Germostroy.ru
Режим работы:
пн-пт : 07:00-16:30
  +7(903)136-66-75
+7(495)229-41-87
+7(495)483-72-94
germostroy@rambler.ru

Есть мнение Огнебиозащита Защита строительных материалов от биоповреждений

Защита строительных материалов от биоповреждений

Защита строительных материалов от биоповреждений


A.M. Кашников, А.В. Васильев, К.П. Каддо, Б.И. Штейман, ГУ Центр «ЭНЛАКОМ»
Биоповреждение материала — это любое нежелательное изменение его свойств, вызванное жизнедеятельностью организмов. Строительные материалы подвергаются разрушительному воздействию разнообразных организмов, к числу которых относятся бактерии и грибы, лишайники, водоросли и высшие растения, простейшие и кишечнополостные, черви, моллюски и членистоногие, рыбы, птицы и млекопитающие. Однако наибольший ущерб наносят мицелиальные грибы и бактерии, на долю которых приходится до 20% от общего количества биоповреждений. Этот вид разрушения наиболее часто встречается при эксплуатации покрытий в условиях повышенной влажности при температуре 25-40°С [1].

Успешное решение вопросов, связанных с защитой материалов от биоповреждений, невозможно без глубокого изучения свойств микроорганизмов и условий, обеспечивающих их развитие, а также совершенствования существующих и создания новых методов испытаний биостойкости материалов и разработки эффективных способов защиты. Многочисленные исследования позволили выявить группу наиболее распространенных и специфических микроорганизмов, результатом жизнедеятельности которых является повреждение различных строительных материалов.

Признаки повреждения материалов микроорганизмами достаточно разнообразны. В ряде случаев наблюдается «плес-невение» материала, которое заметно невооруженным глазом и указывает на присутствие грибов. На древесине, бумаге, тканях, коже, пластмассах, лакокрасочных покрытиях под воздействием микроорганизмов часто появляются пятна разных оттенков. Плесневение и пигментация материалов нередко сопровождаются изменением их физико-химических свойств. Одни материалы теряют прочность, у других снижаются относительное удлинение при разрыве, показатели модуля упругости и напряжения при растяжении, а у третьих ухудшаются диэлектрические свойства.

Представленные в табл. 1 сведения о микроорганизмах показывают, что наибольший вред материалам приносят плесневые грибы. Они повреждают все природные и многие синтетические материалы, стальные и железобетонные конструкции, памятники культуры и искусства.

Грибы представляют большую и своеобразную группу одноклеточных и многоклеточных микроорганизмов, широко распространенных во всех районах земного шара. Общее число их видов, описанных к настоящему времени, составляет, по мнению различных авторов, от 10 до 250 тысяч. Чаще других разрушающее воздействие на материалы строительных конструкций оказывают представители Aspergillus и Penicillium.

Воздействие грибов на материал можно классифицировать по следующим признакам:

  • химическое действие агрессивных продуктов жизнедеятельности плесневых грибов, к которым относятся органические кислоты (щавелевая, уксусная, винная, муравьиная, лимонная и др.), ферменты, аминокислоты;
  • непосредственное потребление материала или его отдельных компонентов;
  • создание местной повышенной влажности.
Грибы имеют вегетативное тело мице-лиального строения, представляющее собой систему разветвленных нитей-гиф толщиной от 2 до 30 мкм. Гифы растут только в длину, и рост их практически не ограничен. Скорость роста варьируется от 0,1 до 6 мм/ч и зависит от скорости поступления питательных веществ.

Мицелий начинает свое развитие из спор, прорастающих при определенной температуре и влажности. Сначала спора набухает, поглощая влагу из окружающей среды, затем оболочка ее разрывается и появляется одна или несколько ростовых трубок, являющихся началом нового мицелия. Первое время развитие гиф идет за счет запасов питательных веществ споры, в дальнейшем — путем адсорбции питательных веществ из материала, подверженного биоповреждению.

