Микробиологическая коррозия оптических стекол и защита от нее

Е. Л. Пехташева, А. Н. Неверов, Г. Е. Заиков,

О. В. Стоянов, С. Н. Русанова

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ ОПТИЧЕСКИХ СТЕКОЛ И ЗАЩИТА ОТ НЕЕ

Ключевые слова: коррозия, оптические стекла, защита, мицелий, грибы, биоповреждения.

Обсуждаются вопросы микробиологической коррозии оптических стекол и возможные пути защиты от коррозии. Показано, что биологическое поражение оптических стекол вызывается, в основном, разрастанием мицелия плесневых грибов на поверхности стекла.

Keywords: corrosion, optical glass, protecting, mycelium, fungi, biological damage.

The problems of microbiological corrosion of optical glasses and the possible ways ofprotection against corrosion are discussed. It was shown that the biological damage of optical glasses causes, in general, by mycelium growth of fungi on the glass surface.

Биологическое поражение оптических стекол вызывается в основном разрастанием мицелия плесневых грибов. Подавляющее большинство отечественных оптических стекол подвержено обрастанию, хотя поверхность оптических стекол полирована и не имеет органических веществ, способствующих развитию грибов [1]. Ранее в работах [2,3] были рассмотрены общие вопросы биоповреждений различных непищевых продуктов и их защиты.

В годы Второй мировой войны в странах влажного тропического климата на поверхности многих оптических деталей часто отмечали интенсивное разрастание плесневых грибов. Однако даже в умеренном климате обнаруживают слой мицелия грибов на поверхности линз и призм приборов, хранящихся на складе.

Основными биоповреждающими агентами оптических деталей являются мицелиальные грибы, особенно опасные в условиях повышенной влажности воздуха и температуры, хотя при этом отмечались отдельные массовые повреждения оптических деталей плесневыми грибами и в условиях умеренного климата [4].

Установлено, что оптимальными условиями для развития плесневых грибов на поверхности оптических стекол являются повышенная относительная влажность воздуха (свыше 90 %), температура (28 ± 2) °С, наличие в окружающей среде органических и неорганических частиц и другие факторы. Обрастание плесневыми грибами оптических деталей может происходить за счет питательных веществ, содержащихся в самих спорах, а также за счет продуктов выщелачивания стекла, даже при отсутствии каких-либо органических частиц на его поверхности. Так, при испытании на биостойкость образцов из полированного кварца после их тщательной промывки наблюдалось довольно интенсивное разрастание комплекса мицелиальных грибов со спороношением.

Биоразрушение оптических стекол может происходить в результате воздействия на них выделяемых микроорганизмами органических кислот, окислительных ферментов, а также перекиси водорода, которая при разложении выделяет атомарный

кислород, способствующий окислению субстрата [5].

На поверхности оптических деталей плесневые грибы не только развиваются, но и разрушают поверхностные слои стекла. После снятия мицелия грибов во многих случаях обнаруживаются повторяющие его рисунок канавки, образованные выделениями продуктов жизнедеятельности. Стекло может быть настолько разрушено, что дефект возможно устранить только с помощью шлифовки и переполировки поверхности, для чего необходимо разбирать весь прибор.

Как просветляющие покрытия, так и покрытия, защищающие просветляющие слои от воздействия влаги воздуха, нанесенные на поверхность оптических стекол химическими и физическими методами, подвержены обрастанию. Даже при слабом развитии грибов на поверхности оптических деталей коэффициент светопропускания уменьшается на 26 %, а коэффициент светорассеяния увеличивается в 5,2 раза.

Имеется мнение, что споры плесневых грибов заносятся в приборы во время их сборки, и, попадая в условия теплого влажного климата, разрастаются. Не исключено, что споры попадают в приборы при эксплуатации в результате их негерметич-ности. Часто споры попадают в приборы из чехлов, пораженных плесенью.

Развитие спор грибов зависит от наличия питательной среды, микроскопических загрязнений, пыли, замазок, лаков и смазок, адсорбированных на оптических плоскостях.

