Результат интеллектуальной деятельности: Дезинфицирующее средство для защиты строительных материалов от биоповреждений

Изобретение относится к биоцидам, а именно к химическим средствам защиты различных строительных материалов, использующихся при отделочных работах, от повреждений микроскопическими грибами и бактериями и от развития плесеней на поверхности материалов.

Проблема биоповреждения строительных материалов довольно распространена. Микроскопические грибы развиваются на любом типе поверхности и существуют в любых климатических условиях. Особенностями их развития являются высокая метаболическая активность, что позволяет быстро захватывать новые площади и легко приспосабливаться к различным применяемым фунгицидам. Микроскопический размер спор позволяет им попадать даже в самые мелкие трещины субстрата, где происходит дальнейшее развитие мицелия. Кроме того, споры микроскопических грибов являются сильнейшими аллергенами, провоцируют микозы, обостряют хронические заболевания.

Факторами, провоцирующими развитие микроскопических грибов на строительных материалах, являются избыточная влажность, плохая вентиляция помещений, несоблюдение санитарно-гигиенических норм. Борьба с микроскопическими грибами представляет собой довольно сложный и длительный процесс, который не всегда имеет положительный результат.

На современном рынке представлено большое количество коммерческий средств-антиплесеней на основе различных компонентов: аминов ("Бактилизин", ТУ 9392-015-18885462-2005), четвертичных аммонийных соединений ("Део-антиплесень", ТУ 2386-004-26433370-2003; "Антиплесин", ТУ 2386-003-70001225-2003-2003), фенолов ("Кеми-Сайд", ТУ 9392-001-56715159-04; "Амоцид", ТУ 9392-028-00479095-98). Недостатками данных препаратов является действие на одну из систем клетки и как следствие развитие устойчивости у грибов при регулярном применении.

Известно средство защиты от плесени, представляющее собой хлорированное растительное масло с содержанием хлора 19-26% (патент RU №2524266, МПК A01N 29/00 (2006.01), А01Р 3/00 (2006.01), опубл. 27.07.2014). Преимуществами данного средства являются доступность, низкая стоимость и нетоксичность сырья. Недостатком описанного препарата является высокое содержание хлора в конечном продукте, что может стать причиной химических реакций между хлором и химическими веществами в составе строительных материалов. Это может привести к изменению потребительских свойств материалов, появлению высолов на обрабатываемой поверхности. Кроме того, средства с содержание хлора обладают резким запахом и могут быть токсичны для человека и животных.

Известны варианты фунгицидной композиции для строительных конструкций, содержащей олеат меди, в качестве фунгицида, носитель -касторовое масло или рицинолевую кислоту и растворитель (патент RU №2536882, МПК A01N 25/00 (2006.01), опубл. 27.12.2014). При этом смесь фунгицида и носителя содержит 10-50 об. % фунгицида и составляет 10-90 об. % композиции. Во втором варианте этой фунгицидной композиции в качества носителя используют рицинолевую кислоту, причем смесь фунгицида и носителя 10-50 об. % фунгицида и составляет 10-90 об. % композиции. В качестве растворителя могут быть использованы толуол, ксилол, метиловый, этиловый и пропиловый спирты, уайт-спирит, скипидар, метилэтилкетон, циклогексанол, этилацетат, этилцеллозольв, льняное масло, диметилформамид, диметилсульфоксид.

Композиция на основе олеата меди содержит в себе органические растворители, и применять ее необходимо на стадии строительства, пропитывая строительные материалы. Гидрофобность олеата меди не позволяет использовать препарат для обработки поверхностей на заключительной стадии.

Известен биоцидный препарат, состоящий из смеси полигексаметиленгуанидина основания (ПГМГ-ОН), извести и хлористого кальция при определенном соотношении ингредиентов, масс. %: ПГМГ-ОН - 7-15; CaCl2 - 3-6; известь - остальное, (патент RU №228734, МПК A61L 2/16 (2006.01), A61L 2/18 (2006.01), С04В 26/00 (2006.01)). Композицию получают смешением ПГМГ-гидрохлорида с примерно десятикратным избытком извести. Поверхность предварительно очищают с целью ее освобождения от микроорганизмов, обрабатывают 1-5% раствором ПГМГ-гидрохлорида и наносят на нее смеси ПГМГ основания, извести и хлористого кальция. Изобретение позволяет получить стабильное высокоэффективное биоцидное покрытие.

