Современные проблемы науки и образования. Воздействие уф - излучения на инженерные пластики Рулонные материалы стойкие к уф излучению

В последнее время в обществе (в том числе, в научном сообществе) стала доминировать мысль об универсальности пластиков и композитов, от которых ожидают решения большинства проблем традиционных материалов. Считается, что новые виды пластиков и композитов вскоре заменят не только металлы, но и стекло, термостойкие неорганические вяжущие, стройматериалы. Довольно распространенным является взгляд, что путем химического или физико-химического модифицирования пластмасс (например, их наполнения) можно добиться впечатляющих результатов.

Во многом это верно. Однако у полимеров есть несколько «ахиллесовых пят», исправить которые не позволяют химия и физика углерода и его соединений. Одна из таких проблем – термостойкость и химстойкость под воздействием солнца и других излучений. Решают данную проблему УФ-стабилизаторы (УФС).

В присутствии вездесущего кислорода лучи солнца обладают мощным разлагающим полимеры действием. Оно хорошо видно по лежащим на открытом воздухе под солнцем пластиковым изделиям – сперва тускнеющим и белеющим, затем трескающимся и рассыпающимся. Не лучше они ведут себя и в море: по данным экологов, морская вода и солнце превращают пластиковые изделия в пыль, которую затем рыбы путают с планктоном и едят (а мы потом едим такую рыбу). В общем, без УФС и антирадиационных добавок (АРД) полимер не годится для многих нам привычных сфер применения.

Полимеры чувствительны к воздействию УФ-излучения, поэтому срок службы изделий сокращается под воздействием атмосферных факторов вследствие светодеструкции полимера. Применение концентрата светостабилизатора позволяет получить изделия с высокой стойкостью к УФ-излучению и значительно увеличить срок их эксплуатации. Кроме того, применение УФС предотвращает потерю цвета, помутнение, потерю механических свойств и образование трещин в готовой продукции.

Светостабилизаторы особенно важны в изделиях большой площади, подвергаемых солнечному или другому облучению, – пленок, листов. Понятие «УФ-стабилизация» означает, что пленка на протяжении определенного срока теряет под действием солнечных лучей не больше половины своей изначальной механической прочности. УФС, как правило, содержит 20% «пространственно затрудненных» аминов НАLS (т.е. аминов с пространственным строением, затрудняющим конформационные движения молекул – это позволяет стабилизировать радикалы и др.) и антиокислитель.

Характеристики УФ-стабилизаторов

Механизм действия светостабилизаторов (кроме УФС есть ИК-стабилизаторы и др.) сложен. Они могут просто вбирать в себя (абсорбировать) свет, выделяя поглощенную энергию затем в виде тепла; могут вступать в химреакции с продуктами первичного разложения; могут замедлять (ингибировать) нежелательные процессы. Различают два способа введения УФС: поверхностное покрытие и введение в блок полимера. Считается, что в блок вводить дороже, зато действие УФС долговечнее и надежнее. Правда, основная масса изделий (например, все китайские) стабилизируется нанесением полимерного поверхностного слоя – как правило, 40-50 мкм. Кстати, для долгого срока службы (3–5 лет или до 6–10 сезонов) недостаточно добавить много УФС, нужны еще достаточная толщина и запас прочности. Так, для срока службы 3 года пленка должна быть толщиной не менее 120 мк, для 6–10 сезонов необходим трехслойный материал толщиной до 150 мк, с упрочненным средним слоем.

УФС можно подразделить на абсорберы и стабилизаторы. Абсорберы вбирают излучение и преобразуют его в тепло (и их эффективность зависит от толщины слоя полимера, они малоэффективны в очень тонких пленках). Стабилизаторы стабилизируют уже появившиеся радикалы.

В СНГ продаются формы полимеров как стабилизированные (дороже) так и нестабилизированные (дешевле). Во многом это объясняет более низкое качество дешевых изделий-аналогов из Китая или других стран. Понятно, что полимеры (пленки) с удешевленной стабилизацией будут служить меньше установленного срока. Например, часто декларируется стабильность в течение 10 сезонов, но не указывается степень снижения стабильности при усиленных нагрузках. В итоге срок службы нередко составляет половину заявленного (т.е. 1–2 года).

Хорошим примером эффекта стабилизации полимера можно считать поликарбонат, полиэтилен и пленки. Срок действия поликарбоната в виде сотового листа колеблется от 2 до 20 лет, в зависимости от степени стабилизации. Из-за экономии на стабилизаторах, 90% производителей не могут подтвердить заявленный срок действия ПК-листов (обычно – 10 лет). То же с пленками. Например, агропленки вместо 5–10 сезонов выдерживают лишь 2–3, что приводит к существенным потерям в агросекторе. Полиэтилен без УФС не работает долго, поскольку быстро разлагается УФ-излучением (обратите внимание на вид и состояние ПЭ-изделий 10–15-летней давности). Из-за этого, например, полиэтиленовые газовые или водные трубы запрещают прокладывать по поверхности земли и даже внутри помещения. Без УФС и АРД не рекомендуется перерабатывать такие крупнотоннажные полимеры, как полипропилен, полиформальдегид, каучуки.

