МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ ДРЕВЕСНОЙ ПЫЛИ И ЕЁ ЗНАЧЕНИЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Черкасова Н.Г.

Кандидат технических наук, Сибирский государственный технологический университет

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ ДРЕВЕСНОЙ ПЫЛИ И ЕЁ ЗНАЧЕНИЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 

Аннотация

Древесная пыль, как растительный отход позволяет получать биодеструктируемые материалы, которые постепенно разлагаются и усваиваются при контакте с микроорганизмами. Изменение поверхности частиц древесной пыли придает ей свойства, отличные от исходного материала, и фактически изменяет все физико-химические характеристики (адсорбционную способность, поведение при взаимодействии с различными средами, взрывоопасные свойства и др.). Что может позволить  получить качественные,  экологически чистые, конкурентоспособные композиционные материалов. Указаны факторы, оказывающие влияние на адгезию микроорганизмов к материалам всей композиции.  

Ключевые слова: микроорганизмы, древесная пыль, композиционные материалы, биокомпозитные материалы, техническая микробиология, биоаэрозоль, белая гниль.

Cherkasova N.G.

PhD in Engineering, Siberian State Technological University

MICROBIOLOGICAL COMPONENT OF WOOD DUST AND ITS VALUE IN PRODUCTION OF COMPOSITE MATERIALS

Abstract

Wood dust as vegetable withdrawal allows to receive biodestruktiruyemy materials which decay gradually and acquired in case of contact with microorganisms. Change of a surface of particles of wood dust gives it the properties other than initial material, and actually changes all physical and chemical characteristics (the adsorptive capability, behavior in case of interaction with various environments, explosive properties, etc.). What is able to afford to receive high-quality environmentally friendly, competitive composite materials. The factors exerting impact on adhesion of microorganisms to materials of all composition are specified

Keywords: microorganisms, wood dust, composite materials, biocomposite materials, technical microbiology, bioaerosol, white decay.

Древесная пыль, как известно, является востребованным наполнителем при производстве композитов, за счет своей доступности и стоимости, а микроорганизмы в ней могут оказывать влияние, как на сам технологический процесс, так и на условия хранения и использования исходного сырья.

Исследованиям подлежали технологическая, шлифовальная и смешанная пыль (полученные при обработке цельной древесины, ДСП, ДВП).

Размеры древесных пылинок и их взаимное расположение оказывают большое влияние на пористость плиты. Мелкие пылинки, располагаясь между крупными древесными частицами, увеличивают число контактов между ними, что позволяет сохранить исходное распределение в процессе формования плиты, но приводит к изменению её физико-механических свойств и способности к биоразложению.

Проблемой, с которой можно столкнуться во время хранения, погрузочно-разгрузочных работ и транспортировке пыли, является потенциальный риск здоровью, связанный с высокими концентрациями бактерий и спор грибов в окружающем воздухе, что создает недопустимую рабочую среду [1].

Поскольку пыль древесины имеет органическое происхождение, она является благоприятной средой для развития патогенных микроорганизмов.

Некоторые теплолюбивые бактерии, вирусы являются человеческими патогенами, и вдыхание аскомицетных спор из хранилищ провоцирует заболевания. Патогенные микроорганизмы и микроорганизмы-продуценты, такие как палочка Коха, стойко переносят высушивание и вместе с частицами пыли уносятся на большие расстояния, сохраняя свою жизнеспособность и вирулентность в микрочастицах пыли в воздухе от 2 месяцев до 1 года, например бруцеллы - от 20 до 70 дней.

Хранение древесных отходов в кучах обеспечивает благоприятную среду для развития многих видов бактерий и грибов. Наиболее распространёнными, имеющимися в изобилии колонизаторами хранимого сырья являются, например, быстрорастущие плесневые грибы, споры которых могут переноситься по воздуху во время разгрузки или загрузки тонкодисперсного сырья. Так как размеры этих спор небольшие, они легко вдыхаются вместе с воздухом, проникают в систему дыхания и вызывают аллергические реакции. О чем свидетельствует статистика заболеваемости работников лесопильных и деревообрабатывающих предприятий. Из анализа карт больных, обратившихся в 2015 году за получением путевки в санаторий-профилакторий Лесосибирского деревообрабатывающего предприятия ЛДК 1, следует отметить, что у 60% из них, за время прохождения курса профилактики, были зафиксированы признаки респираторных заболеваний (ОРВИ, ОРЗ и грипп), аллергические реакции. Также выявлены работники с болезнями костно-мышечной системы и соединительных тканей, работники с болезнями кровообращения и с болезнями органов пищеварения. Из анализа полученных данных можно сделать вывод, что наибольшее распространение получили инфекционные заболевания, общей чертой которых является воздушно-капельный способ распространения с локализацией возбудителя в дыхательных путях. При ослаблении общего состояния работников, наблюдалось обострение уже имеющихся хронических заболеваний.

Все эти проблемы устранимы за счет применения ряда эффективных технических мер, например: использовать ионизацию в помещении хранения и дальнейшей транспортировки древесной пыли, так как её составляющие непрерывно и самопроизвольно коагулируют, а при соприкосновении слипаются и постепенно увеличивают свои размеры. Их коагуляция, в основном, зависит от факторов, определяющих вероятность столкновения частиц: от распределения по размерам, электрического заряда, температуры, влажности, а также от формы и структуры.[4].

