Испытания материалов на стойкость к воздействию микроорганизмов проводят как в лабораторных, так и в натурных условиях.
Длительные натурные испытания позволяют получить наиболее достоверные данные о биостойкости материалов. Исследования проводят в естественных условиях (на климатических станциях), как на открытых стендах, так и в специальных помещениях без доступа прямых солнечных лучей при ограниченной аэрации и повышенной влажности. Образцы материалов и изделий расставляют на стенды под углом 45 - 75 ° для обеспечения оседания на их поверхности атмосферной пыли, растительных остатков и т.д.
Существует также множество лабораторных методов оценки биостойкости промышленных материалов и товаров, классификация которых может быть проведена по различным признакам.
Методы различаются:
- по применяемым биофакторам (почвенная микрофлора, спонтанная микрофлора, микроскопические грибы, бактерии, насекомые, грызуны);
- по условиям экспонирования (влажность, температура, эксикаторы, климатические камеры, чашки Петри, колбы, сроки экспонирования);
- по способу оценки результатов (потеря механической прочности, потеря массы образцов, изменение структуры материалов, по типу оценки (визуальная четырех- или пятибалльная), численности микрофлоры на материалах, приросту биомассы и другим физико-химическими методам).
В табл. 6 приведены основные стандартные методы оценки биостойкости.
Одним из наиболее распространенных способов исследования биостойкости текстильных материалов, пластиков, резин и других неметаллических материалов является почвенный метод (ГОСТ 9.060-75). Готовят почву следующего состава: конский навоз, садовая земля, песок в соотношении 1:1:1 с рН 6 - 7,5. На образец испытуемого материала наносят слой приготовленной почвы толщиной 25 см с влажностью 28 % и помещают во влажную камеру на определенный промежуток времени, где выдерживают при температуре +(24... 26) °С. Затем определяют прочность на разрыв. Результаты имеют большой разброс и плохую воспроизводимость.
Другим примером могут служить испытания на стойкость к плесневым грибам (ГОСТ 9.048-75). В стерильные чашки Петри наливают питательную среду, после ее застывания на поверхность помещают испытуемый образец, который обрабатывают (инокулируют)
110
Таблица 6
Нормативные документы на методы оценки биостойкости
| ГОСТ | Объекты испытания | Биофактор | Критерий оценки |
| 9.048-89 ЕСЗКС | Изделия электронной техники, квантовой электроники, оптические детали, приборы, аппаратура, оборудование | Микроскопические грибы | Балльная оценка обрастания. Измерение изменений параметров изделий по НТД |
| 9.049-91 ЕСЗКС | Полимерные материалы: пластмассы, компаунды, резины, клеи, герметики. Компоненты: полимеры, пластификаторы, наполнители, стабилизаторы, красители, пигменты | Микроскопические грибы | Балльная оценка обрастания. Измерение изменений свойств по НТД. Биолюминесцентный метод оценки количества АТФ на поверхности материала |
| 9.050-75 ЕСЗКС | Лакокрасочные покрытия | Микроскопические грибы | Балльная оценка обрастания. Балльная оценка степени разрушения поверхности. Измерение изменений показателей по НТД |
| 9.052-88 ЕСЗКС | Масла и смазки | Микроскопические грибы | Визуально по органолептическим показателям. Биолюминесцентный метод |
| 9.053-75 ЕСЗКС | Материалы неметаллические и изделия с их применением | Микологические площадки | Балльная оценка обрастания. Измерение изменений параметров изделий по НТД. Визуально по органолептическим показателям |
| 9.060-75 ЕСЗКС | Ткани из натуральных, искусственных, синтетических волокон | Почва определенного состава | Измерение изменения разрывной нагрузки |
| 9.085-78 ЕСЗКС | Жидкости смазочно-охлаждающие | Бактерии | Визуально в баллах по зонам ингибирования роста микроорганизмов |
| 9.801-82 ЕСЗКС | Бумага | Препарат ферментный - целлюлаза | Измерение потери прочности на излом. Накопление Сахаров по методу Шомади-Нельсона |
111
Окончание табл. 6