Качественные УФС, к сожалению, стоят дорого (большинство из них продуцируется брендовыми западными фирмами), и из-за этого многие местные производители на них экономят (их надо добавлять в количестве 0,1–2, а то и 5%). Вместо новых ГОСТов в производстве используются ТУ, и ГОСТы 20-летней давности. Для сравнения, в ЕС обновление стандартов по стабилизаторам проходит раз в 10 лет. Каждый из видов УФС имеет особенности, которые следует учитывать при использовании. К примеру, аминные УФС приводят к потемнению материала, и для светлых изделий их использовать не рекомендуется. Для них используются фенольные УФС.

Заметим, что присутствие УФС в полимерах, особенно пленках, пока не является само собой разумеющимся, о чем надо помнить потребителям. Солидные производители акцентируют внимание на присутствии УФС в какой-либо продукции. Так, Mitsubishi-Engineering Plastics заявляют о том, что гранулы их поликарбоната NOVAREX содержат УФ-стабилизирующую добавку, «чтобы сотовый поликарбонат мог использоваться в течение 10 лет под усиленным воздействием солнечных лучей». Пример «поближе» – последний апрельский релиз белорусского предприятия «Светлогорск-Химволокно» относительно внедрения новой продукции – ПЭ-пленки с УФС. Помимо объяснений, зачем нужны УФС, пресс-служба предприятия отмечает: пленка с УФС «может иметь срок службы до трех сезонов». Информация от одного из старейших и уважаемых в отрасли предприятий (основано в 1964 году, выпускает химволокна, полиэфирные текстильных нитей, быттовары) показывает: за наличием УФС в полимере потребитель должен следить сам.

Пару слов о рынке

Глобальный рынок свето- и термостабилизаторов приближается к отметке в 5 миллиардов долларов – точнее, к 2018 году ожидается достижение планки в 4,8 миллиардов. Крупнейшим потребителем стабилизаторов является строительная отрасль (в 2010 году 85% стабилизаторов использовалось для производства профилей, труб и кабельной изоляции). С учетом растущей моды на сайдинг (устойчивость которого к светооблучению является важнейшим условием), доля УФС в строительстве может лишь возрастать. Неудивительно, что на рынке светостабилизаторов и сейчас отмечается высокий спрос – крупнейшим потребителем стабилизаторов оказался Азиатско-Тихоокеанский регион, на который приходится до половины глобального спроса. Далее следуют Западная Европа и США. Затем идут рынки в Южной Америке, СНГ и Восточной Европе, на Среднем Востоке – там рост спроса на УФС опережает средние значения, достигая 3,5–4,7% в год.

Мировой рынок еще с 70-х годов стал пополняться предложениями от ведущих еврокомпаний. Так, почти полвека успешно используется УФС марки Tinuvin, для расширения производства которых в 2001 году компанией Ciba был построен новый завод (в 2009 году Ciba вошла в состав BASF). Компания IPG (International Plastic Guide) испытала и вывела на рынок концентрат УФС марки LightformPP для пленок и спанбондов (это нетканый полипропиленовый микропористый паропроницаемый изоляционный материал). Новые УФС, помимо светозащиты, уберегают от разрушающего действия пестицидов (в том числе, сернистых), что особенно важно в агропроме. Новые УФС уже начали поставляться в СНГ (как правило, поставки идут из Западной Европы, США и Южной Кореи). Разработки УФС проводят японская Novarex, западные Clariant, Ampacet, Chemtura, BASF. В последнее время все большее влияние приобретают азиатские продуценты – не только южнокорейские, но и китайские.

Дмитрий Северин

Собрав значительную коллекцию темноцветных гифомицетов, выделенных из разных мест обитания, мы приступили к изучению отношения природных изолятов грибов к УФ-излучению. Такое исследование позволило выявить различия в УФ-устойчивости среди широко распространенных в почве видов и родов семейства Dematiaceae, определить распределение этого признака в пределах каждого биоценоза, его таксономическую и экологическую значимость.

Нами изучена устойчивость к УФ-лучам (254 нм, интенсивность дозы 3,2 Дж/м 2) 291 культуры грибов, выделенных из луговых и пойменно-луговых (21 вид 11 родов), высокогорных (25 видов 18 родов) и засоленных (30 видов 19 родов) почв. При изучении УФ-устойчивости культур Dematiaceae, выделенных из равнинных засоленных почв юга УССР, исходили из предположения, что с нарастанием неблагоприятных условий существования в связи с засоленностью почвы в ней будет накапливаться большее чем в других почвах количество устойчивых видов темноцветных гифомицетов. В ряде случаев оказалось невозможным определить УФ-устойчивость ввиду утраты или спорадичности спороношений у видов.