Грибы размножаются либо частью мицелия, которая дает начало новому организму, либо спорами, образующимися на специальных гифах мицелия. Грибы образуют очень большое число спор. Так колония Penicillium диаметром 2,5 см может образовывать 400x106 спор. Распространению грибов, вызывающих повреждение материалов, обычно способствуют ветер, дождь, насекомые, животные и человек. Факторы окружающей среды, влияющие на активность микроорганизмов, можно разделить на химические и физические. К химическим факторам относятся источники питания, кислород, кислотность среды и др. Для того чтобы гриб мог расти и размножаться, в среде необходимо наличие доступных источников энергии и исходных материалов для биосинтеза. Ими являются вода, углерод, азот, фосфор, сера, водород, кислород и микроэлементы.

Активная кислотность (рН) среды является важным фактором роста и развития грибов. Большинство грибов лучше развиваются в слабокислых условиях (рН 5,0-6,0). Очень кислая и очень щелочная реакции среды токсичны для большинства грибов. Предельные значения рН, выше и ниже которых рост прекращается, равны соответственно 1,0 и 11,0. К важнейшим физическим факторам окружающей среды, определяющим уровень жизнедеятельности организмов, относятся влажность (60-100%) и температура (24-28°С). Микроорганизмы могут длительно находиться в состоянии покоя, никак не проявляя себя.

Исследованиями установлено [1], что физический, химический и биологический факторы коррозии бетонов и строительных растворов тесно взаимосвязаны. Бб^он представляет собой капиллярн€);порйстый материал с микротрещинами, поэтому микроорганизмы легко проникают в его толщу, а продукты их жизнедеятельности вызывают коррозионные процессы. По отношению к бетону наиболее опасны нитрифицирующие и тионовые бактерии, которые выделяют в процессе жизнедеятельности такие сильные кислоты, как азотная и серная. Под воздействием этих кислот разрушается защитная пленка карбоната кальция, образующаяся на поверхности бетона при его твердении и препятствующая выщелачиванию ги-дроксида кальция.

Часто при обследовании зданий обнаруживаются повреждения, вызванные жизнедеятельностью плесневых грибов. Темпы дальнейшего развития первичных повреждений бетона связаны с условиями, в которых корродирующий материал. Недостаточно биостойкие материалы при благоприятных для микроорганизмов условиях могут за несколько месяцев полностью изменить свой внешний вид и утратить механические свойства. Известно, что микроорганизмы выводят из строя до 2% от общего производства железобетона, то есть 3-5 млн м3 в год. Уровень аналогичного ущерба в России значительно превышает среднеевропейские и мировые показатели.

Выборочное обследование зданий Санкт-Петербурга, в том числе недавно отремонтированных, показало, что 80-90% из них поражены бактериями, грибами, водорослями, лишайниками и высшими растениями. Еще более страдают от биоагрессии подземные инженерные сооружения —тоннели, подземные переходы, коллекторы, строительные конструкции метрополитена и т.п. По статистике, более 50% потерь, связанных с коррозией подземных сооружений, происходит именно за счет биокоррозии. Интенсивное биоразрушение вызывает избыточная влага, которая создает условия для развития губительных микроорганизмов. Вода из почвы за счет капиллярных сил поднимается по стенам и может достичь высоты двух и более метров. В толщу стен и перекрытий через трещины и наружные швы проникают водяные пары. Конденсируясь, они увлажняют кирпичную кладку, перекрытия, связующие и другие строительные материалы. Обычно используемый в строительстве гер-метик обеспечивает герметичность шва не более 5-8 лет. Дополнительная защита герметика, например, оштукатуривание цементно-песчаным раствором увеличивает указанный срок лишь в 1,5-2 раза, что также явно недостаточно. Вода, проникшая в швы между панелями, в процессе циклов замерзания-оттаивания разрушает наружные стены и провоцирует образование новых очагов биопоражения внутри зданий.

