Микробная коррозия и ее возбудители (стр. 1 из 5)
В связи с бурным развитием промышленности резко возросли размеры коррозионных повреждений металлических и неметаллических конструкций и сооружений. Ежегодно в результате коррозии промышленность теряет сотни тысяч тонн металла [1, 2].
Коррозионным разрушениям подвержены подземные, наземные и подводные сооружения (газопроводы, нефтепроводы, бензобаки, тепловоды, кабели, емкости для хранения топлива, насосные трубы, корпуса судов, оградительные морские сооружения и др.).
Убытки, причиняемые коррозией, огромны. По официальным данным они исчисляются миллиардами долларов, фунтов стерлингов, франков, рублей. Так, по данным Le Metayer (1973), общая сумма убытков от коррозии во Франции в конце 50-х годов составляла 8 млрд. новых франков. К настоящему времени эта цифра удвоилась и, по мнению Метайе, будет расти. В среднем потери от коррозии составляют ежегодно 10-15% годового бюджета стран [1, 2].
В последние годы коррозия металлических и неметаллических материалов стала объектом исследования не только материаловедов и электрохимиков, но и микробиологов. Роль биологического фактора в коррозии металлов и повреждениях различных неметаллических материалов трудно преувеличить. Микробному разрушению практически подвергается все, что нас окружает: металл, бетон, стекло, камень, резина, кожа, асфальт, текстиль, пластмассы, смазки и др.
По данным Booth (1964), более 50% коррозионных повреждений трубопроводов может быть отнесено за счет деятельности микроорганизмов, a Butlin и Postgate (1954) приписывают микроорганизмам 3/4 всех потерь от коррозии. В нефтедобывающей промышленности 80% коррозионных разрушений осуществляется сульфатредуцирующими бактериями (Lichtenstein, 1968 а). Коррозионную деятельность микроорганизмов по масштабам можно сравнить разве только с их геологической деятельностью. В зависимости от экологических условий в коррозионном процессе принимают участие различные группы микроорганизмов. Наиболее активными коррозионными агентами являются тионовые и нитрифицирующие бактерии, создающие кислые агрессивные среды, сульфатредуцирующие бактерии - основной агент анаэробной биокоррозии, гетеротрофные микроорганизмы, образующие коррозионно активные метаболиты (NH3, CO2, H2S, органические кислоты). В условиях повышенной влажности и температуры важное место в биоповреждениях материалов принадлежит грибам [1].
1. Микроорганизмы – деструкторы лаков и красок
Рост плесневых грибов на красках проявляется пятнами, и многие разновидности такого плесневого зарастания выпадают в загрязняющий осадок. Часто оба фактора - плесень и небиологические осадки - взаимосвязаны. Осадок дает достаточно питания для развития микроорганизмов. Нарастающая масса микроорганизмов образует подходящую поверхность для скопления еще большего количества загрязнений, а это создает питание другим микроорганизмам и т. д. Таким путем происходит накопление небиологических осадков, включающих в себя и микроорганизмы. Если в это сочетание входит фунгицид, то рост плесени на небиологических осадках значительно ограничен или вообще исключен, в этом случае, несмотря на накапливание загрязнений, рост микроорганизмов тормозится. Обнаружить микробиологические формы в поверхностных загрязнениях на красках часто нелегко. Разработка методики анализа характера загрязнений на лакокрасочном покрытии привела к убеждению, что роль микроорганизмов в этом значительно большая, чем считали прежде [1, 2].
В вопросах повреждения плесневыми грибами лакокрасочных материалов (рисунки 1-3) и защиты их обычно различают: а) плесневение и защиту упакованных лакокрасочных материалов. В этом случае защита необходима только для разбавляемых водой красок, например распространенных сейчас за рубежом эмульсионных или применявшихся раньше казеиновых красок; б) плесневение и защита сухих лакокрасочных пленок, применяемых как для внешних работ, так и для внутренней отделки. В настоящее время решены вопросы, связанные с поражением плесневыми грибами масляных, масляно-смоляных, алкидных и латексных покрытий, применяемых для внешних и внутренних работ.
В случае капельно-жидких эмульсионных красок (в упаковке) установить микробиологическое повреждение нелегко. Если в эмульсию в качестве защитного коллоида вводится казеин, то микробиологическое повреждение проявляется образованием газа и более или менее сильным запахом. Краска может ослизняться. Признаком наибольшего повреждения является желатинизация. Кроме внесения защитных препаратов в краску необходимо в производственном процессе регулярно дезинфицировать и мыть горячей водой емкости, краскотерки и особенно трубопроводы [2, 5].
