Введение

В настоящее время, проблемам защиты информации в ИТКС уделяется большое внимание. В связи с внедрением химических и биотехнологических процессов в производстве изделий ИТКС и увеличением численности персонала, обслуживающего систему, все большее число агрессивных сред воздействуют на составляющие ИТКС. Одним из таких агрессивных воздействий является жизнедеятельность микроорганизмов и сопутствующие продукты метаболизма.

Установлено, что более 50% общего объема регистрируемых в мире повреждений связано с деятельностью микроорганизмов. Что позволяет говорить о возникновении совокупности непреднамеренных и естественных угроз, основанных на отсутствии правил эксплуатации и способах защиты устройств ИТКС в условиях микробиологического заражения окружающей среды (помещение, воздух, оборудование). В условиях возросшей агрессивности известных видов микроорганизмов, вызывающих биоповреждения материалов, остро встает вопрос о защите информационных носителей и оборудования от биокоррозии [1].

Все материалы и изделия имеют определенный жизненный ресурс, который определяется мерой их надежности и устойчивости, географическими, климатическими и экологическими условиями их использования. Материальные предметы, не подвергающиеся коррозии, не известны. Наступление коррозионного разрушения определяется лишь временем, сочетанием коррозионноактивных воздействий и их интенсивностью.

Возникновению биокоррозии способствуют дефекты, возникающие в устройствах при снижении качества проведения работ по производству данных систем (например, нарушение герметичности корпуса, целостности кабелей при производстве, не соблюдение правил гигиены персоналом, контактирующим с деталями и узлами ИТКС. 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 влечет 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).

Глубоко проникая в структуру поверхностей, микроорганизмы разъедают их (пластик, металл, краски и т.д.,) Кроме того, являясь условно-патогенными, они способны вызывать заболевания у человека, что приводит к непреднамеренной угрозе защиты информации в виде невнимательности, отсутствие осознанного риска, возникающего при несанкционированных действиях.

Биозаражения материалов и изделий ведут к нарушению экологической ситуации. Для повышения долговечности различных материалов и улучшения экологической ситуации необходимо принимать меры, снижающие или исключающие агрессивное биологическое воздействие.

Актуальность данной работы обусловлена необходимостью исследования композитов на основе таких биоцидных препаратов, которые:

— не загрязняют окружающую среду;

— способны противостоять микроорганизмам различных систематических групп (бактерии, плесневые грибы и т. д.);

— имеют длительный срок защитного действия;

— доступны и дешевы.

Целью исследовательской работы являлось изучение микробиологического воздействия на изделия и материалы на основе местных сырьевых ресурсов, обладающих повышенной стойкостью в биологических агрессивных средах, а так же улучшенными физико-механическими и технологическими показателями.

В целом задачи исследований состояли в следующем:

1. Изучение проблемы работоспособности и защиты информации изделий, применяемых в ИТКС в условиях агрессивной биологической среды.

2. Лабораторное исследование микробиологической среды на изделия ИТКС

3. Изучение последствий микробиологического воздейсвия на изделия ИТКС

4. Выявление «слабых» мест системы ИТКС от микробиологического воздействия и защиты их от биодеструкции без изменения свойств изделия.

Раздел I. Биоповреждения материалов и изделий

1.1. Факторы, влияющие на процессы биоповреждений.

Развитие и жизнедеятельность микроорганизмов тесно связаны с условиями среды, в которой они обитают. Внешняя среда может стимулировать или подавлять рост биодеструкторов.

Микроорганизмы растут и развиваются при наличии доступных исходных веществ, используемых для питания и получения энергии. Некоторые микроорганизмы обладают исключительной способностью приспосабливаться к использованию в процессе жизнедеятельности самых разнообразных субстратов¹, вызывая повреждение сырья, материалов и изделий различной химической и физической структуры. Используя неблагоприятное действие некоторых физических или химических факторов на микроорганизмы, можно повлиять на процессы биоповреждений, защитить сырье и товары от разрушения.

Рост микроорганизмов на промышленных материалах тесно связан с условиями среды, в которой они находятся. Следует отметить, что влияние отдельных факторов внешней среды на развитие даже широко распространенных микроорганизмов изучено недостаточно. Еще менее изучено их взаимосвязанное действие на микроорганизмы, которое имеет место в естественных условиях, так как изменение хотя бы одного фактора приводит к измененной реакции организма на действие других.

Знание реакции микроорганизмов на факторы окружающей среды применяют на практике для борьбы с биодеструкторами. Например, гибель микроорганизмов при высоких температурах и определенных дозах радиационного или ультрафиолетового облучения используют для стерилизации [2].

Условия среды, при которых наступает необратимая утрата способности микроорганизмов к размножению (общая влажность воздуха в пределах 50 - 70 %, температура +(12... 18) °С, используют при разработке инструкций хранения материалов и изделий на складах

1.2.2. Физические факторы

Среди физических факторов окружающей среды, определяющих жизнедеятельность микроорганизмов, наиболее важными являются влажность, температура, освещенность и некоторые другие. Воздействие физических факторов на грибы определяется многими причинами, в том числе климатическими условиями, условиями хранения и эксплуатации материалов.

Задача состоит в том, чтобы на основании знания физиологических особенностей микроорганизмов-биодеструкторов определять условия, препятствующие их росту, и сводить к минимуму являющийся нежелательным процесс деструкции субстрата.

Влажность среды. Влажность среды оказывает огромное влияние на развитие микроорганизмов. В клетках большинства микроорганизмов содержится до 75 —85 % воды, с которой в клетку поступают питательные вещества и удаляются из нее продукты жизнедеятельности.

Потребность во влаге у различных микроорганизмов колеблется в широких пределах. Для большинства грибов минимальный уровень относительной влажности воздуха равен 70 %; для бактерий - 95 %.

Относительная влажность воздуха изменяется в зависимости от температуры: с понижением температуры воздуха уменьшается его влагосодержание, и наоборот. Поэтому при снижении температуры в процессе хранения материалов имеющееся количество водяных паров в воздухе может оказаться выше предела его насыщения, что приводит к увлажнению поверхности материала и способствует развитию находящихся на нем микроорганизмов.

Любой субстрат (материал), способный к поглощению влаги, находится в состоянии влажностного равновесия с воздухом. Если влажность воздуха повышается, материал впитывает влагу, если уменьшается - отдает.

В настоящее время для большинства материалов не установлены точные границы их влажности, при которых наблюдается разрушающая деятельность микроорганизмов. Объясняется это тем, что до сих пор простейшим способом измерения обводненности субстрата было определение в нем общего содержания воды (влагосодержание²).

Первая форма воды определяет свойства материала. Считается, что минимальная влажность субстрата, при которой возможно развитие бактерий, составляет 20 - 30 %, а для грибов —13 - 15 %.

Подбор определенного уровня относительной влажности воздуха, при котором происходит прекращение роста большинства микроорганизмов, является одним из способов борьбы с повреждением материалов. Именно с этой целью применяют различные гидрофобизаторы³ (алкилсиликонаты натрия, полиалкилгидроксианы и др.). Образующиеся при этом химически связанные покрытия на материалах создают условия, отрицательно влияющие на рост микроорганизмов.

Температура среды. Температура среды — один из основных факторов, определяющих возможность и интенсивность развития микроорганизмов. Каждая группа микроорганизмов может развиваться лишь в определенных пределах температуры: для одних эти пределы узкие, для других — относительно широкие и исчисляются десятками градусов.

Рост микроорганизмов возможен в широком диапазоне температур. Гриб Serpula lacrymans, повреждающий лесоматериалы, не в состоянии расти, если температура ниже +8 °С или выше +27 °С, оптимальное развитие его наблюдается при температуре +23 °С.

Из слизи, образующейся на оборудовании бумажных фабрик, выделены грибы, растущие при температуре +(60...62) °С. В то же время, некоторые микроорганизмы обитают в холодных почвах тундры и в холодильных установках при -(6... 8) °С.

Из горных источников на склонах вулканов выделены бактерии, способные расти при температуре даже выше 100 °С.

Минимальная и максимальная температура определяет границы, за которыми рост микроорганизмов не происходит, как бы долго ни продолжалась инкубация. Температура, при которой наблюдается максимальная скорость роста, считается оптимальной.

Температура оказывает прямое воздействие на географические области распространения микроорганизмов.

В качестве примера можно привести наиболее часто выделяемые с поврежденных материалов грибы родов Penicillium и Aspergillus. Хотя среди пенициллов имеется много видов, встречающихся во всех широтах, в целом для рода Penicillium характерны более низкие оптимальные температуры, чем для рода Aspergillus. Для роста большинства видов рода аспергиллов оптимальные температуры лежат в пределах +(30...35) °С, для пенициллов - +(25...30) °С. Это обусловливает преобладание пенициллов в северных широтах, где они представлены большим разнообразием видов. В южных районах доминируют аспергиллы, оптимальный рост которых происходит при более высоких температурах. Пенициллы в почвах южных широт составляют небольшую долю среди других грибов, и видовой состав их значительно беднее.

Из приведенных примеров видно, что температура окружающей среды оказывает воздействие на качественный состав микроорганизмов-биодеструкторов, обнаруживаемых на поврежденных материалах. Преимущественное развитие получают те микроорганизмы, у которых температурный оптимум наиболее близок к окружающим условиям.

Превышение температуры среды над оптимальной сказывается на микроорганизмах более неблагоприятно, чем ее понижение. Отношение различных микроорганизмов к температурам, превышающим максимальную для их развития, характеризует их термоустойчивость. У разных микроорганизмов она неодинакова. Температуры, превышающие максимальную, вызывают явление "теплового шока". При непродолжительном пребывании в таком состоянии клетки могут реактивироваться, а при длительном наступает их отмирание. Большинство бесспоровых бактерий отмирают в течение 15 - 30 мин при нагревании во влажном состоянии до +(60... 70) °С, а при нагревании до +(80... 100) °С - в течение времени от нескольких секунд до 1 - 2 мин. Дрожжи и мицелиальные грибы погибают также довольно быстро при температуре +(50... 60) °С.

Наиболее термоустойчивы бактериальные споры. У многих бактерий они способны выдерживать температуру кипения воды в течение нескольких часов. Во влажной среде споры бактерий гибнут при +(120... 130) °С через 20 - 30 мин, а в сухом состоянии при +(160... 170) °С - через 1 - 2ч. Термоустойчивость спор различных бактерий неодинакова. Однако не все клетки или споры даже одного вида микроорганизмов отмирают одновременно, среди них встречаются более и менее устойчивые.

Отмирание микроорганизмов при нагревании во влажной среде наступает вследствие происходящих необратимых изменений в клетке. При воздействии на клетки "сухого жара" (без влаги) гибель происходит в результате активных окислительных процессов и нарушения клеточных структур.

На губительном действии высокой температуры основан один из важнейших и широко применяемых в микробиологической и медицинской практике приемов - стерилизация.

Холодоустойчивость различных микроорганизмов колеблется в широких пределах. При температуре среды ниже оптимальной снижается скорость размножения микроорганизмов и интенсивность их жизненных процессов.

Несмотря на то, что при температурах ниже минимальной микробы не размножаются и активная жизнедеятельность их приостанавливается, многие из них неопределенно долгое время остаются жизнеспособными, переходя в анабиотическое состояние, т.е. состояние "скрытой жизни", подобное зимней спячке животных. При повышении температуры они вновь возвращаются к активной жизни. Некоторые микроорганизмы в таких условиях, однако, более или менее скоро погибают. Отмирание происходит значительно медленнее, чем под действием высоких температур.

Излучения. Микроорганизмы могут подвергаться воздействию различного вида излучений, к которым в первую очередь следует отнести воздействие сложного спектра солнечной радиации, электромагнитных волн, УФ-излучения, γ- и рентгеновского излучения, действия корпускулярных частиц высокой энергии (электронов, протонов, нейтронов и др.), вызывающих ионизацию или возбуждение атомов и молекул окружающей среды и веществ, из которых состоят микроорганизмы.

Солнечная радиация относится к факторам окружающей среды, которые оказывают существенное влияние на процессы жизнедеятельности микроорганизмов. Действие разных участков спектра солнечного излучения на грибы неодинаково: длинноволновое излучение приводит к активации тепловых рецепторов; ультрафиолетовые лучи вызывают мутагенный и летальный эффект; с видимым светом связаны все фотобиологические процессы (фотосинтез, фотозащитные и фотохимические).

Прямые солнечные лучи губительны для микроорганизмов, даже рассеянный свет подавляет в той или иной мере их рост. Видимый свет может влиять на пигментообразование. Это объясняет тот факт, что при ярком освещении материалы подвергаются большей опасности появления нежелательных пигментных пятен, чем в условиях затененности.

Из всего спектра солнечного излучения наиболее опасны для микроорганизмов ультрафиолетовые лучи. Эффект воздействия УФ-излучения на микроорганизмы различен в зависимости от дозы облучения и его спектрального диапазона. Малые дозы оказывают стимулирующее действие. Большие дозы УФ-излучения оказывают мутагенное и летальное действие.

Частицы высокой энергии (электроны, нейтроны, протоны и др.), а также γ-лучи химически и биологически чрезвычайно активны.

Особенностью радиоактивных излучений является их способность вызывать ионизацию атомов и молекул, которая сопровождается разрушением молекулярных структур.

Микроорганизмы значительно более радиационно устойчивы, чем высшие организмы. Смертельная доза для них в сотни и тысячи раз выше, чем для животных и растений.

Эффективность действия ионизирующих излучений на микроорганизмы зависит от поглощенной дозы облучения и многих других факторов. Очень малые дозы активизируют некоторые жизненные процессы микроорганизмов, воздействуя на их ферментные системы. Они вызывают наследственные изменения свойств микробов, приводящие к появлению мутаций. С повышением дозы облучения обмен веществ нарушается значительнее, наблюдаются различного рода патологические изменения клеток (лучевая болезнь), которые могут привести к их гибели.

Изучение реакции микроорганизмов на действие повышенного уровня радиации в окружающей среде имеет теоретическое и практическое значение. Дозы, оказывающие летальное действие на микроорганизмы, применяются для защиты материалов от микробиологической деструкции. Например, с помощью γ-лучей была простерилизована мумия фараона Рамзеса II, спину которой покрывал сплошной налет плесени (около 60 видов грибов).

Этот метод, разработанный Центром ядерных исследований в Гренобле, сейчас успешно применяется для спасения многих художественных ценностей и археологических документов.

1.1.2. Биологические факторы

Разрушение материалов обычно происходит под действием не какой-либо одной группы микроорганизмов, а целого комплекса, включающего и бактерии, и грибы. Одна группа микроорганизмов своей деятельностью подготавливает субстрат для другой. При этом возникают новые связи между отдельными микроорганизмами, постоянно формируются взаимосвязанные ассоциации, обеспечивающие выживание и адаптацию каждого вида в отдельности. Этот процесс очень сложный и обусловлен множеством факторов, среди них важнейшее значение имеет субстрат, на котором происходит формирование таких новых, функционально взаимосвязанных единиц, как микробная ассоциация или биоценоз⁴.