Различными исследователями на оптических деталях обнаружено более 40 видов плесневых грибов, большинство из которых относится к родам: Aspergillus, Chaetoumium, Penicillium, Rhizopus.

Плесневые грибы нарушают работу оптических деталей не только скоплениями спор и разросшимся мицелием, но и попутными явлениями. В период развития плесневые грибы содержат более 90 % воды, кроме того, они сильно гигроскопичны и притягивают из атмосферы большое количество влаги, вызывающее сильное рассеяние света. В результате выделения грибами кислых продуктов обмена (койевой, итаконовой, лимонной, щавелевой и

других кислот) происходит коррозия поверхности стекла. Степень такой коррозии зависит, прежде всего, от кислотоустойчивости стекла, длительности действия плесени на стекло и агрессивности атмосферы. Установлено, что оптические стекла, химически устойчивые к влаге воздуха, поражаются плесневыми грибами в большей степени, чем стекла, неустойчивые к влажной атмосфере. Объясняется это подщелачиванием поверхности стекла в результате воздействия влаги воздуха. Было также отмечено, что отечественные оптические стекла по степени обрастания плесневыми грибами могут быть разделены на три группы: неустойчивые, малоустойчивые, устойчивые [6-12].

По наблюдениям специалистов, работающих с оптическими приборами, последние плесневеют в условиях повышенной влажности и температуры значительно сильнее в полевых условиях, чем при испытаниях в тропической камере. Объясняется это тем, что в приборы при их эксплуатации в большей степени проникают влага, пыль и загрязнения. Больше всего плесневеют приборы со сменными объективами, поскольку они сильнее пылятся.

Колебания температуры, атмосферного давления, а также наведение на фокус и изменение диоптрий - способствуют возникновению разницы в давлении между внутренним пространством прибора и окружающим прибор воздухом. И хотя эта разница большей частью достигает лишь долей атмосферы, она вызывает токи воздуха через неплотные контакты и щели в приборе, что приводит к так называемому "дыханию" прибора. Тем самым создается возможность проникновения влаги. Изготавливать воздухонепроницаемые оптические системы достаточно дорого, хотя на заводе фирмы "Цейсс" в Йене делались попытки создания некоторых полностью герметизированных оптических приборов. Неплотные контакты в оптических системах сильно затрудняют эффективное применение разных высушивающих препаратов, например, силикагеля или гигроскопической бумаги путем закладки их внутрь прибора. По-видимому, целесообразно для удлинения срока службы в тропиках хранить приборы в нерабочее время в эксикаторе над осушающими агентами [13-17].

Оптический прибор является сложным объектом исследования устойчивости к обрастаниям, так как состоит из различных материалов. Корпуса таких приборов обычно изготовлены из металла, пластмассы; широко используются эмали, лакокрасочные покрытия, смазки, замазки, клеи. Для хранения и перевозки употребляются кожаные футляры, нитки, войлок, бумага, картон, деревянные ящики. Все эти материалы, в том числе и силикатные оптические стекла, поражают микроорганизмы.

Самым эффективным способом защиты от появления грибов является устранение условий, необходимых для их роста: повышенных влажности, температуры, а также веществ, служащих для них питанием. Поэтому при сборке приборов требуется соблюдение особой чистоты, не допускается применение поражаемых грибами материалов. Необходи-

ма специальная химическая защита оптических приборов. В период их хранения возможно применение специальной упаковочной бумаги, пропитанной летучими фунгицидами, например, хроматциклогек-силамином.

Также возможно применение антимикробных волокон как средств защиты оптических деталей от биологических обрастаний.

Для стабильной и надежной защиты оптических поверхностей применяют специальные покрытия, содержащие ртутные соединения и не влияющие на оптические свойства стекла. В настоящее время еще не найдены летучие фунгицидные вещества длительного действия, которые защищали бы от возникновения всех плесневых налетов. Цель исследований в области микробиологической коррозии оптических систем - изыскание пригодных фунгицидных веществ с наиболее экономичным способом применения в оптических приборах для эффективной и долгосрочной защиты многослойных оптических площадей от образований биологического налета [14-17].

