XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Процесс биоповреждения полимерных материалов приводит к изменению их состава и структуры под действием различных факторов. Важный вклад в процесс старения материалов вносят процессы, обусловленные внутренними факторами: химический состав материала, его структура и строение, фазовое состояние, молекулярная масса.

Старение полимерных материалов — сложное явление, сопровождающееся рядом процессов, которые в зависимости от условий эксплуатации конструкций техники и сооружений, и воздействующих факторов среды могут оказывать решающее влияние на прочностные и другие характеристики деталей. Проблема старения материалов в настоящее время является одной из центральных в области полимерного материаловедения. Без её решения невозможно обеспечить надежность эксплуатации изделий из этих материалов в различных климатических зонах (Бабенко, Герасимов, 2006).

Старением принято называть необратимое изменение полезных свойств полимерных материалов, которое происходит с течением времени в результате совокупности химических и физических превращений, происходящих при переработке, хранении и эксплуатации материалов. Старение развивается, как

правило, в результате взаимодействия полимера с окружающей средой или внешними факторами. К числу факторов, способствующих старению полимерных материалов, относятся: температура и влажность окружающей воздушной среды, световая и проникающая радиация, кислород, агрессивные газообразные примеси, содержащиеся в воздухе (SO2, NO2и др.), механические нагрузки от ветра, динамической энергии водяных капель, песка, пыли.

Наиболее значимыми являются процессы атмосферного старения материалов, включающие комплексное действие климатических и эко

логических факторов (свет, влага, температура, химическое состояние атмосферы, ионизирующее излучение и др.). Эти факторы оказывают влияние не только на жизнедеятельность микроорганизмов, но под их воздействием в полимерных

материалах начинаются изменения химического состава

и структуры. В зависимости от вида, интенсивности и длительности воздействия указанных факторов старения полимерных материалов они, претерпевая химические изменения, через некоторое время могут стать соединениями, отличающимися по химическому составу и структуре от исходных. Таким образом, в определённый момент эти материалы (исходно грибостойкие) начинают подвергаться деструкции и использоваться в качестве источника питания определёнными видами грибов, располагающими соответствующим

комплексом метаболитов. Химическое «старение» материалов под воздействием факторов внешней среды способно влиять на такие параметры процесса биоповреждения, как время начала биодеструкции, механизмы деструкции и видовой состав деструкторов.

Многочисленными экспериментами показано, что после интенсивного воздействия факторов, вызывающих старение, полимерные материалы утрачивают свою биостойкость и становятся доступными для микробной деструкции. Так, воздействие на полимерные материалы ультрафиолетового облучения (фотодеструкция) приводит к образованию карбонильных групп, которые снижают стойкость материала к биоповреждениям.

Установлено, что повышенная температура и высокая относительная влажность воздуха, а также перепад дневных и ночных температур стимулируют развитие микроорганизмов на деталях и изделиях, в состав которых входят пластмассы, резина, лакокрасочные покрытия и изоляционные материалы (Рудакова, 1969). Применительно к полимерам согласно Журкову (1943), разрушение происходит

в результате больших тепловых флуктуаций, приводящих к разрыву химических связей полимерной цепи. Изменения химических связей полимерной цепи снижают энергию активации разрушения полимера (Покровская, 2003).

Биоповреждение пластических масс, как и других материалов, происходит одновременно с их старением под действием внешних физических и химических факторов. Оба процесса (биоповреждение и старение) усугубляют друг друга (Абрамова и др., 1981). Однако грибостойкость материалов, как

правило, определяется непосредственно после их выпуска без учёта фактора старения, имеющего место в процессе эксплуатации пластмасс и могущего повлиять на их устойчивость к грибам.

Наиболее достоверные результаты о поведении материалов могут дать испытания, проводимые в природных условиях при естественном заражении, поскольку они позволяют учесть сумму

факторов, воздействующих на материалы в естественных условиях (Коровина и др., 1983). Процессы старения и биоповреждения могут протекать одновременно или не совпадать по времени, но в большинстве случаев они взаимно дополняют друг друга, ускоряя и усугубляя разрушение материалов и ухудшая их эксплуатационно-технические свойства.

