Автореферат (Эластомерные материалы на основе бутадиен-стирольных термоэластопластов с повышенной устойчивостью к образованию бактериальных биопленок)

На правах рукописиИльин Андрей АлександровичЭластомерные материалы на основе бутадиен-стирольныхтермоэластопластов с повышенной устойчивостью к образованиюбактериальных биопленокСпециальность 05.17.06 – технология и переработка полимеров и композитовАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2017Работа выполнена на кафедре химии и технологии переработки эластомеров им.Кошелева Ф.Ф.

Федерального государственного бюджетного образовательного учреждениявысшего образования «Московский технологический университет (МИТХТ)».Научный руководитель:Люсова Людмила Ромуальдовнадоктор технических наук, профессор, заведующийкафедрой химии и технологии переработки эластомеровим.

Кошелева Ф.Ф. Федерального государственногобюджетного образовательного учреждения высшегообразования «Московский технологический университет(МИТХТ)»Официальные оппоненты:Малышева Галина Владленовнадоктор технических наук, профессор кафедры «Ракетнокосмические композитные конструкции» Федеральногогосударственногобюджетногообразовательногоучреждениявысшегообразования«Московскийгосударственный технический университет имениН.Э. Баумана»Петрова Алефтина Петровнадоктор технических наук, профессор, начальниклаборатории Федерального государственного унитарногопредприятия «Всероссийский научно-исследовательскийинститут авиационных материалов» ГНЦ РФВедущая организация: Общество с ограниченной ответственностью «Научноисследовательский институт эластомерных материалов и изделий» (ООО «НИИЭМИ»).Защита диссертации состоится 14 июня 2017 г.

в 15 часов в ауд. А-221 на заседаниидиссертационного совета Д 212.131.09 на базе Федерального государственного бюджетногообразовательного учреждения высшего образования «Московский технологическийуниверситет» по адресу 119831, г. Москва, ул. Малая Пироговская, д. 1.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственногобюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московскийтехнологический университет» по адресу: 119571, г.

Москва, пр. Вернадского, д. 86 и наинтернет-сайте www.mirea.ru.Автореферат диссертации размещѐн на официальном сайте Федерального государственногобюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московскийтехнологический университет»: www.mirea.ru.Автореферат диссертации разослан «___» _________ 2017 г.Учѐный секретарь диссертационногосовета Д 212.131.09, д.т.н., доцентНаумова Ю.А.Общая характеристика работыАктуальность работы. Микроорганизмы неизбежно присутствуют во всехсферах жизни человека. Несмотря на исключительную важность симбиотическихпроцессов, происходящих между человеком и бактериями, нельзя забывать и одеятельности бактерий как паразитов и вредителей: от инфекционных заболеванийчеловека до порчи конструкций, механизмов и изделий.Материалы, работающие в зараженной бактериями среде, неизбежностановятся субстратом для бактериальных колоний – биопленок, которыеспособствуют дальнейшему инфицированию среды и повышают устойчивость клетокбактерий к внешним воздействиям.

Биопленки представляют угрозу дляработоспособности изделий, а применительно к медицинским изделиям, работающимв среде организма человека, — вызывают осложнения у пациента в результатевоспалительных процессов вплоть до летального исхода.Поскольку обеспечение внешнего дезинфицирующего воздействия не всегдавозможно реализовать, одним из путей решения проблемы является созданиематериалов, устойчивых к образованию биопленок. К материалам, которым чащевсего необходимо придать антибактериальные свойства, относятся полимерные, вчастности, эластомерные материалы.

Ввиду их технологической гибкости иогромным возможностям для модификации, они являются наиболее перспективнымис точки зрения создания устойчивых к образованию биопленок материалов.В мировой практике борьбы с биопленками предпочтение отдается методамсоздания антибактериальных поверхностей. Однако, несмотря на накопленный опыт вобласти создания антибактериальных материалов до настоящего времени в нашейстране крайне мало работ, посвященных обоснованию принципов борьбы сбиопленками. Имеющиеся публикации носят эпизодический характер. В связи с этимработа, направленная на создание эластомерных материалов, устойчивыхобразованию бактериальных биопленок, является своевременной и актуальной.Цель диссертационной работы.

