Искусственные полимеры поражаются главным образом бактериями и плесневыми грибами.
Плесневые грибы знакомы каждому. Это они покрывают душистым налетом корки старого хлеба, образуют темные пятна на сырых стенах и т. д. Сейчас известно до 15 000 видов грибков, способных размножаться на органических и неорганических материалах и, следовательно, разрушающих их.
Вопрос о том, каким образом мягкие и нежные организмы ухитряются разрушать прочнейшие синтетические материалы, — бесспорно один из интереснейших в проблеме биоповреждений полимеров. Микробам, как и всем другим живым существам, свойствен обмен веществ (метаболизм). Их клетки питаются и дышат, поглощая при этом соответствующие вещества из внешней среды, а продукты своей жизнедеятельности (метаболиты) выводят наружу. Обмен веществ как раз и является тем ларчиком, в котором скрыта тайна разрушительных способностей микроорганизмов.
Большинство исследователей основную роль в деструкции полимерных материалов отводят ферментам, вырабатываемым микробами-разрушителями. Ферменты, или энзимы, вещества белковой природы, способны в десятки и сотни тысяч раз ускорять (катализировать) медленно протекающие химические реакции. Каждый фермент может ускорять либо только одну, либо несколько сходных реакций. Как показали исследования, многие микроорганизмы — возбудители биоповреждения выделяют энзимы во внешнюю среду. Более того, было обнаружено совершенно четкое соответствие между составом ферментов, продуцируемых какими-то микробами, и типом полимерного материала, поражаемого данной разновидностью. Например, бумагу разрушают в основном продуценты целлюлазы (фермента, обусловливающего расщепление целлюлозных молекул); деструкцию резины и битумов вызывают микробы, производящие эстеразы — энзимы, катализирующие распад эфирных связей, и т. д. Все эти факты убедительно свидетельствуют, что ферментативная атака — один из важнейших механизмов биокоррозии.
Кроме ферментов, очень сильное деградирующее действие на полимерные материалы оказывают выделяемые плесневыми грибами, органические кислоты. Грибки могут накапливать в среде кислоты: лимонную, щавелевую, янтарную, уксусную, глюконовую, молочную, фумаровую в концентрациях, составляющих до 50% от общего количества потребленного сахара. Продуцируемые плесенью кислоты способны разрушать бумагу, капрон и другие полимеры, вследствие чего значительно снижается их качество. При совместном развитии на полимерных материалах нескольких видов плесневых грибков они могут обмениваться производимыми органическими кислотами. В результате кислоты, вырабатываемые на данном полимере одними грибами, могут быть использованы как источник углерода другими видами. Тем самым обеспечиваются подходящие жизненные условия на синтетическом материале даже для таких грибков, для которых этот полимер был бы непригодным, живи они «вне коллектива». Подобное явление наблюдается, в частности, при выращивании грибов на полиэтилене, полистироле и фенопластах.
Развиваясь на пластмассах, грибы обычно выделяют значительное количество углекислоты, которая также может участвовать в деструкции пластиков. Изменение товарных качеств материалов может происходить и под действием различных пигментов, обильно выделяемых во внешнюю среду плесневыми грибами. На полимерных материалах часто обнаруживают такие продукты жизнедеятельности, как аминокислоты и витамины. Но эти метаболиты скорее всего служат лишь питательным субстратом для дальнейшего роста плесени и не оказывают сколько-нибудь существенного разрушающего действия на полимеры.
Иногда можно наблюдать механическое разрушение полимеров гифами гриба. Развиваясь на благоприятном питательном субстрате, мицелий начинает внедряться в различные изъязвления поверхности, трещины полимера или лакокрасочного покрытия и как бы пробивает толщу материала, т.е. происходит явление, аналогичное тому, когда трава, прорастая, пробивает асфальтовые покрытия.
Некоторые исследователи полагают, что процесс биоповреждения синтетических полимерных материалов может развиваться только после того, как в их структуре произойдут определенные изменения, обусловленные действием различных факторов среды. Для подобных утверждений имеется немало оснований. Например, полиэтилен обычно подвергается биологическому разрушению лишь тогда, когда этот материал набухает и в нем появляются низкомолекулярные, фракции. Установлено также, что устойчивость пластиков к биокоррозии значительно уменьшается при старении этих синтетических полимеров, т. е. при изменении их физико-химических свойств. Аналогичные результаты получены в экспериментах с масляными и нитроцеллюлозными покрытиями, с полиамидами. Тем не менее вопрос о соотношении физических и биологических факторов в деструкции полимерных материалов пока еще нельзя считать решенным окончательно.
Глубокое и детальное познание механизмов биоповреждений синтетических полимеров — дело будущего. Но уже сейчас очевидно, что это многосторонний процесс, представляющий собой единый комплекс биохимических и физических явлений. «Рот» и «зубы» у грибов и бактерий, оказывается, устроены гораздо сложнее, чем у самых агрессивных хищников,