Яскелявичусом и сотр. (1979) по поводу изменения механических свойств синтетических материалов в натурных условиях сделаны следующие выводы:

1) При испытании материалов в натурных условиях наи

более разрушительное действие оказывает суммарное воздействие атмосферных факторов: солнечная радиация, свет, тепло, атмосферные осадки, перепады температуры, динамические порывы воздушных потоков, твёрдые частицы, переносимые

ветром, озон, кислород воздуха;

2) Стойкость материалов определяется их химической

структурой, ориентация на воздействующие факторы более инертным, имеющим низкие коэффициенты проницаемости материалом, позволяет продлить срок службы материала.

Агрессивность микробиологических факторов находитсяв тесной взаимосвязи с внешними условиями. Во время испытаний в натурных условиях для микробиологических агентов существует цикличность в условиях развития: благоприятные в тёплое время года, и неблагоприятные зимой. Поскольку повреждение материала и потеря ценных свойств (т.е. старение) является накопительным процессом, то цикличность, возможно, проявляется скачкообразной потерей свойств. Однако в зимние месяцы. Особенно в условиях открытой атмосферной площадки, когда температурный режим неблагоприятен для развития микроорганизмов, низкая температура повышает жёсткость материалов. Снижая гибкость молекулярных цепей и их подвижность, и динамические воздействия воздушных потоков, и осадков вносят свою долю в потерю свойств материалов, дополняя действие микроорганизмов и даже затушёвывая их вследствие своего превосходства (Яскелявичус и др., 1981).

Запуск космических объектов, развитие атомной энергетики и её использование в атомных двигателях выдвинули новые требования к работоспособности электронной и радиотехнической аппаратуры и комплектующих элементов, в полях радиационных излучений, в условиях высокого и сверхвысокого вакуума и сверхнизких температур. Среди различных видов радиации (облучение нейтронами и протонами, воздействие электронов, альфа-частиц, осколков ядер и гамма-лучей) наиболее опасны гамма- и нейтронное излучение вследствие их высокой проникающей способности. Основными физико - химическими процессами, протекающими при этом в материалах и изменяющими эксплуатационные характеристики элементов аппаратуры, являются радиационный разогрев и химические процессы в материалах (структурирование

и деструкция в полимерах, окисление и т. п.). Характер и скорость их протекания зависят от плотности потока нейтронов и мощности дозы гамма - излучения, времени облучения, свойств материалов и

условий эксплуатации (температура, влажность окружающей среды и т. д.).

В настоящее время при разработке новых полимерных материалов их стойкость к климатическому старению определяется исходя из проведения ускоренных лабораторных климатических испытаний (УКИ). Следует отметить, что важнейшим условием использования УКИ для прогнозирования свойств полимеров является идентичность механизмов старения в натурных климатических условиях и при ускоренных испытаниях. Только в этом случае результаты ускоренных испытаний можно применять для целей прогнозирования старения полимерных материалов (Кириллов и др., 2002).

Изучение процессов, идущих при интенсивном воздействии на полимеры агрессивных факторов внешней среды («ускоренное старение») важно для понимания механизмов снижения биостойкости полимерных материалов и, кроме того, имеет значение для решения проблемы утилизации синтетических полимеров (Анисимов и др., 1987). В связи, с чем испытания по оценке грибостойкости материалов могут быть дополнены испытаниями по влиянию различных факторов внешней среды. Стандартные методы испытаний материалов на устойчивость к воздействию микроскопических грибов могут рассматриваться лишь в качестве предварительных. Оценка грибостойкости в лабораторных условиях может быть неверной, так как при хранении или эксплуатации данных материалов при действии на них факторов старения их грибостойкость может изменяться. Чтобы располагать более достоверной оценкой грибостойкости необходимо, иметь результаты испытаний полимерных композиций в условиях эксплуатации и хранения. В лабораторных методах испытаний в качестве обязательных следует предусмотреть исследования на грибостойкость полимерных композиций, предварительно подвергнутых действию факторов старения (Смирнов и др., 2000).

Обзор сфер

-Медицина (Больницы, клиники)

Внутрибольничные инфекции (синоним нозокомиальные инфекции) — инфекционные болезни, связанные с пребыванием, лечением, обследованием и обращением за медицинской помощью в лечебно-профилактическое учреждение. Присоединяясь к основному заболеванию, ВБИ. ухудшает течение и прогноз болезни.
Проблемы ВБИ приобрели большую актуальность в связи с появлением так называемых госпитальных (как правило, полирезистентных к антибиотикам и химиопрепаратам) штаммов стафилококков, сальмонелл, синегнойной палочки и других возбудителей. Они легко распространяются среди детей и ослабленных, особенно пожилых, больных со сниженной иммунологической реактивностью, которые представляют собой так называемую группу риска.

