3.2. 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, который обрабатывают (инокулируют)

110

Таблица 6

Нормативные документы на методы оценки биостойкости

111

Окончание табл. 6

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