Мы изучали природные изоляты темноцветных гифомицетов, в связи с этим каждая выборка характеризовалась неодинаковым количеством культур. Для некоторых редко встречающихся видов величина выборки не позволила провести соответствующую статистическую обработку.

Широко распространенный и часто встречающийся род Cladosporium представлен наибольшим количеством штаммов (131), в отличие от родов Diplorhinotrichum, Haplographium, Phialophora и др., выделенных только в единичных случаях.

Изученные грибы мы условно разделили на высокоустойчивые, устойчивые, чувствительные и высокочувствительные. К высокоустойчивым и устойчивым отнесли такие, выживаемость которых после 2-часовой экспозиции УФ-лучами составила более 10% и от 1 до 10% соответственно. Виды, выживаемость которых составляла от 0,01 до 1% и от 0,01% и ниже, мы отнесли к чувствительным и высокочувствительным.

Выявлены большие колебания в УФ-устойчивости изученных темноцветных гифомицетов - от 40% и более до 0,001%, т. е. в пределах пяти порядков. Эти колебания несколько меньшие на уровне родов (2-3 порядка) и видов (1-2 порядка), что согласуется с результатами, полученными, на бактериях и культурах тканей растений и животных (Самойлова, 1967; Жестяников, 1968).

Из 54 изученных видов семейства Dematiaceae высокоустойчивые к длительному УФ-облучению 254 нм Helminthosporium turcicum, Hormiscium stilbosporum, Curvularia tetramera, C. lunata, Dendryphium macrosporioides, Heterosporium sp., Alternaria tenuis, значительная часть штаммов Stemphylium sarciniforme. Все они отличаются интенсивно пигментированными, ригидными клеточными стенками и, за исключением Dendryphium macrosporioides, Heterosporium sp. и Hormiscium stilbosporum, относятся к группам Didimosporae и Phragmosporae семейства Dematiaceae, характеризующимся крупными многоклеточными конидиями.

Значительно большее число видов устойчивы к УФ-лучам. К ним относятся виды родов Alternaria, Stemphylium, Curvularia, Helminthosporium, Bispora, Dendryphion, Rhinocladium, Chrysosporium, Trichocladium, Stachybotrys, Humicola. Отличительнымиособенностями этой группы, также как и предыдущей, являются крупные конидии с ригидными, интенсивно пигментированными стенками. Среди них также значительное место занимали грибы группы Didimosporae и Phragmosporae: Curvularia, Helminthosporium, Alternaria, Stemphylium, Dendryphion.

К УФ-чувствительным отнесены 23 вида темноцветных гифомицетов: Oidiodendron, Scolecobasidium, Cladosporium, Trichosporium, Haplographium, Periconia, Humicola fusco-atra, Scytalidium sp., Alternaria dianthicola, Monodyctis sp., Peyronella sp., Curvularia pallescnes и др. Обращает на себя внимание, что виды A. dianthicola и С. pallescens, конидии которых менее пигментированы, чувствительны к УФ-лучам, хотя остальные виды этих родов устойчивы и даже высокоустойчивы.

Согласно принятому делению, виды широко распространенного и представленного в наших исследованиях наибольшим количеством штаммов рода Cladosporium отнесены к чувствительным (С. linicola, С. hordei, С. macrocarpum, С. atroseptum. С. brevi-compactum var. tabacinum) и высокочувствительным (С. elegantulum, С. transchelii, С. transchelii var. semenicola, С. griseo-olivaceum).

Виды рода Cladosporium, принадлежащие к первой группе, отличались достаточно плотными, интенсивно пигментированными, шероховатыми клеточными оболочками, в отличие от второй группы видов, клеточные стенки которых тоньше и менее пигментированы. Чувствительные виды, выживаемость которых после облучения дозой 408 Дж/м 2 составляла менее 0,01 %, - Diplorhinotrichum sp., Phialophora sp., Chloridium apiculatum и др. Крупноспоровые темноцветные гифомицеты в этой группе отсутствовали. Высокочувствительные к УФ-облучению виды имели мелкие, слабо пигментированные или почти бесцветные конидии.

У некоторых видов Dematiaceae была изучена морфология конидий, образовавшихся после облучения дозой 800 Дж/м 2 . Конидии Cladosporium transchelii, С. hordei, С. elegantulum и С. brevi-compactum, образовавшиеся после облучения, как правило, крупнее чем у необлученных видов. Особенно четко эта тенденция проявлялась на базальных конидиях. Заметные изменения в морфологии конидий наблюдались также у крупноспоровых, устойчивых к УФ-лучам видов Curvularia geniculata, Alternaria alternata, Trichocladium opacum, Helminthosporium turcicum, они обнаруживались только после облучения большими дозами УФ-лучей порядка 10 3 Дж/м 2 . При этом конидии Curvularia geniculata заметно удлинялись и становились почти прямыми, в конидиях Alternaria alternata уменьшалось количество продольных перегородок вплоть до полного исчезновения, а сами они становились крупнее контрольных. Напротив, конидии Н. turcicum становились мельче, количество перегородок в них уменьшалось, иногда перегородки становились изогнутыми. В конидиях Trichocladium opacum наблюдалось появление отдельных, необычно вздутых клеток. Такие изменения в морфологии свидетельствуют о значительных нарушениях процессов роста и деления в облученных грибах.