Внутрибольничные инфекции могут возникнуть как во время пребывания в лечебно-профилактическом учреждении, так и после выписки из него. Они разнообразны по своим клиническим проявлениям и могут протекать в виде локализованных форм, генерализованных септических процессов, а также бессимптомного носительства возбудителей. К ним относятся и заболевания медработников, возникшие в связи с лечением и уходом за инфекционными больными. Источниками ВБИ являются больные, особенно страдающие хронической и стертой формами инфекций, а также бессимптомные носители возбудителей из числа лиц, находящихся на лечении в лечебно-профилактических учреждениях, посетителей этих учреждений, медперсонала, а также матерей в акушерских стационарах и отделениях для детей младшего возраста.

Основными предпосылками для возникновениия ВБИ являются несоблюдение санитарно-гигиенического и противоэпидемического режима в лечебно-профилактическом учреждении. Внутрибольничному распространению инфекции способствуют наличие невыявленных источников инфекции среди персонала и пациентов, нарушение персоналом правил асептики, антисептики, личной гигиены, текущей и заключительной дезинфекции, режима уборки, нарушение режима стерилизации и дезинфекции медицинских инструментов, аппаратов, приборов. В основе профилактики ВБИ лежит пунктуальное выполнение комплекса диагностических, санитарно-профилактических и противоэпидемических мероприятий, регламентированных для лечебно-профилактических учреждений. В частности, предусматриваются наличие фильтра и отдельный прием лихорадящих детей в детских поликлиниках (и взрослых во время эпидемии гриппа); обследование персонала на носительство возбудителей и, в случае выявления такового, отстранения от работы до выздоровления; санирование больных стертыми формами инфекций и бессимптомных носителей возбудителей: проведение текущей и заключительной дезинфекции (в т.ч. в кабинете инфекционных заболеваний, операционном блоке, перевязочных, центральном стерилизационном отделении, физиотерапевтическом отделении и др.) с использованием дезинфицирующих средств, бактерицидных ламп и др.; соблюдение методов асептики и антисептики, максимальное использование одноразовых инструментов и систем; тщательная обработка рук персонала, правильная организация операций и перевязок.( Библиогр.: Беляков В.Д. Госпитальная инфекция, Л., 1976; Богданов И.Л. Внутрибольничные инфекции и их профилактика, Киев, 1963, библиогр.; Громашевский Л.В. Общая эпидемиология, М., 1965)

Влияние на здоровье человека

Экстремальные изменения окружающей природной среды,

проявляющие себя в виде различных процессов инфицирования населения и биодеградации материалов и строительных конструкций, представляют серьезную угрозу безопасности жизнедеятельности людей и препятствуют

внутригосударственным мерам по защите их здоровья.

Риск возникновения и развития биоповреждений следует исключить на самой ранней стадии, т. е. уже при проектировании строительных изделий и конструкций, так как внешне безобидные пятна плесени, разрушающие материалы, могут представлять серьезную опасность для людей и животных. Не исключено, что микроорганизмы, для которых питательной средой являются вещества, вредные для человека, например, природные фенольные соединения древесины, находясь в ней, становятся значительно более вредными для человека и животных, чем сами эти вещества. Специальный журнал Европейского медицинского общества сообщает, что попавшие в человеческий организм небольшие дозы микотоксинов могут вызвать через несколько лет появление раковых опухолей. В. Б. Антонов выделяет несколько видов травматизма и заболеваний человека, связанных с биоповреждением зданий. Здания и другие сооружения, подвергшиеся биоповреждению, могут оказывать прямое неблагоприятное влияние на здоровье человека при частичном или полном разрушении. При этом возможны травмы в виде ушибов, сдавлений, переломов, более или менее тяжелые в зависимости от масштабов обвала. Следующая группа объединяет влияние сырости в помещениях на организм человека и периодическое или постоянное его охлаждение. Это приводит к нарушению иммунитета и, таким образом, способствует возникновению заболеваний, вызываемых условно-патогенными возбудителями, в том числе микозов, а также туберкулеза, ревматизма, хронических неспецифических заболеваний органов дыхания, суставов. Третья форма неблагоприятного влияния биоповреждений зданий на людей заключается в свойствах микроорганизмов оказывать патогенное действие на организм человека. Практически все грибы, развивающиеся в толще строительных материалов, не являясь по своей природе болезнетворными, могут в организме человека приобретать патогенные свойства и вызывать инфекционные поражения – микозы, а у людей, склонных к аллергическим реакциям, – микогенные аллергии в виде астматического бронхита, бронхиальной астмы, крапивницы и др. Если два первых вида влияния биоповреждений на человека достаточно хорошо изучены, то третья форма – патогенное действие грибков – еще мало известна и врачам, и тем более техническим специалистам, занятым строительством и эксплуатацией зданий. Вместе с тем именно грибковые инвазии играют все большую роль в структуре заболеваемости людей, обусловленной влиянием биоповреждений зданий. Влияние микроскопических грибов на жителей города В. Б. Антонов классифицирует следующим образом:

