Химсопрмат

видов грибов. Основным фактором, способствующим развитию грибов, является вода, которая составляет главную часть клеточного тела гриба. Пылевидные частицы, оседающие на поверхности изделия, обычно содержат споры грибов и органические соединения, необходимые для питания грибницы. Эти частицы, являясь гигроскопичными, сохраняют влагу на поверхности материала.

Большое влияние на прорастание спор оказывает температура. Температурный интервал жизнедеятельности грибов достаточно широк – от 0 до + 45 °С, при этом каждый вид грибов имеет свой температурный оптимум. Некоторые грибы способны развиваться и при более высоких (термофилы) или более низких (психрофилы) температурах. Отрицательное влияние на рост грибов оказывает движение воздуха, которое препятствует оседанию спор на поверхности материала и повреждает мицелий. Значительное увеличение или уменьшение рН также неблагоприятны для развития грибов.

Рис. 3.6. Биокоррозия металлических образцов после двухлетней экспозиции в питательных средах с мицелиальными грибами:

а – сталь 45; б – сплав АМг; в – сплав АМц; г – латунь Л63

139

Полимеры поражают грибы A.niger и A.flavus. Зоны поражения отличаются цветом и изменением структуры. Поражение имеет локальный характер (пятна 2-3 см2). Металлы поражаются исключительно грибами P. Sp. Зоны поражения отличаются потемнением поверхности (рис. 3.6) [52].

Продукты коррозии обнаружены на поверхностях углеродистых и низколегированных сталей, алюминиевых сплавов и латуней, металлопокрытий, избирательно – на высоколегированных сталях

(рис. 3.7).

Рис. 3.7. Биокоррозии металлических образцов и покрытий после годовой экспозиции в питательных средах с мицелиальными грибами:

а– сталь 45; б – 30ХГСА; в – МА2-1; г – цинковое покрытие;

д– хромовое покрытие (на г, д слева показаны контрольные образцы)

140

Слабый рост микрогрибов в виде прорастаний конидий с образованием коротких неветвящихся гиф наблюдается на цинковых покрытиях (Cephalosporium sp.) независимо от метода их получения. Суммарный эффект разрушения в результате биокоррозии больше у цинковых покрытий, полученных из цианистого электролита. На хромовых блестящих покрытиях наблюдается аналогичная картина с прорастанием, в основном Cladosporium sp. Незначительным изменениям (потемнение поверхности с образованием легкого налета продуктов коррозии) подвергаются цинковые, кадмиевые, медные и комбинированные медь-никель-хромовые покрытия.

Анализ случаев повреждения труб систем промышленного водоснабжения и идентификация микроорганизмов свидетельствуют о комплексности процессов [52]. Отмечены сезонные изменения микрофлоры: зимой доминируют железобактерии, летом СВБ. В процессах биокоррозии принимают участие микрогрибы (Cl. resinae), микроводоросли, вступающие в ассоциации с бактериями. Повреждения носят локальный характер, а глубина их иногда достигает критических величин, приводящих к нарушению герметичности или прочности конструкций. В теплообменниках часто образуются слизевые образования за счет развития микроорганизмов.

Значительному повреждению микроорганизмами подвергаются строительные материалы, в том числе ситаллы. Несмотря на высокую гидрофобность этих стройматериалов и присутствие в составе добавок различных токсинов, таких как ионы кобальта, меди и других, при длительной эксплуатации, особенно в условиях влажного теплого климата, отмечены случаи их обрастания различными грибами.

3.5. Биоповреждения полимерных материалов

Повреждения полимеров биокоррозией – распространенное явление. Наибольший объем занимают повреждения микрогрибами. При воздействии грибов полимеры изменяют цвет, структуру, а в тонких пленках – герметичность и прочность. Повреждения полимеров про-

141

исходят в результате разрастания колоний грибов, проникновения грибницы через микронесплошности, а также вследствие воздействия продуктов метаболизма.

На рис. 3.8 показано обрастание грибами лакокрасочного покрытия из ЭП-51 и полимерной ткани ФЛТ-42, предназначенных для защиты металлоконструкций от проникновения влаги.