Во многих случаях губительное действие микробов связано с выделением ими в среду специфических биологически активных химических веществ. Эти вещества названы антибиотиками. Микроорганизмы, выделяющие антибиотики, широко распространены в природе. Этой способностью обладают многие грибы, бактерии. Некоторые микроорганизмы образуют несколько антибиотиков.

Химическая природа антибиотиков разнообразна. Характерным свойством их является избирательное действие - когда каждый из них действует только на определенные микроорганизмы, т.е. характеризуется специфическим антимикробным "спектром" действия. Одни антибиотики активно действуют на грибы, другие - на бактерии. Имеются антибиотики, действующие как на грибы, так и на бактерии, существуют также противовирусные антибиотики.

Активность антибиотиков очень высока; она в десятки тысяч раз превышает активность сильнодействующих антисептиков. Поэтому антимикробное действие проявляется при чрезвычайно малых их концентрациях.Механизм повреждения антибиотиками микробных клеток разнообразен и полностью до сих пор еще не изучен.

1.1.3. Химические факторы

Для того, чтобы микроорганизмы могли расти и размножаться, в среде необходимо присутствие доступных источников энергии и исходных материалов для биосинтеза. Обмен веществ с окружающей средой состоит из двух основных процессов: биосинтеза веществ клетки (конструктивный обмен) и получения энергии (энергетический обмен). Оба процесса протекают в организме в виде сопряженных химических реакций, при этом иногда используется одно и тоже соединение.

Метаболизм включает поступление веществ в клетку и выделение продуктов обмена из организма в окружающую среду. Какие вещества необходимы микроорганизмам для роста в первую очередь, видно из химического состава клетки. Как уже упоминалось, 80 — 90 % общей массы клеток приходится на долю воды, поэтому ее присутствие в окружающей среде в доступной форме необходимо.

Действие химических веществ на микроорганизмы может быть различным. Среди химических веществ могут быть такие, которые способны задерживать развитие микроорганизмов и даже вызывать их гибель.

Вещества, губительно действующие на микроорганизмы, называют антисептиками. Характер действия их разнообразен. Одни подавляют жизнедеятельность или задерживают размножение чувствительных к ним микробов; такое действие называютбактериостатическим (в отношении бактерий), или фунгистатическим (в отношении мицелиальных грибов). Другие вещества вызывают гибель микроорганизмов, оказывая на них бактерицидное или фунгицидное действие. В очень малых дозах многие химические яды оказывают даже благоприятное действие, стимулируя размножение или биохимическую активность микробов.

Чувствительность различных микроорганизмов к одному и тому же антисептику неодинакова. Споры устойчивее вегетативных клеток.

Из неорганических соединений наиболее сильнодействующими являются соли тяжелых металлов. Ионы некоторых тяжелых металлов, золота, меди и особенно серебра, присутствующие в растворах даже в ничтожно малых концентрациях, не поддающихся непосредственному определению, оказывают, тем не менее, губительное действие на микроорганизмы.

Бактерицидное действие проявляют многие окислители (хлор, йод, перекись водорода, марганцовокислый калий); минеральные кислоты (сернистая, борная, плавиковая).

Воздействуют на микроорганизмы сероводород, окись углерода, сернистый газ.

Многие органические соединения ядовиты для микробов. В различной степени губительно воздействие фенолов, альдегидов, особенно формальдегида, спиртов, некоторых органических кислот (салициловая, уксусная, бензойная, сорбиновая). Воздействие этих кислот связано, главным образом, не со снижением рН среды, а с проникновением в клетку недиссоциированных молекул этих кислот. Бактерицидным действием обладают эфирные масла, смолы, дубильные вещества, многие красители (бриллиантовая зелень, фуксин).

Механизм действия антисептиков различен. Многие из них повреждают клеточные стенки, нарушают проницаемость цитоплазматической мембраны. Проникая в клетку, они вступают во взаимодействие с теми или иными ее компонентами, в результате чего значительно нарушаются обменные процессы. Соли тяжелых металлов, формалин, фенолы воздействуют на белки цитоплазмы и являются ядами для ферментов. Спирты, эфиры растворяют липиды клеточных мембран.

Антисептические вещества используют для защиты текстильных материалов, древесины, бумаги, изделий из нее и других материалов и объектов от микробных поражений.

1.2. Систематизация или диагностика биоповреждений материалов и изделий.

Воздействие живых организмов на промышленное сырье, материалы и изделия может существенно изменить их потребительские свойства, снизить качество, а в ряде случаев привести к полному их разрушению.

Свойства сырья, материалов и изделий, в том числе и потребительские, могут изменяться при хранении, эксплуатации, иногда и при производстве под воздействием физико-химических, механических и биологических факторов, вызывающих соответствующие повреждения (физико-химические, механические, биологические). Эти повреждения возникают параллельно или последовательно, усиливая друг друга.

Нет сомнений в том, что при любых нарушениях режимов хранения, тем более при аварийных ситуациях (например, подмочка), в конечном счете, преобладающим и завершающим процесс является биологическое повреждение.

Согласно нормативным документам, понятие биоповреждение определяется как повреждение материалов, сырья и изделий под воздействием биологического фактора⁵ (ГОСТ 9.102-91 ЕСЗКС. Воздействие биологических факторов на технические объекты. Термины и определения).

Объектами биоповреждения являются сооружения, изделия, материалы, сырье, которые в процессе воздействия на них живых организмов теряют свои свойства.

Агентами биоповреждений являются живые организмы, атакующие сооружения, изделия, материалы и сырье и вызывающие изменения их свойств.

В реальных условиях хранения и эксплуатации на непродовольственное сырье, материалы и изделия повреждающее воздействие оказывают микроорганизмы (бактерии, микроскопические грибы).

Стойкость к воздействию биологического фактора (биостойкость) - это свойство объекта сохранять значение показателей в пределах установленных нормативно-технической документацией в течение заданного времени в процессе или после воздействия биофактора. Этот термин применяется с указанием конкретного биофактора:

— бактериостойкость⁶;

— грибостойкость⁷.

— микробиологическая стойкость⁸.

Воздействие живых организмов на материалы может приводить к неблагоприятному или благоприятному для человека итогу. В первом случае речь идет о биоповреждении (англ. — biodeterioration), во втором о биоразрушении (англ. - biodegradation) материалов, отслуживших свой срок и загрязняющих окружающую среду (рис.21).

Среди биоповреждений следует отметить собственно биоповреждения материалов, которые при всем многообразии живых организмов и способов их воздействия сводятся к химическим и механическим изменениям.

Микроорганизмы в данном случае оказывают на материалы прежде всего химическое воздействие и механическое разрушение материалов, которое происходит за счет разрастания гиф мицелия гриба, развивающих высокое тургорное давление.

Таким образом, собственно повреждения материалов живыми организмами можно свести к нескольким типам:

1) использование материала в качестве источника питания (ассимиляция;);

2) воздействие на материал, которое не связано с процессом питания и приводит к химическому разрушению материала (деструкция).

Одним из видов вредного воздействия живых организмов (в основном микроорганизмов и растений) на сырье, материалы и изделия является обрастание поверхности. Оно может сопровождаться химическим воздействием на материал или происходить без него.

Рис. 21. Схема воздействия живых организмов на сырье, материалы и изделия.

Третий вид воздействия биологического фактора — биозасорение.

Биологическое засорение объекта (биозасорение) — состояние объекта, связанное с присутствием биофактора, после удаления которого восстанавливаются функциональные свойства объекта.

Таким образом, микроорганизмы, развивающиеся на материалах и субстратах, могут быть нескольких типов. Одни используют в качестве источника питания и энергии органические вещества самих материалов (ассимиляция) [3].

Другие развиваются за счет использования метаболитов первых, однако они также могут вызывать повреждение материалов продуктами своей жизнедеятельности (деструкция). И, наконец, третьи микроорганизмы развиваются на поверхности материалов только за счет пыли, минеральных и органических загрязнений, не затрагивая самого материала, и лишь вызывают его биозасорение.

В табл. 3 приведены обобщающие сведения о повреждающем воздействии различных биофакторов на материалы.

В результате воздействия живых организмов на сырье, материалы и изделия в них возникают дефекты. По степеням значимости различают дефекты критические, значительные и малозначительные.

Критические дефекты — несоответствие изделий установленным требованиям, которые могут нанести вред здоровью или имуществу потребителей или окружающей среде.

Таблица 3

Повреждение материалов при воздействии различных биофакторов

Материалы	Бактерии		Грибы
	Виды повреждений
	Ассимиляция	Деструкция	Ассимиляция	Деструкция
Неорганические металлы	-	*	-	x
Органические химические: полимеры	*	*	*	*

Примечание. - - отсутствует; х - присутствует в редких случаях; * - присутствует.

Значительные дефекты - влияют на свойства материалов, но не влияют на безопасность для потребителя или окружающей среды.

Малозначительные дефекты — не оказывают влияния на свойства изделий, в первую очередь, на назначение, надежность и безопасность. К ним, в частности, относится биозасорение.

В зависимости от наличия методов и средств обнаружения дефекты подразделяются на явные, для которых предусмотрены методы и средства обнаружения, и скрытые, для которых возможно применение специальных методов и средств обнаружения.

Для биоповреждений характерны именно скрытые дефекты, для обнаружения которых необходимо специальное оборудование.

В зависимости от наличия методов и средств устранения дефекты делят на устранимые и неустранимые.

Устранимые — дефекты, после устранения которых товар может быть использован по назначению. Такие дефекты характерны только для биозасорения.

Неустранимые — дефекты, которые невозможно или экономически невыгодно устранять. Например, при биоповреждении оптики прибор может быть восстановлен только после разборки и дополнительной шлифовки поверхности. В других случаях критические дефекты при биоповреждениях практически неустранимы.

Таким образом, при биоповреждении сырья, материалов и изделий происходит:

— изменение химических свойств в результате окисления или гидролиза компонентов материала: под действием микроорганизмов изменяется кислото- и щелочестойкость, устойчивость к действию окислителей, восстановителей и органических растворителей;

— изменение физико-механических свойств материалов, например, потеря прочности резины, пластиков под действием микроорганизмов или продуктов их обмена веществ, набухание резины, потеря адгезии лакокрасочных покрытий;

— изменение оптических свойств, например, цвета, блеска, прозрачности, преломления света;

— ухудшение электрофизических свойств, например, снижение электроизоляционных свойств материалов;

— изменение органолептических свойств, например, появление дурного запаха при гниении, появление слизи на твердых поверхностях;

В табл. 4 и 5 приведены дефекты, возникающие при воздействии микроорганизмов, расположенные, по степени значимости повреждения, а также показаны примеры изменения свойств материалов при критических дефектах.

Таблица 4

Дефекты материалов в зависимости от значимости повреждений при воздействии микроорганизмов

Материалы	Малозначительные дефекты (биозасорение)	Значительные дефекты	Критические дефекты
			Изменение органолептических свойств	Изменение структуры материалов	Изменение свойств материалов
Неорганические
Металлы	Начальные обрастания, видимые под микроскопом	Наличие слизи, налеты плесени, видимые невооруженным глазом, покрывающие менее 25 % поверхности	Наличие слизи, покрывающей более 25 % поверхности	Коррозия поверхности металла	Снижение прочностных показателей. Изменение электропроводящих свойств. Потеря массы после удаления продуктов коррозии
Органические
Химические полимеры: пластмассы	Начальные обрастания, видимые под микроскопом	Наличие слизи, налеты плесени, видимые невооруженным глазом, покрывающие менее 25 % поверхности	Наличие слизи, налетов плесени, покрывающей более 25 % поверхности. Гнилостный запах.	Коррозия поверхности. Разрушение наполнителя	Снижение прочностных показателей. Снижение твердости. Снижение гибкости. Изменение вязкости.

1.4. Микробилогическая коррозия металлов и защита от нее

Биоповреждения металлов принято называть микробиологической коррозией (биокоррозией) металлов. В повседневной жизни со случаями биокоррозии металлов приходится сталкиваться реже, чем со случаями биоповреждений неметаллических материалов. Металлы сами по себе являются более биостойкими материалами, а некоторые из них обладают биоцидным действием. В машинах, приборах и других технических изделиях, они, как правило, используются с различными защитными и декоративными лакокрасочными и другими покрытиями, которые первыми принимают на себя воздействие агентов биоповреждений и предохраняют металл от биокоррозии. Внешние проявления биокоррозии мало отличаются от обычной коррозии, сопровождающейся появлением ржавчины.

Действие микроорганизмов на металлы может происходить различным путем. Прежде всего, коррозию могут вызывать агрессивные метаболиты микроорганизмов — кислоты, основания, ферменты и др. Они создают коррозионно-активную среду, в которой в присутствии воды протекает коррозия по обычным законам электрохимии.

Колонии микроорганизмов могут создавать на поверхности металлов наросты мицелия или слизи, под которыми в результате разности электрических потенциалов на различных участках поверхности металла и ассимиляции ионов металлов самими микроорганизмами может развиваться язвенная коррозия [4].

Биоповреждение металлов под воздействием микроорганизмов может происходить различными путями:

— за счет непосредственного воздействия продуктов метаболизма микроорганизмов на металл;

— через образование органических продуктов, которые могут действовать как деполяризаторы или катализаторы коррозионных реакций;

— путем, при котором коррозионные реакции являются отдельной частью метаболитического цикла бактерий.

Микробы в условиях повышенной влажности интенсивно осваивают среду обитания человека — здания, инженерные сети, различные товары и прочие материальные объекты.

Вопрос о повреждении металлов грибами наименее изучен, поскольку до недавнего времени предполагали, что биоповреждения металлов вызываются главным образом бактериями.

Однако грибная коррозия металлов существует, и в ряде случаев она наносит не меньший вред металлическим конструкциям, чем бактериальная. Удерживая на поверхности металлов влагу и выделяя органические кислоты, грибы способствуют коррозии деталей из латуни, меди, стали, алюминия и его сплавов. Продукты микробиологической коррозии, а также мицелий грибов, образующий мосты между металлическими контактами изделий, способствуют появлению электролитов на поверхности контактов и приводят к замыканию электрических цепей или к ухудшению электрических параметров изделий.

Массовые потери от коррозии после испытания в течение 12 сут. в присутствии A. niger достигли для алюминия 4, для меди — 18, для железа — 33 г/м², что в 4 раза превышает потери каждого металла от обычной коррозии. Основным фактором, вызывающим коррозию металлов в присутствии грибов, является изменение физико-химических свойств среды в процессе метаболизма, о чем свидетельствует изменение рН, окислительно-восстановительного потенциала среды, электрохимических потенциалов металлов.

