RU2687174C1 - Способ определения устойчивости органических полимеров к деградации, индуцируемой различными факторами - Google Patents
Способ определения устойчивости органических полимеров к деградации, индуцируемой различными факторами Download PDFInfo
- Publication number
- RU2687174C1 RU2687174C1 RU2018121804A RU2018121804A RU2687174C1 RU 2687174 C1 RU2687174 C1 RU 2687174C1 RU 2018121804 A RU2018121804 A RU 2018121804A RU 2018121804 A RU2018121804 A RU 2018121804A RU 2687174 C1 RU2687174 C1 RU 2687174C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- materials
- samples
- strength
- tested
- test
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 title claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 51
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000011534 incubation Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 235000010419 agar Nutrition 0.000 claims abstract description 7
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 241000206672 Gelidium Species 0.000 claims abstract description 6
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 claims abstract description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000012925 reference material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 7
- 241001030146 Rhodotorula sp. Species 0.000 claims description 6
- 244000005700 microbiome Species 0.000 abstract description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 5
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 abstract description 5
- 241000223252 Rhodotorula Species 0.000 abstract description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract 2
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract 1
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000007836 KH2PO4 Substances 0.000 abstract 1
- BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N ammonium sulfate Chemical compound N.N.OS(O)(=O)=O BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910052921 ammonium sulfate Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 abstract 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract 1
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 abstract 1
- YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N magnesium nitrate Inorganic materials [Mg+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 1
- 229910000402 monopotassium phosphate Inorganic materials 0.000 abstract 1
- GNSKLFRGEWLPPA-UHFFFAOYSA-M potassium dihydrogen phosphate Chemical compound [K+].OP(O)([O-])=O GNSKLFRGEWLPPA-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract 1
- AJPJDKMHJJGVTQ-UHFFFAOYSA-M sodium dihydrogen phosphate Chemical compound [Na+].OP(O)([O-])=O AJPJDKMHJJGVTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract 1
- 229910000162 sodium phosphate Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 9
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 4
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 4
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 description 3
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000007073 chemical hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 2
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 2
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 2
- 235000001674 Agaricus brunnescens Nutrition 0.000 description 1
- 241000228197 Aspergillus flavus Species 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008272 agar Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002144 chemical decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000003902 lesion Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000010534 mechanism of action Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/02—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms
- C12Q1/025—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms for testing or evaluating the effect of chemical or biological compounds, e.g. drugs, cosmetics
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/44—Resins; Plastics; Rubber; Leather
- G01N33/442—Resins; Plastics
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Immunology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Ecology (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технике исследования механических свойств материалов. Способ включает в себя подготовку стерильной плотной питательной среды (СППС, представляющей собой водный раствор с рН 7,2±0,3, содержащий 13-19 г/л агар-агара + 8-12 г/л сахарозы + 1,3-1,9 г/л NH4NO3 + 0,4-0,6 г/л KH2PO4 + 0,4-0,6 г/л NaH2PO4 + 0,6-0,8 г/л (NH4)2SO4 + 0,18-0,22 г/л Mg(NO3)2 + 0,05-0,07 г/л FeCl3 + 0,018-0,022 г/л CaCl2), подготовку плотной питательной среды с тестовыми микроорганизмами (МППС, состоящей из СППС с выращенной на ее поверхности сплошной колонией Rhodotorula sp. VКM Y-2993D), инкубирование образцов тестируемых материалов на поверхности этих сред в течение 1-2 месяцев при комнатной температуре и 95±5% влажности и измерение механических свойств образцов до и после их инкубирования. При этом оценка устойчивости тестируемых материалов к деградации, индуцируемой различными факторами, проводится в соответствии со значениями коэффициентов КМР, КХР и КБР, которые вычисляют по следующим формулам:
КМР=100×(σИ-σЭ)/σЭ, КХР=100×(σК-σИ)/σИ и КБР=100×(σБ-σК)/σК,
где σЭ _ прочность эталонных материалов с заранее известной степенью разлагаемости,
σИ - прочность тестируемых материалов, не подвергавшихся инкубации,
σК - прочность тестируемых материалов после инкубации их с СППС,
σБ - прочность тестируемых материалов после инкубации их с МППС. Технический результат - повышение информативности и достоверности оценки действия большего спектра возможных деструктурирующих факторов (включая физические, химические и микробиологические) на более широкий круг тестируемых материалов. 1 табл.
