Автореферат (1091404), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Зависимость прочности связи при расслаивании системыпокрытие-резина от содержания ЦГ в системе растворителей ЦГ/МЭК.Поскольку наибольшей динамической выносливостью обладают покрытия,полученные из раствора в ЦГ/МЭК соотношением 75/25, именно такой составсмесевого растворителя для ДСТ использовали в последующих экспериментах.Вычисленный по принципу аддитивности параметр растворимости данной смесисоставляет 17,25 (МДж/м3)1/2, то есть, находится в интервале между параметрамирастворимости ПС (δ=18,2) и ПБ (δ=16,9).Однако введение в ДСТ биоразлагаемых пластиков, которые нерастворимы вданной смеси растворителей, вызвало необходимость использования другого10растворителя.
ДСТ растворяли в смеси ЦГ/МЭК, а пластики — в индивидуальномрастворителе, способном растворять и пластик, и ДСТ. Для этой цели выбралихлороформ (ХФ). Введение биоразлагаемых пластиков в ДСТ проводили путемсмешивания получившихся растворов. Содержание ХФ в смеси ЦГ/МЭК/ХФ, такимобразом, зависит от требуемой концентрации пластика в ДСТ.
Поскольку ХФобладает в два раза большим давлением пара по сравнению с ЦГ и МЭК, пленка ДСТ(фазы ПБ и ПС ДСТ в смеси с ПЛА/ПГБ) формируется из смеси ЦГ/МЭК заданногосоотношения 75/25 после испарения ХФ.3.3. Физико-механические и адгезионные свойства материалов из ДСТВ главе 3.3 рассмотрено влияние содержания биоразлагаемых пластиков иантибактериальных агентов на комплекс физико-механических свойств пленок иадгезионных свойств покрытий. Для создания материалов покрытий, устойчивых кобразованию биопленок, необходимо введение в ДСТ как биоразлагаемых пластиков,так и антибактериальных агентов.Разрабатываемые покрытия должны обладать достаточно высокими физикомеханическими характеристиками, поскольку от прочности пленки и относительногоудлинения при разрыве покрытия зависит как ее устойчивость к внешниммеханическим воздействиям, так и прочность связи покрытие-субстрат(деформационная составляющая работы разрушения адгезионного соединения).Поэтому необходимо решить компромиссную задачу — получить покрытия,невосприимчивые к адгезии бактерий, но при этом сохраняющие удовлетворительныепрочностные характеристики и адгезионные свойства по отношению к субстрату.Зависимость условной прочности при растяжении пленок из ДСТ отсодержания ПЛА и ДСДМАХ приведена на рисунке 3.Пленки из ДСТ сохраняют удовлетворительные значения физико-механическихпоказателей при содержании биоразлагаемого пластика до 20% (условная прочностьпри этом составляет 8-10 МПа, относительное удлинение 350-450%) и присодержании антибактериального агента до 2%.Антибактериальные агенты оказывают отрицательное влияние на физикомеханические характеристики материала, что связано как с их термодинамическойнесовместимостью с ДСТ, так и с кристаллизацией агентов в массиве ДСТ приполучении пленок (испарении растворителя), приводящей к образованию центровконцентрации напряжений.1125Усл.прочность, МПаУсл.
прочность, МПа6050403020100201510500204060801000Содержание ПЛА, % масс.12345Содержание ДСДМАХ, % масс.Рисунок 3. Зависимость условной прочности при растяжении системыДСТ/ПЛА от содержания ПЛА (слева) и ДСДМАХ (справа).На рисунке 4 приведены результаты динамических испытаний покрытий изДСТ/ПЛА и ДСТ/ДСДМАХ.250Уст. выносл. приизгибе, тыс.цикловУст.
выносл. приизгибе, тыс.циклов250200150100500200150100500051015200Содержание ПЛА, % масс.12345Содержание ДСДМАХ, % масс.Рисунок 4. Зависимость усталостной выносливости покрытия примногократном продольном изгибе от содержания в ДСТ ПЛА (слева) и ДСДМАХ(справа).Из представленных зависимостей видно, что покрытие из ДСТ показываетнаибольшую динамическую выносливость, составляющую 300 тыс. цикловрастяжения и более 180 тыс. циклов при продольном изгибе. При введении как ПЛА,так и ДСДМАХ усталостная выносливость покрытий снижается.Для того чтобы оценить долю адгезионной составляющей в динамическойвыносливости системы покрытие-резина, определили также прочность связи в даннойсистеме.
Как биоразлагаемые пластики, так и антибактериальные агенты вызываютсущественное снижение прочности связи (в 2 раза для 10% ПЛА и для 1% ДСДМАХ,в 3 раза для 20% ПЛА, в 6 раз для 3% ДСДМАХ).12Совместное введение в композицию пластиков и антибактериальных агентовтакже ожидаемо привело к ухудшению всех изучаемых показателей (рисунок 5).11700.812180 тыс.цикл0.60.419016 МПа180.200Cодержание ДСДМАХ, масс.ч.Содержание ТМДЭТА, масс.ч.1201702468Содержание ПЛА, масс.ч.800.8100 тыс.цикл100.616 МПа0.40.20010601218201401702468Cодержание ПЛА, масс.ч.10Рисунок 5. Зависимости условной прочности при растяжении (жирные линии)и усталостной выносливости покрытий при многократном изгибе (пунктирныелинии) для систем ДСТ/ПЛА/ТМДЭТА и ДСТ/ПЛА/ДСДМАХ.Таким образом, поскольку в работе решали компромиссную задачу –обеспечение устойчивости к образованию и развитию на поверхности биопленок присохранении эксплуатационных характеристик, содержание в пленке покрытия более10% масс.