При испытании пластинок из электролитической меди, полученных в различных условиях спекания и отжига, в солевой среде после нанесения взвеси конидий грибов A. flavus, A. niger на их поверхность, был выявлен рост грибов, и происходило повреждение пластинок во всех вариантах опыта. Наблюдалось поражение грибами отдельных видов порошковых материалов и биметаллической проволоки при экспериментальном изучении их в условиях тропического климата.

Высказано предположение, что в качестве первичного механизма повреждения следует рассматривать внедрение гиф грибов в определенные участки поверхности образца, а вторичным является действие на поверхность металлов продуктов их метаболизма.

Самыми грибостойкими среди испытанных образцов металлов и сплавов являются — углеродистая сталь высокой прочности и сплав алюминия с магнием. Наиболее подверженным коррозионным изменениям оказался технически чистый алюминий.

Оценку биостойкости металлов проводят по внешнему виду коррозии, площади коррозионных поражений, потере массы образцов (после удаления продуктов коррозии), глубине коррозионных поражений.

На поверхности чистого, незагрязненного металла, не имеющего контакта с органическими материалами, например, смазками, полимерными пленками, красками, грибы не могут развиваться. Биокоррозия металлов под действием грибов носит в связи с этим как бы вторичный характер, вначале они поселяются и развиваются на органических материалах, контактирующих с металлом, а затем мицелий, распространяясь на металл, вызывает коррозию своими метаболитами — кислотами, ферментами.

Биокоррозия отмечалась на резьбовых соединениях, электрических контактах и т. п. Такие поражения характерны для радиоэлектронных и оптических приборов. Образование мицелия на поверхности электрических контактов приборов вызывало нарушение работы всего прибора, вследствие замыкания электрической цепи или размыкания ее из-за нароста продуктов коррозии на поверхностях.

Способы защиты металлов от биокоррозии основаны на применении химических биоцидов, а также на рациональном подборе и использовании в технических изделиях биостойких материалов. Большое значение имеет соблюдение санитарно — гигиенических правил при производстве и эксплуатации техники.

Для защиты металлов от биокоррозии используют те же биоциды, что и для защиты неметаллических материалов. Существенным требованием к таким биоцидам является то, что они не должны быть агрессивны к металлам и не вызывать их коррозии, так как некоторые биоциды коррозионно опасны в этом отношении.

1.4.Биоповреждение и защита синтетических полимерных материалов

1.4.1. Биоповреждения и защита пластмасс

Синтетические полимерные материалы широко используются практически во всех областях науки и техники, в промышленности, в строительстве, в сельском хозяйстве и т.д.

Синтетические полимеры более стойки к разрушению микроорганизмами, чем природные высокомолекулярные соединения. Полимерная цепь макромолекулы синтетических высокомолекулярных соединений слишком велика и прочна, чтобы непосредственно усваиваться бактериями или грибами. Однако и они в ряде случаев повреждаются микроорганизмами.

Наиболее часто повреждения вызываются грибами из родов Penicillium, Aspergillus, Chaetomium, Fusarium, Alternaria, Trichoderma, Rhizopus и т.д.

Плесневые грибы вызывают химическое (метаболитами) и механическое (обрастание, прорастание гиф мицелия в толщу материала) повреждения материалов. Основными химическими продуктами метаболизма грибов, вызывающими повреждения синтетических полимерных материалов путем химической деструкции (гидролиз, окисление и пр.) макромолекул полимеров или низкомолекулярных компонентов (наполнители, пластификаторы и пр.), являются внеклеточные ферменты и органические кислоты.

Помимо чисто химической деструкции полимерных материалов, микроорганизмы и метаболиты могут вызывать изменения их физико-химических и электрофизических свойств в результате набухания, растрескивания. Возможны ухудшения декоративных и других внешних качеств полимерных материалов в результате биообрастания — появление пятен плесени, хотя при этом работоспособность изделия может сохраниться.

Развитие на поверхности полимера культуры плесневых грибов способствует конденсации из атмосферы паров воды, скоплению влаги, и только одно это обстоятельство может нежелательно повлиять на изменение свойств полимерного материала. В результате химического взаимодействия продуктов метаболизма микроорганизмов с полимером или вспомогательными компонентами синтетического материала могут изменяться некоторые физико-механические свойства материала. У негрибостойких материалов могут снизиться прочность, гибкость, диэлектрические характеристики, ухудшиться электроизоляционные свойства, измениться цвет окрашенных поверхностей и др.

Бактерии реже повреждают пластики, но действие их может быть коварно. В отдельных случаях их присутствие трудно обнаружить невооруженным глазом. О повреждении можно судить по появлению постороннего запаха, окраски, слизи и т.п.

В биоповреждении пластмасс участвуют бактерии различных родов и видов (Pseudomonas, Bacillus и др.).

Бактерии адаптируются к синтетическим полимерам и с помощью разнообразных ферментов и продуктов метаболизма разрушают различные по химическому составу высокомолекулярные соединения до низкомолекулярных фракций.

Биоповреждения пластиков, как и других материалов, как правило, происходят одновременно с их старением под действием внешних физических и химических факторов окружающей среды (ультрафиолетовое излучение, влага, перепады температур и т.д.). Оба процесса — биоповреждения и старение дополняют и усугубляют друг друга.

Деструкция пластмасс зависит не только от вида и рода воздействующих микроорганизмов. На степень повреждения пластмасс оказывают влияние химическое строение самого полимера, его физическая структура, молекулярная масса, молекулярно-массовое распределение фракций, наличие и состав пластификаторов, наполнителей, стабилизаторов, а также других добавок.

Имеется определенная зависимость между степенью биоповреждения и химической структурой полимера. Биостойкость зависит от химической природы, молекулярной массы и надмолекулярной структуры полимера.

Наличие дефектов в макро- и микроструктуре, молекулярная неоднородность способствуют протеканию процесса биодеструкции [5].

Биоповреждения основных компонентов пластиков. Основу пластиков составляют полимерные связующие, в качестве которых используют полимерные смолы. По типу полимерных смол пластики различают — термореактивные или термопластичные (в зависимости от способа их отверждения при получении материала), а также и полиэтиленовые, поливинилхлоридные, полиамидные и другие (в зависимости от химической структуры полимера).

Полимерные смолы имеют различную биостойкость в зависимости от химической структуры макромолекулы, длины полимерной цепи, наличия боковых разветвлений и др. Общим правилом является повышение устойчивости полимеров к микробиологическому повреждению по мере роста длины цепи макромолекул.

Установлено, например, что микробиологическая стойкость полимерных смол находится в прямой зависимости от молекулярной массы самого полимера и понижается в присутствии в материале низкомолекулярных фрагментов. Такой же эффект наблюдается в результате старения полимеров под действием света и тепла.

Важным компонентом пластиков являются пластификаторы, в качестве которых наиболее часто используются сложные эфиры дикарбоновых и поликарбоновых алифатических и ароматических кислот. Содержание пластификатора может достигать 30 — 50 % от массы пластика, поэтому от его биостойкости в большой мере зависит и биостойкость всего материала.

Используя пластификаторы и наполнители в качестве источника питания, микроорганизмы ускоряют процесс старения пластмасс [6].

Важным компонентом пластмасс являются наполнители. Наполнители представляют собой в основном инертные твердые вещества, которые вводят в состав полимерных материалов для регулирования механических свойств и других целей. Введение наполнителя также снижает стоимость материала и изделий из пластмасс, повышает их прочность, электрические и другие свойства.

Органические наполнители (древесная мука, хлопковые волокна, бумага и т.д.), представляющие собой питательные субстраты для микроорганизмов, понижают грибостойкость полимерных композиций, в то время как наполнители неорганического происхождения (асбест, стекловолокно, кварцевая пыль, каолин) повышают биостойкость.

Мицелий грибов может использовать для своего развития очень тонкие трещины, поры материала, образующиеся на границе раздела фаз и поверхностей в материале.

Полиэтилен — карбоцепной, термопластичный полимер, один из наиболее широко используемых полимеров полиолефинового ряда. Применяется для изготовления пленок, в качестве защитных покрытий, электроизоляционных изделий, тары, упаковки и др. Обладает высокими диэлектрическими свойствами, отличается химической стойкостью.

Микробиологическая стойкость полиэтилена характеризуется общим для всех алканов свойством — чем выше молекулярная масса, тем лучше биостойкость материала. Поражение полиэтилена носит обычно поверхностный характер и наиболее сильно поражается полимер с молекулярной массой менее 25 тыс. Полиэтилен высокой плотности более биостоек, чем полиэтилен низкой плотности.

При эксплуатации в почве в условиях умеренного климата изделия из полиэтилена можно считать стойкими к микробиологическим повреждениям до 8 лет. В тропических условиях срок эксплуатации снижается.

Поверхность полиэтилена, обросшего плесенью, становится шероховатой и покрывается мозаичными черно — коричневыми пятнами.

Лабораторные исследования микробиологической стойкости пленочных материалов (полиамид-6, полиамид-6,6) на питательной среде оптимального состава показали, что указанные материалы не биостойки. На всех образцах обнаруживается поверхностное и сквозное разрушение полимеров.

Многочисленные исследования указывают на связь наблюдаемых изменений с недостаточной биостойкостью пластификаторов, а также со скоростью их миграции из объема пластиката.

Помимо структуры и состава пластмасс на их биостойкость в значительной мере влияют условия окружающей среды: высокая относительная влажность воздуха, повышенная температура, перепад дневных и ночных температур. Конденсация водяных паров и скопление влаги на поверхности материала способствуют росту микроорганизмов. Некоторые пластмассы уже только под влиянием значительного влагосодержания изменяют свои свойства. К этому добавляется химическая коррозия, вызываемая продуктами обмена веществ микроорганизмов, следствием которой является ухудшение свойств и снижение качества изделий.

Под влиянием микроорганизмов различных групп ухудшаются механические, гигиенические, эстетические свойства пластмасс.

Пигменты, образуемые микроорганизмами, окрашивают пластмассы - появляются серые, зеленые, фиолетовые, розовые пятна, может произойти обесцвечивание, изъязвление поверхности.

Повреждения иногда носят поверхностный характер и проявляются только в обрастании мицелием, который может быть удален, а, следовательно, не окажет заметного влияния на рабочие характеристики материала или изделия в целом. В других случаях биоповреждения могут носить более глубокий характер, когда наряду с изменением внешнего вида изменяются физико-химические, физико — механические и другие свойства материалов - так, наблюдается изменение вязкости, прочности, твердости, электроизоляционных и других свойств.

В связи с использованием изделий из пластмасс в условиях, предполагающих активное воздействие микроорганизмов, проблема защиты полимерных материалов стоит достаточно остро.

В настоящее время описано более 3 000 соединений, обладающих биоцидными свойствами. Однако до сих пор не найдено антисептиков, удовлетворяющих всем требованиям, предъявляемым к ним.

Несмотря на то, что большинство известных биоцидов опробовано на пластмассах, промышленного применения они практически не имеют. Это связано со спецификой производства пластмасс. При изготовлении и обработке пластмассы подвергаются воздействию высоких температур, допускаемых лишь для немногих биоцидов.

Кроме тепловой устойчивости биоциды должны обладать и определенной химической устойчивостью, которая заключается в том, что биоциды не должны взаимодействовать с другими компонентами пластмасс и в то же время хорошо совмещаться с пластмассой (с полимером и всеми его компонентами).

К числу требований, предъявляемых к биоцидам для пластмасс; относится также широкий спектр антимикробного действия при малых концентрациях, так как высокие концентрации биоцидов могут влиять на снижение физико-механических и электрических свойств изделий из пластмасс.

Биоцид, кроме того, должен быть безвреден и не должен вымываться в процессе эксплуатации. В связи с тем, что к изделиям из пластмасс предъявляется и ряд специфических требований, например в отношении электросопротивления и диэлектрических свойств, биоциды должны быть неполярными соединениями.

Все эти требования ограничивают число биоцидов, используемых для защиты пластмасс.

Использование биоцидов в составе пластиков может преследовать цели не только предохранения их от биоповреждений, но и санитарно-гигиенические. Так, в некоторых лечебных учреждениях положительно зарекомендовали себя биоцидные пластмассы, из которых изготавливают пластмассовые ручки, сиденья унитазов, некоторые детали медицинского оборудования, пленочные изделия, антисептические подстилки для детских колясок и т. п.

1.4.2. Биоразрушаемые полимерные материалы

Отходы полимерных материалов, чрезвычайно медленно разлагающиеся в естественных условиях, являются серьезным источником загрязнения окружающей среды.

Особую опасность представляют пластмассовая тара разового использования, пленка и упаковочные материалы. Поэтому, наряду с решением проблемы увеличения срока службы пластмасс, разрабатываются и выпускаются специальные типы полимеров с регулируемым сроком службы. Отличительной особенностью этих полимеров является их способность сохранять потребительские свойства в течение всего периода эксплуатации и лишь затем претерпевать биологические и физико-химические превращения.

Большинство крупнотоннажных видов пластмасс (полиэтилен) вследствие своей химической структуры и высокой молекулярной массы очень медленно разрушаются. Микроорганизмы почвы могли бы разрушать эти полимеры, если бы длинные макромолекулы полимеров были расщеплены на более короткие фрагменты.

Существует несколько подходов к созданию биодеструктируемых полимеров:

— создание фоторазрушаемых полимеров, которые благодаря присутствию в них специальных добавок способны разлагаться в естественных условиях до низкомолекулярных фракций, которые в дальнейшем разлагаются почвенной микрофлорой;

— разработка полимерных композиций, содержащих кроме высокомолекулярной основы органические наполнители, являющиеся питательной средой для микроорганизмов (крахмал, целлюлоза, пектин, амилаза и т.д.);

— создание полимеров, имеющих структуру, сходную со структурой природных полимеров;

— синтез полимеров может быть осуществлен методами биотехнологии.

Одним из направлений создания фоторазрушаемых полимеров является введение в полимерную цепь хромофоров, обеспечивающих абсорбцию полимерами УФ — света, вызывающего их деструкцию.

В настоящее время представляют интерес исследования, связанные с разработкой композиций, содержащих кроме высокомолекулярной основы органические наполнители, которые являются питательной средой для микроорганизмов. При этом помимо разрушения материала, связанного с уничтожением наполнителя бактериями, наблюдается эффект дополнительной деструкции, обусловленной особенностями структур наполненного полимера. Как известно, наполнитель может скапливаться в менее упорядоченных областях полимера. Кроме того, плотность упаковки макромолекул в граничных слоях системы "полимер — наполнитель" приблизительно вдвое меньше, чем в остальном объеме неупорядоченной фазы полимера. Поэтому при уничтожении наполнителя бактериями облегчается доступ микроорганизмов к менее стойкой по отношению к биодеструкции части полимера.