Изучение природных изолятов грибов семейства Dematiaceae подтвердило определенную зависимость УФ-устойчивости от величины конидий и пигментации их оболочек. Как правило, крупные конидии более устойчивы, чем мелкие. Следует отметить, что выбранный нами показатель - выживаемость - меланинсодержащих грибов после облучения дозой 408 Дж/м 2 свидетельствует о высокой устойчивости группы грибов в целом, превосходящей таковую уникальных по этому признаку микроорганизмов Micrococcus radiodurans (Moseley, Copland, 1975) и Micrococcus radiophilus (Lewis, Kumita, 1972). Совершенно очевидно, что природа такого явления нуждается в дальнейшем изучении с привлечением высокоустойчивых и устойчивых по этому признаку видов семейства Dematiaceae.

Мы изучали распределение признака УФ-резистентности у темноцветных грибов, выделенных из пойменно-луговых, засоленных и высокогорных почв, которое изображали графически. Полученные кривые напоминали кривые нормального распределения (Лакин, 1973). Выживаемость большинства (41,1 и 45,8%) культур, выделенных соответственно из луговых и засоленных почв Украины, составляла после дозы 408 Дж/м 2 (2-часовая экспозиция) 0,02-0,19%, и устойчивость к этому фактору распределялась в пределах 6 порядков. Следовательно, предположение о повышенной устойчивости к УФ-облучению темноцветных гифомицетов из засоленных почв не подтвердилось.

Заметно отличалась от описанного выше УФ-устойчивость высокогорных видов семейства Dematiaceae, что нашло отражение в изменении положения пика кривой и размах распределения.

Для 34,4% культур выживаемость составляла 0,2-1,9 %. Выживаемость 39,7% изолятов превышала 2%, т. е. кривая распределения признака УФ-устойчивости смещена в сторону повышенной устойчивости к УФ-облучению. Размах распределения по этому свойству не превышал четырех порядков.

В связи с выявленными различиями в распределении признака УФ-устойчивости у равнинных и высокогорных видов и родов семейства Dematiaceae, представлялось целесообразным проверить за счет чего они происходят: вследствие преимущественной встречаемости высокоустойчивых и устойчивых к УФ-лучам видов темноцветных гифомицетов в горных почвах или имеет место повышенная устойчивость к УФ-радиации высокогорных штаммов одного и того же вида или рода по сравнению с равнинными. Для доказательства последнего провели сравнение культур семейства Dematiaceae, выделенных на поверхности равнинных и высокогорных почв, а также из поверхностных (0-2 см) и глубоких (30-35 см) горизонтов равнинных луговых почв. Очевидно, что такие грибы находятся в крайне неравноценных условиях. Использованные нами выборки позволили проанализировать по признаку УФ-устойчивости 5 распространенных родов семейства Dematiaceae, выделенных на поверхности равнинных и высокогорных почв. Только штаммы, выделенные из высокогорных почв, видов рода Cladosporium и Alternaria достоверно более устойчивы, чем штаммы, выделенные из равнинных почв. УФ-устойчивость штаммов, выделенных из равнинных почв, напротив, была достоверно выше, чем высокогорных. Следовательно, различия по отношению к УФ-лучам в микофлоре районов с повышенной инсоляцией (высокогорные почвы) определяются не только преимущественной встречаемостью устойчивых родов и видов Dematiaceae, но и возможно адаптацией их к таким условиям. Последнее положение, очевидно, имеет частное значение.

Сравнение УФ-устойчивости культур наиболее распространенных родов темноцветных гифомицетов, выделенных из поверхностных, подвергающихся воздействию света, и глубоких почвенных горизонтов, показало отсутствие статистически достоверных различий между ними. Диапазон изменения признака устойчивости к УФ-лучам у природных изолятов широко распространенных видов Dematiaceae был большей частью одинаковым у равнинных и высокогорных изолятов и не превышал двух порядков. Широкая изменчивость по этому признаку на уровне вида обеспечивает возможность выживания устойчивой части видовой популяции в экологически неблагоприятных по данному фактору условиях.

Проведенные исследования подтвердили выявленную в эксперименте исключительно высокую УФ-устойчивость видов Stemphylium ilicis, S. sarciniforme, Dicoccum asperum, Humicola grisea, Curvularia geniculata, Helminthosporium bondarzewi, у которых после дозы облучения порядка 1,2-1,5 ∙ 10 3 Дж/м 2 до 8-50% конидий оставались живыми.