Важно отметить, что процессы биоповреждения угрожают не только зданиям и другим инженерным сооружениям, но и находящимся в них имуществу и людям. Продукты жизнедеятельности и споры многих микробов, живущих в стенах и перекрытиях помещений, воздуховодах и в других конструкциях зданий, могут вызывать серьезные заболевания [1]. Наиболее часто встречающаяся форма аллергии, связанная с наличием биоповреждений зданий — микогенная бронхиальная астма. В России пока нет статистики этого заболевания, но в других странах Европы и Американских континентов от 50 до 80% больных бронхиальной астмой реагируют на плесневые грибы. Это означает, что грибы являются основной причиной или компонентом совокупности причин развития данного заболевания. Кроме бронхиальной астмы, могут развиваться аллергические мико-генные конъюктивиты, риниты, назофа-рингиты и т.д. В производстве лакокрасочных материалов отчетливо прослеживается тенденция к возрастанию доли водно-дисперсионных материалов по сравнению с органорастворимыми. Успехи в производстве водно-дисперсионных материалов привели к снижению экологического напряжения, связанного с применением углеводородных растворителей, оказывающих негативное воздействие на здоровье человека.

Однако создание водно-дисперсионных материалов с достаточно благоприятной средой для обитания различных микроорганизмов обусловило необходимость использования химических соединений, препятствующих их размножению. При этом производители лакокрасочных материалов вынуждены использовать целый набор консервантов, так как ни один из разработанных продуктов не способен воздействовать на все многообразие микроорганизмов. После нанесения органорастворимо-го или водно-дисперсионного лакокрасочного материала эффект защиты от микроорганизмов существенно снижается в первом случае за счет испарения вредных растворителей, а во втором — за счет испарения консервантов. Лакокрасочное покрытие, наряду с другими факторами, начинает подвергаться атаке микроорганизмов, что приводит к ускорению процессов разрушения.

Практически все органические полимеры ассимилированы плесневыми грибами. Однако в наибольшей степени подвержены плесневению и загниванию белковые вещества (казеин, камеди, декстрин, альбумин, крахмал), а также покрытия, содержащие их хотя бы в небольших количествах. В результате климатических испытаний были определены пленкообразователи с наименьшей биологической повреждаемостью. К ним относятся все полимеры, обладающие низким водопоглощением: полиолефины, полифторолефины, виниловые, полиакрилатные, кремнийоргани-ческие, феноло- и мочевиноформальде-гидные (отверждаемые при нагревании), эпоксидные и др. Достаточно стойки к действию микроорганизмов покрытия на основе природных олигомеров — битумов и канифоли, что объясняется их кислотными свойствами. В отличие от них большинство водно-дисперсионных, ни-тратцеллюлозных, масляных и алкид-ных ЛКМ образуют недостаточно стойкие к действию микроорганизмов покрытия. В условиях эксплуатации такие покрытия быстро плесневеют, теряют глянец, их защитные функции резко снижаются.

Пигменты и наполнители в большинстве случаев улучшают защитные функции покрытий. Механизм их действия сводится к уменьшению гидрофильное™ пленок и направленному изменению рН среды. Это характерно для пигментов, имеющих основный характер (цинковые и свинцовые белила, карбонат кальция и др.). Ряд пигментов (сульфиды кадмия, соединения меди) оказывают токсическое действие на микроорганизмы.

Общее название биологических добавок — биоциды, но не все они одинаково влияют на различные виды микроорганизмов, вызывающих биоповреждения. Добавки, отличающиеся максимальной степенью воздействия на грибы, называются фунгицидами, на водные растения (водоросли) — альгицидами, на бактерии - бактерицидами и на вредных насекомых — инсектицидами.