В связи с тем, что традиционные источники сырья для синтеза полимеров ограничены, большой интерес представляют исследования, направленные на создание материалов, которые являются не только биоразрушаемыми, но и производятся из возобновляющихся биологических ресурсов. В основном это полимеры на основе крахмала, продукты бактериальной ферментации сахара, термопласты на основе животного крахмала с добавлением нефтехимических продуктов.

Сделать полимеры биоразлагаемыми можно также путем выведения специальных штаммов микроорганизмов, способных разрушать полимеры. Пока это направление увенчалось успехом только в отношении поливинилового спирта. Японские ученые выделили из почвы бактерии Pseudomonas, которые вырабатывают фермент, расщепляющий поливиниловый спирт. После разложения фрагменты полимера полностью усваиваются бактериями. Поэтому бактерии Pseudomonas добавляют к активному илу сточных вод для более полной очистки от этого полимера.

В связи с тенденцией роста в России объемов полимерных упаковок, сельскохозяйственных пленок и других материалов их утилизация после эксплуатации приобретает все возрастающее значение.

1.5. Биоповреждения и защита лакокрасочных материалов

Лакокрасочные покрытия применяют в качестве защитных и декоративных. Они придают товарам красивый внешний вид, облегчают уход за ними, защищают их от разрушения, повышают огнестойкость, химическую стойкость и т.д.

Лакокрасочные материалы делят на основные (олифы, лаки, красочные составы) и вспомогательные (грунтовки, шпатлевки и др.).

Основой лакокрасочных составов являются пленкообразующие вещества (пленкообразователи). Кроме того, в них могут входить пигменты, красители, растворители и разбавители, пластификаторы, сиккативы, отвердители и другие добавки.

Пленкообразующие вещества (масла, смолы, эфиры целлюлозы) способны образовывать на поверхности твердую блестящую пленку, а также связывать и закреплять частицы других компонентов состава, например пигмента в красках. Пленкообразование может происходить вследствие испарения растворителя либо дисперсионной среды (у спиртовых лаков, нитролаков, водоэмульсионных красок) или в результате химических превращений, сопровождаемых сшиванием цепных молекул и образованием полимера (у полиэфирных и эпоксидных лаков). Превращение жидкого пленкообразователя в твердую пленку происходит под действием отвердителей, тепла, кислорода и других факторов.

Лакокрасочные материалы и покрытия, применяемые в условиях, благоприятных для роста и развития плесневых грибов, бактерий и других микроорганизмов, являясь питательным субстратом для этих агентов биоповреждений, могут подвергаться микробиологическим повреждениям. При эксплуатации в естественных условиях биоповреждение лакокрасочных покрытий в результате обрастания живыми организмами и агрессивного действия продуктов их жизнедеятельности (ферменты, органические кислоты), как правило, сочетается с воздействием физических и химических внешних факторов (солнечная радиация, повышенная влажность, температура и т.д.), вызывающих старение материалов. Старение материалов способствует развитию биоповреждений. 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 и декоративные свойства. В реальных условиях бывает трудно определить, в какой мере повреждение лакокрасочного покрытия произошло за счет биологических, а в какой - за счет физико-химических факторов.

Следует различать поражения лакокрасочных материалов (в особенности водоэмульсионных красок) микроорганизмами, происходящие на стадии их производства (хранения), и биоповреждения отвержденных лакокрасочных защитных и декоративных покрытий, нанесенных на подложки. В первом случае микроорганизмы обычно попадают в полуфабрикаты лаков и красок в процессе технологического цикла их производства (с сырьем, водой, из воздуха производственных помещений и т.д.), во втором - споры грибов и бактерий оседают на поверхность готовых покрытий из окружающей среды, чему в немалой степени способствуют различного рода загрязнения.

Источником углерода, необходимого для питания микроорганизмов, иногда могут быть даже незначительные количества примесей органических веществ, присутствующих в воздухе, и загрязнения на оборудовании и поверхностях производственных помещений. Это приводит к увеличению вероятности возникновения биоповреждений окрашенных поверхностей находящегося в помещениях оборудования и самих помещений. Такие случаи имеют место, например, на предприятиях микробиологической, хлебопекарной, мясомолочной, химической промышленности, в некоторых складских помещениях и т.д. Это вызывает необходимость повышения санитарно – гигиенических требований и использования в этих условиях лакокрасочных материалов, обладающих повышенной грибостойкостью.

Растрескивание и отслаивание лакокрасочных защитных покрытий, шелушение и появление бугристости, образование пятен и сквозных точечных отверстий – характерные признаки и проявления разрушительной деятельности биологических агентов, усиливаемой физическими, химическими, механическими и другими неблагоприятными внешними воздействиями.

Поверхностные окрашивания лакокрасочных покрытий (серые, черные, фиолетовые, розовые и др.), вызванные пигментами микроорганизмов, иногда удается стереть или смыть. Если же поражение материала покрытий носит объемный характер (прорастание гифов мицелия), устранить поражение таким путем и восстановить декоративные и защитные свойства покрытия не удается. Трещины, отслаивания, вспучивание лакокрасочных покрытий могут вызывать микроорганизмы, находящиеся на поверхности или под пленкой лакокрасочного покрытия, на защищаемой поверхности. Рост грибов и их развитие под пленкой покрытия сопровождается газообразованием и повышением давления, достигающем величины достаточной для отслаивания и вспучивания лакокрасочного покрытия.

Основными агентами микробиологических повреждений лакокрасочных покрытий являются плесневые грибы. Бактериальные поражения встречаются реже, они характеризуются появлением бесцветного или окрашенного слизистого налета. Под слоем краски встречаются микробиоценозы сложного состава, включающие бактерии и грибы. Среди микроорганизмов, повреждающих лакокрасочные покрытия, часто встречаются грибы родов Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Trichoderma, Alternaria, Cephalosporium, Pullularia, бактерии родов Pseudomonas, Flavobacterium. Повреждения покрытий грибами происходят либо за счет компонентов, входящих в состав покрытия, либо за счет веществ, загрязняющих поверхность покрытия, под действием метаболитов, выделяемых мицелием, который растет за счет загрязняющих покрытия веществ.

Характерными признаками биоповреждения самих красок может быть изменение их цвета, газообразование (вздутие тары), появление постороннего запаха, разжижение и, наконец, желатинизация.

Биостойкость готовых лакокрасочных покрытий в значительной степени зависит от их состава, химической природы полимерного связующего и пигментов. На биостойкость оказывают влияние и другие компоненты лаков и красок (растворители, разбавители, стабилизаторы, отвердители и др.).

Пленкообразующие вещества в основном определяют биостойкость лакокрасочных материалов и защитных покрытий на их основе. Решающим фактором здесь является, с одной стороны, химическое строение полимерного пленкообразователя и, с другой - его физические свойства как в неотвержденном, так и в отвержденном состоянии (набухаемость, влагоемкость, твердость, гладкость поверхности, пористость и др.).

Повышенная скорость высыхания пленкообразующего вещества играет положительную роль в обеспечении биостойкости защитного покрытия. Чем меньше поглощается влаги при отверждении, тем меньше в дальнейшем вероятность роста плесневых грибов. Увеличению грибостойкости способствует использование пленкообразующих веществ, дающих гладкие ровные, блестящие пленки, поверхность которых труднее загрязняется в связи с отсутствием неровностей и шероховатостей.

Среди природных пленкообразователей наиболее распространенными являются высыхающие масла - масла растительного происхождения (льняное, хлопковое, конопляное, подсолнечное и др.). Все они обладают сравнительно невысокой грибостойкостью. Для повышения биостойкости из растительных масел рафинированием удаляют воду, белковые продукты и другие примеси. Характерными признаками повреждения растительных масел микроорганизмами являются снижение их вязкости, повышенние кислотности, ухудшение полимеризационной способности, т.е. скорости образования пленки. Одним из наиболее биостойких пленкообразующих веществ лакокрасочных материалов природного происхождения является канифоль. Биостойкость канифоли связывают с присутствием в ее составе терпенов, обладающих фунгицидными свойствами, и образованием кислых продуктов в пленке в процессе формирования защитного покрытия.

Синтетические пленкообразующие полимеры (термопластичные и термореактивные) менее склонны к повреждению микроорганизмами, чем природные. Грибостойкость этих покрытий уменьшается в следующем ряду: эпоксидные, полиуретановые, меламиноалкидные, кремнийорганические, пентафталевые.

Термопластичные синтетические смолы на основе хлорированного каучука, сополимеров стирола с бутадиеном и винилхлорида с винил ацетатом, применяемые для производства быстросохнущих лаков и необрастающих лакокрасочных покрытий, характеризуются высокой биостойкостью.

Высокая стойкость к разрушению микроорганизмами термореактивных смол, применяемых в качестве пленкообразователей лаков и эмалей горячего отверждения, объясняется образованием малопроницаемых твердых гладких пленок.

Связующие вещества неорганического происхождения, применяемые в производстве силикатных красок, например, жидкое стекло, характеризуются как грибостойкие.

Пигменты - важнейшие компоненты, от которых зависит биостойкость лакокрасочного покрытия. Пигменты придают краске нужный цвет и кроющую способность, регулируют вязкость, улучшают стойкость к солнечной радиации и водостойкость покрытия. Благодаря повышенной твердости частицы пигмента механически затрудняют рост и развитие мицелия. Они могут оказывать также токсическое действие на плесневые грибы и другие микроорганизмы.

Сравнительные исследования грибостойкости ряда пигментов показали, что лакокрасочные покрытия, содержащие окись цинка и окись титана, характеризуются как наиболее грибостойкие.

Вместе с тем такие пигменты, как мел, желтый крон, двуокись титана, алюминиевая пудра, оксид хрома, сажа сами не обладают биоцидными свойствами, однако масляные краски на их основе имеют повышенную грибостойкость. Меньшей грибостойкостью отличаются масляные краски с пигментами окислов сурьмы, свинца. Ряд неорганических пигментов и наполнителей, например, тальк, графит, слюда-мусковит, снижают стойкость к повреждению грибами.

Защищать лакокрасочные материалы от поражения микроорганизмами следует уже на стадии их производства. Особенно это относится к водорастворимым краскам. Соблюдение чистоты производственных и складских помещений - необходимое условие предотвращения микробиологического заражения красок и сырья для их изготовления.

Сырье, полуфабрикаты и вспомогательные материалы могут оказаться зараженными микроорганизмами, что проявляется в их прокрашивании, появлении постороннего гнилостного запаха, газообразовании. Такие материалы использовать в производстве лаков и красок недопустимо.

Помимо профилактических мер защиты от биоповреждений, лакокрасочные материалы и лакокрасочные покрытия защищают с помощью биоцидов, которые по стадийности применения можно подразделить на две группы - биоциды для защиты сырья и материалов, используемых в производстве красок, и биоциды, защищающие непосредственно лакокрасочные покрытия. Биоцид, используемый для защиты от биоповреждений лакокрасочных материалов в процессе их производства, должен удовлетворять ряду технических требований: сохранять биоцидную активность в широком диапазоне рН в течение длительного времени, иметь незначительную токсичность для людей, быть наиболее универсальным для различных лакокрасочных материалов, не изменять цвет защищаемого продукта и его физико-химические свойства, не ухудшать технологические свойства лакокрасочных материалов, качества покрытия и его адгезии к защищаемой поверхности и др.

В условиях повышенной опасности микробиологических повреждений рекомендуется использовать антисептированные краски. Защитно-декоративные и электроизоляционные лакокрасочные покрытия с добавками биоцидов рекомендованы для использования в некоторых видах радиоэлектронной аппаратуры, оптико-механических и других приборах, особенно поставляемых в страны с тропическим климатом.

 

Раздел II. Угрозы информационной безопасности их классификация

Глава 2. Угрозы информационной безопасности их классификация.

Все материалы, изделия имеют в пространстве определенный жизненный цикл, который определяется мерой их надежности и устойчивости, географическими, климатическими и экологическими условиями использования. Материальные предметы, не подвергающиеся коррозии, не известны. Наступление коррозионного разрушения определяется лишь сроком, сочетанием коррозионноактивных воздействий и их интенсивностью. Возникновению биокоррозии способствуют дефекты, возникающие у устройств при снижении качества проведения работ по производству данных систем (например, нарушение герметичности корпуса, целостности кабелей при производстве, не соблюдение правил гигиены персоналом, контактирующим с деталями и узлами и т.д )

В начальной стадии эксплуатации устройств попадание микроорганизмов в благоприятную для жизнидеятельности среду( влага, тепло, нарушение вентиляционных потоков, нарушение естественного микроклимата и т.д.) вызывает их активный рост и размножение, что влечет 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). Глубоко проникая в структуру поверхностей разъедают их (пластик, металл, краски и т.д.,) Кроме того, являясь условно-патогенными они способны вызывать болезненные состояние у человека, характеризующиеся аллергией, воспалительными заболеваниями верхних дыхательных путей, сердечнососудистыми заболеваниями, что приводит к непреднамеренной угрозе защиты информации в виде невнимательности, отсутствии осознанного риска, возникающего при несанкционированных действиях [7].

Причинами, приводящими к биоповрежениям 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 – газообмена.

– резкая перемена температурных режимов.

По оценке доктора биологических наук Натальи Дмитриевны Новиковой, исследовавшей микробиологическое загрязнение станции Мир [2], 2 вида гриба (принадлежащие родамPaecilomyces иCladosporium) были высеяны от двух синтетических полимеров (взяли 2 вида гриба в чашку- петри), используемых в оборудовании и обшивкикорабля. Были замечены: быстрый рост грибов, которые изолировали контакты и уничтожали синтетические полимеры и микроорганизмы, формирующие так называемую биопленку на пластмассовой поверхности. Опыт эксплуатации российских орбитальных станций, особенно станции "Мир", свидетельствует о том, что такие процессы, как развитие микробиологических повреждений полимерных конструкционных материалов, возникновение биокоррозии металлов, формирование биопленок и тромбов в гидромагистралях систем регенерации воды, следует рассматривать как постоянно действующие факторы экологического риска. На центральном и большинстве периферических иллюминаторов, выполненных из сверхпрочного кварцевого стекла, а также на эмалевом покрытии титановой оправы отмечалось наличие мицелия плесневых грибов (рисунок 1).

Рисунок 1

В одном случае отчетливо была видна растущая колония гриба. По линиям роста мицелия стекло было как бы протравлено. Еще одним наглядным примером микробиологического повреждения оборудования является и ситуация с выходом из строя блока управления прибора коммутационной связи, доставленного на Землю вернувшейся со станции "Мир" 24-й экспедицией. Под металлическим кожухом был обнаружен активный рост плесневых грибов на изоляционных трубках, контактных колодках, на армированном полиуретанев корпусе данного прибора). Этот процесс сопровождался окислением медных проводов в местах повреждения изоляции (рисунок 2).