Рисунок 1 - Рост мицелия на синтетическом кроющем эмалевом лаке печной сушки. Испытывалось в чашке Петри. Инфицировано промытыми спорами плесневых грибов [2]
Одна из разновидностей роста плесени - от субстрата к поверхности пленки, например от поверхности древесины. Иногда плесень не выступает на поверхность покрытия, но все же образует на ней цветные пятна. Так, Phomapigmentivora выделяет в субстрате (древесине) пигмент, растворимый в масляных покрытиях. Если на субстрат нанести масляное покрытие, то выделенный плесенью пигмент проникает в новую пленку, и через некоторое время на поверхности покрытия появляются фиолетовые пятна. Этот тип окрашивания наблюдался особенно в более холодных областях. Применение покрытия, устойчивого к плесневению, не препятствует возникновению такого окрашивания [1].
Рисунок 2 - Рост плесневых грибов на разжиженном битуме. Испытывалось в чашке Петри на агаровой питательной среде. Инфицировано смешанной культурой плесневых грибов[2]
Рисунок 3 - Рост плесневых грибов на буроугольной смоле. Испытывалось в чашке Петри на агаровой питательной среде. Инфицировано смешанной культурой плесневых грибов [2]
Описанные формы роста плесневых грибов (особенно рост гриба внутри пленки) вызывают физические изменения пленки, которая теряет эластичность (вследствие изменения связующего вещества) и устойчивость к действию воды и щелочей, ухудшается ее адгезионная способность (меньшее движение воздуха, большая относительная влажность, например в прачечных, наличие органических остатков от производственного процесса и т.п.). Большинство задач защиты внутренних и наружных покрытий от плесневения решается применением фунгицидов.
Наибольшее влияние на сопротивляемость лакокрасочных покрытий плесневению оказывают связующие вещества, потом пигменты и наполнители (вместе они составляют почти весь сухой остаток пленки). Меньшее влияние (или никакого) оказывают компоненты, содержащиеся в меньшем количестве, например, вещества, полностью улетучивающиеся во время сушки: растворители, разбавители, пластификаторы, сиккативы и др.
Ниже рассмотрена природная устойчивость отдельных веществ, входящих в лакокрасочные материалы.
1.1 Природная устойчивость пленкообразующих веществ
Из компонентов красок пленкообразующие оказывают решающее значение на устойчивость к плесневению. При этом определяющими являются, с одной стороны, химическое строение пленкообразующего вещества, а с другой, - такие физические свойства пленки, как набухаемость, твердость и т. п. Из этих двух факторов важнейшим является химическое строение пленкообразующего вещества. Наглядное доказательство этого - работа Май-ера и Шмидта, установивших количественно сопротивляемость пленкообразующих веществ разного химического строения [1]. Они определили скорость роста 16 различных (чистых) культур грибов на 23 разных пленкообразующих веществах. Для устойчивости пленкообразующего вещества к воздействию грибов решающее значение имеет его химическое строение. Большую устойчивость обнаруживают кислые пленкообразующие вещества, такие, например, у которых пленки возникают в результате окислительного процесса или же образуются кислые продукты под влиянием ферментативного или гидролитического расщепления (фталевая смола, канифоль, суматрский да-мар, манильский копал, пленки древесного и льняного масла, поливинилацетаг). Образование кислых продуктов в пленке сдвигает рН субстрата в область, неблагоприятную для роста плесеней (оптимальное значение рН для роста плесени лежит в слабокислой области, причем минимум и максимум кислотности находятся в широком интервале рН 4 - 8. Слабую устойчивость имеют азотсодержащие вещества: смолы на основе мочевины, костяной клей и вещества ферментативно расщепляющиеся на легко поглощаемые, например глюкоза из декстрина.
Наряду с химическим строением, большое влияние на устойчивость к плесневым грибам имеют и физические свойства пленки. Чем быстрее высыхает связующее вещество, тем быстрее образуется сплошное высохшее покрытие и тем вероятнее, что на его поверхности не появятся зародыши плесени. Кроме того, чем быстрее и лучше твердеет пленка лакокрасочного покрытия, тем меньше она поглотит влаги из воздуха и тем меньше будет плесневеть. Поверхность краски должна быть блестящей и гладкой, так как шероховатые поверхности легко поглощают влагу из воздуха, легко удерживают пыль и другие загрязнения. Следует также исключить связующие, которые по своему химическому строению легко набухают в воде.
Применяемые в качестве связующих вещества можно разделить на следующие группы: высыхающие масла; природные смолы; битумы; синтетические смолы (термопластические и термореактивные); связующие вещества, растворимые в воде [1, 2].