Биоциды для ЛКМ должны удовлетворять следующим требованиям:

  • • быть высокоактивными по отношению к грибам и бактериям, то есть 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.
Правильный выбор биоцида [2, 3] возможен только после тщательной проверки его эффективности в реальных условиях эксплуатации, так как многие биоциды, обладающие фунгицидной активностью по отношению к чистым культурам микроорганизмов, теряют ее при введении в ЛКМ. Кроме этого, из-за возможной адаптации микрофлоры к биоцидам их целесообразно периодически заменять.

Основными параметрами, определяющими эффективность биоцидов, являются: растворимость в воде, реакционная способность по отношению к другим компонентам ЛКМ. Ранее наиболее широко использовались хлорсодержащие препараты, составы на основе фенолов, металлсодержащие биоциды. Однако такие их недостатки, как токсичность, неудобство хранения, потеря активного хлора, коррозия оборудования, а также негативное воздействие на окружающую среду и привыкаемость многих микроорганизмов к этим препаратам, заставили перейти к производству дезинфицирующих средств нового типа. Универсальные препараты на основе надуксусной кислоты, перокси-да водорода, четвертичных аммониевых соединений и другие обладают высокой дезинфицирующей способностью, безопасны для людей и утилизируются без вредных последствий.

Специалисты Москвы, Дзержинска, Покрова и Иркутска разработали ряд биологических препаратов и ЛКМ, обладающих высокой биологической активностью по отношению к различным видам болезнетворных бактерий [2, 3, 4, 5]. Институт эколого-технологических проблем и ряд производителей создали оригинальные и эффективные биоцидные лакокрасочные материалы. Налажено производство экологически безопасных полимеров, обладающих широким спектром биоцидной активности — полигексаметилгуанидинов. Их защитные свойства подтверждены ведущими отечественными медицинскими организациями и признаны за рубежом. Препараты позволяют производить лакокрасочные материалы с сохранением антимикробных свойств до трех лет и подавлять бактерицидную, вирусную, плесневую и спо-роцидную активность воздушной среды. Освоено промышленное производство таких материалов. Краски прошли испытания в Институте экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина, НИИ трансплантологии искусственных органов, Центральном НИИ туберкулеза, Институте дезинфектологии и имеют необходимую разрешительную документацию. Данные ЛКМ соответствуют передовым Европейским и мировым требованиям.

Антимикробное действие производных гуани-дина известно давно. Гуанидиновые антисептики широко используются во всем мире. Эти препараты значительно эффективнее четвертичных аммониевых соединений, поверхностно активных веществ, производных фенола, хлорактивных дезинфицирующих препаратов. Они стабильны, неагрессивны, не образуют токсичных продуктов, не инактивиру-ются белками, биоразлагаемы. Биоцидные свойства производных полигексаметил-гуанидина (ПГМГ) обусловлены наличием в его повторяющихся звеньях гуаниди-новых группировок, являющихся активным началом некоторых природных и синтетических лекарственных веществ и антибиотиков [2]. Представителями этой группы соединений являются дезинфицирующие средства ПОЛИСЕПТ, БИОР, ФОГУЦИД и др., которые применяются в России при бактериальных инфекциях для дезинфекции поверхностей в помещениях, посуды, предметов ухода за больными и т.д.

Механизм биоцидного действия поли-гуанидиновых дезинфектантов достаточно хорошо изучен. Он аналогичен действию других высокомолекулярных ка-тионных биоцидов и состоит в следующем. Поскольку микроорганизмы обычно обладают отрицательным суммарным электрическим зарядом, они притягивают к себе N+ биоцидного препарата, который соприкасается с микроорганизмом, адсорбируется на поверхности клеточной мембраны, вызывает ее разрушение и проникает внутрь клетки. Внутри микробной клетки этот полимерный дезинфек-тант оказывает блокирующее действие на биологическую активность ферментов, препятствует репликации нуклеиновых кислот, угнетает дыхательную систему клетки, что, в конечном итоге, приводит к гибели микроорганизма. Покрытия с такими биоцидами предназначены для окраски стен и потолков жилых и общественных зданий, а также для отделки помещений, в которых находятся большие массы людей. Эти ЛКМ могут использоваться на предприятиях пищевой промышленности, объектах общепита, в спортивно-зрелищных комплексах и др. Применение антимикробных покрытий в таких помещениях должно способствовать снижению уровня микробного загрязнения и, как следствие, — заболеваемости.

