Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук.
- Нижний Новгород, ННГУ им. Н.И. Лобачевского, 2014. - 305 с.
Специальность 03.02.08 – экология (биология)
Научный консультант: д.б.н., профессор В.Ф. Смирнов Цель работы: Теоретически обосновать и верифицировать комплексный подход к диагностике и прогнозированию процессов деструкции микромицетами полимерных материалов, основанный на учете воздействия абиотических факторов среды на всех участников биоповреждающего процесса.
Научная новизна. Впервые проведено комплексное исследование возможностей вовлечения в трофические цепи почвенных микромицетов и объяснено наличие биостойких свойств у 15 синтетических полимерных материалов и их ингредиентов, широко используемых в отечественной промышленности и медицине, и 18 синтезированных полимерных композиций на основе различных природных и синтетических полимеров (хитозана, крахмала, целлюлозы, акрилатов, виниловых мономеров) в условиях воздействия абиотических факторов.
Выявлены и теоретически обоснованы особенности заселения микромицетами полимерных материалов в лабораторных и природных условиях. Показано, что среди микромицетов, заселяющих полимерный материал, имеются виды-стенофаги и случайные виды; установлены ингредиенты полимерных композиций (аммиачный комплекс кобальта, персульфат аммония, алкилдиметилбензиламмоний хлорид, производные бензтиазола), способные ингибировать жизнедеятельность микромицетов-деструкторов.
В лабораторных условиях исследовано влияние роста грибов на физико-механические свойства: эмульсии Акрэмос-203 Б; привитых сополимеров акрилонитрила на хитозан; бумаги, обработанной смесью хитозана и полиакрилового флоккулянта; привитых сополимеров натрий-карбоксиметилцеллюлозы с метилакрилатом и блок-сополимеров натрий-карбоксиметилцеллюлоза – метилакрилат. Установлено, что уже на стадии формирования вегетативного мицелия на полимерных пленках и бумаге наблюдается снижение таких показателей как твердость пленки, разрушающее напряжение, относительное удлинение, характеристическая вязкость, прочность, деформация, обосновано использование данных показателей в качестве критериев ранней экспресс-диагностики процесса биоповреждения. Впервые показано, что степень воздействия факторов климатического старения на полимерные материалы и биоцидные добавки по-разному меняет их устойчивость к действию микромицетов: у материалов снижается биостойкость, у биоцидных добавок фунгицидные свойства могут как снижаться, так и возрастать. Показано, что действие высокой температуры и ультрафиолетового излучения повышает способность исследуемых материалов к биодеструкции. Определены основные оптимальные экологические условия (влажность 98%, температура 30°С), обеспечивающие наибольшую деструктивную активность плесневых грибов. У грибов – активных деструкторов показана роль экзоэстеразы и экзохитозаназы в процессе разрушения ими полимерных материалов, дано объяснение данного факта с позиций концепции микробного катаболизма. Показано, что в составе сополимеров природные полимеры утилизируются значительно легче, чем синтетические субстраты, что особенно хорошо заметно на мало разлагаемых композициях. Дано объяснение этому явлению с позиций химического строения субстратов, а также диауксического роста на них микромицетов. Впервые изучено влияние КВЧ-излучения на рост мицелия, выживаемость пропагул, экзопероксидазную и экзокаталазную активность у микромицетов-деструкторов. Выявлен сочетанный биоцидный эффект от совместного воздействия ультрафиолетового и миллиметрового излучений и полигексаметиленгуанидин гидрохлорида, алкилдиметилбензиламмоний хлорида, гипохлорида натрия на микромицеты-деструкторы, предложено объяснение вероятного механизма данного эффекта. Разработан и обоснован подход, применяющий экологическую диагностику для прогнозирования эксплуатационных возможностей и защиты от биоповреждений полимерных материалов.
Практическая значимость работы Выявлены устойчивые к действию грибов материалы (компаунд ЭЗК-6, клей-мастика ГИПК-23-12, стеклотекстолит СТЭФ-1, блок- сополимер ХТЗ-МА – солевая форма, композиция ПВХ : ХТЗ (1:0,1) и композиции ПВХ с целлюлозой) и материалы, легко биоутилизируемые (клей «Лейконат», герметик УТ-34, пластик АБС-2020-31, полистирол УПС-825Д, гетерополимерные композиции хитозана с поливинилпирролидоном и поливинилспиртом, привитые сополимеры акрилонитрила на хитозан, блок-сополимеры хитозана с крахмалом и полиакриламидом, модифицированные хитозаном образцы бумаги, сополимеры крахмала и полиметилакрилата). Разработан алгоритм получения полимерных материалов с регулируемой биостойкостью. На основе алгоритма разработаны рекомендации по созданию биостойких полимерных композиций, позволяющие существенным образом расширить эксплуатационные возможности полимерных материалов и продлить их сроки эксплуатации в различных климатических зонах. Разработаны рекомендации по совершенствованию стандартных методов испытаний на грибостойкость с целью получения более объективных данных. Результаты работы востребованы Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии, Минобороны и Минпромторгом Российской Федерации; ОАО «Завод им. Г.И. Петровского», ОАО «НПП «Полёт», а также научными и учебными учреждениями, связанными с проблемой разработки новых биостойких материалов и их испытаниями в натурных условиях эксплуатации, либо занимающимися вопросами ликвидации техногенных образований и отходов. Результаты работы могут быть использованы для разработки строительных норм и правил для организаций, занимающихся проектированием и возведением сооружений и конструкций, устойчивых к воздействию биологических факторов.