Биостойкость полимерных материалов снижается в процессе их старения.

Биоповреждения и старение полимеров – взаимосвязанные стимулирующие друг друга явления. Поэтому ингибирование одного из этих процессов вызывает торможение другого.

Рис. 3.8. Повреждения ткани ФЛТ-42 и ЛКП ЭП-51 микрогрибами:

а – Penicillium sp; б – Cephalosporium sp; в – Trichoderma sp на ЛКП-51; г – Alternaria sp; д – Aspergillus sp на ФЛТ-42; е – Cladosporium sp

142

По степени повреждаемости грибами в условиях эксплуатации все эластомеры, включающие синтетические и натуральные каучуки, резиновые смеси и ингредиенты резин, разделяют на следующие группы: стойкие, полустойкие и нестойкие. Резины, не содержащие фунгицидных добавок, обычно повреждаются грибами в различной степени (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Биоповреждения мицелиальными грибами неметаллических материалов и покрытий:

а– ЛКП ПФ-223; б – резиновая трубка; в – образцы из резины НО-68-1;

г– трубка ТЛМ; д – бумага; е – гофрированный картон; ж – ЛКП ХВ-125;

з– ткань 500 (на д, з слева контрольные образцы)

143

3.6. Механизм биоповреждений материалов

Процесс биоповреждений материалов в общем виде можно разбить на шесть этапов.

Первый этап – перенос микроорганизмов из воздушной, водной сред или из почв на поверхность металлоконструкций. Этот этап предшествует возникновению биоповреждений. Наибольшим воздействиям на этой стадии подвержены материалы, находящиеся вблизи почв и листвы деревьев или контактирующие с ними. Перенос микроорганизмов возможен также посредством воздушных потоков, несущих бактерии, актиномицеты и мицелий грибов с частицами почвы. Возможны случаи переноса микроорганизмов с загрязнением поверхностей технологического характера (при сборке конструкций в условиях производства или при их ремонте). На участках соприкосновения поверхностей с руками человека остаются смазочные материалы, масла, волокна тканей, частицы пыли, песка.

Для предотвращения биоповреждений на первом этапе необходимо исключить попадание микроорганизмов на поверхность металлоконструкций. Это делается путем частичной или полной герметизацией поверхности, очисткой поступающего воздуха от загрязнений с одновременной его осушкой, а также предотвращением загрязнения поверхностей или проведением их очистки перед эксплуатацией конструкции и во время ремонтно-технического обслуживания.

Второй этап – адсорбция микроорганизмов и загрязнений на поверхностях материалов конструкций.

Процесс достаточно сложен и определяется следующими факторами:

активностью микроорганизма;

свойствами, основным из которых является шероховатость поверхности;

характером среды, например наличием кислорода в воздухе, температурным интервалом, относительной влажностью воздуха, увлажнением поверхности и рН водных плёнок;

144

условиями контакта между микроорганизмами, загрязнениями

иповерхностями материалов.

Возможны следующие случаи расположения микроорганизмов и частиц загрязнений у поверхностей материалов конструкций [52] (рис. 3.10):

раздельное расположение микроорганизмов и частиц загрязнений (а);

образование мостиков между частицами через бактерии, и наоборот – между бактериями через частицы (б);

адсорбция микроорганизмов на поверхности больших по размеру частиц и проникновение в частицу (в);

адсорбция меньших по размеру частиц на поверхности микроорганизмов (г);

образование конгломератов из микроорганизмов и частиц загрязнений (д), которые имеет большое значение для диффузии питательных веществ,продуктов обмена,развития процессабиоповреждения;

к частицам загрязнений и поверхностям материалов бактерии могут прикрепляться боковой стороной, капсулой, полюсом, жгутиками (е).

Рис. 3.10. Взаимное расположение микроорганизмов и частиц загрязнений на поверхности материала

145

Микроорганизмы могут покрыть поверхность в один или не-

сколько слоев. Их строение позволяет достаточно прочно прикреп-

ляться к твердым поверхностям. Например, актиномицеты имеют мицелий, предназначенный для размножения, прикрепления к суб-

страту и извлечения питательных веществ. Мицелий, служащий для прикрепления, состоит из тончайших гиф, отличающихся кожистым строением и значительной плотностью [52]. От прочности сцепления микроорганизмов и частиц, структуры загрязнений и условий экс-

плуатации металлоконструкций зависит эффект биоповреждений.