Следующей задачей явилось изучение устойчивости некоторых видов семейства Dematiaceae к биологически Экстремальным дозам УФ-излучения и искусственному солнечному свету (ИСС) высокой интенсивности (Жданова и др. 1978, 1981).

Облучали монослой сухих конидий на желатиновой подложке по методу Ли, модифицированному нами (Жданова, Василевская, 1981), и получили сравнимые, статистически достоверные результаты. Источником УФ-излучения служила лампа ДРШ - 1000 сo светофильтром УФС-1, пропускающим УФ-лучи 200-400 нм. Интенсивность светового потока составляла 200 Дж/м 2 ∙ с. Оказалось, что Stemphylium ilicis, Cladosporium transchelii и особенно его мутант Ч-1 высоко устойчивы к этому воздействию.

Так, выживаемость S. ilicis после дозы 1 ∙ 10 5 Дж/м 2 составила 5%. 5%-ная выживаемость для мутанта Ч-1, С. transchelii, мутантов К-1 и БМ наблюдалась после доз 7,0 ∙ 10 4 ; 2,6 ∙ 10 4 ; 1,3 ∙ 10 4 и 220 Дж/м 2 соответственно. Графически гибель облученных темноокрашенных конидий описывалась сложной экспоненциальной кривой с обширным плато, в отличие от выживаемости мутанта БМ, которая подчинялась экспоненциальной зависимости.

Кроме того, мы испытали устойчивость меланинсодержащих грибов к ИСС высокой интенсивности. Источником излучения служил осветитель солнечный (ОС - 78) на основе ксеноновой лампы ДКсР-3000, обеспечивающий излучение в диапазоне длин волн 200-2500 нм со спектральным распределением энергии, близким к солнечному. При этом доля энергии в УФ-области составляла 10-12% общего потока излучения. Облучение проводили в воздухе или в условиях вакуума (106,4 мк Па). Интенсивность излучения в воздухе составляла 700 Дж/м 2 ∙ с и в вакууме - 1400 Дж/м 2 ∙ с (0,5 и 1 солнечная доза соответственно). Одна солнечная доза (солнечная постоянная) - это величина полного потока солнечного излучения за пределами земной атмосферы на среднем расстоянии Земля - Солнце, падающего на 1 см 2 поверхности в 1 с. Измерение удельной облученности производили по специальной методике на позиции образца с помощью люксметра 10-16 с дополнительным нейтральным светофильтром. Каждый штамм облучали не менее чем 8-15 последовательно увеличивающимися дозами излучения. Время облучения варьировали от 1 мин до 12 суток. Об устойчивости к ИСС судили по выживаемости конидий грибов (количество образовавшихся макроколоний) по отношению к необлученному контролю, принятому за 100%. Всего испытано 14 видов 12 родов семейства Dematiaceae, из них 5 видов изучено более подробно.

Устойчивость культур С. transchelii и его мутантов к ИСС зависела от степени их пигментации. Графически она описывалась сложной экспоненциальной кривой с обширным плато резистентности. Значение ЛД 99,99 при облучении в воздухе для мутанта Ч-1 составило 5,5 ∙ 10 7 Дж/м 2 , исходной культуры С. transchelii - 1,5 ∙ 10 7 Дж/м 2 , светлоокрашенных мутантов К-1 и БМ - 7,5 ∙ 10 6 и 8,4 ∙ 10 5 Дж/м 2 соответственно. Облучение мутанта Ч-1 в условиях вакуума оказалось более благоприятным: заметно увеличивалась устойчивость гриба (ЛД 99,99 - 2,4 ∙ 10 8 Дж/м 2), изменился тип дозной кривой выживаемости (многокомпонентная кривая). Для остальных штаммов такое облучение было более губительным.

При сравнении устойчивости к УФ-лучам и ИСС высокой интенсивности культур С. transchelii и его мутантов, установлено много общего, несмотря на то что воздействие ИСС изучали на «сухих» конидиях, а УФ-лучами облучали водную суспензию спор. В обоих случаях обнаружена прямая зависимость устойчивости грибов от содержания ПЦ меланинового пигмента в клеточной оболочке. Сопоставление этих свойств свидетельствует об участии пигмента в устойчивости грибов к ИСС. Предложенный в дальнейшем механизм фотозащитного действия меланинового пигмента позволяет объяснить продолжительную устойчивость меланинсодержащих грибов к тотальным дозам УФ-лучей и ИСС.

Следующим этапом нашей работы явилось изыскание более устойчивых к этому фактору культур меланинсодержащих грибов. Ими оказались виды рода Stemphylium, причем устойчивость культур S. ilicis и S. sarciniforme в воздухе примерно одинакова, чрезвычайно высока и описывается многокомпонентными кривыми. Максимальная доза излучения 3,3 ∙ 10 8 Дж/м 2 для упомянутых культур соответствовала величине ЛД 99 . В вакууме, при более интенсивном облучении, выживаемость культур Stemphylium ilicis была несколько больше, чем S. sarciniforme (ЛД 99 равна 8,6 ∙ 10 8 и 5,2 ∙ 10 8 Дж/м 2 соответственно), т. е. выживаемость их практически одинакова и тоже описывалась многокомпонентными кривыми с обширным плато на уровне выживаемости 10 и 5%.

