Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время проблеме повышения долговечности материалов и конструкций зданий и сооружений уделяется все большее внимание Это обусловлено тем, что в результате химизации народного хозяйства, расширения внедрения биотехнологическнх процессов в производство на строительные материалы и изделия воздействует все большее количество агрессивных сред, одной из которых является - микробиологическая (микроорганизмы и продукты их метаболизма) Установлено, что более 50 % общего объема регистрируемых в мире повреждений связано с деятельностью микроорганизмов Биоповреждениям подвержены практически все материалы, в том числе цементные растворы и бетоны, композиционные материалы на других связующих, древесина и т д , которые эксплуатируются в условиях, благоприятных для размножения микроорганизмов на мясомолочных комбинатах, в овощехранилищах, животноводческих зданиях и т д Следы плесени часто можно встретить на внутренних стенах церквей и монастырей, винных погребов и зданий предприятий пищевой индустрии, а также на различных памятниках архитектуры Бактерии и мицелиальные грибы постоянно и повсеместно обитают в среде пребывания человека, в том числе в жилых зданиях, используя органические и неорганические соединения как питательный субстрат
В последние годы отмечается рост разнообразия и численности микроорганизмов, вызывающих биопоражения материалов и сооружений Возросла агрессивность известных видов Например, ученые насчитали более 250 видов микроорганизмов, которые живут внутри пилотируемых космических кораблей Подсчитано, что ущерб, причиняемый объектам в результате биоповреждений, составляет десятки миллиардов долларов Биозараженность зданий и сооружений ведет к нарушению экологической ситуации Совокупность экстремальных изменений окружающей среды, проявляющаяся в виде различных процессов инфицирования и биодеградации строительных материалов и конструкций, представляет собой серьезную угрозу внутригосударственным мерам по безопасности жизнедеятельности людей, защите их здоровья
Для повышения долговечности строительных конструкций и улучшения экологической ситуации в зданиях и сооружениях необходимо принимать меры, снижающие или исключающие агрессивное биологическое воздействие Негативное воздействие микроорганизмов предотвращается различными способами обеззараживанием поверхностей материалов и конструкций, а'также воздуха биоцидными препаратами, введением последних в состав композиционных материалов и т д
Актуальность данной работы обусловлена необходимостью разработки таких биоцидных препаратов, которые не загрязняют окружающую среду, имеют достаточно широкий спектр действия против микроорганизмов различных систематических групп (бактерий, плесневых грибов и т д), имеют длительный срок защитного действия, являются совместимыми с различными компонентами композиционных материалов Особый интерес в этой связи пред-
ставляют полимерные производные, содержащие гуанидин, который входит в состав аминокислот (аргинин и креатин) и витамина Вс, что обусловливает отсутствие токсичности Гуанидин содержит три активных атома азота, что позволяет вводить практически любые заместители и получать необходимый для биоцидной активности положительный заряд Наличие двойной связи расширяет спектр действия данной группы препаратов
Разработка технологии получения высокоактивных биоцидных композиций на основе гуапидина, обладающих широким спектром и пролонгированным действием с низкой токсичностью, состав которых подбирается в соответствии с объектами применения (для обработки различных поверхностей, воздуха в помещениях, а также создания биостойких композиционных материалов) - актуальная задача, решаемая в данной работе
Цель и задачи исследования
Целью исследований является экспериментально-теоретическое обоснование получения биоцидных соединений, содержащих гуанидин, для обработки поверхностей конструкций и воздуха в зданиях и сооружениях и создания композиционных материалов с высоким биологическим сопротивлением
Задачи исследований
Обследование зданий и сооружений на предмет биологического заражения и установление его негативного воздействия на строительные материалы и изделия, здоровье людей
Разработка технологии получения новых эффективных производных гуанидина и сополимеров на их основе, обладающих биоцидными свойствами
Оптимизация составов композиционных материалов на основе гипсовых, цементных, стеклощелочных и полимерных связующих с добавками, содержащими гуанидин, по показателю биостойкости
Исследование физико-механических, химических и технологических свойств биостойких композиционных материалов на основе гипсовых, цементных, стеклощелочных и полимерных связующих
Разработка разрешительной документации (технических условий, гигиенических сертификатов) на использование полученных композиций
Применение препаратов, содержащих гуанидин, для обработки поверхностей строительных изделий, обеззараживания воздуха в помещениях и получения композиционных материалов с улучшенными биостойкими свойствами
Научная новизна работы.
1 Разработана высокоэффективная биоцидная добавка широкого спектра действия на основе гуанидина, представляющего собой олигомер солей поли-гексаметиленгуанидина (ПГМГ), предназначенная для обеззараживания воздуха, обработки различных поверхностей и получения биостойких строительных материалов Композиции обладают пролонгированным биоцидным действием на бактерии и грибы, в том числе плесневые, колонизирующие поверхности различной природы и воздушную среду
-
Получены количественные закономерности биостойкости гипсовых, цементных, стсклощелочных, полимерных композиционных материалов от содержания в них биоцидного препарата
-
Получены количественные зависимости изменения физико-механических свойств и долговечности композиций и отвержденных материалов, содержащих в своем составе биоцидный препарат на основе гуанидина
Практическая значимость работы.