Литература

1. Е.Л. Пехташева, Биоповреждения и предохранение непищевых материалов, Москва, Изд. «Мастерство»,

2002, 224 стр.

2. Пехташева Е.Л., Методы оценки биостойкости материалов/ Пехташева Е.Л., Неверов А.Н., Заиков Г.Е., Софьина С.Ю., Темникова Н.Е. // - Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - № 8. - с. 163166.

3. Пехташева Е.Л., Способы защиты материалов от биоповреждений/ Пехташева Е.Л., Неверов А.Н., Заиков Г. Е., Софьина С. Ю., Темникова Н. Е. // - Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - № 8. - с. 167-172.

4. Г.Е. Заиков «Горение, деструкция и стабилизация полимеров», Санкт-Петербург, «Научные основы и технологии», 2008, 422 стр.

5. Yu. V. Moiseev, G.E. Zaikov “Chemical resistance of polymers in reactive media”, New York, Plenum Press,

1987, 586 pp.

6. G.E. Zaikov, A.L. Iordanskii, V.S. Markin “Diffusion of electrolytes in polymers”, Utrecht, VNU Science Press,

1988, 328 pp.

7. I.N. Todorov, G.E. Zaikov, I A. Degterev “Bioactive compounds: biotransformation and biological action”, New York, Nova Science Publ., 1993, 292 pp.

8. V.L. Roubajlo, S.A. Maslov, G.E. Zaikov “Liquid phase oxidation of unsaturated compounds”, New York, Nova Science Publ., 1993, 294 pp.

9. A.L. Iordanskii, T.E. Rudakova, G.E. Zaikov “Interaction of polymers with bioactive and corrosive media”, Utrecht, VSP International Publ., 1994, 298 pp.

10. “Degradation and stabilization of polymers. Theory and practice”, Ed. by G.E. Zaikov, New York, Nova Science Publ., 1995, 238 pp.

11. A.Ya. Polishchuk, G.E. Zaikov “Multicomponent transport in polymer systems”, New York, Gordon & Breach, 1996, 231 pp.

12. K.Z. Gumargalieva, G.E. Zaikov “Biodegradation and biodeterioration of polymers. Kinetical aspects”, New York, Nova Science Publ., 1998, 210 pp.

13. A.Jimenez, G.E. Zaikov “Polymer analysis and degradation”, New York, Nova Science Publ., 2000, 287 pp.

14. G.E. Zaikov, A.L. Buchachenko, V.B. Ivanov “Aging of polymers, polymer blends and polymer composites”, New York, Nova Science Publ., 2002, Vol. 1, 258 pp.

15. G.E. Zaikov, A.L. Buchachenko, V.B. Ivanov “Aging of polymers, polymer blends and polymer composites”, New York, Nova Science Publ., 2002, Vol. 2, 253 pp.

16. G.E. Zaikov, A.L. Buchachenko, V.B. Ivanov “Polymer aging at the cutting adge”, New York, Nova Science Publ.,

2002, 176 pp.

17. S.A. Semenov, K.Z. Gumargalieva, G.E. Zaikov “Biodegradation and durability of materials under the effect of microorganisms”, Utrecht, VSP International Science Publ.,

2003, 199 pp.

© Е. Л. Пехташева - Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова, г.Москва, pekhtashevael@mail.ru; А. Н. Неверов - Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова, г.Москва, pekhtashevael@mail.ru; Г. Е. Заиков -д-р хим. наук, проф. Института биохимической физики РАН, chembio@sky.chph.ras.ru;; О. В. Стоянов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии пластических масс КНИТУ, ov_stoyanov@mail.ru; С. Н. Русанова - канд. техн. наук, доцент той же кафедры, s-n-r_2004@mail.ru.