Целью настоящей работы является разработкаантибактериальных эластичных покрытий на основе бутадиен-стирольныхтермоэластопластов (ТЭП) для защиты изделий из эластомерных материалов отобразования биопленок на их поверхности.Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:— изучение структуры композиционных материалов из ТЭП, содержащихбиоразлагаемые пластики и антибактериальные агенты.— определение связи между структурой композиционных материалов из ТЭП ифизико-механическими и адгезионными свойствами, в том числе по отношению к3бактериям.— разработкарецептурматериаловнаосновеТЭП,содержащихантибактериальные агенты и биоразлагаемые пластики, для получения материалов скомбинированной защитой от образования биопленок.Научная новизна.1. Впервые предложена новая технология создания антибактериальныхэластомерных материалов, заключающаяся в нанесении на изделие защитногопокрытия, в котором сочетается применение антибактериального агента икомпонентов, вызывающих самоочищение поверхности за счет регулируемойдеструкции поверхностного слоя, а также добавок, способствующих уменьшениюадгезии бактерий к поверхности эластомерного материала.2.

Разработаны принципы составления рецептур защитных покрытий дляэластомерных изделий с повышенной устойчивостью к образованию бактериальныхбиопленок.2.1. На основании комплексного исследования микробиологических,адгезионных, физико-механических и токсикологических свойств обоснованавозможность применения бутадиен-стирольных термоэластопластов в качествеэластомерной основы для антибактериальных эластомерных покрытий.2.2.

Впервые достигнут эффект самоочищения поверхности материала отбактерий в водных средах благодаря введению в эластомерную композицию от 1 до10 % масс. биоразлагаемых пластиков (полилактида, полигидроксибутирата),обеспечивающих существенное снижение (в 2-3 раза) адгезии бактериальных клетокпо сравнению с традиционно применяемыми эластомерными материаламимедицинского назначения.2.3. Впервые в составе полимерной композиции для покрытий предложеноиспользоватьчетвертичныеорганическиесолиаммония,являющиесяантибактериальными агентами и катионными поверхностно-активными веществами,которые при введении в эластомерный материал способствуют снижению адгезииклеток. Применение антибактериальных агентов совместно с биоразлагаемымипластиками способствует получению материалов, полностью невосприимчивых кобразованию биопленок.2.4.

Разработан и обоснован состав смесевого растворителя с использованиемкомпонентов, обладающих близкими значениями летучести при температуреполучения пленки, что способствует формированию пленки защитного покрытия изсмесевого растворителя с параметром растворимости, не меняющимся по мереудаления растворителя. Это обусловливает не только улучшение эксплуатационных4характеристик, но и их стабильность независимо от условий формирования пленкипокрытия.3. Исследования структуры смесевых композитов, полученных из растворовбутадиен-стирольных термоэластопластов с биоразлагаемыми пластиками, спривлечением методов растровой электронной микроскопии, электронногопарамагнитного резонанса, термогравиметрического анализа позволили установить,что эффект самоочищения поверхности материалов, сформированных из растворовданных полимеров, обусловлен локализацией пластиков в областях статистическогосополимера стирол-бутадиен вокруг доменов полистирола, что, вероятно, приводит кускоренной деструкции термоэластопласта в условиях контакта с водными средами.Практическаязначимость.Предложенспособзащитыповерхностиматериалов от прикрепления бактерий с помощью эластичных антибактериальныхпокрытий и разработана рецептура полимерных композиций для их получения.Разработанные составы представляют собой растворы ТЭП в органическихрастворителях,модифицированныебиоразлагаемымипластикамииантибактериальными агентами.