пластиков и более 1% масс. агентов нежелательно, поскольку существенноснижаются физико-механические и адгезионные характеристики системы покрытиерезина.3.4. Набухание пленок из ДСТ в водных средахГлава 3.4 посвящена изучению влияния биоразлагаемых пластиков иантибактериальных агентов на процесс набухания пленок из ДСТ в водных средах.Набухание пленок проводили в дистиллированной воде, водных раствораххлорида натрия (0,9% масс., физиологический раствор) и мочевины (0,02% масс.) притемпературе 37°C.В качестве примера на рисунке 6 представлена зависимость степени набуханияв дистиллированной воде от времени пленок из ДСТ с ПЛА. Зависимость для ПГБимеет аналогичный характер.Зависимость степени набухания от времени для ДСТ имеет классическийхарактер равновесного набухания с равновесным значением степени набухания 3 ±0,5%.
Введение ПЛА резко изменяет картину набухания. Степень набухания дляпленок с ПЛА изменяется со временем немонотонно, кривая зависимости имеет13волнообразный характер и не выходит к равновесному состоянию, что говорит опротеканиидеструктивныхпроцессов,такжеотмеченныхивходемикробиологических исследований. Следует отметить и увеличение степенинабухания из-за диффузии воды. Согласно приведенным данным период колебанийстепени набухания составляет приблизительно 150 сут. Введение 0,5% масс.ТМДЭТА или ДСДМАХ ввиду их гидрофильности несколько увеличивает степеньнабухания ДСТ и систем ДСТ/ПЛА(ПГБ), характер изменения степени набухания современем при этом не изменяется.Степень набухания, %16141210864200306090120150180Время, сутРисунок 6.
Зависимость степени набухания в дистиллированной воде отвремени: сплошная линия — ДСТ, штриховая — ДСТ+5% ПЛА, пунктирная —ДСТ+10% ПЛА.Картина набухания пленок в физиологическом растворе и в водном растворемочевины практически такая же, с незначительными отличиями по значениямстепени набухания в заданный момент времени.3.5. Микробиологические испытания материалов из ДСТВ главе 3.5 подробно рассмотрена адгезия модельных микроорганизмов кпокрытиямсразличнымсодержаниембиоразлагаемыхпластиковиантибактериальных агентов.В качестве контроля в экспериментах использовали покрытие из ДСТ безбиоразлагаемых пластиков и антибактериальных агентов.
Материал-субстрат, накоторый наносили покрытия — резина из натурального каучука. Установлено, чтопокрытие из ДСТ без добавления пластиков и агентов на 20-30% менее восприимчивок колонизации бактериями, чем резина из НК. Изменение числа КОЕ на поверхности14покрытий из ДСТ в зависимости от содержания ПЛА при различном времениконтакта с суспензией Escherichia coli показано на рисунке 7.2830Число КОЕ25202017151110106574351 20 10 00 0406080100005101520Содежание ПЛА, % масс.Рисунок 7.
Влияние содержания ПЛА на число КОЕ E. coli на поверхностипокрытий: левые столбцы — время контакта 2 сек, правые — 72 ч.При увеличении содержания ПЛА в ДСТ число КОЕ существенно снижается.Увеличение времени контакта с суспензией приводит к увеличению числа КОЕ, но,тем не менее, при содержании в ПЛА 5% масс. адгезия бактерий после 72 ч контактана 40%, а при содержании 10% — на 65% меньше, чем у ДСТ. При увеличенииконцентрации ПЛА более 60% масс. поверхность покрытия становитсяневосприимчивой к колонизации бактериями.
Несмотря на то, что введение ПЛА вДСТ увеличивает стойкость материала к адгезии бактерий, при содержании ПЛАболее 10% масс. существенно ухудшаются динамические характеристики покрытий.Аналогичная картина наблюдается при совмещении ДСТ с ПГБ. Сходныерезультаты для ПЛА и ПГБ были получены при исследовании адгезии Staphylococcusaureus.Если предположение о самоочищении поверхности верное, то системыДСТ/пластик должны сохранять стойкость к образованию биопленок настолькодолго, сколько может существовать само покрытие. Для этого образцы покрытийотмывали от бактерий и снова приводили на 72 ч в контакт с суспензией. Повторнаяколонизация ДСТ без ПЛА привела к увеличению числа КОЕ на 20%. Материалы,содержащие ПЛА, имеют одинаковое значение числа КОЕ для начального иповторного контакта образцов с суспензией, что подтверждает сохранение защитныхсвойств покрытий. Аналогичные результаты получены при повторной колонизацииобразцов с ПГБ, а также для тех же систем с S.
aureus.15Исследованияповлияниюантибактериальныхагентовнаадгезиюбактериальных клеток проводили также при времени контакта с суспензией 2 сек и 72ч (рисунок 8).30283025Число КОЕ, E. coliЧисло КОЕ, E. coli2528202015108104 552 2202015105750 103 41 20 03,05,000,00,51,03,05,00,0Содежание ТМДЭТА, % масс.0,51,0Содежание ДСДМАХ, % масс.Рисунок 8. Влияние содержания ТМДЭТА и ДСДМАХ на число КОЕ E. coli наповерхности покрытий: левые столбцы — время контакта 2 сек, правые — 72 ч.Из представленных диаграмм видно, что введение агентов в ДСТ приводит ксущественному уменьшению числа КОЕ на поверхности покрытий. ДСДМАХснижает адгезию бактерий несколько сильнее, чем ТМДЭТА, что может быть связанос его антиадгезионными свойствами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