| ГОСТ | Объекты испытания | Биофактор | Критерий оценки |
| 9.802-84 ЕСЗКС | Ткани и изделия бытового, технического и специального назначения из натуральных, искусственных и синтетических волокон | Микроскопические грибы | Балльная оценка обрастания |
| 9.082-77 ЕСЗКС | Масла и смазки | Бактерии | Наличие развития бактерий на образцах |
| 13106-67 | Кожевенное сырье | Спонтанная микрофлора | Структурная повреждаемость бактериального сырья. Метод кислотного набухания для коллагеновых волокон |
| 28504-90 | Шкурки меховые и овчина шубная невыделанные | Спонтанная микрофлора | Градация структурной повреждаемости гистологических срезов (4 степени). Качественная цветная реакция на водной вытяжке кожевой ткани |
| 18610-82 | Древесина | Микологическая площадка | Измерение средней глубины гнили |
| 9.055-75 ЕСЗКС | Шерстяные камвольные ткани | Гусеницы моли | Измерение потери массы. Балльная оценка повреждения. Оценка состояния гусениц после испытаний |
| 9.057-75 ЕСЗКС | Пластмассы, лакокрасочные покрытия, резины, герметики, компаунды, пленочные материалы, древесина, ткани, бумага, картон | 20 видов крыс и мышей | Балльная оценка повреждения. Измерение потери массы |
| 9.058-75 ЕСЗКС | Пластмассы, лакокрасочные покрытия, резины, герметики, компаунды, пленки, древесина, ткани, бумага, картон | Термиты | Визуальное определение поврежденности |
112
суспензией спор набора тест-культур, выдерживают в термостате при температуре (29 ± 1) °С в течение 14 сут. Образцы осматривают визуально и оценивают грибостойкость в баллах по степени обрастания.
Критерием оценки биостойкости в стандартных методах чаще всего является визуальный осмотр образцов (балльная оценка).
Так, степень обрастания микроскопическими грибами выражается в баллах следующим образом:
- 0 - при осмотре под микроскопом рост плесневых грибов не виден;
- 1 - при осмотре под микроскопом видны проросшие споры и незначительно развитый мицелий в виде неветвящихся гиф;
- 2 - при осмотре под микроскопом виден мицелий в виде ветвящихся гиф возможно спороношение;
- 3 - при осмотре невооруженным глазом рост грибов едва виден, но отчетливо виден под микроскопом;
- 4 - при осмотре невооруженным глазом отчетливо виден рост грибов, покрывающих менее 25 % испытываемой поверхности;
- 5 - при осмотре невооруженным глазом отчетливо виден рост грибов, покрывающих более 25 % испытываемой поверхности.
Степень повреждения молью тканей также может оцениваться в баллах:
- 0 - повреждения не обнаружены;
- 1 - незначительные повреждения поверхности ткани, малозаметное повреждение ворса;
- 2 - выгрызы с краев, борозды на поверхности, заметное уничтожение ворса;
- 3 - сквозные отверстия.
Степень повреждения материалов грызунами в баллах:
- 0 - образец не поврежден;
- 1 - на поверхности образца имеются следы зубов (неглубокие царапины);
- 2 - повреждено покрытие или поверхность образца (по краю образца на поверхности имеются погрызы);
- 3 - образец значительно поврежден, но не прогрызен;
- 4 - образец прогрызен.
Примерами оценки изменений структуры материалов могут быть следующие:
- стандартная градация структурной повреждаемости и бактериальной зараженности меховых невыделанных шкурок,
- метод количественной оценки повреждаемости текстильных волокон, предложенный проф. И.А. Ермиловой.
Для меховых шкурок установлено 4 градации поврежденности (по исследованию под микроскопом окрашенных гистологических срезов кожевой ткани):
113
1. Нормальные шкурки (структурная поврежденность и бактериальная зараженность отсутствуют):
- полная сохранность микроструктуры с четким выявлением ядер клеток;
- коллагеновые пучки с четкими контурами и равномерной окраской;
- плотный контакт эпидермиса с дермой;
- корневое влагалище волосяного фолликула интенсивно окрашено в сине-фиолетовый цвет со слабым выявлением границ составляющих его веретенообразных клеток;
- кожевая ткань не содержит бактерий (или они только на мездровой поверхности шкуры).