Влияние структуры плиты на её прочность проявляется через количество контактов между частицами, приходящимися на единицу её площади. Микроорганизмы, находящиеся на поверхности древесной пыли способствуют разрыву связей между ними, что может привести к разрушению плиты при растяжении перпендикулярно, а при сжатии и скалывании параллельно пластины плиты. При этом на ассимиляцию микроорганизмов не влияют ни форма, ни размер древесных частиц, но может произойти модификация структуры плиты за счет увеличения сил адгезии на границе «микроорганизм-пылинка» с последующим биообрастанием и деградацией композиционного материала.

При продолжительном развитии плесневые грибы могут частично разрушать клеточные оболочки древесины, а также влиять на прочность склеивания древесных материалов [2].

Биологическое обрастание поверхности материалов микроорганизмами приводит к изменению влажности и pH поверхности материала под действием продуктов их метаболизма, что влияет на изменение электрических свойств композита.

При поиске новых, экологически чистых технологий производства композитов техническая микробиология является перспективным направлением, так как занимается разработкой биотехнологии синтеза микроорганизмами биологически активных веществ.

При рассмотрении древесной пыли как основного элемента биопластика способ биоактивации её природных полимеров является наиболее приемлемым и перспективным. Адсорбционное взаимодействие в этом процессе обусловлено электростатическим притяжением, которое зависит от природы поверхности твердого тела, величины и характера ее заряда, а также от электрокинетических свойств клетки микроорганизма.

Электрический заряд древесных частиц существенно влияет на их коагуляцию в плите. На поведение частиц, помещенных в электрическое поле коронного разряда, влияет напряженность и конфигурация поля, величина заряда частицы и ток короны. Коагуляция является наиболее характерным процессом изменения дисперсной системы, прежде всего за счет направленного дрейфа частиц. Механизм зарядки частиц контактный, то есть за счет их взаимодействия между собой.  Общим условием для электризации в этом случае является наличие электрического контакта между несколькими частицами в течение ограниченного временного интервала. Если между частицами существует некоторая разность потенциалов, то в зоне контакта происходит переход носителей заряда с одной частицы на другую. Это приводит к перераспределению заряда между контактирующими частицами, в результате чего после разрыва контакта заряды будут отличаться от первоначальных значений. Следовательно, заряд каждой из взаимодействующих частиц зависит от электрических свойств, участвующих в контакте частиц [4].

 Аэробные микроорганизмы обладают способностью влиять на биосинтез активных экзосистем окислительных и гидролитических ферментов, воздействующих на подструктуры лигнина и в значительно меньшей степени затрагивающих целлюлозные компоненты древесины, что позволяет использовать их в качестве «склеивающего» агента. Причем, данный процесс усиливается при увеличении температуры в процессе прессования древесного композита [3].

Для создания биопластиков из всех известных биодеструкционных грибов наиболее приемлемой группой просматривается группа грибов, вызывающих белую гниль и относящихся к родам Coriolus, Pleurotus, Panus и подобным им. Разрастаясь на поверхности композиционного древесного материала, белая гниль приводит к деградации последнего, что сопровождается увеличением его набухания. Данный процесс позволяет использовать связующую способность природных полимеров для получения экологически качественных для потребителя древесных композиционных материалов с более высокой твердостью и электроизоляционными свойствами.

Автором доказано, что электростатические силы могут эффективно влиять на взаимодействие дисперсных частиц в системах «пылевая частица-микроорганизм» и «частица-частица», что приводит к существенным изменениям в дисперсном и морфологическом составе, как самого наполнителя, так и композита в целом.

Литература

1. Arshadi, M. and Gref, R. 2005. “Emission of volatile organic compounds from softwood pellets during storage”, Forest Products Journal, vol. 55, no.12, pp.132–135.
2. Рабинович, М. Л. Теоретические основы биотехнологии древесных композитов: В 2 кн. Кн. I. Древесина и разрушающие ее грибы [Текст] / М. Л. Рабинович, А. В. Болобова, В. И. Кондращенко ; Отв. ред. А. М. Безборо дов. – М.: Наука, 2001. – 264 с. 4.
3. Луканина, Ю. К. Термо- и фотоокисление биодеструктируемых композиций на основе полиэтилена и природных наполнителей [Текст] / Ю. К. Луканина, Н. Н. Колесникова, А. В. Хватов и др.// Пластические массы. – 2007. – №5. – С. 40-41.
4. Черкасова, Наталья Геннадьевна. Улучшение качества очистки и оздоровление воздушной среды искусственной ионизацией: диссертация кандидата технических наук: 03.00.16 Красноярск, 2002 286 c.: 61 03-5/1064

References

1. Arshadi, M. and Gref, R. 2005. “Emission of volatile organic compounds from softwood pellets during storage”, Forest Products Journal, vol. 55, no.12, pp.132–135.
2. Rabinovich, M. L. Teoreticheskie osnovy biotehnologii drevesnyh kompozitov: V 2 kn. Kn. I. Drevesina i razrushajushhie ee griby [Tekst] / M. L. Rabinovich, A. V. Bolobova, V. I. Kondrashhenko ; Otv. red. A. M. Bezboro dov. – M.: Nauka, 2001. – 264 s. 4.
3. Lukanina, Ju. K. Termo- i fotookislenie biodestruktiruemyh kompozicij na osnove polijetilena i prirodnyh napolnitelej [Tekst] / Ju. K. Lukanina, N. N. Kolesnikova, A. V. Hvatov i dr.// Plasticheskie massy. – 2007. – №5. – S. 40-41.
4. Cherkasova, Natal'ja Gennad'evna. Uluchshenie kachestva ochistki i ozdorovlenie vozdushnoj sredy iskusstvennoj ionizaciej: dissertacija kandidata tehnicheskih nauk: 03.00.16 Krasnojarsk, 2002 286 c.: 61 03-5/1064