Методы оценки биостойкости материалов

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,

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 структур- ной 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, лакокра- сочные покрытия, ре- зины, герметики, ком- паунды, 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

который обрабатывают (инокулируют) 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):

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 поврежденности 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;

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, 7, 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).

Рис. 22. Виды повреждений текстильных волокон микроорганизмами

(на примере хлопковых волокон):

1 – обрастания микроскопическими грибами; 2 – обрастания бактериями; 3, 4 – вздутия; 5,6 – повреждения стенки; 7,8 – зрнистый распад (х 400)

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;

х, — число повреждений класса А;

х₂ — число повреждений класса В;

х₃ — число повреждений класса С.

Показатель деструкции волокна рассчитывают по формуле:

К(х_х, х₂, х₃) = К_]+К₂+ К₃; К_х= щх_}; К₂= ос₂х₂; К_ъ = сс₃х₃; К(х_ь х₂, x₃) =

= aix₁ + a₂x₂+a₃x₃,

где К — показатель биодеструкции; ос_ь а₂, щ — коэффициенты весомости повреждений классов А, В и С соответственно, cq = 0,002; a₂ = 0,025; a₃ = 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 участков волокон, сопровождающихся начальными изменения­ми, и в интервале 3,55 — 42,25 — глубокая биологическая деструк­ция структуры волокна на всех его уровнях.