Рисунок 2

Алюминиевые сплавы – одни из наиболее устойчивых к коррозии конструкционных материалов. (влагоустойчив) Однако и они подвержены биокоррозии – электрохимическому разрушеению под действием агрессивной среды, образующейся в результате жизнедеятельности различных микроорганизмов – бактерий, грибов. Лабораторией химического факультета Нижегородского государственного университета была исследована биокоррозия алюминия марки АД0 и конструкционных материалов на основе алюминия (сплавы В65, Д16, Д16Т). Показана способность 13 видов микроскопических грибов и 6 видов бактерий вызывать повреждения алюминия и его сплавов (рис. 3).

Рисунок 3

Микробы встречаются в самых холодных, горячих, соленых и глубоких местах обитания на Земле. Они сохраняют жизнеспособность на высоте более 80 километров и на одиннадцатикилометровой глубине в океане, где давление достигает тысячи атмосфер. Микроорганизмы обнаружены в шахтах на глубине 4 километра, в безжизненных пустынях и в самом соленом из озер — Мертвом море. Сохранение их жизнеспособности возможно в контурах ядерных реакторов, они выдерживают дозы радиации, смертельные для других форм жизни. Существование микробов возможно при очень низких концентрациях питательных веществ и температуре ниже -10 и выше +90 градусов по Цельсию. Некоторые (споровые) формы бактерий выдерживают температуру +150 градусов в течение 30 минут". Ничего удивительного, что их обнаружили в космосе [8].

Установлено, что биокоррозия металлов микромицетами и бактериями проходит при участии определенных экзометаболитов. На примере биокоррозии исследуемых материалов микроскопическим грибом Alternaria alternat, наиболее активного биодеструктора, было показано, что процессы повреждения микромицетами начинались с появления на торцах металлических образцов экссудата с рН 8–9. Ранее в работах сотрудников Института медико-биологических проблем РАН (ИМБП РАН) было показано, что даже в ходе длительных полетов (в течение 18 месяцев) бактерии и микроскопические грибы неплохо себя чувствуют на космических кораблях, несмотря на суровые условия. А некоторые из них даже приобретают устойчивость к тем или иным биоцидам. Пилотируемые космические полеты отличаются повышенной относительной влажностью воздуха и ультразвуковым облучением. Учёные ИМБП РАН и ЦНИИмаш исследовали, как ультразвуковые волны и относительная влажность влияют на разрушение алюминиевых сплавов на борту МКС. Влажность воздуха меняли в диапазоне 60 — 90%, а ультразвуковые колебания были низкой интенсивности – они соответствовали звуковому давлению 50-60 дБ. Микромицеты, живущие на поверхностях оборудования и интерьера МКС (Penicillium expansum, Aspergillus versicolor, Cladosporium cladosporioides и др.) в ходе жизнедеятельности синтезируют различные органические кислоты, включая уксусную, снижая рН среды, что может приводить к заметной коррозии алюминия и его сплавов. Агрессивная среда в сочетании с ультразвуковым облучением могут вызывать образование на металле микрокаверн. Ученые обнаружили, что на МКС повышенная влажность и длительное ультразвуковое облучение низкой интенсивности изменяют состав грибного сообщества, приводят к его развитию и ускоряют образование микрокаверн на металле, что может ухудшать его прочностные характеристики. На незащищенной металлической поверхности в присутствии даже небольшого количества воды, кроме химической и электрохимической коррозии, развивается биокоррозия. Активному развитию биокоррозии способствуют не только вода, но и продукты жизнедеятельности бактерий -компоненты, содержащие азот, серу, кислород. Наряду с углеводородами они используются микрофлорой и в качестве питательной среды. Агрессивное воздействие микрофлоры проявляется в повышении скорости деструкции металла, который в этом случае разрушается в 2–3 раза быстрее, чем при электрохимической коррозии. Этот процесс сопровождается резким ухудшением эксплуатационных показателей металла: снижением прочности, возрастанием внутренних напряжений, увеличением скорости образования микротрещин, ухудшением теплостойкости и других электрофизических показателей [9].

А что же с неметаллическими деталями – с изделиями из пластмасс, которые с 50-х годов, используются практически во всех областях науки и техники? Пластмассы позволили делать запись информации на магнитофонные ленты, компьютерные дискеты, компакт-диски, сохраняемой в архивах и библиотеках. Также, фотографические материалы, редакторы связей, и поддержки могут быть сделаны из пластмасс. Пластмассовый аудиовизуальный материал, включая компакт-диски, может быть подвергнут биологическому распаду – биокоррозии (рисунок 4).

Рисунок 4

Скорость роста плесени микроорганизмов зависит от таких факторов, как тепло, свет и влажность. По некоторым данным, биозаражение пластмассовых информационных носителей грибками Aspergillus fumigatus, Stachybotrys chartarum, Exophiala sp., Aspergillus versicolor, A. sydrowii, Emiricella nidulans, Stachybotrys chartarum,; (видами Aspergillus и Stachybotrys). в аудиовизуальных материалах приводит к отказу в работе в виде прерывания записанного сигнала, и далее к полному уничтожению информации и деградации пластмассы непосредственно. Биологический распад пластмассы в информационных системах крайне нежелателен, поскольку это двойная потеря — уничтожение содержавшейся информации и самого носителя [10].

2.1 Повреждение материалов и изделий радиотехники и радиоэлектроники мицелиальными грибами.

Промышленные материалы и изделия из них способны подвергаться биоразрушению различными видами живых организмов (бактериями, водорослями, грибами, насекомыми, птицами, млекопитающими). Однако, наибольший ущерб, по мнению ряда авторов, вызывают мицелиальные грибы (Рихтера ,1962; Благник, Занова, 1965; Flaxler, flanery, 1968; Флеров, 1972; Андреюк, Козлова, 1977; Горленко, 1979, 1981; Pirt , 1980). Повреждающее действие плесневых грибов может осуществляться разными путями: механическое воздействие гиф мицелия гриба; влияние продуктов жизнедеятельности (ферментов, органических кислот, аминокислот, пигментов и т.д.) с последующей деструкцией материалов; биозасорение спорами, кусками мицелия, (Флеров и др.1963; Родионова и др., 1972, 1973; Бедай, 1975; Туркова, 1976;Pateman, 1977; Анисимов и др., 1979). Изучение микрофлоры пораженных изделий и материалов показало, что наибольший процент микробов-разрушителей относится к грибам семейства Aspergillacea. Рудаковой(1972), Лугауская(1980), Каневской и Орловой(1977) в условиях субтропического климата с поверхности промышленных материалов и изделий изолировано грибов рода Penicillium -31%, Aspergillus- 30,5%, в условиях же тропического климата -рода Aspergillus -67%, рода Penicillium -21% [11,12].

Остальные грибы относятся, главным образом, к родам: Cladosporum, Alternaria, Frichoderma, Fusarium. Наибольшее поражение вызывают виды A.flabus, A.bersicolor, P.funiculosum, (Рудакова, 1972; Лугоускас, 1980).

2.2 Биоповреждение готовых радиотехнических изделий

В работе Абрамяна и Карапетяна (1977) представлены результаты серийных испытаний на грибостойкость ряда автоматических узлов и приборов радиотелевизионной аппаратуры с лакокрасочным покрытием [13].

Изучение роста грибов на тонких пленках металлов, входящих в состав ряда узлов радиотехнических приборов, проведено Бугаенко и др. (1997). В ходе экспериментов ими установлено, что в приборах, предназначенных для работы в тропиках с красочным покрытием и без него сильно пострадали узлы при применении набора грибов, состоящего из A.glaucus, A.flabus, A.nentii, P.chrysogenum, R.nigricans, Forula exponsa. металические пластинки из никеля, хрома, алюминия, меди, способны поражаться грибами родов Aspergillus и Penicillium. Рубанс с сотрудниками (1977, 1979) исследовали грибостойкость изделий радиоэлектронной техники, детали которых состоят из неметаллических и металлических материалов. Установлено, что чаще и интенсивнее мицелиальные грибы развиваются на неметаллических деталях, в меньшей степени на металлах. Развитие грибов наблюдалось на деталях из стали, ковора, платинита, латуни, алюминиевых сплавов и ферритах. Эти исследования показали, что развития грибов на металлических деталях может происходить за счет внешних загрязнений изделий, в процессе их изготовления, хранения, эксплуатации, за счет продуктов атмосферной коррозии, в результате контакта с деталями из неметаллических материалов, поражаемых грибами. (Глуховой (1970), Шиловой, Тархановой (1975), Meyers). Установлено, что промышленная вода, используемая в различных производственных операциях, может являться источником микробного загрязнения изделий радиоэлектроники. Исследованиями Лугаускас и др. (1977, 1979) выявлены наиболее чувствительные к грибному разрушению узлы телевизоров. Отдельные детали грибами повреждались более интенсивно, чем те же детали в телевизоре при его эксплуатации не менее 6 часов в сутки. Возможную причину этого авторы видят в отрицательном влиянии на развитие грибов высоких температур и электрических полей, образующихся в приборах при эксплуатации [14].

В результате агрессивного воздействия биологической среды может происходить изменение выходных параметров электронных приборов и, как следствие, снижаются качественные характеристики и сроки службы изделий (Глухова и др., 1970; Rao, Siharan,1973; Герасименко, 1978).

Глава 3. Цель исследования. Объекты исследования

3.1 Цель исследования

С учетом проведения литературного обзора и научных материалов, связанных с биокоррозией 70-х-90-х годов выявить существование проблемы с биостойкостью изделий и приборов информационных телекоммуникационных систем применяемых в настоящее время.

3.2. Выделение и идентификация видового состава микрофлоры.

В качестве объекта исследований в испытаниях на грибостойкость нами использовались интегральные микросхемы, печатные платы, оптические носители информации, используемые в радиоэлектронной промышленности и узлы и детали приборов используемых в информационных телекоммуникационных системах.При взятии микробиологической пробы с поверхности интегральных микросхем (ИМС), оптических носителях и деталей приборов ИТКС⁹ на чашку Петри помещалось готовое изделие. Каждый вариант опытов был поставлен в трехкратной повторности. После достижения колониями микроорганизмов стадии спороношения производилось их определение на основе морфологических признаков с использование определителей (Курсанов, 1954; Литвинов, 1967; Подопличко, 1971; Ячевский, 1971; Милько, 1974).

3.3. Изучение влияния микрофлоры на электропараметры изделий.

При изучении влияния микрофлоры на электропараметры изделий последние помещались в чашки Петри без среды или в чашке со средой Чапека-Докса и опрыскивались суспензией спор, состоящей из 10 видов грибов (по ГОСТ 16962-71):): Aspergillus niger (van Tieghem), Aspergillus amstelodami (Mong) Thom et Churck, Aspergillus flavus Lk. ex Fr., Paeci;omyces varioti Bainier, Stachybotrys atra Cola, Penicillium brevi-compactum Dierchx, Penicillium cyclopium Westling, Chaetomium globosum Kunze, Trichoderma lignorum (Tode) Harz. Культуры плесневых грибов, использованные во всех наших экспериментах, мы получали из коллекции микробиологической лаборатории НИУ им Лобачевского. Часть деталей была помещена в чашки Петри на поверхность выросшего газона из тех же 10 видов грибов. Затем все чашки с изделиями выдерживались в термостате при влажности 95-98% и t-28±2°C в течение 3 месяцев. параллельно ставился контроль на влагу, т.е. изделия находились в тех же условиях, но без грибов. Через три месяца на кафедре ПКС нами измерялись электропараметры изделий (I вх., U° вых., U^/вых.).

3.4. Метод выявления и идентификации плесневых грибов внутри ИМС.

Схемы, годные и бракованные по электрическим параметрам, стерилизовались с поверхности этанолом и проводили их разгерметизацию в стерильных условиях. Микросхемы вскрывали при t=230°±5°C в соответствии с ОСТ В.11.073.013.-74. После посева грибов корпуса микросхем проверяли в этиленгликоле, наблюдая появление пузырьков в случае неполной герметичности корпуса ИМС, в соответствии с указанным стандартом. Затем схемы погружали в теплую воду и этанол для удаления спор грибов с поверхности. Далее микроорганизмы с половины части схем и крышек высевали на агаризованную среду Чапека- Докса методом контакта со средой. Другу половину схем погружали в пробирки с 10 мл стерильной воды, встряхивали в течение 3-х минут (каждая схема в отдельной пробирке), затем 1 мл смыва наносился на поверхность питательной среды. параллельно ставился контроль на стерильность воды. Засеянные чашки помещались в термостат при t=28-30°C и влажности ≥ 90% на 7-10 суток. По истечению этого времени проводилась количественная оценка зараженности и идентификация плесневых грибов.

3.5. Искусственное заражение деталей ИТКС плесневыми грибами и изучение их влияния на электропараметры схем.

Заражение ИМС спорами грибов проводилось следующим образом. Касались газона гриба A.niger кисточкой или неворсистой тканью и приставшие споры грибов переносили встряхиванием или контактно на крышки и внутрь схем, предварительно вскрытых, как указано выше. После посева грибов корпуса микросхем запаивали. Герметичность микросхем проверяли согласно ОСТ В.11.073.013.-74. Зараженные схемы помещались в термостат при 28-30°C, влажности 90% на 7-10 суток, затем у всех приборов проверялись электрические параметры (I вх., U^/ вых., U° вых.) на одном из предприятий отрасли. Поверхность изделий предварительно обрабатывали 96% этиловым спиртом с целью исключения случайного рассеивания спор. После проверки электрических параметров бракованные и годные схемы подвергались разгерметизации, визуальному осмотру и проводились проверка наличия внутри схем жизнеспособных спор с последующей идентификацией.

3.6. Исследование грибостойкости материалов.

Испытания полимерных материалов на грибостойкость и фунгицидность проводились согласно ГОСТ 9.049-75, а лакокрасочных материалов -ГОСТ 9.050-75 -по двум методам, АиБ. Сущность методов заключается в выдерживании материалов и покрытий, зараженных спорами плесневых грибов, в условиях, оптимальных для их развития с последующей оценкой грибостойкости.

Метод А (без дополнительных источников углеродного и минерального питания) устанавливает, является ли испытуемый материал питательным субстратом для развития плесневых грибов.

Метод Б (питательная среда Чапека-Докса) констатирует наличие у объекта исследования фунгицидных свойств и показывает влияние внешних загрязнений на их грибостойкость. Материал считается грибостойким, если по методу А получает оценку 0-2 балла и фунгицидным, если по методу Б он получает 0-1 балл. Некоторые материалы в опытах до 1977г. испытывали по действующему в то время ГОСТ 13410-67. Согласно этому стандарту грибостойкость образцов определялась по трем методам.

Метод А1 -образцы испытывались при полном исключении питательной среды. Данный метод позволяет определись, является ли материал для гриба источником минерального и органического питания.

Метод А2 — образцы помещались на среду Чапека-Докса без источника углерода. С помощью этого варианта устанавливалось способность грибов использовать в качестве источника углерода исследуемые образцы.