Description
Изобретение относится к технике исследования механических свойств материалов. А именно, к способам оценки устойчивости к деградации, индуцируемой различными факторами, органических полимеров, для которых устойчивость к биодеградации является одним из целевых (биодеградируемые материалы) либо нежелательных (биологически устойчивые материалы) параметров.
Известен «Способ оценки и прогнозирования процессов старения (деструкции) полимерных материалов по динамике суммарного газовыделения и токсичности летучих органических соединений (лос), мигрирующих из полимера в процессе старения, детектируемых методом хроматомасс-спектрометрии» (патент RU 2554623, опубликован 27.06.2015), в котором деградацию тестируемых образцов синтетических полимерных материалов оценивали хромато-масс-спектрометрически по изменению общего количества и состава летучих органических соединений, выделяемых образцами до и после проведения с ними ускоренных термовлажностных климатических испытаний. Недостатком этого способа является то, что степень деградации тестируемых образцов с его помощью определяется косвенно - а значит, с достаточно малой объективностью. Кроме того, этот способ весьма дорогостоящ в плане используемого оборудования и сложен в выполнении.
В патенте «Штамм гриба Aspergillus flavus link, как тест-культура для определения грибостойкости сталей, оксидных алюминиевых и магниевых сплавов» (патент RU 1766073, опубликован 19.06.1995) деградацию тестируемых образцов оценивали следующим образом. Сначала тестируемые образцы выдерживали при 30°С в течение 9 месяцев на поверхности газона тест-культуры, выращенной на агаризованной питательной среде, в чашках Петри, помещенных в эксикатор, поддерживающий общую 97% влажность тестируемых образцов. Затем образцы с помощью скальпеля и растворов различных химических реактивов очищали от остатков микроорганизмов, питательной среды и продуктов коррозии, промывали, просушивали и взвешивали (для определения потери массы). После чего, визуально определяли площадь пораженной коррозией поверхности тестируемых образцов наложением на поверхность этих образцов пластины из прозрачного материала с нанесенной на нее сеткой. А кроме того, с помощью оптического микроскопа определяли глубину коррозионных поражений на поверхности тестируемых образцов. Недостатками этого метода является то, что степень деградации тестируемых образцов с его помощью определяется визуально (а следовательно, довольно субъективно); а также то, что этим методом не определяется влияние на степень деградации тестируемых образцов отдельно химических (влага и т.п.) и биохимических факторов.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является «Способ определения гидролитической устойчивости материалов» (патент RU 2043619, опубликован 10.09.1995), в котором предлагается обрабатывать тестируемые образцы текстильных полимерных материалов высокотемпературной газовой смесью, содержащей пары воды и добавки, катализирующие процесс гидролиза. И по изменению механических свойств этих образцов (в виде их разрывной нагрузки) до и после их обработки судить о гидролитической устойчивости испытываемых материалов.
Основным недостатком данного технического решения является то, что с его помощью осуществляется оценка изменения свойств тестируемых образцов вследствие только лишь их химического гидролиза (в то время как биохимический гидролиз тестируемых образцов, осуществляемый в присутствии микроорганизмов, а также действие на эти образцы других возможных деструктурирующих факторов не учитывается). Кроме того, с помощью рассматриваемого технического решения не выявляется механизм действия тестовых факторов (в данном случае, паров воды, высокой температуры и каталитических добавок) на тестируемые материалы. И наконец, с помощью данного технического решения предлагается тестировать только текстильные полимерные материалы.
В связи с ростом производства и потребления человеческим обществом различной продукции утилизация отходов стала в настоящее время одной из основных экологических проблем человечества. Одним из лучших способов решения этой проблемы является создание и как можно более широкое использование материалов, способных достаточно быстро разлагаться под воздействием различных механических, климатических, биологических и иных факторов. С другой стороны, в целом ряде случаев, наоборот, желательно применение материалов, проявляющих возможно большую устойчивость к воздействию на них различных живых организмов и иных потенциально разрушающих факторов. В связи с этим, все более актуальной в настоящее время становится и проблема разработки достаточно экспрессных, объективных, простых, доступных и дешевых способов оценки устойчивости материалов к деградации, индуцируемой различными факторами, из которых живые организмы являются одними из наиболее действенных. Причем среди последних микроорганизмы являются наиболее распространенными. А кроме того, взаимодействие упомянутых микроорганизмов с тестируемыми образцами, в большинстве случаев, может служить наиболее статистически достоверной, экспрессной, простой и дешевой моделью взаимодействия таковых образцов с другими живыми организмами.
