Повреждение бумаги, книг, текстильных волокон и материалов
Бумага, книги, волокна хлопчатника, различных лубяных культур, сети, канаты и другие целлюлозосодержащие материалы легко подвергаются разрушительной деятельности микроорганизмов на различных стадиях изготовления и использования.
Основными агентами, повреждающими бумагу, книги, текстильные волокна и материалы, содержащими целлюлозу, являются грибы. Наиболее интенсивное их развитие наблюдается в условиях повышенной влажности и температуры. Прорастание спор и развитие грибов происходит при содержании в бумаге 8‑10% воды, что соответствует значению относительной влажности воздуха помещения выше 65%.
В процессе жизнедеятельности грибов выделяется вода, вследствие чего бумага становится влажной и на ней начинается размножение бактерий. Повышение влажности в книгохранилищах способствует увеличению общего числа микроорганизмов. Количество клеток микроорганизмов в воздухе в зависимости от температурно-влажностных условий колеблется от 700‑1200 в 1 м3, а на поверхности книг и документов — от 1500‑8000 на 1 м2. Как правило, на поверхности новых, не бывших в употреблении книг количество клеток микроорганизмов незначительно. При использовании книг содержание клеток микроорганизмов, в том числе спор грибов, резко возрастает. Развиваясь на бумаге, они способны под действием секретируемых целлюлолитических ферментов разрушать ее волокнистую структуру.
Среди грибов, развивающихся на бумаге и книгах, имеются типичные, случайные, сильные и слабые доминанты. Выделяют следующие основные группы:
а) грибы, постоянно встречающиеся на бумаге и разрушающие ее волокно, — Aspergillus versicolor, Aspergillus flavus, Cladosporium herbarum, Cladosporium macrocarpum, Alternaria alternata, Penicillium rogueforti, Penicillium parpurodenum, Trichoderma viride и др.;
б) грибы, постоянно встречающиеся на бумаге и вызывающие отдельные поверхностные повреждения, — Aspergillus candidus, Aspergillus niger, Chaetonium elatum, Penicillium canescens и др.;
в) грибы, утилизирующие вспомогательные компоненты: воск, парафин, канифоль и др., — Botryotrichum piluliferum, Qidium dioxamii, Qidium rubiginosum и др.;
г) специфические виды грибов, характерные для данного региона или биотопа. Иногда грибы этой группы преобладают в микоценозе.
Среди бактерий в книгохранилищах наиболее часто встречаются аэробные спорообразующие палочки рода Bacillus: Bac. subtilis, Bac. licheniformis, Bac. coagulans и др. Повреждение бумаги термофильными бактериями можно наблюдать на самой первой стадии ее получения. На целлюлозно-бумажных комбинатах при переработке древесной щепы в бумажную массу при температуре 70‑80°С развиваются термофильные бактерии. Для борьбы с ними к бумажной массе добавляют различные биоциды, например пентохлорфенолят натрия и буру.
Сложные сообщества микроорганизмов, обнаруженные в бумажной пульпе, получаемой при производстве бумаги, образуют сгустки комков и слизи, резко снижающие ее качество. Использование таких биоцидов, как диметилдитиокарбонат кальция, катанин, этилмеркурфосфат, позволяет предотвратить слизеобразование. Обработка бумаги синтетическими полимерными смолами с гидрофобными свойствами, например полиэтиленом, приводит к образованию защитного барьера, который предохраняет бумагу от повреждений микроорганизмами.
Соблюдение определенных санитарно-гигиенических правил при производстве, хранении и эксплуатации позволяет значительно снизить возможность поражения бумаги, книг, архивных документов. Эффективным способом их защиты является уменьшение влажности до 8‑10%. Поддержание постоянной температуры в пределах 17°С (±3°С) и относительной влажности 55% (±10%) позволяет исключить развитие грибов и бактерий. В помещениях, где хранятся книги, следует производить очистку воздуха от пыли, а в случае необходимости и обеззараживание воздуха с помощью ультрафиолетового света.
В случаях, когда с помощью перечисленных мероприятий нельзя предотвратить биоповреждения, применяются биоциды. Биоциды используются для поверхностной обработки пораженных книг, архивных документов, бумаги или производства антисептированной бумаги. Для защиты бумаги применяются салициланилид, пентохлорпенолят натрия, полигексаметиленгуанидин, полиэтиленимин. При реставрации книг используются такие фунгициды, как п‑оксидифенилметон, п‑хлор-м-крезол, трилан, гексабутилдистанноксин, нипагин (метиловый эфир п‑оксибензойной кислоты).
Значительный ущерб деятельность микроорганизмов наносит текстильным материалам и волокнам. В тропических регионах в годы Второй мировой войны погибло большое количество военного снаряжения различных стран. Так, в Новой Гвинее микроорганизмами было приведено в полную негодность все военное снаряжение (тенты, брезент, одежда, обувь и т.п.). Легко подвергаются разрушительной деятельности микроорганизмов текстильные материалы на основе волокон хлопчатника, лубяных, джутовых волокон, так как хлопковые волокна содержат 90% целлюлозы от их массы, а лубяные волокна — льняные, конопляные — около 70% целлюлозы, которая является для микроорганизмов источником углерода и энергии. Сравнительное изучение устойчивости волокон различных растений показало, что волокна из конопли и льна быстро разрушаются бактериями, а волокна кокосовой пальмы, канатника более устойчивы к их действию.