В составе этих покрытий в качестве антибактериального компонента используются, как правило, полимерные соединения или наночастицы серебра, содержащие антибактериальный фрагмент [3]. Огромный интерес в мире вызывают нанотехнологии, основанные на использовании контролируемых по величине, форме, и составу наночастиц, образующих элементы больших структур с новыми свойствами и функциями. Многие ведущие фирмы активно включились в разработку таких материалов. Начиная с 2002 года, проводятся ежегодные конференции по нанотехнологиям, на которых, в числе прочих, обсуждаются вопросы использования наночастиц в производстве лакокрасочных материалов. В докладах исследовательского центра НАССА Амес, фирм БАСФ, ДЕГУССА, МЕРК, НАНОТЕХ-КОТИНГ и др. рассматривались различные методы и подходы в области создания новых ЛКМ с Вымываемые из покрытия ионы серебра, антимикробные свойства которого известны очень давно, проявляют бактерицидное действие. При этом содержание ионов серебра в покрытии снижается, в связи с чем уменьшается и бактерицидная эффективность. Разработан «зеленый» химический процесс синтеза наночастиц серебра для красок общего назначения без использования опасных реагентов и растворителей. Простота и экономичность процесса должны способствовать коммерциализации ЛКМ, предназначенных для оздоровления помещений и окружающей среды.

К числу последних инноваций относится модификация покрытий добавкой «Филлнанотек АГТ+» с наночастицами серебра, что позволяет существенно снизить стоимость работ и материалов, а также сократить сроки выполнения работ при подготовке поверхности перед окраской. К перечисленным достоинствам данной системы следует добавить и биостатические свойства покрытия, позволяющие увеличить срок его эксплуатации до 20 лет. В настоящее время полный комплекс работ с участием ГУ Центр «ЭНЛАКОМ» осуществляется при реконструкции 8-го корпуса 1-й Градской больницы, для отделки и окраски которого используются ЛКМ фирмы Fillistorf Farben AG с нанодобавками серебра.

Используемая литература:

  • 1. Кузнецова Л.С. «Полисепт»-полимерный биоцид пролонгированного действия. Москва, МГУ ПБ.2001
  • 2. Ефимов К.М., Гембицкий П.А., Снежко А.Г. Журнал «Дезинфекционное дело» №4, 2000, 32-36
  • 3. Farbe und Lack Bd 108, № 7, s. 28
  • 4. Вольганг Сигерт. Журнал «ЛКМ и их применение» №2-3, 2002, 58-60
  • 5. Патент РФ на изобретение — Биоцидная лакокрасочная композиция №2303615
  • 6. Каверинский B.C. Журнал «ЛКМ и их применение» №9, 2011, 14-21



 
Москва, ул. Софьи Ковалевской 14а
тел./факс:
+7 (495) 229-41-87
germostroy@rambler.ru

Клеевой отдел: +7 (495) 543-26-65
 
Герметики ·  Мастики ·  Клеи ·  Гидрофобизаторы ·  Очистители ·  ЛКМ ·  Наливные покрытия ·  Утеплители ·  Гидроизоляция ·  Огнебиозащита ·  Пены полиуретановые ·  Инструменты ·  Антикоррозийные покрытия ·  Сухие смеси ·  Составы для бетона

Панельное домостроение ·  Монолитное и кирпичное домостроение ·  Деревянное домостроение ·  Производство стеклопакетов, монтаж окон

Наш информационный партнер - стоительный портал www.stroyka.ru Web-mastering © Почерк.Ru, 2006-2020