В связи с вышесказанным, целью заявляемого изобретения стало создание способа, позволяющего, по сравнению с прототипом, с большей объективностью оценивать действие большего спектра возможных деструктурирующих факторов (включая физические, химические и микробиологические) на более широкий круг тестируемых материалов.
Цель эта достигается за счет того, что в предлагаемом способе (который включает такие операции как подготовка тестовых сред, инкубирование образцов тестируемых материалов в присутствии этих сред, измерение механических свойств тестируемых образцов до и после их инкубирования и последующая оценка устойчивости тестируемых материалов к деградации, индуцируемой различными факторами) тестовые среды (ТС) представляют собой:
(1) стерильный водный раствор с рН 7,2±0,3, изначально содержащий
16±3 г/л агар-агара + 10±2 г/л сахарозы + 1,6±0,3 г/л NH4NO3 + 0,5±0,1 г/л KH2PO4 + 0,5±0,1 г/л NaH2PO4 + 0,7±0,1 г/л (NH4)2SO4 + 0,2±0,02 г/л Mg(NO3)2 + 0,06±0,01 г/л FeCl3 + 0,02±0,002 г/л CaCl2,
(2) тот же раствор, но с выращенной на его внешней поверхности сплошной колонией Rhodotorula sp. VKM Y-2993D;
инкубирование тестируемых образцов проводят в течение 1-2 месяцев, при комнатной температуре и 95±5% влажности на поверхности ТС, не контактирующей с дном емкости, в которой она находится,
а оценку устойчивости тестируемых материалов к деградации, индуцируемой механическими, химическими и микробиологическими факторами,
проводят в соответствии со значениями коэффициентов КМР, КХР и КБР, которые вычисляют по следующим формулам:
КМР=100×(σИ-σЭ)/σЭ, КХР=10×(σК-σИ)/σИ и КБР=100×(σБ-σК)/σК,
где σЭ - прочность эталонных материалов с заранее известной степенью разлагаемости,
σИ - прочность тестируемых материалов, не подвергавшихся инкубации,
σК - прочность тестируемых материалов после инкубации их в 1-й ТС,
σБ - прочность тестируемых материалов после инкубации их во 2-й ТС.
При этом выбор состава 1-й ТС (стерильный водный раствор с рН 7,1±0,3, изначально содержащий 16±3 г/л агар-агара, 10±2 г/л сахарозы, 1,6±0,3 г/л NH4NO3, 0,5±0,1 г/л KH2PO4, 0,5±0,1 г/л NaH2PO4, 0,7±0,1 г/л (NH4)2SO4, 0,2±0,02 г/л Mg(NQ3)2, 0,06±0,01 г/л FeCl3 и 0,02±0,002 г/л CaCl2) связан с необходимостью обеспечения оптимальных условий для развития в этой среде тестовых микроорганизмов (что нужно для увеличения эффективности биодеградации тестируемых образцов и сокращения времени анализа устойчивости таковых образцов к воздействию микроорганизмов).
Дополнительное введение в состав 2-й ТС штамма Rhodotorula sp. VКM Y-2993D дает возможность оценивать устойчивость тестируемых образцов к воздействию не только химических факторов (как это делалось в прототипе), но также биохимических факторов, определяемых жизнедеятельностью тестовых микроорганизмов. При этом выбор Rhodotorula в качестве тестовых микроорганизмов связан с тем, что эти дрожжеподобные грибки, обладая развитой ферментной системой (позволяющей им использовать в процессе своего метаболизма в качестве источника углерода самые различные органические субстраты), широко распространены в естественных условиях. А кроме того, штамм Rhodotorula sp. VКM Y-2993D, предлагаемый к использованию в качестве тестового в описываемом изобретении, способен активно деструктурировать различные высокомолекулярные углеводороды (составляющие основу любого органического полимера), используя их в процессах своего метаболизма (см. патент RU №2526496 от 20.08.2014). При том, что в местах, где те или иные углеводородные материалы присутствуют достаточно долго и в достаточно больших количествах, практически всегда происходит изменение состава природных биоценозов, приводящее к преобладанию в этих биоценозах тех видов и штаммов микроорганизмов, которые способны наиболее эффективно использовать вышеупомянутые углеводородные материалы для своего метаболизма.