Одним из возможных направлений борьбы с биоповреждениями металлоконструкций является снижение шероховатости и пористости поверхностей и придание им водоотталкивающих свойств (гидрофо-

бизация).

Третий этап – образование и рост микроколоний до видимых не-

вооруженным глазом. Процесс сопровождается появлением кор-

розионно-активных метаболических продуктов и локальным накоп-

лением электролитов с избыточным содержанием ионов гидроксония

H3O .

Состав биоценоза и эффект повреждения материала определяют-

ся характером субстрата (доступностью для заселения микроорганиз-

мами), террестиальным фактором (потенциалом инокулюма в почве и воздухе), уровнем загрязнений (исходя из мероприятий по очистке,

специфики производства и эксплуатации).

Экологические условия оределяют видовой состав микроорга-

низмов. Отдельные виды микроорганизмов имеют широкое распро-

странение в природе. Обычно эти грибы отличаются большой агрес-

сивностью к материалам, продуцируя такие метаболиты, как органи-

ческие кислоты, ферменты, пигменты. Они легко адаптируются на материалах различной химической природы. Особое внимание за-

служивает Aspergillus, который является продуцентом органических кислот, ряда ферментов, антибиотиков, ряда токсичных и канцеро-

генных веществ.

146

На этом этапе целесообразно применение мероприятий по очистке поверхностей металлоконструкций составами, включающими биоциды.

Четвертый этап – воздействие продуктов метаболизма, образующихся в результате жизнедеятельности колоний микроорганизмов, на материал конструкции (кислотное, щелочное, окислительное и ферментативное). Несовершенные грибы (аэробные гетеротрофы) стимулируют коррозию металлов следующим образом.

– Действием органических кислот по реакциям:

Органические кислоты, продуцируемые грибами, повышают агрессивность среды, стимулируя процессы коррозии металлов и деструкцию полимеров, а также служат источником углерода для дальнейшего развития микроорганизмов.

– Действием щелочной среды, создаваемой грибами, не образующими кислот, например по реакции:

Al Al3 3e,

Al3 3OH AlO2 H3O Al(OH)3

или

AlO2 Me MeAlO2;

H3O e H2O 1/2H2 , 2Al(OH)3 Al2O3 3H2O.

– Действием окисленных ферментов с выделением перекиси водорода, а затем атомарного кислорода при разложении перекиси водорода:

147

nH O nH O nO ,

2 2 2 2 .

mMe nO2 MemOn

Продукты коррозии, в свою очередь, стимулируют процесс разложения перекиси водорода.

Ферменты, выделяемые грибами, являются мощным фактором биоповреждений металлоконструкций. К таким ферментам относят оксидоредуктазы (каталаза, пероксидаза, полифенолоксидаза) и эстеразы (фосфаталазы, липазы).

Ряд материалов и покрытий разрушаются продуктами преимущественно определенного вида ферментов:

а) резины, битумы – продуцентами липазы; б) строительные материалы – продуцентами дегидрогеназы, ката-

дазы, пероксидазы; в) фенопласты – фосфатазы;

г) разрушение многих полимерных материалов происходит в результате комплекса реакций окислительно-восстановительных процессов, декарбоксилирования, этерефикации, гидролиза и др.;

д) алканы, входящие в состав нефтепродуктов, разрушаются в результате термического окисления;

е) алкены разрушаются гидратацией двойной связи с образованием эпокси-групп, этанолов и диолов.

Введение веществ, замедляющих процесс развития микроорганизмов и нейтрализующих продукты их жизнедеятельности, необходимо для снижения эффекта биоповреждений. Возможно применение методов биологической (экологической) защиты.

Пятый этап – стимулирование сопутствующих биоповреждениям коррозионного разрушения металлов и старения полимеров.

Стимулирование электрохимической коррозии происходит в результате появления концентрационных элементов на поверхности конструкций при накоплении продуктов жизнедеятельности микро-

148