Биоповреждаемость резины

БИОПОВРЕЖДЕНИЯ РЕЗИНЫ

Резины, резинотехнические изделия, уплотнительно-прокладочные и другие материалы на основе эластомеров — полимеров с гибкими линейными макромолекулами, могут повреждаться микроорганизмами, насекомыми и грызунами.

Микробиологические повреждения, как правило, происходят на фоне старения резин под действием атмосферных, почвенных и других внешних воздействующих факторов. Случаи микробиологических повреждений отмечались в конструкциях водопроводов и других трубопроводов, в том числе в канализационных сетях, в которых применялись резиновые прокладки и уплотнения. Повреждения происходили и внутри трубопроводов, и снаружи, где стенки контактировали с почвой или воздухом. Благодаря высоким диэлектрическим свойствам резина широко применяется в качестве электроизоляционного материала в проводах, кабелях и других изделиях электротехнической промышленности. Микробиологические повреждения представляют большую опасность для таких изделий. В этой отрасли промышленности раньше, чем в других, начались работы по изучению биоповреждений материалов, потому что нарушение целостности электрической изоляции приводило к выходу из строя электромоторов, динамомашин, трансформаторов и др. Для подземных кабелей представляют опасность грызуны, в некоторых случаях термиты и другие животные.

Биологическая стойкость каучуков.

Натуральный каучук — линейный полимер цис-1,4-изопрена, его получают из латекса растений - каучуконосов. С микробиологическими повреждениями натурального каучука приходится сталкиваться на начальных стадиях его производства. Латекс натурального каучука содержит 30—35% углеводородов, диспергированных в виде частиц каучука размером 0,15—0,5 мкм в воде. В течение 10—12 ч после сбора латекс должен быть обработан аммиаком, формалином или другими антисептиками, иначе под действием бактерий и дрожжей, попадающих в него из воздуха, он может коагулироваться и снизить или потерять товарные качества. Сырой натуральный каучук «смокед шит», или «белый креп», должен предохраняться от избыточного увлажнения во избежание зарастания и повреждения грибами, бактериями и актиномицетами. Начальными признаками биоповреждений является появление окрашенных пятен на листах каучука. Чаще других биоповреждения натурального каучука вызывают бактерии, например, рода Асеtоbacter и актиномицеты родов Streptomyces, Actinomices и др. Случаи микробных повреждений вулканизатов натурального каучука встречаются при эксплуатации подземных электрических кабелей, изолированных резиной из натурального каучука, уплотнительных материалов, соприкасающихся с почвой, морской и водопроводной водой, сточными водами. Поверхностные дефекты и прокрашивания особенно заметны на вулканизатах со светлыми наполнителями. Они могут появляться уже на 4-й день пребывания резины в почве. Среди агентов биоповреждений, выделенных с вулканизатов натурального каучука, часто встречаются бактерии рода Рseudomonas sр., актиномицеты Streptomyces и грибы Fusarium, Aspergillus.

Биостойкость вулканизатов натурального каучука зависит не только от свойств самого эластомера, но и пластификатора, вулканизирующего агента, наполнителей и других компонентов. Синтетические каучуки представляют большую группу эластомеров, отличающихся по химическому составу и биостойкости. Общим правилом для синтетических каучуков как и для других полимеров, является рост биостойкости по мере увеличения длины макромолекулярной цепи. Микроорганизмы легче утилизируют низкомолекулярные компоненты каучуков.

Изопреновые синтетические каучуки наиболее близки по химическому строению к натуральному каучуку. Подобно натуральному каучуку, они менее стойки к микробным повреждениям. В лабораторных условиях синтетический каучук СКИ-3 имеет низкую грибостойкость. Эксплуатационные испытания подтвердили данные о недостаточной грибостойкости. Бутадиеновый каучук СКД (синтетический каучук дивиниловый) в зависимости от применяемых катализаторов полимеризации и противостарителей может быть в большей или меньшей мере биостойким. В целом он находится на одном уровне с изопреновым синтетическим каучуком. Бутадиен — стирольный каучук нестоек к обрастанию грибами в атмосфере и обрастает водорослями в морской воде. Более высокой биостойкостью обладает бутадиенакрилонитрильный каучук СКН. В сравнительных испытаниях он обрастал грибами значительно позднее, чем все рассмотренные каучуки, и даже проявлял фунгицидные свойства. Хлоропреновые каучуки, получаемые полимеризацией 2-хлорбутадиена-1,3 благодаря наличию атома хлора в молекуле мономера, проявляют повышенную микробиологическую стойкость. Лабораторные и натурные испытания этих каучуков показали, что они" очень медленно обрастают и в начале испытаний проявляют некоторое фунгицидное действие по отношению к почвенным грибам.

Синтетические отечественные каучуки марки наирит А и наирит Б считаются одними из наиболее стойких к повреждению бактериями и грибами.Среди других синтетических каучуков биостойкими считают фторкаучуки, бутилкаучук, менее биостойкими, (например, этиленпропиленовый (СКЭП). Силиконовые каучуки, относящиеся к группе полимеров с гетероцепными макромолекулами, не обладают высокой стойкостью к микроорганизмам. В почвенных испытаниях они обрастали через 15 дней и снижали эксплуатационные показатели.