– воздействие микромицетов на жителей домов, подвергающихся

биологическому разрушению. В эту категорию входят люди всех возрастов, но наиболее постоянное и длительное воздействие отмечается на детей и пожилых людей, большую часть времени находящихся дома;

– влияние спор грибов на сотрудников учреждений и предприятий,

расположенных в зданиях, подвергающихся биологическому разрушению. В первую очередь это постройки исторических центров

городов, музеи, здания, находящиеся под охраной государства как исторические памятники и десятками

лет не ремонтирующиеся; – болезнетворное влияние пыли, содержащей споры грибов, на строителей, занятых разрушением, разборкой, ремонтом старых зданий.

Коррозия изделий техники

В условиях возросшей агрессивности известных видов

микроорганизмов, вызывающих биоповреждения материалов, остро встает вопрос о защите информационных носителей и оборудования от биокоррозии. Все изделия техники имеют в пространстве определённый жизненный цикл, который

определяется мерой их надежности и устойчивости, географическими, климатическими и экологическими условиями использования. Наступление коррозионного разрушения определяется лишь сроком, сочетанием коррозионноактивных воздействий и их интенсивность Ю. Возникновению биокоррозии способствуют дефекты, возникающие при их эксплуатации:

нарушение герметичности корпуса, целостности кабеле

й при производстве, несоблюдение правил гигиены персоналом, контактирующим с деталями и узлами и т.д. В начальной стадии эксплуатации устройств попадание микроорганизмов в благоприятную для жизнедеятельности среду (влага, тепло, нарушение вентиляционных потоков, нарушение естественного микроклимата и т.д.) вызывает их активный рост и размножение, что влечёт за собой разрушение любых устройств (в том числе и информационных носителей). В этом случае негативное влияние распространяется не только на материалы, но и на экологию человека в целом. Многие микроорганизмы

, являясь деструкторами различных материалов, используют их в качестве субстрата (питательной среды). Микроорганизмы, глубоко проникая в структуру поверхностей, разъедают пластик, металл, краски и т.д. Кроме того, являясь условно-патогенными, они способны вызывать болезненные состояние у человека, характеризующееся аллергией, воспалительными заболеваниями

верхних дыхательных путей, сердечно-сосудистыми заболеваниями, что приводит к непреднамеренной угрозе защиты информации в виде невнимательности, отсутствие осознанного риска, возникающего при несанкционированных действиях. Таким образом, причинами, приводящими к биоповреждениям изделий техники, являются:

- недостаточная биостойкость материалов и изделий

- ошибки в проектировании и эксплуатации устройств

- несоблюдение правил гигиены сотрудниками при производстве данной системы

- отсутствие вентиляции

- наличие сырости или повышенной влажности

- отсутствие естественного влаго- и газообмена

- резкая перемена температурных режимов.

При эксплуатации ИТКС в вышеописанных условиях необходима обязательная плановая диагностика состояния оборудования устройств, конструкций. А также проведение целенаправленных предупредительных и восстановительных мероприятий, предусматривающих увеличение надежности и устойчивости

отдельных элементов устройства, а также:

- проверка биостойкости материалов и изделий, используемых при создании устройств обработки информации,

- разработка биостойких материалов используемых в устройствах,

- соблюдение санитарных норм и правил при эксплуатации помещений с оборудованием ИТКС

Список литературы

Беляков В.Д. //Госпитальная инфекция, 1976; Богданов И.Л. //Внутрибольничные инфекции и их профилактика, Киев, 1963,

Громашевский Л.В.// Общая эпидемиология, М., 1965

Писковой И.Е. Оценка влияния окружающей среды на металлические изделия военной автомобильной техники и некоторые методы защиты от её воздействия. // Труды Международного симпозиума «Надежность и качество», том 2, 2010

Ильин С.Н., Агафонцев В.В. Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ: // Учебное пособие

Код для цитирования: Скопировать