В последние годы в Западной Европе и Америке наблюдается значительный рост использования различных бактерицидных и фунгицидных добавок в полимерах, особенно в медицине и в секторе производства товаров, контактирующих с пищевыми продуктами. 

Это связано с результатами недавних исследований, показавших, что в пробах, взятых с телефонных трубок, ручек и подлокотников сидений в больницах и прилавков супермаркетов и кафе содержится большое количество потенциально опасных для человека бактерий.

Помимо регулярного мытья рук и дезинфекции существует и другой способ существенно снизить количество бактерий в общественных местах – использовать пластики с бактерицидными и фунгицидными добавками.

В основном  бактерицидные добавки применяются при изготовлении бинтов и пластырей, перчаток, катетеров, постельного белья и одежды в медицине, ковровых покрытий, обивки мебели, мешков для мусора, корпусов телефонов и ручек, а также оборудования ванных и туалетных комнат в общественных местах.

Основной задачей антимикробных добавок является снижение количества микробов в массе изделия и на его поверхности. Очень часто рост микроорганизмов бывает незаметен (без видимых пятен или изменения цвета), но приводит к появлению запаха и увеличивает риск переноса инфекции. Предотвращение появления запаха особенно актуально в таких изделиях, как одежда и мешки для пищевых отходов.

В некоторых случаях важно лишь предотвратить обрастание пластиковых изделий грибками и водорослями, которые выглядят очень неэстетично, особенно в пластиковых бассейнах и на пляжных сооружениях и бакенах.
 
К настоящему времени разработаны антимикробные добавки для широкого спектра полимеров – полиолефинов, полистирола и его сополимеров, полиамида и смесей ПК/АБС.

По механизму действия антимикробные добавки можно разделить на 2 группы – микробиостатические и микробиоцидные.

• Микробиостатические добавки замедляют процесс размножения микроорганизмов, но клетки не погибают, а только замедляется их рост. В зависимости от предназначения такие добавки подразделяются на бактериостатические и фунгистатические.

• Микробиоцидные добавки уничтожают микроорганизмы полностью, значительно снижая их количество сразу же после контакта. В зависимости от предназначения такие добавки подразделяются на бактерицидные и фунгицидные.
 
 
 
Активность антимикробных соединений зависит от следующих параметров: концентрация активного компонента, pH, температура, тип полимера, метод ввода (с пластификатором или в расплаве) и время их контакта с полимером. Также следует учитывать такой немаловажный фактор, как чувствительность микроорганизмов. В большинстве случаев грамотрицательные бактерии менее чувствительны к антимикробным добавкам, чем грамположительные, так как обладают дополнительной мембраной, которая замедляет проникновение антимикробной добавки.
 
Взаимодействие микроорганизмов с пластиками может происходить тремя различными путями:

1. прямое разрушение, когда микроорганизмы используют пластик (или его компоненты – пластификаторы, добавки) в качестве питательной среды

2. разрушение или изменение внешнего вида изделия под действием продуктов метаболизма микроорганизмов (кислоты, энзимы, пигменты и т.п.)

3. образование колоний микроорганизмов на поверхности изделия, не наносящее видимого вреда изделию
 
В большинстве случаев пластики повреждаются грибками, но и бактерии также вносят свой вклад, в основном питаясь различными органическими добавками, содержащимися в изделиях.

Более всего воздействию микроорганизмов подвержены пластифицированный ПВХ, так как бактерии используют пластификатор в качестве источника питания и вспененные полиуретаны, из-за большого количества пор в которых накапливается пыль, влага и споры грибков.

Полиолефины в целом менее подвержены действию микроорганизмов, по сравнению с ПВХ и полиуретанами. Наиболее склонен к биоразложению низкомолекулярный полиэтилен (молекулярная масса менее 10000) и полимеры с небольшим количеством разветвлений (ПЭВП, ЛПЭНП). Также воздействию микроорганизмов подвержены пластики, полученные из капролактама.

Но, тем не менее, в результате исследований различных синтетических волокон и тканей было выяснено, что на поверхности полиэфирных, полипропиленовых и полиамидных волокон прекрасно развиваются стрептококки.

Взаимодействие микроорганизмов с полимерами может проявляться следующим образом:

• Появление пятен или изменение цвета происходит в результате воздействия внутриклеточных пигментов (в основном плесени – пенициллин и аспергилла) или внеклеточных красителей (продукты метаболизма бактерий)

• Изменение электрических свойств (проводимости) и ухудшение изоляционных свойств происходит в основном из-за колоний микроорганизмов на поверхности изделия, которые не повреждают сам материал, но выделяют в процессе жизнедеятельности полисахариды

• Изменение механических свойств в результате поедания бактериями функциональных добавок – пластификаторов и стабилизаторов. Это наиболее серьёзное проявление биоразложения пластиков

• Загрязнение поверхности вследствие образования колоний микроорганизмов, которые создают микрошероховатости, на которых задерживается пыль

• Повышенная проницаемость к газам и растворителям также возникает в результате повреждения поверхности изделия

• Запах обусловлен выделением продуктов метаболизма микроорганизмов - аминов, аммиака и сероводорода

Типы антимикробных добавок
 
По предназначению антимикробные добавки можно разделить на 2 типа:

• Биостабилизаторы - защищают пластики от обрастания грибками, водорослями, плесенью и т.п. и позволяют предотвратить разрушение пластиков микроорганизмами.