А выбор режима инкубирования тестируемых образцов (1-2 месяца с обеспечением доступа воздуха при комнатной температуре и 95±5% влажности) связан с необходимостью обеспечения наименьшего времени анализа при достижении степени химической и биодеградации образцов, достаточной для ее надежного и достоверного определения предлагаемым методом.
Достижение цели заявляемого способа анализа обеспечивается тем, что в ходе него осуществляется точная, инструментальная, количественная оценка изменения прочностных свойств тестируемых образцов вследствие воздействия на них влаги, тестовых микроорганизмов, а также различных механических нагрузок.
Реализация предлагаемого способа определения устойчивости органических полимеров к деградации, индуцируемой различными факторами, включая микроорганизмы, осуществляется следующим образом:
Этап 1. В чашки Петри разливается плотная питательная среда (ППС), представляющая собой стерильный водный раствор с рН 7,1±0,3, содержащий 16±3 г/л агар-агара + 10±2 г/л сахарозы + 1,6±0,3 г/л NH4NO3 + 0,5±0,1 г/л KH2PO4 + 0,5±0,1 г/л NaH2PO4 + 0,7±0,1 г/л (NH4)2SO4 + 0,2±0,02 г/л Mg(NO3)2 + 0,06±0,01 г/л FeCl3 + 0,02±0,002 г/л CaCl2.
Затем, ППС в чашках Петри остужается до комнатной температуры и в 1/2 от общего количества чашек стерильно поверхностно засевается тестовыми микроорганизмами (ТМ), в качестве которых в данном случае используется Rhodotorula sp. VКM Y-2993D. После этого упомянутые чашки Петри закрываются крышками и выдерживаются при комнатной температуре до тех пор, пока на поверхности находящейся в них ППС не вырастет сплошная колония ТМ (что, как правило, происходит в течение от 3-х до 7-и суток).
Этап 2. У образцов тестируемых материалов, а также у эталонных образцов (степень устойчивости которых к различным деструктурирующим факторам известна заранее) определяется исходная механическая прочность (σИ и σЭ соответственно).
Этап 3. Образцы тестируемых материалов помещаются на поверхность колоний ТМ, выращенных на этапе 1 (биоразлагаемые образцы), а также на поверхность стерильной ППС, находящейся в контрольных чашках Петри (контрольные образцы). После чего все чашки Петри инкубируют в течение 1-2 месяцев при комнатной температуре и 95±5% влажности.
Этап 4. После окончания инкубации биоразлагаемые и контрольные образцы отделяются от поверхности ППС, на которой они инкубировались, и отмываются от остатков ППС и ТМ. Затем у всех образцов определяется конечная механическая прочность (σБ и σК соответственно).
Этап 5. Далее, вычисляются значения коэффициентов деградации тестируемых образцов, обусловленной механическими нагрузками, а также химическими и микробиологическими факторами:
КМР=100×(σИ-σЭ)/σЭ, КХР=100×(σК-σИ)/σИ и КБР=100×(σБ-σК)/σК,
где σЭ - прочность эталонных материалов,
σИ - прочность тестируемых материалов, не подвергавшихся инкубации,
σК - прочность тестируемых материалов после инкубации их на ППС с ТМ,
σБ - прочность тестируемых материалов после инкубации их на стерильной ППС.
Этап 6. На основании полученных значений КМР, КХР и КБР делается вывод о причинах и степени устойчивости тестируемых образцов к различным видам деградации.
Упомянутый способ может быть реализован с применением текстуромера «ТА.ХТ+» (или иного прибора, позволяющего с достаточной точностью измерять прочность тестируемых образцов на прокалывание, разрыв, растяжение, сжатие, изгиб или кручение).