Научный консультант: д.б.н., профессор В.Ф. Смирнов Цель работы: Теоретически обосновать и верифицировать комплексный подход к диагностике и прогнозированию процессов деструкции микромицетами полимерных материалов, основанный на учете воздействия абиотических факторов среды на всех участников биоповреждающего процесса.
Научная новизна. Впервые проведено комплексное исследование возможностей вовлечения в трофические цепи почвенных микромицетов и объяснено наличие биостойких свойств у 15 синтетических полимерных материалов и их ингредиентов, широко используемых в отечественной промышленности и медицине, и 18 синтезированных полимерных композиций на основе различных природных и синтетических полимеров (хитозана, крахмала, целлюлозы, акрилатов, виниловых мономеров) в условиях воздействия абиотических факторов.
Выявлены и теоретически обоснованы особенности заселения микромицетами полимерных материалов в лабораторных и природных условиях. Показано, что среди микромицетов, заселяющих полимерный материал, имеются виды-стенофаги и случайные виды; установлены ингредиенты полимерных композиций (аммиачный комплекс кобальта, персульфат аммония, алкилдиметилбензиламмоний хлорид, производные бензтиазола), способные ингибировать жизнедеятельность микромицетов-деструкторов.
В лабораторных условиях исследовано влияние роста грибов на физико-механические свойства: эмульсии Акрэмос-203 Б; привитых сополимеров акрилонитрила на хитозан; бумаги, обработанной смесью хитозана и полиакрилового флоккулянта; привитых сополимеров натрий-карбоксиметилцеллюлозы с метилакрилатом и блок-сополимеров натрий-карбоксиметилцеллюлоза – метилакрилат. Установлено, что уже на стадии формирования вегетативного мицелия на полимерных пленках и бумаге наблюдается снижение таких показателей как твердость пленки, разрушающее напряжение, относительное удлинение, характеристическая вязкость, прочность, деформация, обосновано использование данных показателей в качестве критериев ранней экспресс-диагностики процесса биоповреждения. Впервые показано, что степень воздействия факторов климатического старения на полимерные материалы и биоцидные добавки по-разному меняет их устойчивость к действию микромицетов: у материалов снижается биостойкость, у биоцидных добавок фунгицидные свойства могут как снижаться, так и возрастать. Показано, что действие высокой температуры и ультрафиолетового излучения повышает способность исследуемых материалов к биодеструкции. Определены основные оптимальные экологические условия (влажность 98%, температура 30°С), обеспечивающие наибольшую деструктивную активность плесневых грибов. У грибов – активных деструкторов показана роль экзоэстеразы и экзохитозаназы в процессе разрушения ими полимерных материалов, дано объяснение данного факта с позиций концепции микробного катаболизма. Показано, что в составе сополимеров природные полимеры утилизируются значительно легче, чем синтетические субстраты, что особенно хорошо заметно на мало разлагаемых композициях. Дано объяснение этому явлению с позиций химического строения субстратов, а также диауксического роста на них микромицетов. Впервые изучено влияние КВЧ-излучения на рост мицелия, выживаемость пропагул, экзопероксидазную и экзокаталазную активность у микромицетов-деструкторов. Выявлен сочетанный биоцидный эффект от совместного воздействия ультрафиолетового и миллиметрового излучений и полигексаметиленгуанидин гидрохлорида, алкилдиметилбензиламмоний хлорида, гипохлорида натрия на микромицеты-деструкторы, предложено объяснение вероятного механизма данного эффекта. Разработан и обоснован подход, применяющий экологическую диагностику для прогнозирования эксплуатационных возможностей и защиты от биоповреждений полимерных материалов.
Практическая значимость работы Выявлены устойчивые к действию грибов материалы (компаунд ЭЗК-6, клей-мастика ГИПК-23-12, стеклотекстолит СТЭФ-1, блок- сополимер ХТЗ-МА – солевая форма, композиция ПВХ : ХТЗ (1:0,1) и композиции ПВХ с целлюлозой) и материалы, легко биоутилизируемые (клей «Лейконат», герметик УТ-34, пластик АБС-2020-31, полистирол УПС-825Д, гетерополимерные композиции хитозана с поливинилпирролидоном и поливинилспиртом, привитые сополимеры акрилонитрила на хитозан, блок-сополимеры хитозана с крахмалом и полиакриламидом, модифицированные хитозаном образцы бумаги, сополимеры крахмала и полиметилакрилата). Разработан алгоритм получения полимерных материалов с регулируемой биостойкостью. На основе алгоритма разработаны рекомендации по созданию биостойких полимерных композиций, позволяющие существенным образом расширить эксплуатационные возможности полимерных материалов и продлить их сроки эксплуатации в различных климатических зонах. Разработаны рекомендации по совершенствованию стандартных методов испытаний на грибостойкость с целью получения более объективных данных. Результаты работы востребованы Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии, Минобороны и Минпромторгом Российской Федерации; ОАО «Завод им. Г.И. Петровского», ОАО «НПП «Полёт», а также научными и учебными учреждениями, связанными с проблемой разработки новых биостойких материалов и их испытаниями в натурных условиях эксплуатации, либо занимающимися вопросами ликвидации техногенных образований и отходов. Результаты работы могут быть использованы для разработки строительных норм и правил для организаций, занимающихся проектированием и возведением сооружений и конструкций, устойчивых к воздействию биологических факторов.