Недостатком названного препарата является использование в качестве активного начала водонерастворимого ПГМГ-ОН, что делает невозможным применение данного препарата в качестве добавки к водоэмульсионным материалам, так как это вещество гидрофобно и требует наличия дополнительных растворителей в составе.

Известно дезинфицирующее средство, содержащее следующие ингредиенты, масс. %: полигексаметиленгуанидина гидрохлорид - 3-50; солей двухвалентного железа - 0.001-5; водосодержащий растворитель - остальное (патент RU 2345794, МПК A61L 2/16 (2006.01), опубл. 10.02.2009). В качестве водосодержащего растворителя оно содержит воду или водный раствор с вспомогательными добавками, такими как неонол, гексаметилентетрамин, пропиленгликолевый эфир, мочевину. Недостатком дезинфицирующего средства является низкий бактериостатический эффект.

Известен лакокрасочный материал, обладающий биоцидными свойствами (патент RU №2195473, МПК (51) МПК C09D 5/14 (2000.01), C09D 5/02 (2000.01)). Активными компонентами препарата, обеспечивающими биоцидную и фунгицидную защиту, является фосфат или ацетат полигексаметиленгуанидина (0,8-1,5 масс. %) и препарат наноструктурных частиц серебра (0,58-1,1 масс. %). В качестве фосфата полигексаметиленгуанидина используют "фогуцид-нео" (ТУ 9392-001-56477872-01). В качестве источника ионов серебра используют препарат наноструктурных частиц серебра (ТУ 24990001-54850797-01). В составе этого препарата также добавочно присутствуют другие компоненты, масс. %: диоктилсульфосукцинат натрия - 6,1-12,2, кверцитин - 0,0704-0,0767, изооктан - остальное.

В качестве связующего используют лак ПФ-053, лак ПФ-060, лак АУ-069, коллоксилин м. ВНВ, коллоксилин м. ВВ, смолу 188, дисперсию ПВА, дисперсию стиролакриловую, дисперсию акриловую. Для водно-дисперсионных красок используют поливинилацетатную дисперсию ПВА, акриловую дисперсию "Акрэмос-101" (ТУ6-02-057-593-134-93) и другие. В качестве пигментов используют диоксид титана, белила цинковые, окись хрома, крон свинцовый и другие. Для водно-дисперсионных красок необходимо использование функциональных добавок: нейтрализатора, эмульгатора, диспергатора, загустителя, коалесцента и других. Для алкидных лакокрасочных материалов необходимо использование сиккатива. Недостатком данной композиции является ее гидрофобность и более высокая стоимость за счет содержания повышенного количества ионов серебра.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой композиции является продукт «Полисепт» (ТУ 9392-001-32963622-99). Активным веществом является полигексаметиленгуанидина гидрохлорид (ПГМГ-ГХ), на основе которого готовят дезинфицирующие растворы.

При приготовлении растворов средства исходят из расчетов, представленных в табл.1, 2.

Недостатком названного продукта является сравнительно низкий и бактериостатический и непродолжительный фунгицидный эффект (Ребрикова Н.Л., Понизовская В.Б. Итоговый отчет по теме «Анализ эффективности биоцидных препаратов, рекомендуемых для использования в памятниках архитектуры», 2017).

Задачей является создание водорастворимого нетоксичного препарата, обладающего высокой фунгицидной активностью, способного проявлять более высокий бактериостатический эффект.

Техническим результатом является расширение арсенала средств, обладающих фунгицидной активностью, способных проявлять бактериостатический эффект и применяемых для отделочных работ, как биоцидная добавка.