-
Разработка композиции, содержащей олигомерные комплексы солей гексаметнленгуанидина с различными полифункциональными добавками, поверхностно-активными веществами анионокатионного типа, состав которой может варьироваться в зависимости от области применения для обеззараживания воздуха, дезинфекции поверхностей
-
Биоцндная композиция может применяться для защиты от воздействия окружающей среды любых объектов и материалов, включая воздух, для дезинфекции в помещениях любого профиля Благодаря наличию различных функциональных групп, композиция обладает повышенной антибактериальной и ан-тимикотической активностью, повышенной способностью сорбироваться на поверхностях различной структуры, обеспечивая длительность биоцидного действия, которое удалось увеличить с 1-2 месяцев до нескольких лет
-
Биоцидная композиция сочетает безопасность применения для человека (нетоксична) и эффективность дезинфицирующего действия (дезинфектант высокого уровня - стерилизатор), сохраняет влаго- и газообмен обрабатываемой поверхности
-
Подобраны составы композиционных материалов на основе гипсовых, цементных, стеклощелочных и полимерных свяжующих, обладающие повышенной биостойкостью
-
Результаты исследований могут быть полезны инженерам и проектировщикам, специалистам жилищно-комунального хозяйства и экологам, а также рекомендованы в качестве методического материала для специалистов, обучающихся по профилю материаловедения, и дія использования при проведении обследования зданий и сооружений и повышения их биостойкости
Новизна практических разработок подтверждена восемью патентами Внедрение результатов работы. Разработанные технология и составы композитов с биоцидной добавкой использованы при оштукатуривании стен на объекте ОАО «Ремстрой» (г Саранск) и изготовлении покрытий полов на ОАО «Синтез» (г Саранск) Разработанные биоцидные препараты использованы для защиты от биокоррозии и улучшения экологической ситуации в зданиях предприятий пищевой промышленности и общественного питания, жилых домах, в животноводческих помещениях, в плавательном бассейне, в отделении реанимации Онкологического центра (г Санкт-Петербург), в больнице Святого Георгия (г Санкт-Петербург)
На защиту выносятся следующие положения
1 Состав высокоэффективного биоцидного препарата широкого спектра
действия, созданного на основе гуанидина и представляющего собой олигомер
солей полигексаметиленгуанидина с общей формулой
Н - [NH - С - NH - (СН2)6]Ь - [NH - С - NH - (СгЬ)6]с -
II II
H2N+X~ H2N+A", (1)
где X - анионы минеральных кислот (соляной, плавиковой, фосфорной), А - анионы органических кислот (муравьиной, лимонной, уксусной, олеиновой, стеариновой, глюконовой), в соотношении b/b + с = 0,6- 0,99 и с/Ь + с = 0,01- 0,04 со средней молекулярной массой 1500 ± 600 и n = 5-12
2 Составы композиций, содержащих в установленных соотношениях
олигомер солей гексаметиленгуанидина, различные кислоты, полифункцио
нальные добавки, поверхностно-активные вещества и предназначенных для
эффективной обработки воздуха и объектов из любого материала (древесины,
бетона, кирпича, стекла, пластика, металла, ткани или резины)
3 Составы композиционных материалов на основе гипсовых, цементных,
стеклощелочных и полимерных свяжующих, обладающих повышенной био
стойкостью
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на следующих внутривузовских, всероссийских и международных конференциях и семинарах II Международной конференции «Биотехнология и бизнес» (Москва, 16-17 мая 2002 г), VI научно-практической конференции по медицинской микологии (Кашкинские чтения) (Санкт-Петербург, 25-26 июня 2003 г), I Международном конгрессе аллергологов (Хельсинки, 11-15 июля 2003 г), Всероссийской научно-технической конференции «Современные тенденции развития строительного комплекса Поволжья» (Тольятти, 2005), II Международной научно-технической конференции «Биоповреждения и биокоррозия в строительстве» (Саранск, 22-24 декабря 2005 г), Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, 2006), VI всероссийской конференции «Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции (НАСКР-2007)» (Чебоксары, 31 октября-1 ноября 2007 г ), VI всеросийской научно-технической конференции «Сырьевые ресурсы регионов и производство на их основе сырьевых материалов» (Пенза, октябрь 2007 г), Международной научно-практической конференции «Эффективные конструкции, материалы и технологии в строительстве и архитектуре» (Липецк, 8-Ю ноября 2007), VI Международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, 2007), VI Международной научной конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды» (Волгоград, 14-15 мая 2008)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 38 работ (в том числе две статьи в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ и восемь патентов)
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованной литературы из 238 наименований
Она изложена на 218 страницах машинописного текста, включает 40 рисунков, 34 таблицы, 14 приложений
Работа выполнена на кафедре строительных материалов и технологий Мордовского государственного университета имени Н П Огарева
Автор выражает глубокую благодарность доцентам А Д Богатову и С В Казначееву за оказанную помощь и научные консультации по отдельным разделам диссертационной работы