Более детально настоящее изобретение описывается следующим конкретным примером. Для анализа были взяты образцы размером 20×20 мм и толщиной 0,3 мм, содержащие 4-е тестируемых материала, синтезированных на основе поливинилхлорида (ПВХ) с пластификатором, с добавлением различных количеств природного бентонита (ПБ) и различным временем его перемешивания с ПВХ-основой, а также эталонный материал (в качестве которого была взята ПВХ-основа без ПБ) - по 15 образцов на каждый материал (включая тестируемые и эталонный). Затем исходная совокупность упомянутых образцов делилась на две выборки - «контрольную» и «тестовую». После чего у всех образцов из «контрольной» выборки (куда входило по 5 образцов каждого материала) определялась прочность на прокалывание (с помощью текстуромера «ТА.ХТ+»).
Далее, «тестовая» выборка образцов делилась еще на две равные части -«хеморазлагаемую» и «биоразлагаемую» (в каждую из которых входило по 5 образцов каждого материала). Затем, все образцы из «хеморазлагаемой» выборки помещались на внешнюю поверхность ППС (представлявшей собой стерильный водный раствор с рН 7,2, содержащий 16 г/л агар-агара, 10 г/л сахарозы, 1,6 г/л NH4NO3, 0,5 г/л KH2PO4, 0,5 г/л NaH2PO4, 0,7 г/л (NH4)2SO4, 0,2 г/л Mg(NO3)2, 0,06 г/л FeCl3 и 0,02 г/л CaCl2), налитой в чашки Петри и остуженной до комнатной температуры. А все образцы из «биоразлагаемой» выборки помещались на внешнюю поверхность колоний Rhodotorula sp. VКM Y-2993D, выращенных на аналогичной ППС, налитой в другие чашки Петри.
После этого чашки Петри с «хеморазлагаемыми» и «биоразлагаемыми» образцами помещались на решетки двух разных эксикаторов, на дно которых была предварительно налита дистиллированная вода {для обеспечения уровня влажности, достаточного для нормальной жизнедеятельности тестовых микроорганизмов, а также моделирования условий химического гидролиза «контрольных» образцов).
Далее, оба эксикатора герметично закрывались и оставлялись при комнатной температуре на 1,5 месяца. После чего, все образцы из «биоразлагаемой» и «хеморазлагаемой» выборок отделялись от поверхности ППС, на которой они инкубировались, и отмывались от остатков ППС и ТМ (последовательно, водой, 1М КОН, 1М HCl и снова водой).
Далее, у каждого из упомянутых образцов определялась прочность на прокалывание (с помощью текстуромера «ТА.ХТ+»).
После чего, для каждого из тестируемых материалов вычислялись значения коэффициентов деградации, обусловленной механическими нагрузками, а также химическими и микробиологическими факторами:
КМР=100×(σИ-σЭ)/σЭ, КХР=100×(σК-σИ)/σИ и КБР=100×(σБ-σК)/σК,
где σЭ - прочность на прокалывание, усредненная по всем образцам «контрольной» выборки, содержащим эталонный материал,
σИ - прочность на прокалывание, усредненная по всем образцам «контрольной» выборки, содержащим тестируемый материал,
σК - прочность на прокалывание, усредненная по всем образцам «хеморазлагаемой» выборки, содержащим тестируемый материал,
σБ - прочность на прокалывание, усредненная по всем образцам «биоразлагаемой» выборки, содержащим тестируемый материал.
Результаты описанного анализа приведены в таблице 1.
Условные обозначения: ПВХ+ПФ - ПВХ-основа (включающая ПВХ и пластификатор) без ПБ; ПБ-5-2 и ПБ-5-10 - ПВХ-основа с 5 масс. % ПБ, размешиваемая перед отвердеванием в течение, соответственно, 2 и 10 минут; ПБ-15-2 и ПБ-15-10 - ПВХ-основа с 15 масс. % ПБ, размешиваемая перед отвердеванием в течение, соответственно, 2 и 10 минут.
На основании приведенных данных были сделаны следующие выводы.
Для всех тестируемых материалов была характерна достаточно высокая устойчивость к обычным химическим разрушающим факторам (таким например, как влага; см. значения КХР в табл. 1).
В то же время, для всех тестируемых материалов была характерна устойчивость к механическим воздействиям и воздействию микроорганизмов, существенно меньшая, чем у «чистой» ПВХ-основы (см. значения КМР и КБР в табл. 1). Причем эта устойчивость уменьшалась с увеличением в тестируемых материалах % количества бентонита и увеличивалась с увеличением времени размешивания ПВХ-основы с бентонитом перед их совместным затвердеванием.