Метод Б — образцы помещались на полную питательную среду Чапека­-Докса.

Методы А1 иА2 позволяют определить грибостойкость образцов, а метод Б -фунгицидность материалов. На основании ГОСТ образец считается грибостойким, если он по методам А1 иА2 получает оценку 0-1 балл. Образец считается фунгицидным, если он по всем трем методам получает оценку 0 баллов.

3.7. Выделение грибов из воздуха, с поверхности деталей, с рук персонала и с упаковочных материалов (картон, полиэтилен, алюминевая фольга).

Микрофлору атмосферы в пределах склада определяли после 15-минутной экспозиции чашек Петри со стерильной средой Чапека — Докса на открытом воздухе. Затем уловленный споровый материал выращивался в течение 7—10 дней при 25°C. Обнаружение микроорганизмов присутствующих на упаковки, руках персонала, проводились при помощи контакта исследуемой поверхности со стерильной средой в чашке Петри в течении 15 минут. После достижения колониями микроорганизмов стадии спороношения производилось их определение на основе морфологических признаков с использование определителей (Ячевский, 1971; Курсанов, 1954; Литвинов, 1967; Подопличко, 1971; Милько, 1974).

4. Результаты и их обсуждение.

4.1. Исследование причин повреждающего действия мицелиальных грибов на материалы и изделия электронной промышленности в информационно телекоммуникационных системах .

а) Повреждение электронных микросхем и транзисторов, источники засорения, видовой состав плесневых грибов.

Первоначальной целью наших экспериментов было обнаружение на поверхности исследуемых микросхем и деталей ИТКС микробиологических объектов. Изделия обследовались на стадии приобретения со склада. Выделяли видовой состав микрофлоры с поверхности деталей, приобретенных в оптовой фирме в условиях хранения во влажной среде.

Выявили, что наиболее сильно были поражены грибами поверхности изделий в процессе хранения без стерильной упаковки. С каждого, тестируемого изделия ( оптические диски, корпуса и детали электронных приборов) было высеяно в среднем по 13 колонеобразующих единиц (КОЕ). Наиболее часто встречаемые микроорганизмами являлись: Alfernaria tenuis Neesex Fr., Rhizopus sp. Ehrenb., P. ChrysogenumThom., Aspergillus versicjlor (Villemin) Tirab. Интересно отметить, что микросхемы в данном опыте совершенно не поражались плесневыми грибами в условиях хранения.

В современных условиях производства микросхемы не поражаются плесенью. Очевидно, это можно объяснить качеством производства и тем, что такие этапы, как термокомпрессия и термообработка, проходящие при высокой температуре, способствуют стерилизации деталей. Результаты наших опытов этого раздела позволяют заключить, что изделия электронной промышленности могут поражаться грибами при хранении, как с поверхности, так и внутри. В связи с этим большой интерес представляет выявление источников микробного заражения изделий в условиях хранения. С этой целью нами исследовались воздух, руки персонала и различные упаковочные материалы.

Анализируя данные табл.1, можно сделать вывод, что исследуемые факторы (воздух, руки персонала и упаковочные материалы) действительно могут являться источниками засорения изделий, так как присутствующая в них микрофлора была обнаружена нами на поверхности изделий в условиях хранения.

Наибольшую опасность для заражения представляет этап прохождения изделий через склад, где из воздуха выделено 143 колонии грибов, с рук персонала – 14 и из упаковки – 159 колоний. В условиях хранения на изделиях находится значительно больше спор микроорганизмов. Здесь в большом количестве имеются грибы родов Mucor, Penicillium, Aspergillus. Rhizopus, Cladosporium, Allernaria, ранее выделенные нами с микросхем, находившихся на хранении (см.табл.1).

Таблица 1

Источники микробного заражения	Виды грибов	К–во колоний грибов на чашку Петри
1	2	3
Воздух на складе	Penicillium chrysogenum thom Cladosporium sp.	143
хранения	Thom
Руки персонала:	Alternaria tenuis Nees	2
	Rhizopus sp.	3
	Penicillium chrysogenum	4
Упаковочные	Thom Mucor sp.	5
материалы:
	Penicillium chrysogenum	8
Полиэтилен	Thom	18
	Arternaria tenuis Nees	10
Картон п=6	Penicillium chrysogenum	60
фольга	Thom	20
	Cladosporium sp. Penicillium chrysogenum Thom	43

б) изменение электрических параметров микросхем при биоповреждении.

В литературе имеется ряд сведений по характеру и последствиям воздействия мицелиальных грибов на электронные изделия. Так, в работе Карапетян (1977) отмечалось ухудшение электропараметров у некоторых радиотехнических изделий под воздействием грибов родов Penicillium и Aspergillus.

На изменение электрических параметров и внешнего вида радиоэлектронных изделий и их компонентов под влиянием микроорганизмов указывается в работах Rao e.a. (1973), причем этими авторами рассматривается причина биоповреждения как за счет непосредственного присутствия плесени на приборах, так и за счет воздействия на них продуктов метаболизма грибов.

В наших опытах интегральные микросхемы первоначально выдерживались в течении трех месяцев на полной питательной среде, т.е имитировались такие условия работы прибора, при котором на них имеются различные органические загрязнения, являющиеся хорошим источником питания для грибов. Имелось два варианта: приборы помещались 1) на предварительно выращенный газон грибов; 2)на чистую поверхность среды Чапека — Докса и засевались суспензией спор грибов; 3) в условиях без питательной среды по ГОСТ 9-045-75. Параллельно ставился контроль на действие влаги, т.е. образцы выдерживались в тех же условиях, но без грибов. В результате проведенных экспериментов установлено, что влажность 98% не изменяла электропараметры исследуемых нами приборов (табл.2)

Таблица 2.

Результаты испытаний

	Годные изделия	Брак по параметрам
Микросхемы, находящиеся 7 суток в термостате п=29	17	3–I вх; 6– U вых. 1–U0вых;1–Uвых; Iвх. 1–U0вых; Iвх
Микросхемы, находящиеся 7 суток в холодильнике п=25	15	3–U вых; 1–Iвх. 2–U вых; I вх. 3–U0 вых; U вых.

Микросхемы, испытывавшиеся на газоне, имели брак по параметрам I вх и Uвых, При внешнем осмотре приборов наблюдалось разрушение плесневыми грибами поверхности корпусов схемы, обращенной к газону: исчез блеск пластмассы, стерлась маркировка, появились белые пятна, происходило ржавление входных и выходных контактов. Между некоторыми контактами заметны нити контактов грибов.

При испытании второй партии деталей, помещенной на полную питательную среду и зараженной суспензией спор грибов, брак наблюдался еще по одному параметру -U^овых. Оптические носители и контактные группы после испытаний оказались полностью непригодными к работе. При этом методе испытаний многие выводные контакты были ржавыми, на контактах появились нити мицелия грибов, а на оптических дисках и корпусе – колонии грибов.

В варианте без каких-либо дополнительных источников органических загрязнений происходило нарушение тех же самых параметров изделий, что и в предыдущих исследованиях (Iвх, U^овых, U^Iвых). При внешнем осмотре приборов были видны следы

ржавления входных и выходных контактов, гифы мицелия грибов между контактами и на пластмассе. Таким образом, разрушительное действие плесени наблюдалось, как при наличие органических загрязнений, так и без них.

Нами изучалось, также, действие на электрические характеристики приборов тех спор грибов, которые могут находится внутри готовых изделий. Для этого партия годных приборов разгерметизировалась и искусственно засорялась спорами гриба Aspergillus niger, как одного из наиболее активных биокоррозионных агентов и вновь герметизировалась. Ставились две серии опытов, часть схем после засорения спорами помещалась перед измерением электропараметров в холодильник, на 7 суток, а другая часть помещалась на такой же срок в термостат (t=28±2 ^оС; влажность 98%).

Данные табл.2 показывают, что как в первой серии опытов (термостат), так и во второй (холодильник) процент брака приблизительно одинаков и происходит по одним и тем же параметрам, главным образом, по U^Iвых и Iвх. При осмотре бинокулярной лупой промеренных и вновь разгерметизированных схем можно отметить, что внутри камеры (на кристалле, на контактах, на внутренней стороне крышки схемы) отчетливо заметны споры A.niger, которые в первой серии опытов даже проросли.

в) Изменение электрических параметров интегральных микросхем под действием влаги и мицелиальных грибов, находящихся внутри изделия.

Отмечалось ржавление контактов и контактной площадки у ряда схем. Наблюдался обрыв контактов в следствии их коррозии, тогда как у интегральных микросхем, не подвергшихся заражению A.niger, вышеуказанных явлений не наблюдалось. Билай и др. (1980) указывают на весьма хорошую и длительную устойчивость спор грибов к неблагоприятным условиям. Даже в состоянии покоя этим спорам свойственны, хотя и ослабленные, процессы метаболизма, что приводит, в конечном счете, к биокоррозии изделий [15].

Таким образом, основываясь на соответственных проведенных исследованиях и литературных данных, можно заключить, что присутствие спор микроорганизмов на электронных изделиях как на поверхности, так и внутри представляет опасность, так как вследствие этого могут нарушаться электрические характеристики приборов, их внешний вид, что в конечном итоге приводит к браку или преждевременному выходу изделий из строя. При благоприятных условиях споры грибов начнут прорастать и при наличии питательных субстратов (материалы изделия, внешние загрязнения) будут выделять в среду продукты жизнедеятельности (кислоты, пигменты, ферменты), что вызовет коррозию изделий и ухудшение их электрических характеристик. Более того, как показали наши исследования, даже не прорастая, споры плесени приводят к нарушению функционирования приборов, так как, оказываясь на кристалле интегральных микросхем, они выступают уже в роли биологических загрязнений, приводящих приборы в негодность.

Ранее нами указывалось, что биоповреждение технических изделий может происходить вследствие негрибостойкости многих материалов, из которых состоит изделие. Такие материалы легко поражаются грибами, так как некоторые их составляющие могут служить источником питания для плесени (у ЛКП, ПВАД, герметиков – полимерная основа, у эпоксидных компаундов – наполнители, у ПВХ – композиции – пластификаторы). В процессе своей жизнедеятельности грибы выделяют в среду и ферменты. Мы предполагаем, что биоповреждение вызывает значительное ухудшение диэлектрической проницаемости материалов [16].

Раздел V. Экономика и организация производства

Технико-экономическая эффективность применения покрытий на основе биоцидных полимерных составов.

Технико-экономическая эффективность применения покрытий на основе эпоксидной смолы обусловлена увеличением долговечности частей ИТКС. Определим экономический эффект от внедрения защитных покрытий, эксплуатируемых в условиях воздействия биологических агрессивных сред.

Годовой экономический эффект (Э) согласно «инструкции по определению экономической эффективности использования новой техники, изобретений и рационализаторских предложений» определяются о формуле:

Э = [(З₁ + З_1с) + Э_э ‑ (З₂ + З_2с)] A₂,

Где З_{1 и} З₂ – приведенные затраты на заводское изготовление деталей с учетом стоимости транспортировки по сравниваемым вариантам базовой и новой техники, руб на ед. измерения; З_{1с и} З_{2с –} приведенные затратына заводское изготовление деталей без учета стоимости транспортировки по сравниваемым вариантам базовой и новой техники, руб на ед. измерения;  - коэффициент изменения срок службы новой детали по сравнению с базовым вариантом; А – годовой объем работ с применением новых деталий в расчетном году, натуральные единицы; Э_{э –} экономия в сфере эксплуатации деталей за срок их службы, руб.

Приведенные затраты представляют собой сумму текущих затрат(себестоимости) и единовременных затрат ( капитальных вложений), приведенных к одинаковой размерности в соответствии с нормативным коэффициентом эффективности:

З_i = C_i + E_н K_i;

Где C_i — себестоимость единицы изготовление деталей; E_н — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, E_н = 0,15; K_i — удельные капитальные вложения в производственные фонды на единицу изготовление деталей по i-му варианту техники, руб.

В расчетах экономической эффективности при определении себестоимости изготовления деталей учитывают прямые затраты и накладные расходы. Последние определяют в зависимости от изменения основной заработной платы рабочих и трудовых затрат (15% основной заработной платы и 0,6 руб. на чел./сут).

В качестве базового варианта выбраны покрытия на основе эпоксидного связующего. Коэффициент учета изменения срока службы равен:

Где Р₁ и Р₂ — доли сметной стоимости изделий в расчете на 1 год из службы по сравниваемым вариантам.

Величины Р₁ и Е_н1 и Р₂ и Е_н2 установлены в зависимости от срока службы по сравниваемым вариантам.

В результате анализа литературных данных установлено, что срок службы полимерных покрытий в зданиях с биологическими средами, эксплуатирующихся в условиях комплексного воздействия биологических агрессивных сред, составляет 4 — 5 лет. Предлагаемая расчетная долговечность покрытий на основе биоцидных материалов в аналогичных условиях не менее 15лет. Коэффициент изменения срока службы нового и базового вариантов составляет:

35655/0, 1815 = 2, 014.

Произведенный расчет стоимости материалов, заработной платы, затрат труда и затрат на эксплуатацию машин на 1 м² эпоксидного покрытия по базовому и предлагаемому вариантам приведен в табл. 1.1 — 1.3.

Таблица 1.1

Расчет стоимости материалов на 1м² эпоксидного покрытия

Обоснование	Наименование материала	Единица измерения	Количество материала	Цена, руб.	Сумма, руб.
Базовый вариант
113-0163	Смола ЭД-20	кг	5,1	53,562	273,71
113-0152	ПЭПА	кг	0,51	48,302	24,63
113-0158	Растворитель - бутанол	кг	0,77	10,4	8,01
113-0338	Пластификатор - дибутилфаталат	кг	0,6	19,610	11,77
Итого стоимость всех материалов					317,58
Предлагаемый вариант
113-0163	Смола ЭД-20	кг	4,9	53,562	262,45
113-0152	ПЭПА	кг	9,49	48,30	23,67
113-0158	Растворитель - бутанол	кг	0,77	10,4	8,01
113-0338	Пластификатор - дибутилфаталат	кг	0,6	19,610	11,77
	Биоцидная добавка «Тефлекс Антиплесень»	кг	0,2	2,8	0,56
Итого стоимость всех материалов					306,46

Таблица 1.2

Расчет заработной платы, затрат труда и затрат на эксплуатацию машин на 1м² полимерного покрытия по базовому и предлагаемому вариантам

Обоснование ТЭР по РМ, базисная цена на 1 января 2000г.	Наименование работ	Заработная плата	Норма времени, чел.-ч	Затраты на эксплуатацию машин
Полимерное покрытие
13-03-001-3	Нанесение грунтовочного слоя	0,53	0,052	11,11
11-030023-1 (11-94)	Приготовление полимерной композиции	8,72	0,800	1,42
11-01-013-3 (11-66)	Укладка полимерной композиции	2,19	0,284	3,94
Итого по всем видам работ		11.44	1,136	5,47

Таблица 1.3

Исходные данные для расчета 1м² стоимости полимерного покрытия

Показатель	Базовый вариант	Предлагаемый вариант	Обоснование
Материалы, р.	317,56	306,46	Табл. 1.1
Основная заработная плата рабочих, р.	11,45	11,45	Табл. 1.2
Эксплуатация машин и механизмов, р.	5,47	5,47	Табл. 1.2
Накладные расходы, зависящие от:
Основной заработной платы, р.	1,71	1,71
Трудовых затрат, р.	0,68	0,68
Всего себестоимость, р.	336,88	125,77
Удельные капитальные вложения в производственные фонды, р.	8,07	6,20	По данным ЗАО «Софт Протектор»
Трудовые затраты чел-ка	1,14	1,13	Табл. 1.2

Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения защитных покрытий для полимерных материалов:

З₁ = 336,88 + 0,15 *8,07 = 338,08 р.;

З₂ = 325,77 + 0,15 * 6,2=326,70 р.;

Э =338,08 * 2,014 – 326,70 = 354,2 р. на 1м²

Таким образом наблюдается положительный экономический эффект от внедрения разработки, который составил соответственно 354,2 р. на м² при изготовлении биоцидных полимерных покрытий [17].