Основные требования к антимикробным добавкам
 
Общие требования к антимикробным добавкам, используемым в качестве биостабилизаторов и биомодификаторов, одинаковы:

• Низкая токсичность для людей, животных и окружающей среды как в процессе переработки, так и при использовании готовых изделий

• Лёгкость переработки и применения

• Совместимость с другими добавками (стабилизаторы, процессинги и т.д.)

• Отсутствие негативного влияния на физико-механические или потребительские свойства изделия

• Длительные сроки хранения готовой продукции и высокая эффективность 
 
Переработка антимикробных добавок
 
Хорошо известно, что стандартное экструзионное и литьевое оборудование не позволяет достичь однородного распределения добавок в матрице полимера, поэтому для изготовления изделий с антимикробными свойствами рекомендуется использовать суперконцентраты. 

Получение антимикробных концентратов очень тонкий и деликатный процесс, требующий специального оборудования (двухшнековый экструдер с низкими напряжениями сдвига), тщательного контроля режимов переработки (температура, скорость), чтобы предотвратить разложение добавок и достичь однородного диспергирования добавки в матрице полимера.
 

Методы оценки действия антимикробных добавок
 
Следует отметить, что выбор метода исследования чувствительности пластиков к микроорганизмам и эффективности добавок чрезвычайно важен. Существуют методы, оценивающие стойкость материала к биоразложению и сопротивляемость образованию колоний бактерий на поверхности изделий. Помимо ASTM, Американская Ассоциация Химии и Окрашивания Текстиля (AATCC) также разработала методики оценки антимикробной способности искусственных волокон и тканей. Также, существуют нормативные акты, разработанные AFNOR (Франция), DIN (Германия), IEC (международная электротехническая комиссия), SN (Швейцария). Методики эти в целом схожи, вот описание их сути:

1. Agar Plate Test (тест с агаровой пластинкой) – подходит только для оценки микробиостатической активности. Преимуществом этого метода является быстрота, лёгкость проведения и высокая достоверность.

2. Стойкость к грибкам по ASTM G21-90 – образец помещается в стерильный раствор, что позволяет определить, может ли материал служить питательной средой для грибков.

3. In-Use Test (тест в реальных условиях) по ASTM D3083 – в соответствии с данной методикой пластик с антимикробной добавкой закапывается на 90 дней с целью определения подверженности биоразложению.

4. EN ISO 846 – недавно разработанная в Европе методика, представляющая собой комбинацию первых трёх, что позволяет комплексно исследовать пластики, предназначенные для работы на открытом воздухе или в почве.

5. Direct Contamination of the Test Specimen (введение микроорганизмов в образец) – не зависит от скорости миграции микроорганизмов, подходит для исследования образцов, содержащих нерастворимые или труднорастворимые (неорганические на основе серебра и цинка) антимикробные добавки.
 
Основные направления развития в области антимикробных добавок
 
В  настоящий момент очевидна тенденция к использованию малотоксичных антимикробных добавок. Соединения на основе мышьяка (OBPA) и тяжёлых металлов всё больше замещаются производными изотиазолинов, которые показывают большую, по сравнению с ОВРА, эффективность или соединениями, содержащими серебро и цинк, даже несмотря на низкую стойкость к окислению и изменению цвета под действием кислорода воздуха.

Также наблюдается возрастание спроса на биомодифицирующие добавки, позволяющие предотвратить появление запаха и способные воздействовать на широкий спектр микроорганизмов.

Другое перспективное направление - это использование полимерных нерастворимые антимикробных соединений. Они гораздо медленнее вымываются из изделия и могут быть регенерированы (например при обработке хлорсодержащими соединениями во время химической чистки одежды).

Для изготовления пластиковых изделий, предназначенных к прямому контакту с пищевыми продуктами разрабатываются натуральные антимикробные добавки (например, энзимы пероксидазы). В большинстве случаев эти натуральные антимикробные агенты комбинируют с добавками, повышающими совместимость с полимером и регулирующими их миграцию.
 

Бактерицидные добавки
 
VIBATAN Antimicrobic GP 00832

 Суперконцентрат фунгицидов и бактерицидных присадок на основе OBPA, разработанный для полиолефинов и ПВХ. Препятствует образованию неэстетичных и дурно пахнущих отложений на пленках для систем хранения воды, мусорных ящиков, бакенов и т.д. 

maxim'at'upackgroup.ru