Технический результат достигается за счет использования дезинфицирующей композиции, включающей активное вещество, в качестве которого использован ПГМГ-ГХ, коллоидное серебро, легкую воду, обедненную дейтерием (ppm 50) и растворитель, в качестве которого использована вода, при следующем соотношении компонентов масс. %:

Особенностью заявляемого продукта является возможность достижения высокого дезинфицирующего эффекта благодаря композиции веществ с применением более низких концентраций веществ, входящих в состав. Наличие в составе композиции легкой воды усиливает проявление биоцидного эффекта, так как химические реакции в такой воде протекают быстрее и активное вещество быстрее взаимодействует с клетками. Объясняется это увеличением проницаемости мембран в среде, содержащей обедненную дейтерием воду (Касьянов Г.И., Ольховатов Е.А., Косенко О.В. Перспективы получения и применения легкой воды // Научный журнал КубГАУ. 2017. №127. С. 781-790).

Приведем примеры, подтверждающие оптимальное соотношение компонентов, позволяющее достичь технического результата.

Пример 1. Сопоставление фунгицидной активности водного раствора ПГМГ-ГХ, содержащего 1,5 масс. %, 3 масс. % 5 масс. % вещества. Часть образцов дополнительно содержала коллоидное серебро в количестве 0,03 масс. %. Испытания проводились на базе кафедры генетики, микробиологии и биохимии Кубанского государственного университета. Посев тест-культур микроскопических грибов на питательную среду Сабуро проводился с помощью чашечного метода Коха поверхностным способом (Прунтова О.В., Сахно О.Н., Лабораторный практикум по общей микробиологии. 2005. 77 с.). Тест-культурами являлись: Penicillium sp, Aspergillus sp., Mucor sp., Trichoderma sp. На поверхность питательной среды стерильной пипеткой вносили 0,1 мл суспензии в разведении 10^-3, содержащей споры грибов и фрагменты мицелия в дистиллированной воде.

Результаты регистрировались по наличию роста мицелия на среде, положительным результатом считалось отсутствие роста.

В таблице 3 представлены результаты о наличие роста на питательной среде.

Композиция, содержащая коллоидное серебро в количестве 0,03 масс. %, проявляет более высокий фунгицидный эффект по сравнению с прототипом в концентрациях 3 масс. % и 5 масс. % активного вещества. Поэтому, за основу для дальнейших опытов была взят водный раствор, содержащий 3-5 масс. % ПГМГ-ГХ, а количество коллоидного серебра, способствующее повышению дезинфицирующего эффекта, подбиралось опытным путем, что описано в примере 2.

Пример 2. Для определения эффективной концентрации коллоидного серебра в готовой дезинфицирующей композиции, содержащей 3-5 масс. % активного вещества и воду в количестве 94,97-96,94 масс. % в качестве растворителя, проводились испытания с применением дезинфицирующей композиции, содержащей от 0,03 масс. % до 0,06 масс. % коллоидного серебра. Посев тест-культур микроскопических грибов на питательную среду Сабуро проводился с помощью чашечного метода Коха поверхностным способом. Тест-культурами являлись: Penicillium sp, Aspergillus sp., Mucor sp., Trichoderma sp.Результаты регистрировались по наличию роста мицелия на среде, положительным результатом считалось отсутствие роста.

В таблице 4 представлены данные о наличие роста на питательной среде.

Согласно данным, полученным экспериментальным путем, дезинфицирующая композиция, содержащая 0,04 масс. % коллоидного серебра проявляет достаточно высокую дезинфицирующую активность. Дезинфицирующая композиция, содержащая 0,06 масс. % коллоидного серебра позволяют обеспечить 100% фунгицидную активность. Коллоидное серебро является наиболее дорогостоящим компонентом в составе композиции, поэтому для дальнейших исследований ее свойств использовали концентрацию 0,04 масс. % в композиции.

Пример 3. Для определения необходимого количества легкой воды, для повышения дезинфицирующей активности композиции проводились испытания с применением раствора, содержащего 3-5 масс. % активного вещества, 0,04 масс. % коллоидного серебра, от 10 масс. % до 25 масс. % легкой воды (ppm 50) и воду в качестве растворителя - остальное. Посев тест-культур микроскопических грибов на питательную среду Сабуро проводился с помощью чашечного метода Коха поверхностным способом. Тест-культурами являлись: Penicillium sp, Aspergillus sp., Mucor sp., Trichoderma sp. Результаты регистрировались по наличию роста мицелия на среде, положительным результатом считалось отсутствие роста.

