Вопрос, в какой степени тот или иной материал подвержен биологической деструкции, интересует многих специалистов.
Располагая этой информацией, можно с высокой степенью уверенности решать такие проблемы, как возможность использования нового материала в каких-либо конструкциях без ущерба для их надежности, определение климатических условий, в которых допустима эксплуатация изделий из какого-то полимера и т. д. В практическом отношении задача выяснения «слабых мест» у искусственных полимерных материалов по отношению к биоповреждению чрезвычайно важна. Этой теме посвящены многочисленные исследования, и их поток непрерывно растет.
Биокоррозионно устойчивые материалы способны противостоять росту микроорганизмов на поверхности образца, а также сохранять свои свойства в процессе длительного воздействия агентов биоповреждения.
Наиболее быстро разрушаются материалы, в состав которых входят питательные для микроорганизмов вещества: древесина, растительные масла; ткани из растительных волокон и т. д. Микробы способны полностью деформировать и разрушить такие материалы. А вот плесневые грибы могут поражать даже изделия, которые не содержат в своем составе никаких «съедобных» соединений. В этих случаях материалы разрушаются под воздействием продуктов метаболизма грибов. Даже очень тонкий слой пыли на поверхности материала может служить хорошей питательной средой для плесени, особенно после увлажнения.
Между степенью биоповреждения материала и его химической структурой имеется определенная зависимость. Так, полиуретаны с простой эфирной связью поражаются грибами сильнее, чем со сложной эфирной связью. Присутствие простой эфирной связи облегчает расщепление и использование полимеров. Устойчивость полимеров зависит от их молекулярного веса. Чем меньше молекулярный вес полимера, тем больше низкомолекулярных фракции входит в состав смол, и тем меньше они устойчивы к действию микроорганизмов. Полиэтилен низкой плотности (мол. масса 50—60 тыс.) менее подвержен биоразрушениям, чем полиэтилен высокой плотности (с мол. массой 10—20 тыс.). Немаловажно строение углеродной цепочки: прямое, разветвленной замкнутое в кольцо. С этой точки зрения двухосновной себациновая кислота, имеющая неразветвленную структуру, более доступна, чем ароматическая фталевая. Диолы с неразветвленной структурой и гидроксильной группы на смежных и конечных атомах углерода лучше Всего поддерживают рост плесневых грибов.
Способность к биодеструкции зависит от степени замещения, длины цепи между функциональными группами, конформационной гибкости полимерных цепей, изменяющихся при введении заместителей. Полимерные материалы, содержащие алкилбензосульфонаты, микроорганизмы используют как источник углерода и серы с помощью ферментов — оксидаз, синтетаз и дегидрогеназ. Гомогенные полимерные материалы гораздо более биостойки, чем гетерогенные системы.
По-видимому, разрушающему действию микроорганизмов подвержены преимущественно не сами полимеры, а пластификаторы. Некоторые авторы отмечают, что пластификаторы — себацинаты, адипаты, сукцинаты, азенаты — неустойчивы к воздействию микроорганизмов, фталаты частично устойчивы, фосфаты — наиболее устойчивый компонент.
Устойчивость пластификаторов зависит от длины цепочки кислотного компонента. Производные дикарбоновых кислот стойки к воздействию плесневых грибов, если число углеродных атомов в цепочке не превышает 10. К таким соединениям относятся производные янтарной и адипиновой кислот, производные лимонной и аконитовой кислот, а также гликокола и гликолевой кислоты, не содержащие алифатических цепочек в 10 и более углеродных атомов.
Биостойкость синтетических полимерных материалов зависит и от входящих в их состав наполнителей. Синтетические пластмассы, которые производят с органическими наполнителями: гетинакс, пресспорошки с древесной мукой или текстильными обрезками и т. д., как правило, плесневеют в значительно большей степени, нем пластмассы с наполнителями неорганической природы (стеклопластики, пресс-порошки с асбестом, кварцем и пр.). Поэтому в свое время было предложено использовать только неорганические наполнители при производстве пластмасс, изделиям из которых предстоит работать в тропиках, т. е. там, где процессы биоповреждений протекают особенно интенсивно. Но не так давно стало известно, что в условиях Влажного климата материалы даже с минеральными добавками подвергаются Действию плесени, особенно, если поверхность изделия загрязнена.
Те же закономерности характерны и в отношении биологической устойчивости стабилизаторов: бактерии и грибы разрушают преимущественно органические соединения и почти не разрушают минеральные. Наименее устойчивы стабилизаторы — производные высших жирных кислот (масляной, лауриновой, рицинолевой и стеариновой). Некоторые из них, особенно производные триакрилолова, обладают антимикробной активностью, широко применяемые соединения диакрилолова — нейтральны. Вместе с тем, некоторые стабилизаторы органической природы, например эфиры малеиновой, фталевой и фосфорной кислот, почти недоступны для микроорганизмов как Источники углерода. Но всякого рода загрязнения обычно делают уязвимыми и эти стабилизаторы.
У синтетических полимеров много «уязвимых мест», настолько много, что создать абсолютно биостойкий полимерный материал практически невозможно. Правда, отдельные синтетики, производство которых освоено совсем недавно, вроде бы не поражаются микробами. Но это, очевидно, лишь до поры, до времени. Микроорганизмы способны изменять состав выделяемых ферментов и метаболитов, приспосабливаясь, таким образом, к новым, ранее недоступным источникам питания. Так что все синтетические полимерные материалы нуждаются в защите от микробов-разрушителей.