могут вызывать серьезные заболевания людей и животных.

(1) Заболонь – молодой слой древесины, находящийся непосредственно под корой. В растущем дереве заболонь служит для проведения воды вверх по стволу (из корней в крону) и для отложения запасных питательных веществ.

7
8
2020 г. Все права защищены
Проект разработан в ASTYPROduction