В условиях повышенной влажности и температуры наблюдается быстрое повреждение текстильных материалов. При этом биоповреждения фиксируются на разных этапах их изготовления, применения и хранения. Интенсивность повреждения волокон и тканей микроорганизмами возрастает при контакте с водой и почвой. В странах с тропическим и субтропическим климатом материалы и изделия повреждаются в большей степени и в более короткий срок, чем в странах с умеренным и холодным климатом. Загрязнение материалов частицами пыли усиливает биоповреждающий процесс. Материалы с гидрофобной поверхностью поражаются микроорганизмами меньше, чем материалы и изделия, у которых поверхность смачивается водой. Такие технические ткани, как брезент, тенты, а также палатки, паруса, канаты, рыболовные сети и др. нестойки к биологическому фактору. Разрушение брезента, палаточного полотна активно осуществляют грибы. Среди грибов, повреждающих текстильные материалы, наиболее часто встречаются представители родов Aspergillus, Penicillium, Chaetomium, Alternaria, Cladosporium, Trichoderma, Fusarium и др.
Основными агентами, повреждающими рыболовные хлопчатобумажные сети и сети из кендыря, являются аэробные и анаэробные бактерии. Биоповреждения волокон, тканей и нетканых материалов в почве вызывают грибы, актиномицеты и бактерии Achromobacter sp., Cellvibrio fulvus, Cellulobacillus mitogenes.
Биоповреждения текстильных материалов характеризуются появлением затхлого запаха и цветных пятен желто-оранжевых, красно-фиолетовых, зеленовато-коричных оттенков, в зависимости от цвета пигмента, вырабатываемого преимущественно грибами.
Для защиты волокон и текстильных материалов используются обработка биоцидами и химическая модификация волокон с нанесением на них защитных покрытий, предохраняющих от воздействия микроорганизмов.
Устойчивости к микроорганизмам хлопчатобумажных тканей достигают их обработкой 2-3 %- ным медно-аммиачным раствором. В результате набухания и поверхностного растворения волокна медь проникает в глубь волокна и обеспечивает защиту.
Брезентовое и (или) палаточное полотно для повышения биостойкости обрабатывают медно-хромово-таннидным препаратом. Содержание на ткани 0,5-1 % меди и 0,3-0,8 % хрома повышает не только стойкость, но и устойчивость к действию света и влаги.
К эффективным биоцидам относятся салициланилид (ширлан), стеарат меди (медное мыло), нафтенат меди, 8-оксихинолят меди, органические соединения олова, хлорированные фенолы и их производные: пентохлорфенолят натрия, эфир пентахлорфенола и лауриновой кислоты и т.д. В качестве средства защиты от микробиологического повреждения хлопчатобумажных, льняных тканей. А так же для изготовления биостойкой бумаги и картона используетия трилан (4,5,6- тирхлорбензоксазолинон).
Вещества, применяемые для защиты текстильных материалов не безопасны для человека и окружающей среды. Поэтому большое внимание уделяется исследованиям, направленным на изменение химической структуры соединений, составляющих основу материалов, для придания им большей стойкости к воздействию микроорганизмов. Например, ацетатные волокна получают из ацетилцеллюлозы – продукта этерификации целлюлозы уксусным ангидридом. Они более устойчивы к повреждающему действию целлюлолитических ферментов микроорганизмов, так как в отличие от обычных целлюлозных волокон, имеющих боковые гидроксильные группы, макромолекулы ацетатных волокон имеют боковые ацетатные группы, которые оказывают стерические препятствия взаимодействию макромолекул с целлюлазами. Значительно меньше поражаются грибами метилцеллюлоза и цианэтилцеллюлоза.
Таким образом, на сегодняшний день для защиты от микробиологических повреждений существует достаточно разнообразный спектр средств, обладающих биоцидным действием. Однако, не смотря на значительные успехи в создании эффективных средств защиты целлюлозосодержащих материалов и древесины, проблема их микробиологического разрушения не решена и требует изучения адаптивных свойств и возможностей биодеструкторов в зависимости от технологических режимов получения сырья, изготовления, хранения, эксплуатации материалов и изделий с использованием существующих способов защиты. При разработке стратегии защиты от биоповреждений и выборе конкретных защитных мероприятий необходимо учитывать биоценотические связи, так как через популяцию и биоценоз виды реально участвуют в осуществлении биоповреждающего процесса по цепи: материал, изделие – популяция – биоценоз - биосфера. Биоценотические связи относятся к одним из самых важных факторов, которые могут ускорить или затормозить биоповреждающий процесс, изменить его характер и продолжительность, оказать влияние на его последствия. В биоповреждающий процесс, благодаря своим связям с популяцией повреждающего вида, вовлекаются остальные члены биоценоза, становясь при этом косвенными или прямыми его участниками. Проявление биоповреждающих свойств у новых видов требует в свою очередь создания новых средств защиты.