Таким образом, мы видим, что заявляемый способ может обеспечить достаточно объективную и информативную оценку устойчивости органических полимеров к деградации, индуцируемой различными факторами (включая физические, химические и микробиологические) и может найти применение как при оценке свойств уже существующих, так и при разработке новых изделий и материалов, для которых желательна повышенная либо пониженная устойчивость к воздействию механических нагрузок, влаги, а также жизнеспособных микроорганизмов.
Claims (8)
- Способ определения устойчивости органических полимеров к деградации, индуцируемой различными факторами, включающий подготовку тестовых сред (ТС), инкубирование образцов тестируемых материалов в присутствии этих сред, измерение механических свойств тестируемых образцов до и после их инкубирования и последующую оценку устойчивости тестируемых материалов к деградации, индуцируемой различными факторами; отличающийся тем, что в качестве первой ТС используют стерильный водный раствор с рН 6,8-7,4, изначально содержащий 13-19 г/л агар-агара, 8-12 г/л сахарозы, 1,3-1,9 г/л NH4NO3, 0,4-0,6 г/л KH2PO4, 0,4-0,6 г/л NaH2PO4, 0,6-0,8 г/л (NH4)2SO4, 0,18-0,22 г/л Mg(NO3)2, 0,05-0,07 г/л FeCl3 и 0,018-0,022 г/л CaCl2,
- в качестве второй ТС используют тот же раствор, но с выращенной на его внешней поверхности сплошной колонией Rhodotorula sp. VKM Y-2993D, инкубирование тестируемых образцов проводят в течение 1-2 месяцев,при комнатной температуре и 95±5% влажности на поверхности ТС, не контактирующей с дном емкости, в которой она находится, а оценку устойчивости тестируемых материалов к деградации, индуцируемой механическими, химическими и микробиологическими факторами,
- проводят в соответствии со значениями коэффициентов КМР, КХР и КБР, которые вычисляют по следующим формулам:
- КМР=100×(σИ-σЭ)σЭ, КХР=100×(σК-σИ)σИ и КБР=100×(σБ-σК)σК,
- где σЭ - прочность эталонных материалов с заранее известной степенью разлагаемости,
- σИ - прочность тестируемых материалов, не подвергавшихся инкубации,
- σК - прочность тестируемых материалов после инкубации их с первой ТС,
- σБ - прочность тестируемых материалов после инкубации их со второй ТС.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018121804A RU2687174C1 (ru) | 2018-06-13 | 2018-06-13 | Способ определения устойчивости органических полимеров к деградации, индуцируемой различными факторами |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018121804A RU2687174C1 (ru) | 2018-06-13 | 2018-06-13 | Способ определения устойчивости органических полимеров к деградации, индуцируемой различными факторами |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2687174C1 true RU2687174C1 (ru) | 2019-05-07 |
Family
ID=66430486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018121804A RU2687174C1 (ru) | 2018-06-13 | 2018-06-13 | Способ определения устойчивости органических полимеров к деградации, индуцируемой различными факторами |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2687174C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU491083A1 (ru) * | 1972-08-01 | 1975-11-05 | Научно-Исследовательский И Конструкторско-Технологический Институт Эмалированного Химического Оборудования | Способ испытани химической устойчивости конструкционных материалов и защитных покрытий |
| SU1606530A1 (ru) * | 1988-08-25 | 1990-11-15 | Войсковая часть 75360 | Штамм низших грибов РеNIсILLIUм снRYSоGеNUм как тест-культура дл испытаний алюминиевых сплавов на грибостойкость |
| RU2043619C1 (ru) * | 1990-10-10 | 1995-09-10 | Государственный научно-исследовательский институт цветных металлов | Способ определения гидролитической устойчивости материалов |
| WO1996003644A1 (en) * | 1994-07-27 | 1996-02-08 | The Dow Chemical Company | Determining biodegradability of aspartic acid derivatives, degradable chelants, uses and compositions thereof |
| RU2300751C1 (ru) * | 2005-12-27 | 2007-06-10 | ГОУ ВПО Московский государственный университет дизайна и технологии (МГУДТ) | Способ определения деформационных показателей полимерных материалов |