Раздел VI. Экология и безопасность жизнедеятельности

Повышенное внимание к проблеме БЖД во всех средах обитания объясняется в том числе ростом современного производства, его технологичности , компьютеризации и автоматизации. Изменения условий труда влечет за собой изменения воздействия на человека — растет интенсивность акустических шумов, достигающая на ряде производств болевого порога. Механизированный ручной инструмент, ряд машин и механизмов создают высокие уровни вибраций. В ряде отраслей промышленности трудовая деятельность выполняется в помещениях с избытками явного тепла. Все это влечет к повышению неблагоприятных санитарно-гигиенических факторов воздействующих на человека [18].

Учет неблагоприятных факторов является необходимым условием обеспечения требуемой эффективности деятельности и сохранения здоровья работников. С внедрением современных технологий фоновый уровень проникающей ионизирующей радиации в условиях всеобщей компьютеризации стал реальной причиной одного из опасных профессиональных заболеваний – лучевой болезни. Высокие мощности сверхвысокочастотного электромагнитного излучения современных радиолокационных установок, некоторых технических средств, базирующихся на использовании этого излучения, а также электромагнитных излучений от оргтехники оказываются опасными для здоровья человека, вызывая изменения в психическом и физиологическом состояниях.

Этот раздел затрагивает задачу проектирования систем местного кондиционирования воздуха для поддержания оптимальных параметров микроклимата в рассматриваемом помещении, чтобы сотрудники чувствовали себя комфортно в этих условиях.

1. 2. Оценка потенциальных опасных и вредных факторов

В данном подразделе будут рассмотрены вредные факторы, воздействующие на человека при работе с ЭВМ (работа за компьютером и с сервером) [19].

При работе с ЭВМ при данных условиях эксплуатации имеют место быть следующие физические факторы согласно ГОСТ 12.0.003-74 «Опасные и вредные производственные факторы. Классификация»:

• повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны;

• повышенный уровень шума на рабочем месте;

• повышенная или пониженная влажность воздуха;

• повышенная или пониженная подвижность воздуха;

• повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека;

• повышенный уровень электромагнитных излучений;

• отсутствие или недостаток естественного света;

• недостаточная освещенность рабочей зоны;

• вынужденная поза за рабочим местом.

1. 2. Микроклимат

Оптимальные и допустимые параметры воздуха рабочей зоны в помещениях определяются по СанПиН 2.2.4.548-96 «Санитарно-гигиенические требования к микроклимату производственных помещений». Микроклимат в помещении характеризуется температурой воздуха t_в, °C, относительной влажностью , % и скоростью движения воздуха V, м/с, температурой поверхностей t_п, °C, интенсивностью теплового излучения, Вт/м^2.. Эти параметры нормируются в зависимости от периода года (теплый и холодный) и категории работ (легкая, средней тяжести, тяжелая) [20].

Согласно СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к персональным ЭВМ и организации работы», в производственных помещениях, в которых работа с использованием персональных ЭВМ является основной должны обеспечиваться оптимальные параметры микроклимата для категории работ 1а и 1б. (К категории 1а относятся работы с интенсивностью энергозатрат до 139 Вт, производимые сидя и сопровождающиеся незначительным физическим напряжением; к категории Iб относятся работы с интенсивностью энерготрат 140-174 Вт, производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением) [20].

Поскольку сотрудникам инженерного состава предприятия малого бизнеса приходится подходить для настройки оборудования к рабочему месту сотрудника, переносить и устанавливать новое оборудование, посещать серверную, то их работу можно отнести к категории 1б.

Оптимальные показатели микроклимата представлены в таблице 26. Допустимые параметры указаны в скобках.

Таблица 26 – Параметры микроклимата в производственном помещении

Период года	Категория работ по уровню энергозатрат	Температура воздуха, `C	Температура поверхностей, `С	Относительная влажность воздуха, %	Скорость движения воздуха, м/с
Холодный	Iб	21-23 (19-24)	20-24(18-25)	40-60 (15-75)	0,1 (0,2)
Теплый	Iб	22-24 (20-28)	21-25 (19-29)	60-40 (15-75)	0,1 (0,3)

В серверном помещении при работах по установке и настройке сервера работник находится не постоянно, руководствоваться при определении допустимости условий его труда следует указанными выше санитарными нормами СанПиН 2.2.4.548-96, согласно которым допускается работа при температуре с отклонениями от оптимальной, но с ограничением времени работы в таком помещении.

Необходимые показатели микроклимата должны обеспечиваться существующими системами отопления и вентиляции, соответствующими требованиям СНиП 41-01-2003. «Отопление, вентиляция и кондиционирование» [21].

1. 2. Производственное освещение

Освещение необходимо для выполнения производственных заданий, влияет на психическое и физическое состояние работающего. Недостаточная освещенность приводит к значительному снижению производительности труда (15 %) и может послужить причиной заболеваний зрительной системы. При проектировании рабочего места должна быть решена проблема как искусственного, так и естественного освещения.

Во время работы с ПО средств защиты инженеру и администратору информационной безопасности необходимо различать на экране монитора объекты эквивалентного размера 0,3-0,5 мм. Согласно СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение» освещенность при работах со светящимися объектами размером 0,5 мм и менее следует выбирать в соответствии с размером объекта различения и относить их к подразряду  «в». Контраст объекта различения с фоном - средний (белые буквы и голубой экран)

Для указанных данных параметры освещения приведены в таблице 27.

Таблица 27 — Нормы искусственной и естественной освещенности

Характе-ристика зрительной работы	Искусственное освещение					Совмещенное освещение
	Освещенность, лк			Сочетание нормируемых		коэффициент естественного освещения, еН, %
	при системе комбинированного освещения		при системе общего освеще- ния	величин показателя ослепленности и коэффициента пульсации		при верх-нем или комбини- рованном освещении	при боковом освещении
	всего	в т.ч. от общего
				Р	Кп, %
Высокой точности, разряд III, подразряд работ «в»	750	200	300	3,0	1,2	3,0	1,2

Общее искусственное освещение (независимо от принятой системы освещения) производственных помещений, предназначенных для постоянного пребывания людей, должно обеспечиваться газоразрядными источниками света (люминесцентными лампами или дуговыми ртутными люминесцентными).

Применяемые системы освещения должны соответствовать также СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 «Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий», требования которых приведены в таблицах 28-29. Таблица 29 является продолжением таблицы 28 [22].

Таблица 28 — Нормы искусственной и естественной освещенности

Помещения

Рабочая поверхность и плоскость нормирования КЕО и освещенности и высота плоскости над полом, м

Естественное освещение

Совмещенное освещение

коэффициента естественного освещения, ен, %

коэффициент естественного освещения, ен, %

при верхнем или комбини-рованном осве-щении

при боковом освещении

при верхнем или комбини-рованном осве-щении

при боковом освещении

Административные здания (управления, конструкторские и проектные организации, научно — исследовательские учреждения и т.п.)

Помещения для работы с дисплеями и видеотерминалами, залы ЭВМ

Горизонтальная ‑ 0,8. Экран монитора: вертикальная ‑ 1,2

3,5

1,2

2,1

0,7

Таблица 29 ‑ Нормы искусственной и естественной освещенности

Помещения	Искусственное освещение
	Освещенность, лк			Показатель дискомфорта М, не более	Коэффициент пульсации освещенности, Кп, %, не более
	при комбинированном освещении		при общем освещении
	всего	от общего
Помещения для работы с дисплеями и видеотерминалами, залы ЭВМ	500	300	400 200	15	10

Согласно СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 освещенность на поверхности стола в зоне размещения рабочего документа должна быть 300 – 500 лк. Освещение не должно создавать бликов на поверхности экрана. Освещенность поверхности экрана не должна быть более 300 лк.

1. 2. Шум и вибрации

Повышенный уровень шума на рабочем месте оказывает влияние на работоспособность сотрудника, а именно: ослабляет внимание, увеличивает расход энергии, уменьшает скорость психических реакций, что в конечном итоге снижает работоспособность или может привести к нарушению техники безопасности по неосторожности.

В помещениях с установленными ЭВМ повышенный уровень шума вызывают охлаждающие системы ЭВМ, считывающие приводы, жесткие диски и кондиционеры. Особенно повышенный уровень шума отмечается в серверных помещениях, где установлено большое количество оборудования с мощными воздухоотводящими системами. Предельно допустимые уровни звукового давления представлены в таблице 30.

Шумящее оборудование (печатающие устройства, серверы и т.п.), уровни шума которого превышают нормативные, должно размещаться вне помещений с ЭВМ.

Таблица 30 — Предельно допустимые уровни звукового давления

Рабочее место	Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц									Экви- вал. уров- ни звука (в дБА)
	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Для рабочего места администратора информационной безопасности. (Работа, выполняемая с указаниями и акустическими сигналами; по точному графику. Рабочие места в помещениях обработки информации на вычислительных машинах)	96	83	74	68	63	60	57	55	54	65
Для серверной (Рабочие места в помещениях для размещения шумных агрегатов вычислительных машин)	103	91	83	77	73	70	68	66	64	75

Нормативные параметры шума на рабочих местах являются обязательными для всех организаций и предприятий. Нормы допустимого шума на рабочих местах регламентируются требованиями ГОСТ 12.1.003-83 «Система стандартов безопасности труда. Шум. Общие требования безопасности» и не должны превышать 50 дБ по шкале А для математиков, программистов и операторов видео-дисплейных терминалов.

Снизить уровень шума можно путем обивки стен шумопоглощающими материалами и использованием бесшумных систем охлаждения ЭВМ [23].

1. 2. Электромагнитные поля, и ионизирующие излучения

Основным источником электромагнитного и ионизирующего излучения является ПЭВМ, а именно, монитор (особенно с электронно-лучевой трубкой). Допустимые значения параметров, регулируемых СанПиН2.2.2/2.4.1340-03, сведены в таблицу 31.

Таблица 31 — Временные допустимые уровни электромагнитного поля, создаваемые ЭВМ

Наименование параметров		Допустимые уровни электромагнитного поля
Напряженность электрического поля	В диапазоне частот 5 Гц – 2 кГЦ	25 В/м
	В диапазоне частот 2 кГц – 400 кГц	2,5 В/м
Плотность магнитного потока	В диапазоне частот 5 Гц – 2 кГц	250 нТл
	В диапазоне частот 2 кГц – 400 кГц	25 нТл
Электростатический потенциал экрана видеомонитора		500 В

Для дисплеев с электронно-лучевой трубкой частота обновления изображения должна быть не менее 75 Гц при всех режимах разрешения экрана, гарантируемых нормативной документацией на конкретный тип дисплея и не менее 60 Гц для дисплеев на плоских дискретных экранах (жидкокристаллических, плазменных и т.п.).

Мощность экспозиционной дозы мягкого рентгеновского излучения в любой точке на расстоянии 0,05 м от экрана и корпуса монитора (с электронно-лучевой трубкой) при любых положениях регулировочных устройств не должна превышать 1 мкЗв/час (100 мкР/час).

Все мобильные устройства с модулем беспроводной связи должны иметь санитарно-эпидемиологическое заключение на соответствие санитарным нормам, принятым в РФ (СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03 «Гигиенические требования по размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи»).

1. 2. Электробезопасность

Помещения, в которых устанавливаются ЭВМ, питаются от трехфазной сети напряжением 380\220 В и частотой 50 Гц. Во всех узлах и автономных системах ЭВМ, доступ к которым возможен без отключения питания, предусмотрено заземление. В системе электропитания должны быть установлены отключающие автоматы, отключающие потребителей при повышении параметров питающего напряжения и тока.

Большая доля травм при работе с ЭВМ возникает в результате прикосновения к незаземлённым металлическим элементам корпуса. При длительном воздействии электрический ток способен привести к остановке дыхания и фибрилляции сердечной мышцы.

При работе с мобильными устройствами поражения электрическим током возникают в результате нарушения изоляции зарядных устройств [].

Существующие в настоящее время устройства защиты человека от поражения электрическим током осуществляют следующие функции:

• не допускают прикосновений человека к элементам находящимся под напряжением;

• осуществляют защиту человека при прикосновениях к элементам, находящимся под напряжением;

• препятствуют попаданию напряжения на нетоковедущие элементы.

Защита людей осуществляется посредством изоляции токоведущих частей, создание защитных ограждений, нанесения предупредительных знаков и надписей. Все виды работ с оборудованием, проводкой, элементами защиты сети должны соответствовать Правилам устройства электроустановок (ПУЭ).

Кроме технических средств и способов защиты имеются организационные мероприятия:

• периодическая проверка изоляции токоведущих проводов;

• к работе на электроустановках допускаются лица, прошедшие инструктаж и обучение безопасным методам труда, проверку знаний в соответствии с должностью применительно к выполняемой работе;

• обучение работников безопасным приемам труда производится в форме инструктажа;

• обслуживающий персонал и пользователи должны ежегодно проходить проверку знаний на соответствие квалификационной группе.

Необходимо ввести ряд организационных мер безопасности в аварийных ситуациях и обязать сотрудников ознакомиться со следующими правилами:

• при нарушении работы ЭВМ, перегорании предохранителей и т.п. аппаратура должна быть немедленно отключена.

• при временном отключении электроэнергии выключатели электропитания должны быть выключены.

• при появлении запаха гари, дыма в помещении или на рабочем месте сеть электропитания ЭВМ и других устройств должна быть выключена, и приняты меры к обнаружению источника загорания и тушению первичными средствами пожаротушения.

