Биостабилизаторы (консерванты)

↑

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Антимикробные добавки

В последние годы в Западной Европе и Америке наблюдается значительный рост использования различных бактерицидных и фунгицидных добавок в полимерах, особенно в медицине и в секторе производства товаров, контактирующих с пищевыми продуктами. Это связано с результатами недавних исследований, проведенных в университете Аризоны показавших, что в пробах, взятых с телефонных трубок, калькуляторов, ручек и подлокотников сидений в больницах, прилавков супермаркетов и кафе содержится большое количество потенциально опасных для человека бактерий. Исследование также показало, что контакт с загрязненными объектами приводит к быстрому перемещению бактерий на ряд других объектов, а также на тело человека и в систему пищеварения, что потенциально может привести к возникновению инфекционных заболеваний.

Помимо регулярного мытья рук и дезинфекции существует и другой способ существенно снизить количество бактерий в общественных местах – использовать пластики с бактерицидными и фунгицидными добавками.

В основном бактерицидные добавки применяются при изготовлении бинтов и пластырей, перчаток, катетеров, постельного белья и одежды в медицине, ковровых покрытий, обивки мебели, мешков для мусора, корпусов телефонов и ручек, а также оборудования ванных и туалетных комнат в общественных местах.

Основной задачей антимикробных добавок является снижение количества микробов в массе изделия и на его поверхности. Очень часто рост микроорганизмов бывает незаметен (без видимых пятен или изменения цвета), но приводит к появлению запаха и увеличивает риск переноса инфекции. Предотвращение появления запаха особенно актуально в таких изделиях, как одежда и мешки для пищевых отходов. В некоторых случаях важно лишь предотвратить обрастание пластиковых изделий грибками и водорослями, которые выглядят очень неэстетично, особенно в пластиковых бассейнах и на пляжных сооружениях и бакенах.

Противовирусная активность полимеров в настоящее время представляет незначительный интерес для промышленности, за исключением некоторых специальных медицинских изделий, таких как катетеры, и пластиков для инвазивного применения. Дело в том, что большинство вирусов не выживают вне живых тканей или крови.

К настоящему времени разработаны антимикробные добавки для широкого спектра полимеров – полиолефинов, полистирола и его сополимеров, полиамида и смесей ПК/АБС. По механизму действия антимикробные добавки можно разделить на 2 группы – микробиостатические и микробиоцидные.

Микробиостатические добавки замедляют процесс размножения микроорганизмов, но клетки не погибают, а только замедляется их рост. В зависимости от предназначения такие добавки подразделяются на бактериостатические и фунгистатические.

Микробиоцидные добавки уничтожают микроорганизмы полностью, значительно снижая их количество сразу же после контакта. В зависимости от предназначения такие добавки подразделяются на бактерицидные и фунгицидные.

Термины «микробостатический» и «микробоцидный» описывают крайние варианты антимикробной активности. Большинство антимикробных добавок не может быть описано как только микробостатические или микробоцидные. В ряде случаев одно и то же антимикробное вещество может действовать и как микробоцидный, и как микробостатический агент, — все зависит от условий.

Активность антимикробных соединений зависит от следующих параметров: концентрация активного компонента, pH, температура, тип полимера, метод ввода (с пластификатором или в расплаве) и время их контакта с полимером. Также следует учитывать такой немаловажный фактор, как чувствительность микроорганизмов.

Каждый антимикробный агент имеет определенный спектр действия относительно различных видов микробов.

Основными группами микроорганизмов являются:

§ Бактерии: грамположительные и грамотрицательные;

§ Грибки: дрожжи, плесень.

В большинстве случаев грамотрицательные бактерии менее чувствительны к антимикробным добавкам, чем грамположительные, так как обладают дополнительной мембраной, которая замедляет проникновение антимикробной добавки. Микобактерии — группа грамположительных бактерий, в которую входят такие патогенные микроорганизмы, как микробы, вызывающие пневмонию. Микробактерии также не чувствительны к действию многих антимикробных добавок. Они защищены клеточной стенкой, которая содержит воскообразные вещества, уменьшающие проникновение гидрофильных веществ.

В зависимости от целевой функции антимикробных добавок в полимерных изделиях нужно рассматривать необходимый спектр действия для правильного выбора веществ с хорошей эффективностью против заданных микроорганизмов (табл.). Во многих случаях для защиты от более широкого спектра микроорганизмов рекомендуется использовать смесь антимикробных добавок.