| RU2554623C1 (ru) * | 2013-10-31 | 2015-06-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации-Институт медико-биологических проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ-ИМБП РАН) | Способ оценки и прогнозирования процессов старения (деструкции) полимерных материалов по динамике суммарного газовыделения и токсичности летучих органических соединений (лос), мигрирующих из полимера в процессе старения, детектируемых методом хроматомасс-спектрометрии |
-
2018
- 2018-06-13 RU RU2018121804A patent/RU2687174C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU491083A1 (ru) * | 1972-08-01 | 1975-11-05 | Научно-Исследовательский И Конструкторско-Технологический Институт Эмалированного Химического Оборудования | Способ испытани химической устойчивости конструкционных материалов и защитных покрытий |
| SU1606530A1 (ru) * | 1988-08-25 | 1990-11-15 | Войсковая часть 75360 | Штамм низших грибов РеNIсILLIUм снRYSоGеNUм как тест-культура дл испытаний алюминиевых сплавов на грибостойкость |
| RU2043619C1 (ru) * | 1990-10-10 | 1995-09-10 | Государственный научно-исследовательский институт цветных металлов | Способ определения гидролитической устойчивости материалов |
| WO1996003644A1 (en) * | 1994-07-27 | 1996-02-08 | The Dow Chemical Company | Determining biodegradability of aspartic acid derivatives, degradable chelants, uses and compositions thereof |
| RU2300751C1 (ru) * | 2005-12-27 | 2007-06-10 | ГОУ ВПО Московский государственный университет дизайна и технологии (МГУДТ) | Способ определения деформационных показателей полимерных материалов |
| RU2554623C1 (ru) * | 2013-10-31 | 2015-06-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации-Институт медико-биологических проблем Российской академии наук (ГНЦ РФ-ИМБП РАН) | Способ оценки и прогнозирования процессов старения (деструкции) полимерных материалов по динамике суммарного газовыделения и токсичности летучих органических соединений (лос), мигрирующих из полимера в процессе старения, детектируемых методом хроматомасс-спектрометрии |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Thomson et al. | Durability characteristics of straw bales in building envelopes | |
| Kwok et al. | An optical biosensor for multi-sample determination of biochemical oxygen demand (BOD) | |
| Stenberg | Monitoring soil quality of arable land: microbiological indicators | |
| Söderström et al. | Recognition of six microbial species with an electronic tongue | |
| EP1264176B1 (en) | Measuring metabolic rate changes | |
| Johansson et al. | An innovative test method for evaluating the critical moisture level for mould growth on building materials | |
| US7906008B2 (en) | Bacterium consortium, bio-electrochemical device and a process for quick and rapid estimation of biological oxygen demand | |
| Poma et al. | Microbial biofilm monitoring by electrochemical transduction methods | |
| CN103675031B (zh) | 一种高通量细胞毒性检测方法 | |
| Švajlenka et al. | Assessment and biomonitoring indoor environment of buildings | |
| RU2687174C1 (ru) | Способ определения устойчивости органических полимеров к деградации, индуцируемой различными факторами | |
| Hegarty et al. | DNA sequence-based approach for classifying the mold status of buildings | |
| EP3749775A1 (en) | Improved method for measurement of microbial biomass | |
| Parkinson | Techniques for the study of soil fungi | |
| Barros et al. | Sensitivity of calorimetric indicators of soil microbial activity | |
| Pasco et al. | Biosensors: MICREDOX-a new biosensor technique for rapid measurement of BOD and toxicity | |
| RU2676094C1 (ru) | Способ определения устойчивости материалов к биодеградации | |
| Gu | Microbial ecotoxicology as an emerging research subject | |
| Yakushev et al. | Effects of Long-Term and Short-Term Droughts on the Hydrolytic Enzymes in Haplic Luvisol | |
| Mistriotis et al. | Biodegradation of cellulose in laboratory-scale bioreactors: experimental and numerical studies | |
| RU2396544C1 (ru) | Способ сравнительной оценки стойкости сталей к биологической коррозии | |
| Barragán et al. | A respirometric test for assessing the biodegradability of mulch films in the soil | |
| RU2688745C1 (ru) | Способ определения токсичности проб | |
| Timofeev et al. | Biotesting for Cd pollution in soils | |
| CN116593514A (zh) | 可降解生物聚酯塑料的降解生命周期检测方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200614 |