2. Слабая степень поврежденности и бактериальной зараженности:
- окраска ядер клеточных структур несколько ослаблена;
- коллагеновые пучки с четкими контурами и равномерной окраской;
- плотный контакт эпидермиса с дермой;
- в отдельных волосяных фолликулах появляются первые признаки повреждения внутреннего корневого влагалища, выражающиеся в появлении промежутков между составляющими его веретенообразными клетками, т.е. в нарушении их спаянности;
- в нижней части сетчатого слоя кожевой ткани - единичные бактерии.
3. Средняя степень повреждености и бактериальной зараженности:
- окраска ядер клеточных структур резко ослаблена;
- эпидермис отслаивается (потеря связи его с дермой);
- в отдельных волосяных фолликулах четко выражены повреждения: нарушение луковицы, распад оболочки внутреннего корневого влагалища на веретенообразные клетки;
- в сетчатом слое - набухшие коллагеновые пучки с нечеткими размытыми контурами (первые признаки желатинизации);
- бактерии проникают глубоко в сосочковый и сетчатый слой кожевой ткани, образуя скопления.
4. Сильная степень поврежденности и бактериальной зараженности:
- окраска ядер клеточных структур практически отсутствует;
- подавляющее число волосяных фолликул с глубокими разрушениями (распад оболочек и луковиц);
- эпидермис отслоен или полностью отсутствует;
- сильная желатинизация пучков, возможно окрашивание отдельных участков в сине-фиолетовый цвет;
- коллагеновые пучки могут быть сплавлены в специфические образования неправильной формы;
- кожевая ткань пронизана бактериями;
114
- теклость волосяного покрова;
- расслоение и распад кожевой ткани.
Для текстильных волокон может быть использован метод оценки степени деструкции, основанный на изучении макроструктуры волокон с помощью оптической микроскопии и количественном учете всех видов повреждений волокна, вызываемых микроорганизмами (рис. 22).
Все типы повреждений делятся на три класса:
Класс А - характеризуется совокупностью начальных изменений поверхности волокон: обрастания микроорганизмами и продуктами их обмена (рис. 22, 1, 2);
Класс В - объединяет более сильные проявления деструкции: вздутия, утонения, повреждения стенки (рис. 22, 3, 4, 5, 6);
Класс С - включает сильные и глубокие повреждения микроорганизмами волокон: расслоение, распад волокна до отдельных конгломератов (рис. 22, 7, 8).
Повреждения класса А не влияют на изменение внутренней структуры и свойств волокон. Однако появление этих начальных стадий деструкции позволяет судить о возникновении процесса повреждения волокна, который в определенных условиях может прогрессировать.
Появление повреждений класса В сопровождается деструкцией не только поверхности, но и внутренних участков волокна. Подобные повреждения влияют на изменение свойств волокон (снижается, например, их прочность).
Появление повреждений класса С свидетельствует о глубокой биологической деструкции структуры волокон. Механические свойства волокон, у которых преобладают повреждения подобного рода, резко снижаются.
Для оценки поврежденности волокон используют следующие показатели:
- N - общее число повреждений;
- x1 - число повреждений класса А;
- х2 - число повреждений класса В;
- х3 - число повреждений класса С.
Показатель деструкции волокна рассчитывают по формуле:
К(х1, х2, х3) = К1 + К2+ К3; K1 = α1x1; K2 = α2x2; K3 = α3x3; К(х1, х2, х3) = α1x1 + α2x2 + α3x3
где К - показатель биодеструкции; α1, α2, α3 - коэффициенты весомости повреждений классов А, В и С соответственно. α1 = 0,002; α2 = 0,025; α3 = 0,255.
Изменения показателя деструкции волокна в интервале 0 - 0,3 соответствуют начальным изменениям поверхности волокна, не затрагивая его внутренней структуры. В интервале 0,3 - 3,55 наблюдается деструкция не только поверхности, но и внутренних
115
Рис. 22. Виды повреждений текстильных волокон микроорганизмами (на примере хлопковых волокон):
1 - обрастания микроскопическими грибами;
2 - обрастания бактериями;
3,
4 - вздутия;
5, 6 - повреждение стенки;
7, 8 - зернистый распад (× 400)
116
участков волокон, сопровождающихся начальными изменениями, и в интервале 3,55 - 42,25 - глубокая биологическая деструкция структуры волокна на всех его уровнях.
117