Таким образом, обнаружена уникальная устойчивость ряда представителей семейства Dematiaceae (S. ilicis, S. sarciniforme, мутанта C. transchelii Ч-1) к продолжительному облучению ИСС высокой интенсивности. Чтобы сравнить полученные результаты с ранее известными, мы уменьшили на порядок значения сублетальных доз, полученных для наших объектов, так как УФ-лучи (200-400 нм) установки ОС-78 составили 10% в ее световом потоке. Следовательно, выживаемость порядка 10 6 -10 7 Дж/м 2 в наших опытах на 2-3 порядка превосходит таковую, известную для высокоустойчивых микроорганизмов (Холл, 1975).

В свете представлений о механизме фотозащитного действия меланинового пигмента (Жданова и др., 1978), взаимодействие пигмента с квантами света приводило к фотоокислению его в грибной клетке и в дальнейшем к стабилизации процесса за счет обратимого фотопереноса электронов. В атмосфере аргона и в вакууме (13,3 м/Па) характер фотохимической реакции меланинового пигмента оставался таким же, но фотоокисление было выражено слабее. Увеличение УФ-устойчивости конидий темноцветных гифомицетов в вакууме нельзя связать с кислородным эффектом, который отсутствует при облучении «сухих» образцов. По-видимому, в нашем случае условия вакуума способствовали снижению уровня фотоокисления меланинового пигмента, ответственного за быструю гибель клеточной популяции в первые минуты облучения.

Таким образом, проведенное изучение устойчивости к УФ-излучению около 300 культур представителей семейства Dematiaceae показало значительную УФ-устойчивость к этому воздействию меланинсодержащих грибов. В пределах семейства установлена неоднородность видов по этому признаку. УФ-устойчивость предположительно зависит от толщины и компактности расположения меланиновых гранул в клеточной оболочке гриба. Испытана устойчивость ряда темноцветных видов к источникам УФ-лучей высокой мощности (лампы ДРШ-1000 и ДКсР-3000) и выявлена чрезвычайно устойчивая группа видов, значительно превосходящая по этому свойству такие виды микроорганизмов, как Micrococcus radiodurans и М. radiophilus. Установлен своеобразный характер выживаемости темноцветных гифомицетов по типу двух- и многокомпонентных кривых, которые впервые описаны нами.

Проведено изучение распределения признака устойчивости к УФ-лучам темноцветных гифомицетов в высокогорных почвах Памира и Памиро-Алая и в луговых почвах Украины. В обоих случаях оно напоминает нормальное распределение, но в микофлоре высокогорных почв явно преобладали УФ-устойчивые виды семейства Dematiaceae. Это свидетельствует о том, что солнечная инсоляция вызывает глубокие изменения в микофлоре поверхностных горизонтов почвы.

Акрил в архитектуре

Из акрилового стекла создаются красивейшие архитектурные сооружения - прозрачная кровля, фасады, дорожные ограждения , навесы, козырьки, беседки. Все эти конструкции эксплуатируются на открытом воздухе под постоянным воздействием солнечного излучения. Возникает резонный вопрос: смогут ли акриловые сооружения выдержать «натиск» лучей палящего солнца, сохранив при этом отличные эксплуатационные характеристики, блеск, прозрачность? Спешим вас порадовать: поводов для беспокойства нет. Акриловые конструкции могут безопасно эксплуатироваться на улице под постоянным воздействием ультрафиолетового излучения даже в жарких странах.

Сравнение акрила с другими пластиками по устойчивости к УФ-излучению

Попробуем сравнить акрил с другими пластиками. Сегодня для изготовления фасадного, кровельного остекления и оградительных конструкций используется большое количество различных прозрачных пластиков. На первый взгляд, они ничем не отличаются от акрила. Но синтетические материалы, похожие на акрил по своим визуальным характеристикам, теряют свою внешнюю привлекательность уже через несколько лет эксплуатации под прямыми солнечными лучами. Никакие дополнительные покрытия и пленки не способны защитить некачественный пластик от ультрафиолета на долгий срок. Материал остается чувствительным к УФ-лучам, а о надежности всевозможных поверхностных покрытий говорить, увы, не приходится. Защита в виде пленок и лаков со временем трескается, отслаивается. Не удивительно, что гарантия от пожелтения таких материалов не превышает нескольких лет. Акриловое стекло марки Plexiglas проявляет себя совершенно иначе. Материал обладает естественными защитными свойствами, поэтому не теряет своих отличных характеристик на протяжении, как минимум, трех десятков лет.

Как работает технология защиты акрила от солнечных лучей?