В таблице 5 представлены данные о наличие роста на питательной среде.

Как видно из таблицы 5 содержание легкой воды в дезинфицирующей композиции в количестве 15 масс. % повышает фунгицидную активность дезинфицирующей композиции и препятствует развитию мицелия на субстрате. Аналогичный результат наблюдается при применении концентраций 20 масс. % и 25 масс. %. Использование легкой воды в количестве более 25% нецелесообразно, т.к. это отразится на себестоимости композиции.

Получение активной композиции. Для получения готовой дезинфицирующей композиции в воде при температуре 100°С растворяли ПГМГ-ГХ в количестве 3-5 масс. %, после чего раствор охлаждали до температуры 50°С, добавляли 0,04-0,06 масс. % коллоидного серебра и 15-25 масс. % легкой воды (ppm 50). Получали готовую дезинфицирующую композицию.

Пример 4. Сопоставление фунгицидной активности предлагаемой дезинфицирующей композиции, содержащей в водном растворе (в масс. %): ПГМГ-ГХ - 3-5, коллоидное серебро - 0,04-0,06, легкую воду (ppm 50) - 15-25; вода - остальное, и дезинфицирующих растворов прототипа (в аналогичных концентрациях по активному веществу). Проводился посев тест-культур на среду, содержащую дезинфицирующую композицию, приготовленную описанным способом, и дезинфицирующий раствор по прототипу. Посев проводился чашечным методом Коха поверхностным способом Тест-культурами являлись: Penicillium sp, Aspergillus sp., Mucor sp., Trichoderma sp. Результаты регистрировались по наличию роста мицелия на среде, положительным результатом считалось отсутствие роста. Полученные результаты представлены в таблице 6.

Согласно данным, полученным экспериментальным путем, предлагаемая дезинфицирующая композиция проявляет 100% фунгицидную активность против тестируемых культур. Эффективность прототипа в отношении исследуемых культур не превышает 50%.

Пример 5. Сопоставление бактериостатической активности дезинфицирующей композиции, содержащей в водном растворе (в масс. %): ПГМГ-ГХ - 3-5, коллоидное серебро - 0,04-0,06, легкую воду (ppm 50) - 15-25; и водного раствора прототипа, приготовленного в соответствии с данными таблицы 1. Проводился посев «газоном» бактериальных тест-культур на питательную среду (Березовская В.А., Белоусова И.Н, Клочкова Н.Г. Биология и микробиология: учебно-методическое пособие (практикум). 2006. 92 с.). Испытания бактериостатического эффекта проводились общепринятым методом диффузии исследуемого раствора в агар (Борисова Т.Г., Гоферман Ч.Я. Основы технологии антибиотиков и витамина В₁₂. 1967. 167 с.). Для этого в плотной питательной среде с помощью стерильной просечки делали лунки диаметром 5 мм, в которые вносилось по 0,1 мл рабочего раствора дезинфицирующей композиции либо по 0,1 мл водного раствора прототипа. Результаты регистрировались по диаметру зоны ингибирования роста колони и (в мм).

Тест-культурами являлись: Е. coli, Staphylococcus sp.

Учет результатов проводился через сутки инкубации. Данные приведены в таблице 7 и показывают зоны отсутствия роста в мм.

Эффективность дезинфицирующей композиции в концентрации 3 масс. % и 5 масс. % (по ПГМГ-ГХ) превышает эффективность прототипа в аналогичных концентрациях в отношении Е. coli на 42,8% и 29,6% соответственно, а в отношении Staphylococcus sp. - на 47,3% и 36%, соответственно.

На основании изложенного следует вывод, что предлагаемая дезинфицирующая композиция является новой, обладает преимуществами по сравнению с прототипом, применима в строительстве при выполнении отделочных работ.