Далеко не любой антисептик можно и стоит вводить в полимеры.
Для этих целей пригодны только такие соединения, которые, обладая биоцидным действием, отвечают еще и следующим основным требованиям:
- хорошо смешиваются с материалом или его составными частями, чтобы обеспечивалось равномерное распределение эффективной концентрации в массе;
- не улетучиваются при термической обработке материала;
- не вступают в реакцию с полимером и другими добавками;
- не оказывают влияния на физико-химические свойства изделий;
- не ускоряют старение полимера;
- эффективно защищают материал от микроорганизмов в малых концентрациях, поскольку большие дозы биоцида могут отрицательно сказаться на свойствах изделий;
- представляют собой неполярные соединения, если к материалу предъявляются особые требования в отношении электроизоляционных и диэлектрических свойств;
- не извлекаются из материала водой, малолетучи и с достаточной продолжительностью эффективности;
- при введении в полимер не влияют существенно на технологический процесс;
- безвредны для человека в готовом изделии.
Сейчас известно и испытано на самых различных материалах около 3000 антисептиков. Среди них различают бактерициды (ядовитые для бактерий) и фунгициды (ядовитые для грибов). И бактерициды, и фунгицида очень разнообразны по своему химическому строению.
Из органических антисептиков прежде всего следует назвать салициланилид. Это соединение применяют э СССР в промышленных масштабах для защиты от биоповреждений пластифицированных поливинилхлоридных материалов. Салициланилид как антимикробная добавка обладает массой превосходных свойств: он плохо растворяется в воде, вполне стабилен при нагревании, достаточно биоциден в концентрациях 3—8% и при этом сравнительно дешев. Некоторые исследователи утверждают, что еще более эффективна цинковая соль салициланилида. Другие рекомендуют использовать ди — и три-бромпроизводные этого вещества. Так или иначе, но неоспоримые достоинства соединений салициланилида — высокая стабильность к внешним условиям, малая, токсичность для людей и, наконец, экономичность — делают эти вещества одними из удобнейших для введения в синтетические полимеры. Хорошими антисептиками являются и четвертичные аммониевые основания, которые представляют собой высокомолекулярные соединения азота и относятся к числу поверхностно-активных веществ. Повышают устойчивость полимерных материалов к микробиологической деструкции некоторые производные бензола и фенола, хлорорганические вещества, а также ряд эфиров органических кислот.
В мировой практике широко используют для борьбы с биоповреждениями металлорганические соединения. Известно, что катионы почти всех тяжелых металлов высокотоксичны для микроорганизмов. Если же расположить металлы в один ряд в порядке снижения их биоцидного действия, то он будет выглядеть следующим образом:
Ag > Hg > Cs > Fe > Cu > Pb > Zn > Sr > Zr > Rb
Иногда для стерилизации в синтетические полимеры вводят антибиотики. Неплохие результаты были получены при добавлении антибиотиков в системы на основе эпоксидной смолы. В то же время оказалось, что в качестве фунгицидных добавок антибиотики все-таки малопригодны. Многие из них довольно нестойки и обладают узким спектром действия. Наконец, антибиотики пока еще сравнительно дороги.
Идеальный антисептик, который бы в полной мере отвечал всем требованиям, предъявляемым к биоцидным добавкам, пока еще не найден. Неизвестно и такое вещество, которое было бы пригодно для защиты от биокоррозии любого синтетического полимера. Поэтому сейчас для различных групп полимерных материалов Приходится использовать и различные антисептики.
Поиск подходящей антимикробной добавки — задана не из легких. Нередко испытуемые биоциды реагируют с компонентами полимера, в результате чего их токсические свойства частично или полностью утрачиваются. Образующиеся при этом соединения, как правило, вполне пригодны для микробов в качестве источников энергии. Таким образом, введение антисептика может не только не повысить устойчивость материала к биокоррозии, но даже, наоборот, снизить ее. Многие биоцидные добавки теряют свою токсичность при термической обработке, необходимой для осуществления процесса полимеризации синтетического материала. В частности, оловоорганические соединения утрачивают свою антисептическию активность после воздействия высоких температур из-за изменения структуры некоторых функциональных групп, которые определяют биологическое действие этих веществ.
Некоторые биоциды при высоких температурах разлагаются, и после полимеризации их количество в полимерном материале становится недостаточным для защиты изделий от развития на них грибков. Последствия воздействия высоких температур на биоцидные добавки особенно опасны, ибо некоторые антисептики в малых концентрациях стимулируют рост и развитие микроорганизмов. Некоторые фунгицидные добавки снижают качество пластмасс. При выборе защитных веществ приходится учитывать также и условия эксплуатации изделий. Так, фунгицид α-нафтохинон делает полимерные покрытия очень невлагостойкими. Тем самым это биоцидное соединение создает благоприятные условия для развития грибков на изделиях даже при обычной влажности. А вот фунгицидная активность оксипропилена, наоборот, повышается при увеличении влажности атмосферного воздуха. Так что одни и те же внешние факторы на эффективность действия различных биоцидов могут влиять противоположным образом. Это обстоятельство существенно осложняет проблему поиска хорошей антимикробной добавки для синтетических полимеров.
Немаловажны также и сроки хранения полимерного материала и изделий из него. Нередко предпочтение отдают фунгицидам, имеющим большую упругость пара. Такие антисептики способны действовать даже на некотором расстоянии и предохранять от появления плесени не только сам образец, но и небольшую зону вокруг него. Однако фунгициды с большой упругостью пара обладают незначительным сроком действия. Поэтому, когда необходимо защитить от биоповреждения полимерные материалы, предназначенные для длительного хранения, от таких антисептиков приходится отказываться.
Но вот после серии проб и испытаний подходящий для защиты данного полимера биоцид наконец-то найден. Казалось бы, на этом можно поставить точку. Только не тут-то было! Микроорганизмы обладают удивительной способностью адаптироваться, приспосабливаться к антисептикам. И тогда приходится начинать все сначала. Иногда в полимеры вводят не одну, а две-три биоцидные добавки одновременно. Однако, во-первых, такой метод защиты обходится довольно дорого, а во-вторых, микроорганизмы хотя и дольше, но в конце концов приспосабливаются и к двум, и к трем антисептикам. Где же выход из кризиса, возможен ли он вообще? По-видимому, единственный реальный путь к решению данной проблемы заключается в разработке методов быстрого, целенаправленного подбора подходящих биоцидов. А это, в свою очередь, просто немыслимо без знания механизмов токсического воздействия антисептиков на обмен веществ у микроорганизмов.