Устойчивость Plexiglas к УФ-излучению обеспечивается уникальной технологией комплексной защиты Naturally UV Stable. Защита формируется не только на поверхности, но и по всей структуре материала на молекулярном уровне. Производитель оргстекла Plexiglas предоставляет 30-летнюю гарантию на отсутствие пожелтения и помутнения поверхности при постоянной эксплуатации на улице. Такая гарантия распространяется на прозрачные бесцветные листы, трубы, блоки, стержни, гофрированные и ребристые плиты из акрилового стекла марки Plexiglas. Навесы, кровельные покрытия, прозрачные акриловые фасады, беседки, ограждения и другие изделия из оргстекла не приобретают неприятного желтого оттенка.

На схеме показаны изменения индекса светопропускания акрила в течение гарантийного срока эксплуатации в различных климатических зонах. Мы видим, что светопропускание материала незначительно снижается, но это минимальные, незаметные невооруженным глазом изменения. Снижение индекса светопропускания на несколько процентов можно определить лишь с помощью специального оборудования. Визуально акрил остается первозданно прозрачным и блестящим.

На графике можно проследить динамику изменения светопроницаемости акрила в сравнении с обычным стеклом и другими пластиками. Во-первых, светопроницаемость акрила в исходном состоянии выше. Это самый прозрачный материал из известных на сегодняшний день пластиков. Со временем разница становится более заметной: некачественные материалы начинают темнеть, тускнеть, а светопроницаемость акрила остается на прежнем уровне. Ни один из известных пластиков, кроме акрила, не может пропускать 90% света через тридцать лет эксплуатации под солнцем. Именно поэтому акрилу отдают предпочтение современные дизайнеры и архитекторы при создании своих лучших проектов.

Упоминая о светопропускании, мы говорим о безопасном спектре ультрафиолетовых лучей. Опасную часть спектра солнечного излучения акриловое стекло задерживает. Например, в доме под акриловой крышей или в самолете с акриловыми иллюминаторами люди находятся под надежной зашитой остекления. Для пояснения разберемся в природе ультрафиолетового излучения. Спектр делится на коротковолновое, средневолновое и длинноволновое излучение. Каждый тип излучения оказывает различное воздействие на окружающий мир. Наиболее высокоэнергетическое излучение с короткой длиной волны, поглощаемое озоновым слоем планеты, способно повредить молекулы ДНК. Средневолновое - при длительном воздействии вызывает ожоги кожи и угнетает основные функции организма. Самое безопасное и даже полезное - длинноволновое излучение. До нашей планеты добирается лишь часть опасного средневолнового излучения и весь длинноволновой спектр. Акрил пропускает полезный спектр УФ-излучения, задерживая опасные лучи. В этом заключается очень важное преимущество материала. Остекление дома позволяет сохранить максимум света в помещении, оберегая людей от негативного воздействия ультрафиолета.

