Кряжев Д.В., Смирнов В.Ф.

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Повышение биостойкости сополимерных композиций путем модификации их состава

Вторжение синтетических материалов во все сферы человеческой деятельности, будь то производство одежды, медицинских и косметических средств или различных пищевых добавок, привело, в конце концов, к переоценке ценности натуральных продуктов. В связи с этим во всём мире расширяются производства новых природных источников сырья, проводится поиск путей их использования. Не менее актуальной является и проблема создания полимерных материалов, обладающих регулируемой биостойкостью. Это связано с тем, что возникает необходимость как в получении легко утилизируемых микроорганизмами полимерных материалов, так и в создании материалов, устойчивых к биодеградации. Использование смесей полимеров (синтетических и природных) для получения материалов с необходимым комплексом свойств является весьма прогрессивным с данной точки зрения.

Как указывалось выше, основным путём создания биоразлагаемых полимеров является синтез материалов из природного и синтетического компонентов. В связи с чем представляло интерес исследование грибостойких свойств сополимеров хитозана с такими широко распространённым синтетическим материалом как акрилонитрил. Нами были синтезированы привитые сополимеры акрилонитрила на хитозан с использованием двух инициирующих систем: аммиачного комплекса кобальта ([Co(NH₃)₆]Cl₃) и динитрила азоизомасляной кислоты (ДАК). Полимерные композиции были испытаны на грибостойкость. Было показано, что использование при синтезе ДАК приводит к ухудшению грибостойкости материала. Полученные результаты позволяют предположить наличие биоцидных свойств у соединений кобальта. Для проверки данного предположения нами были синтезированы две полимерные композиции с использованием в качестве инициирующих систем аммиачного ([Co(NH₃)₆]Cl₃) и карбонатного (Co[Co(CO₃)₆]) комплексов кобальта. Результаты показывают, что полимер, синтезированный с использованием карбонатного комплекса кобальта, характеризуется меньшей устойчивостью к действию микромицетов, что позволяет предположить, что биоцидной активностью в большей степени обладают аммиачные комплексы кобальта.

Для проверки этого предположения нами были проведены испытания на наличие фунгицидных свойств у 1% водных растворов данных комплексных соединений кобальта. Полученные результаты полностью подтвердили выдвинутое нами предположение — карбонатный комплекс кобальта характеризуется более низкими фунгицидными свойствами, чем аммиачный комплекс.

Т.о. с помощью хитозана и акрилонитрила, при использовании в синтезах определённых инициирующих систем, можно создавать устойчивые к действию микроскопических плесневых грибов полимерные композиции.

Также нами были созданы биоразлагаемые пленки на основе крахмала и полиметилакрилата. Были установлены активные грибы-деструкторы данных пленок, которые в качестве питательного субстрата использовали и крахмал: Aspergillus oryzae и Paecilomyces variotii. Однако экзоамилазная активность у данных культур, растущих на сополимере была более низкой чем у культур, способных расти на чистом крахмале.

В дальнейшем нами было проведено определение активности эстераз (основных ферментов ‒ участников деструкции полиметилакрилата) у Aspergillus oryzae и Paecilomyces variotii. Результаты исследований показали, что данные культуры обладают высокой активностью внеклеточных эстераз и по данному показателю превосходят культуры, осуществляющие деструкцию чистого полиметилакрилата.

Полученные результаты вызвали у нас следующий вопрос: почему культуры грибов, способные утилизировать крахмал и полиметилакрилат по отдельности, не могут поражать их сополимеры? Проведённые нами ранее исследования позволяют сделать следующее предположение – в данном случае имеет место избирательное подавляющее жизнедеятельность большинства плесневых грибов действие одного из компонентов композиции (в данном случае инициатора – персульфата аммония). Для проверки этого предположения нами была поставлена следующая серия экспериментов: проводилось определение амилазной и эстеразной активности у грибов ‒ активных деструкторов данной композиции и отдельных ее компонентов в присутствии в инкубационной среде персульфата аммония в количестве равном его доле к массе полимера – 10%.

Результаты данных экспериментов показали наличие устойчивых к действию персульфата аммония экзоэстераз у культур Aspergillus oryzae и Paecilomyces variotii, что, по всей видимости, и позволяет им осуществлять деструкцию сополимеров крахмала и полиметилакрилата в отличие от других видов грибов, не обладающих устойчивыми формами данных ферментов.

Полученные результаты позволяют сделать вывод: одним из способов повышения устойчивости полимерных композиций к действию плесневых грибов может быть модификация их состава за счёт введения ингредиентов, обладающих фунгицидностью, в частности аммиачного комплекса кобальта и персульфата аммония.