Одними из основных агентов биоповреждений силиконовых каучуков являются актиномицеты. Вспомогательные компоненты рецептур резиновых смесей. Наполнители резиновых смесей по биостойкости (на примере грибостойкости) подразделяют на стойкие, умеренно стойкие и нестойкие. К первой группе относят асбест, оксид цинка, мел, тальк, слюду. Ко второй группе — белую сажу и каолин; нестойкими являются аэросил, оксид магния. Применяемые в качестве наполнителей сажи различаются по грибостойкости. Более стойкими являются печная масляная и полуактивная термическая; небиостойкими — форсуночная и антраценовая сажи.

Среди ускорителей вулканизации наибольший интерес представляет тетраметилтиурамдисульфид — тиурам. Достоинством этого препарата является то, что наряду с основным назначением вулканизирующего агента он обладает выраженным биоцидным действием — фунгицидным, бактерицидным, инсектицидным и родентицидным. Для получения резин с повышенной биостойкостью часто достаточно увеличить в рецептуре содержимое тиурама, например до 1,5 вес. частей, чтобы обеспечить и вулканизацию каучука, и биостойкость резины. В меньшей мере выражены эти свойства у 2-меркаптобензотиазола (каптакс), фталевого ангидрида.

Пластификаторы и мягчители резин, как правило, обладают недостаточной грибостойкостью. Повреждающему воздействию плесневых грибов подвержены почти все мягчители — льняное масло, парафин, вазелиновое масло, канифоль, пластификаторы — дибутилфталат и диоктилсебацинат, активаторы вулканизации — стеарин и воска.

Вулканизаты каучуков и резиновые изделия.

Случаи микробио­логического повреждения резиновых прокладок неоднократно от­мечались на асбоцементных трубопроводах питьевой воды. В пер­вые годы эксплуатации на них появилась шероховатость, затем они обросли пленкой слизи со стороны почвы и стали губчатыми со стороны воды. На поверхности образовался легко стирающий слой наполнителя резины, которым была сажа. В сильно пораженных микроорганизмами местах разрушено было более половины сечения прокладок. Наиболее интенсивные повреждения вызывали актиномицеты из рода Streptomices на прокладках из пористой резины. Резиновая изоляция электрических и телекоммуникационных кабелей должна сохранять биостойкость в почве в течение десятков лет. Среди многочисленных испытанных электроизоляционных (резин наиболее биостойкими в течение восьми лет почвенных испытаний оказались вулканизаты хлоропренового каучука и бутадиенакрилонитрильного, вулканизованного серой. Резиновые оболочки горных проводов и кабелей, применяемых в шахтах, часто повреж­даются грибами родов Penicillium и Аsреrgillus. Грибы ускоряют старение изоляции и вызывают нарушение электрических цепей в результате падения поверхностного и пробивного сопротивления. Вулканизаты каучуков и резиновые изделия могут повреждаться не только микроорганизмами, но и животными — термитами и грызунами, которые причиняют механические повреждения — прогрызают отверстия в изделиях, препятствующих доступу к пище, воде и убежищу, нарушают целостность покрытий и др. Стойкость резин к повреждению термитами и грызунами выше у твердых монолитных изделий из резины. Изделия из мягкой и пористой резины с шероховатой поверхностью, неровными краями и отверстиями менее стойки. Повреждения резин термитами усиливаются, если имеется контакт резины с древесиной. Вулканизаты уретанового и сульфидного каучуков являются более стойкими к повреждению термитами, чем вулканизаты натурального, бутадиенстирольного, нитрильного, силиконового и хлоропренового каучуков.

Защита от микробиологических повреждений резин может осуществляться различными путями: подбором компонентов рецептур с повышенной биостойкостью (каучуков, наполнителей, пластификаторов и др.), исключением из композиций веществ, легко усваиваемых микроорганизмами, и, наконец, введением в композиции специальных добавок — биоцидов — в качестве вспомогательных компонентов. К биоцидам для резин предъявляются наряду с общими ряд специальных требований, в частности, они должны быть термостабильны при температурах вулканизации резин (135—175°), не должны «выпотевать» — диффундировать из глубины материала на поверхность и влиять на другие компоненты резиновых смесей и т. д.

Ассортимент биоцидов для резин более ограничен, чем для текстильных материалов, пластиков и др. Например, такие распространенные биоциды, как соединения меди, непригодны, так как они являются катализаторами старения резин, другие недостаточно термостабильны. Наиболее привлекательными биоцидами для резин являются тиурам и меркаптобензотиазол. Эти вещества давно применяются при производстве некоторых резин в качестве ускорителей вулканизации и поэтому технологам и разработчикам рецептур резин они хорошо знакомы. Оба они обладают фунгицидными свойствами, а тиурам является также инсектицидом и родентецидом. Разработаны специальные биостойкие резины, которыми покрывают морские приборы, эксплуатирующиеся в морской воде. Для защиты от обрастания таких резин микроорганизмами, водорослями и моллюсками в их состав вводят до 10—15% трибутилоловоакрилата. Биоцид вымывается из материала на его поверхность со скоростью около 10 мг/м2 в сутки и предохраняет резину от обрастания в течение нескольких лет.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Тихоокеанский Государственный экономический университет

Кафедра Товароведения и экспертизы непродовольственных товаров

Биоповреждения резины

Выполнила:

Студентка 441 Тм гр.

Кузьмич Т.П.

Проверил:

Авеличева С.Н.

Владивосток

2010