Влияние на пластмассу

Микроорганизмы

Деструкция

Fusarium

Aspergillus flavus

Aureobasidium

Chaetomium globosum

Penicillium funiculosum

Paecilomyces variotii

Trichoderma viride

Появление запаха

Klebsiella

Proteus

Pseudomonas

Образование пятен

Изменение цвета

Черных

Aspergillus niger

Alternaria

Cladosporium herbarum

Gliomastix mucorum

Желтых

Erwinia

Penicillium citrinum

Penicillium chrysogenum

Оранжевых

(рыжих)

Aspergillus glaucus

Penicillium islandicum

Зеленых

Penicillium glaucum

Pseudomonas fluorescens

Красных/

розовых

Aspergillus roseus

Eusarium roseum

Aspergillus versicolor

Fusarium

Penicillium purpurogenum

Streptoverticillium reticulum

Micrococcus roseus

Serratia marcescens

Rhodotorula

Синих/

голубых

Pseudomonas aeruginosa

В большинстве случаев пластики повреждаются грибками, но и бактерии также вносят свой вклад, в основном питаясь различными органическими добавками, содержащимися в изделиях. Более всего воздействию микроорганизмов подвержены пластифицированный ПВХ, так как бактерии используют пластификатор в качестве источника питания и вспененные полиуретаны, из-за большого количества пор в которых накапливается пыль, влага и споры грибков.

Полиолефины в целом менее подвержены действию микроорганизмов, по сравнению с ПВХ и полиуретанами. Наиболее склонен к биоразложению низкомолекулярный полиэтилен (молекулярная масса менее 10000) и полимеры с небольшим количеством разветвлений (ПЭВП, ЛПЭНП). Также воздействию микроорганизмов подвержены пластики, полученные из капролактама. Но, тем не менее, в результате исследований различных синтетических волокон и тканей было выяснено, что на поверхности полиэфирных, полипропиленовых и полиамидных волокон прекрасно развиваются стрептококки.

Взаимодействие микроорганизмов с полимерами может проявляться следующим образом:

• появление пятен или изменение цвета происходит в результате воздействия внутриклеточных пигментов (в основном плесени – пенициллин и аспергилла) или внеклеточных красителей (продукты метаболизма бактерий);

• изменение электрических свойств (проводимости) и ухудшение изоляционных свойств происходит в основном из-за колоний микроорганизмов на поверхности изделия, которые не повреждают сам материал, но выделяют в процессе жизнедеятельности полисахариды;

• изменение механических свойств в результате поедания бактериями функциональных добавок– пластификаторов и стабилизаторов. Это наиболее серьёзное проявление биоразложения пластиков;

• загрязнение поверхности вследствие образования колоний микроорганизмов, которые создают микрошероховатости, на которых задерживается пыль;

• повышенная проницаемость к газам и растворителям также возникает в результате повреждения поверхности изделия;

• запах обусловлен выделением продуктов метаболизма микроорганизмов - аминов, аммиака и сероводорода.

Оптимальный диапазон температур для большинства бактерий составляет 30—37 °С; для дрожжей и плесени обычно предпочтительны температуры от 25 до 30 °С.

Большинство бактерий предпочитает нейтральную или слабо щелочную среду, а для дрожжей и плесени оптимальное значение pH находится в кислотном диапазоне до 5,5, иногда— до 4. Значения pH ниже 3—4 и выше 9 делают невозможным размножение большинства бактерий. Но некоторые бактерии и грибки могут выжить и при чрезвычайно экстремальных значениях pH.

Кислород — ключевой элемент для жизни аэробных микроорганизмов. Для большинства бактерий и дрожжей, вызывающих деструкцию полимеров, и для всех видов плесени необходим кислород. Анаэробные микроорганизмы, такие как грамположительные виды Clostridium, растут только в анаэробных условиях. При этом кислород для них токсичен. Другие микроорганизмы, такие как факультативно-анаэробные энтеробактерии могут расти как в присутствии, так и в отсутствии кислорода.

Солнечный свет обычно не оказывает существенного влияния на рост микроорганизмов за исключением фототрофных. Но он необходим для роста водорослей на поверхностях пластиков. Это приводит к увеличению роста плесени и бактерий, потому что морские водоросли обеспечивают хорошие условия для их роста с точки зрения влажности и наличия органических веществ.

Использование антимикробных добавок

В промышленности полимеров антимикробные добавки используются для двух основных целей:

• в качестве биостабилизаторов (консервантов);

• в качестве активного антимикробного компонента.

Консерванты защищают пластики от действия микроорганизмов во время их использования или предотвращают обрастание органическими веществами пластмассовых изделий, используемых на открытом воздухе, которое приводит к потере их внешнего вида.

Познавательные статьи:



Формы дистанционного обучения

Передача мяча двумя руками снизу

Значение правильной осанки для жизнедеятельности человека

Основные ошибки при выполнении передач мяча на месте