Выше уже отмечалось (см. предыдущую статью) что лучи УФ - диапазона принято делить на три группы в зависимости от длины волны:
[*]Длинноволновое излучение (UVA) – 320-400 нм.
[*]Среднее (UVB) – 280-320 нм.
[*]Коротковолновое излучение (UVC) – 100-280 нм.
Одна из основных трудностей при учете воздействия УФ – излучения на термопласты состоит в том, что его интенсивность зависит от множества факторов: содержания озона в стратосфере, облаков, высоты местоположения, высоты стояния солнца над горизонтом (как в течение суток, так и в течение года) и отражения. Сочетание всех этих факторов и определяет уровень интенсивности УФ-излучения, что отражено на данной карте Земли:
В зонах, окрашенных в темно-зеленый цвет интенсивность УФ-излучения наивысшая. Кроме того, необходимо учитывать что повышенная температура и влажность дополнительно усиливают эффект воздействия УФ – излучения на термопласты (см. предыдущую статью).
[B]Основной эффект от воздействия УФ – излучения на термопласты
Все виды УФ – излучения могут вызывать фотохимический эффект в структуре полимерных материалов, который может как приносить пользу, так и приводить к деградации материала. Тем не менее, по аналогии с человеческой кожей, чем вышек интенсивность излучения и чем меньше длина волны, тем больше риск деградации материала.
[U]Деградация
Основной видимый эффект от воздействия УФ–излучения на полимерные материалы – появление т.н. «меловых пятен», изменение цвета на поверхности материала и повышение хрупкости участков поверхности. Данный эффект можно часто наблюдать на пластиковых изделиях, постоянно эксплуатируемых вне помещений: сиденьях на стадионах, садовой мебели, тепличной пленке, оконных рамах и т.д.
В то же время, нередко изделия из термопластов должны выдерживать воздействие УФ-излучения таких видов и интенсивности, которые не встречаются на Земле. Речь идет, например, об элементах космических аппаратов, что требует применения таких материалов как FEP.
Отмеченные выше эффекты от воздействия УФ-излучения на термопласты отмечаются, как правило, на поверхности материала и редко проникают в структуру глубже 0.5 мм. Тем не менее, деградация материала на поверхности при наличии нагрузки может приводить к разрушению изделия в целом.
[U]Положительные эффекты
В последнее время широкое применение нашли специальные полимерные покрытия, в частности на основе полиуретан-акрилата, «самозалечивающиеся» под воздействием УФ-излучения. Обеззараживающие свойства УФ-излучения широко используются, к примеру, в кулерах для питьевой воды и могут быть дополнительно усилены хорошими пропускающими свойствами PET. Данный материал используется также в качестве защитного покрытия на УФ инсектицидных лампах, обеспечивая пропускание до 96% светового потока при толщине 0.25 мм. УФ-излучение применяется, также, для восстановления чернил нанесенных на пластиковую основу.
Положительный эффект от воздействия УФ-излучения дает применение флуоресцентных отбеливающих реагентов (FWA). Многие полимеры при естественном освещении имеют желтоватый оттенок. Однако введение в состав материала FWA УФ-лучи поглощаются материалом и излучают обратно лучи видимого диапазона голубого спектра с длиной волны 400-500 нм.
[B]Воздействие УФ-излучения на термопласты
Энергия УФ-излучения, поглощенная термопластами, возбуждает фотоны, которые, в свою очередь, формируют свободные радикалы. В то время как многие термопласты в натуральном, чистом виде, не поглощают УФ-излучение, наличие в их составе остатков катализаторов и пр. загрязнений, служащих рецепторами, может приводить к деградации материала. Причем для начала процесса деградации требуются ничтожные доли загрязнителей, например миллиардной доли натрия в составе поликарбоната ведет к нестабильности цвета. В присутствии кислорода свободные радикалы формируют гидроперекись кислорода, которая ломает двойные связи в молекулярной цепочке, что делает материал хрупким. Данный процесс часто называют фотоокислением. Однако даже при отсутствии водорода все равно происходит деградация материала вследствие связанных процессов, что особенно характерно для элементов космических аппаратов.
Среди термопластов, обладающих в немодифицированном виде неудовлетворительной стойкостью к УФ-излучению можно отметить POM, PC, ABS и PA6/6.
PET, PP, HDPE, PA12, PA11, PA6, PES, PPO, PBT считаются достаточно стойкими к УФ-излучению, как и комбинация PC/ABS.
Хорошей стойкостью к УФ-излучению обладают PTFE, PVDF, FEP и PEEK.
Великолепной стойкостью к УФ-излучению обладают PI и PEI.

Жесткий (непластифицированный) поливинилхлорид появился на российском рекламном рынке первым, и, несмотря на увеличивающийся с каждым годом ассортимент предлагаемых полимерных материалов, в некоторых областях рекламного производства продолжает устойчиво сохранять лидирующие позиции. Это объясняется наличием у ПВХ комплекса свойств, необходимых для решения разнообразных задач и удовлетворяющих самые строгие требования, предъявляемые к конструкционным материалам этого типа.

ПВХ характеризуется природной устойчивостью к ультрафиолетовому излучению, химическому воздействию, механической коррозии и контактным повреждениям. На протяжении длительного времени эксплуатации на улице не теряет первоначальных свойств. Не впитывает атмосферной влаги и, соответственно, не склонен к образованию конденсата на поверхности. Среди всех прочих пластиков обладает уникальной огнестойкостью. В нормальных эксплуатационных условиях не представляет опасности ни для человека, ни для окружающей среды. Легко обрабатывается механически, формуется (компактный материал), сваривается и склеивается. При пленочной аппликации нет необходимости задумываться о «подводных камнях» - ПВХ без участия человека не преподнесет «сюрпризов».

К условным недостаткам поливинилхлорида можно отнести:

непродолжительную устойчивость цветных модификаций к солнечным лучам (это не касается материалов с дополнительной УФ-стабилизацией);
возможное наличие у материалов неизвестного происхождения поверхностных разделительных смазок, требующих удаления;
ограниченная морозостойкость (до -20 °С), далеко не всегда подтверждаемая на практике (при соблюдении всех технологических правил изготовления конструкций и их монтажа, при отсутствии значительных механических нагрузок ПВХ стабильно ведет себя и при более низких температурах);
более высокий по сравнению со многими другими полимерными материалами коэффициент линейного теплового расширения, т. е. более широкий диапазон размерных искажений;
недостаточно высокая степень светопропускания прозрачного материала (ок. 88 %);
повышенные требования к утилизации: продукты дымления и горения опасны для человека и окружающей среды.

Жесткий поливинилхлорид производится в различных модификациях только методом экструзии. Широкий ассортимент ПВХ, включающий листы:

компактные и вспененные;
с глянцевой и матовой поверхностью;
белые, цветные, прозрачные и транслюцентные;
плоские и рельефные;
стандартного исполнения и повышенной прочности на изгиб,

позволяет использовать этот материал практически в любых областях рекламного производства.

Татьяна Дементьева
инженер-технолог