• тушение загорания оборудования, находящегося под напряжением, производить только углекислотными или порошковыми огнетушителями. При работе с углекислотными огнетушителями не следует браться руками за раструб;

• при обнаружении пожара или признаков возгорания немедленно сообщить об этом в пожарную охрану или привести в действие извещатель пожарной сигнализации, а затем действовать в соответствии с планом эвакуации.

Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов приведены в таблице 32 (согласно ГОСТ 12.1.038-82 «Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов») [24].

Таблица 32 — Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов

Род тока	U, В (не более)	I, мА
Переменный, 50 Гц	2.0	0.3
Постоянный	8.0	1.0
Примечание ‑ Напряжения прикосновения и токи приведены при продолжительности воздействия не более 10 мин.

1. 2. Вентиляция

Вредные вещества, находящиеся в производственных помещениях в воздухе через дыхательные пути, пищевой тракт могут попасть в организм человека и при определенных условиях вызвать острые хронические отравления (заболевания).

При помощи вентиляции в помещениях создаются нормальные санитарно-гигиенические условия воздушной среды. Воздухообмен в помещениях осуществляется приточно-вытяжной вентиляцией.

Вентиляция может быть общеобменная, когда смесь воздуха с выделяющимися вредностями доводится до допустимых пределов по всему объему помещения, или местной, когда вредности удаляются от мест их выделения через специальные укрытия (местные отсосы).

В помещениях с влаговыделениями устройство общеобменной механической вытяжки предусматривается в случаях, когда невозможно предусмотреть естественную вытяжку. При возможных поступлениях больших количеств токсичных и взрывоопасных веществ предусматривается аварийная вытяжная вентиляция [25].

Вентиляция должна обеспечивать в помещении метеорологические условия в полном соответствии с требованиями санитарных норм (сн 245-71) и ГОСТ 12.1.005 – 76.

1. 8. Пожарная безопасность и электроопасность.

Пожар – неконтролируемое горение, приводящее к ущербу и возможным человеческим жертвам. Опасными факторами пожара, воздействующими на людей являются:

– открытый огонь;

– искры;

– повышенная температура окружающей среды;

– токсичные продукты горения, дым;

– пониженная концентрация кислорода;

– падающие части строительных конструкций, станков, агрегатов.

По пожарной безопасности данное производство относится к категории Г., здание по огнестойкости относится к III степени, где стены, колонны – несгораемые, несущие конструкции междуэтажных и чердачных перекрытий – трудносгораемые, плиты, настилы и др. несущие конструкции покрытий – сгораемые.

Основными причинами пожаров от электрического тока является короткое замыкание, перегрузки электрических установок, переходные сопротивления и искрения [26].

Причинами короткого замыкания могут неправильный выбор сечения и марки кабелей приводов, износ и различные механические повреждения изоляций. Перегрузка электрических цепей вызывает нагрев электрических установок, снижение диэлектрических свойств изоляции и ее воспламенение. Большие переходные сопротивления вызывают нарушения диэлектрических свойств изоляции и ее возгорание. Они, как правило возникают, когда проводники состоят из проводов разного сечения и разнородного материала, а также плохого контакта между собой и коммуникационными аппаратами. Искрение происходит в момент разъединения находящихся под напряжением проводов включателей, предохранителей и т.п.

Большую опасность представляет искрение в помещениях, в которых имеется пожароопасная пыль. Пары легковоспламеняющихся жидкостей и горючие газы, образующие с газом взрывоопасные концентрации, а так же твердые легковоспламеняющиеся материалы (дерево, бумага).

Во избежание пожаров от электрического тока необходимо, чтобы электрические сети и электрооборудование отвечали требованиям правил технической эксплуатации электроустановок потребителей и правил ТБ при эксплуатации электроустановок потребителей I категории электробезопасности.

В каждом учреждении, организации должен быть назначен ответственный за эксплуатацию электрохозяйства, за обеспечение пожаробезопасности электроустановок и электросетей.

В их обязанности входит:

– своевременное проведение профилактических осмотров и ППР;

– следить за правильностью выбора и применения оборудования;

– систематически контролировать состояние аппаратов, предохраняющих от отклонений в режимах работы;

– следить за наличием средств пожаротушения;

– организовать систему обучения и инструктаж по вопросам обеспечения пожаробезопасности.

Все установки должны быть пожаробезопасны, их следует обесточить или защищать от отклонений, способных привести к пожарам.

Пользование электронагревательными приборами допускается только в специально отведенных и оборудованных для этих целей местах. Приборы включать только при наличии штепсельных соединений заводского типа.

Согласно с правилами устройства электроустановок не допускается прохождение воздушных линий электропередачи и электропроводов над сгораемыми кровлями, навесами и т.д.

Осветительную электросеть следует монтировать так, чтобы светильники не соприкасались со сгораемыми конструкциями и горючими материалами. Электроприборы не реже 2-х раз в месяц необходимо очищать от горючей пыли.

Причинами пожаров могут быть так же курение в неположенном месте,. Несоблюдение норм техники безопасности при появлении на рабочем месте в нетрезвом состоянии.

1.9 Утилизация отходов.

Обработку целесообразно производить в местах скопления отходов.

Основные операции первичной обработки металлоотходов – сортировка, разделка и механическая обработка. Переработку промышленных отходов производят на специальных полигонах, предназначенных для централизованного сбора, обезвреживания и захоронения.

На предприятиях, где образуются большие скопления металлоотходов, организуются специальные цеха (участки) для утилизации вторичных металлов.

Чистые однородные отходы, с паспортом, подтверждающим их химический состав, используют без предварительного металлургического передела путем переплавки.

Проводя исследование, человек находится в среде жизнедеятельности организмов, поэтому будет актуален вопрос использования стерильной спец.одежды.

При гигиенической оценке одежды, белья, обуви и т.д. на них определяют степень накопления микроорганизмов. Считается, что чем больше накопление микроорганизмов на белье и во внутреннем пространстве обуви (перчаточные, чулочно-носочные изделия, стельки), тем меньше их остается на поверхности кожи, так как эти изделия обладают высокой очистительной способностью. Выявлено, что обсемененность кожи при использовании одежды и белья из хлопка и вискозы в 2 - 3 раза меньше, чем при использовании белья из капрона [27].

1.10. Воздействие микробиологического

В условиях микробиологического воздействия микроклимат является благоприятным для жизнедеятельности вредных микроорганизмов (влажным, теплым, где с нарушением вентиляционных потоков и естественного микроклимата и т.д.) , чтобы не было их роста, размножения и это все не отражалось на безопасности жизнедеятельности человека, когда проводятся исследования, для этого нужно соблюдать определенные нормы и правила:

– хорошая вентиляция;

– хороший микроклимат (без сырости или повышенной влажности);

– естественный влаго – газообмен;

– постоянный температурный режим;

– соблюдение правил и норм гигиены сотрудниками при производстве данной системы.

– при входе в палату персонал надевает маску, спецодежду, перчатки и снимает их при выходе;
– при входе и выходе из палаты персонал обрабатывает руки спиртосодержащим кожным антисептиком;
– после дезинфекции проводится лабораторное обследование объектов окружающей среды.

Рабочие, обслуживающий персонал на предприятии должны соблюдать технические требования и нормативы с целью собственной безопасности.

5.Выводы:

Биозаражения материалов и изделий ведут к нарушению экологической ситуации. Совокупность экстремальных изменений окружающей среды, проявляющаяся в виде различных процессов инфицирования и биодеградации материалов и изделий, представляет серьезную угрозу внутригосударственным мерам по безопасности жизнедеятельности людей, защите их здоровья. Для повышения долговечности материалов и улучшения экологической ситуации необходимо принимать меры, снижающие или исключающие агрессивное биологическое воздействие.

Разработка комплекса мер и технологий по защите информационных систем от биокоррозии, а так же создание биостойких материалов, применяемых в информационно телекоммуникационных системах , позволит сократить и исключить агрессивное биологическое воздействие на информационные системы. При эксплуатации ИТКС в условиях повышенной влажности и угрозы микробиологического заражения необходима обязательная плановая диагностика состояния оборудования устройств, конструкций. А также проведение целенаправленных предупредительных и восстановительных мероприятий, предусматривающих увеличение надежности и устойчивости отдельных элементов устройства:

– проверка биостойкости материалов и изделий, используемых при создании устройств,

– разработка биостойких материалов используемых в устройствах,

– соблюдение санитарных норм и правил при эксплуатации помещений с оборудованием информационно телекоммуникационных систем [28].

Список литературы:

1. Анисимов А. А. Биоповреждения в промышленности и защита от них / А. А. Анисимов, В. Ф. Смирнов. − Горький: Изд-во Горьк. ун-та, 1980. − 81 с.

2. ГОСТ 9.102-91. ЕСЗКС. Воздействие биологических факторов на технические объекты. Термины и определения. - М.: Изд-во стандартов, 1991. - 7 с.

3. Микробная коррозия и ее возбудители / Е.И. Андреюк, В.И. Билай, Э.З. Коваль и др. - Киев: Наукова Думка, 1980. - 258 с.

4. Биоповреждения, методы защиты: Сб. докл. - Полтава: Научный Совет по биоповреждениям АН СССР, 1985. - 182 с.

5. ГОСТ 9.102-91. ЕСЗКС. Воздействие биологических факторов на технические объекты. Термины и определения. - М.: Изд-во стандартов, 1991. - 7 с.

6. Микроорганизмы и низшие растения - разрушители материалов и изделий. - М.: Наука, 1979. - 225 с.

7. В.Ф.Смирнов, А.А. Анисимов, А.С. Семичева и др. Исследование микрофлоры, по-ражающей ряд электронных изделий в условиях производства и хранения. Элек-тронная техника Выпуск 1(86)1978.С.22-25

8. Электронный ресурс: www.teflex.ru

9.Электронный ресурс: http://inf-bez.ru/

10. В.Ф.Смирнов, А.А. Анисимов, А.С. Семичева и др. Влияние плесневых грибов на основные электрические характеристики интегральных микросхем 11. Электронная техника Выпуск 4(95)1979.С.75-77

12. Биологическое сопротивление материалов / В.И. Соломатов, В.Т. Ерофеев, В.Ф. Смирнов и др. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2001. – 196 с.

13. Викторов А.Н., Новикова Н.Д., Дешевая Е.А. и др. Результаты микробиологиче-ских исследований // Орбитальная станция "Мир". М., 2001. Т.1. С.121-151.

14. Горленко М.В. Микробное повреждением промышленных материалов. – в кн.: Микроорганизмы и низшие растения – разрушители материалов и изделий. М.: Наука, 1979, с.10-16.

15. Флеров Б.К., Зиновкина Н.Ф. Влияние плесневых грибов на диэлектрические свойства некоторых материалов. В кн.: Второй всесоюзный симпозиум по биоповреждениям и обрастаниям материалов, изделий и сооружений. М.: Наука, с.59-61.

16. Лугаускас А.Ю., Стакипайтите Р.В., Таран Г.Ф. Ценозы микромицетов, населяющих узлы и детали телевизоров при их эксплуатации в условиях тёплого и влажного климата. – В кн.: Экологические особенности низших растений. Совет Прибалтики. Вильнюс, 1977, с.135.

17. Защита зданий и сооружений от микробиологических повреждений биоцидными препаратами на основе гуанидина / В. Т. Ерофеев, П. Г. Комохов, В. Ф. Смирнов [и др.]. – СПб. : Наука, 2009. – 192 с.

18. РД 2.2.755-99. Гигиенические критерии оценки условий труда по показателям вредности и опасности трудового процесса. Москва, 1999.

19. ГОСТ 12.0.003 – 74.. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация факторов.

20. СанПиН 2.2.2.542-96. Гигиенические требования к ЭВМ и рабочему месту. Москва, 1996

21. СНиП 2.04.05-91. Отопление, вентиляция и кондиционирование. Москва, 1992

22. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение.

20. ГОСТ 12.1.005-88. ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

21. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение.

22. Правила устройства электроустановок. Минтопэнерго РФ – Москва, 1998.

23. СН 2.4/2.1.8.562-96 Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки

21. ГОСТ 12.1.038-82 «Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов

22. Бережной С.А., Романов В.В., Седов Ю. И. “Безопасность жизнедеятельности: учебное пособие”, Тверь: ТГТУ, 1996 (№ 722).

26. Практикум по безопасности жизнедеятельности под редакцией С. А. Бережного - Тверь: ТГТУ, 1997 (№772).

27. СанПиН 2.1.7.1322-03 "Гигиенические требования к размещению и обезвреживанию отходов производства и потребления" (утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 30 апреля 2003 г.)

28. Р.Г. Магауенов, Основные задачи и способы обеспечения безопасности автоматизированных систем обработки информации, ИД "Мир безопасности", 1997. - 112 с.

Приложение1

Таблица интенсивности коррозионного поражения металлов под воздействием микроскопических грибов

Балл	Характеристика балла
0	Под микроскопом прорастания спор и конидий не обнаружено
1	Под микроскопом видны проросшие споры и незначительно развит мицелий
2	Под микроскопом виден развитый мицелий, возможно споро- ношение
3	Невооруженным глазом мицелий и (или) спороношение едва видны, но отчетливо видны под микроскопом
4	Невооруженным глазом отчетливо видно развитие грибов, по­крывающих менее 25% испытуемой поверхности
5	Невооруженным глазом отчетливо видно развитие грибов, по­крывающих более 25% испытуемой поверхности

Приложение 2

Наглядный пример микробиологического воздействия

 

Влажность 85%

t-ра 27°С

Чистая поверхность

Зараженность на 0.2%

Разрушение пов-ти

Приложение 3

Разработка примерной структуры предприятия ЗАО «Софт-Протектор».

 

Генеральный директор

 

Секретарь

 

Юридический отдел

 

Главный бухгалтер

 

Бухгалтерия производства

Бухгалтерия продаж

Планово-экономический отдел

Финансовый отдел

 

Начальник производства

 

Лаборатория качества

Главный инженер

 

Патентное бюро

 

Коммерческий отдел

 

Отдел закупок

Отдел продаж

Отдел маркетинга

­­­­­­­­­­­­

 

Отдел кадров

 

Служба безопасности

НАУЧНОЕ ИЗДАНИЕ

ООО «Образовательный центр «Тефлекс»

Дизайн обложки Дарья Полякова

Художественное оформление: Светлов Даниил

195030, Санкт-Петербург, ул. Химиков д.28, литера Ц

Подписано в печать 28.11.2023

Формат 70 × 108 1/16 или 60 x 90/16

Стр.100

Печать офсетная Усл.печ.л.12.

Тираж экз.

Заказ №

Отпечатано в ООО «Первый издательско-полиграфический холдинг»,

194044, Россия, Санкт-Петербург, ул. Менделеевская, 9.

Тел.: (812) 603 25 25.

www.lubavich.spb.ru

Код для цитирования: Скопировать