17-11-2017 20-11-2018

Млади учени от БАН създадоха антимикробна алтернатива на латекса

Ръководителят на научния екип доц. Александър Николов от ИМК-БАН обяви пред Dir.bg ново приложение на зеолита за строителството и интериора

Снимки в колаж: Ива Иванова и iStock by Getty Images

Млади учени от БАН създадоха антимикробна алтернатива на латекса

11:26 | 2 януари 2025 | Автор : Ива Иванова 43 8399 Снимки в колаж: Ива Иванова и iStock by Getty Images

Млади учени от БАН са разработили дълготрайна антимикробна боя с експериментално доказани качества, която позволява на стените да дишат. Тъй като боята е природосъобразна, създателите й очакват да става все по-търсена с навлизането на зелените стандарти в практиката.

Избрано

Ключовата съставка на боята е природен зеолит, на който България е особено богата. Любопитно е, че този минерал освен, че се прилага в много индустрии и в бита, е бил използван успешно за "почва" в Космоса, чрез първата в света космическа оранжерия - българската КО "Свет".

За уникалните свойства на зеолита, за неговата "работа" в Космоса, за функцията му като съставка на боя и за пътя към пазара, разказа пред Dir.bg доц. Александър Николов от Института по минералогия и кристалография на БАН, който е специалист по геополимери, създател на нови строителни материали и градинар по хоби. Ето подробностите:

Зеолитът отдавна провокира интереса на минералога, строителен инженер и градинар по хоби доц. Александър Николов. Този минерал има сорбционни, йоннообменни и много други свойства, които позволяват с него да се пречистват води от тежки метали, токсични вещества и други замърсители. Използва се за обезвреждане на опасни отпадъци, за обогатяване на почвата в земеделието и има още много приложения в различни отрасли. Голяма част от съвременните перилни препарати, например, са със зеолити, природни или синтетични, и това са т.нар. природосъобразни перилни препарати, посочи изследователят. Той отбеляза още, че в древността в много страни зеолитовите скали са били използвани като строителен материал и че в последните години този минерал се използва и за получаване на нетрадиционни строителни материали.

Интересен факт е, че от природен зеолит в края на миналия век у нас е направен почвен субстрат, наречен "Балканин", който на борда на космическата орбиталната станция "МИР" е възпроизвеждал много успешно земното плодородие. "Това е първият експеримент в микрогравитация за отглеждане на растения в пълен цикъл от семе до семе. Космическата оранжерия е разработена от български учени, работела е с български субстрат от български природен зеолит - клиноптилолит", подчерта доц. Николов.

Зеолит

Снимка: Ива Иванова, Dir.bg

Зеолитната "почва" е пожънала успехи не само в Космоса, изтъкна още той и посочи, че в онези времена в специални оранжерии в Пловдив и в София са отглеждани растения в зеолитен субстрат, без никаква почва и никакъв хумус. По думите му, резултатите са били впечатляващи и са предизвиквали чуждестранен интерес. "Направата на субстрата има своите разходи, но пък елиминира операции като плевене, борба с различни организми, насекоми и други вредители, така че едното е по-скъпо, за сметка на другото", коментира доцентът и изрази съжаление, че технологията не е доразвита в българско земеделие.

Виж още Има с какво да се гордеем: Българските постижения в науката през 2024 г.

Самият той, като градинар по хоби, е отглеждал вкъщи домати и люти чушки в самоделен зеолитен субстрат, но тъй като е специалист по геополимери (неорганични свързващи вещества) и създател на нови строителни материали, се заема да търси друго приложение на зеолита - като антибактериална геополимерна боя на зеолитна основа. И успява - новосъздадената боя може да отблъсква бактерии и мухъл и да поддържа здравословен микроклимат, показват изпитванията в хода на разработката.

Уникалното

Обяснението както за плодородието на зеолитната оранжерия, така и за антимикробния ефект на зеолитната боя, е в уникалните свойства на зеолита да "поема" и "изпуска" определени вещества. Причината е в йонообмена, който този минерал осъществява. За да играе ролята на почва в Космоса, например, минералът е бил обогатен с азот, фосфор, калий, микроелементи, а за направата на антибактериалната боя екипът на доц. Николов набогатява зеолита с медни и сребърни йони.

"При безтегловност никак не е просто да се полее растение. И да имаме почва, и да сипем вода, нищо няма да се случи - водата ще си стои на капки, почвата ще си остане суха. Но при използването на субстрат от зеолит, който има своите сорбционни свойства, той буквално ще изсмуче водата и после ще я даде на растението заедно с достатъчно, но не повече от необходимото, микроелементи и хранителни вещества", посочи доцентът. Той подчерта, че чрез процеса на йонообмен зеолитът осигурява дълготрайно отдаване на хранителни вещества на растението в количества, които са подходящи за него - нито повече, нито по-малко, което води до икономия на хранителни вещества, тъй като те не се губят.

Доцентът уточни, че за направата на зеолитната боя по специална процедура, разработена в Института по минералогия и кристалография, зеолитът е обогатен със сребърни и медни йони, които задържат и после отдават в течение на времето, като се получава дълготраен антимикробен ефект.

Мостри на новата антимикробна боя

Снимка: Ива Иванова, Dir.bg

Разработката

Боята е разработена по младежки проект, ръководен от доц. Александър Николов към фонд Научни изследвания с участието на Института по минералогия и кристалография и Института по микробиология при БАН. Резултатите са публикувани в международния научен журнал Case Studies in Construction Materials, който е с отворен достъп.

Разработчиците изтъкват, че антимикробната боя е изключително дълготрайна, природосъобразна, водоразтворима, въздухопропусклива и е с много добро сцепление към традиционни материали като дърво, камък, метали, тухли, гипсокартон. "Не изпуска миризми и вредни емисии, а при изцапване лесно се измива", добави доц. Николов.

Основната суровина за направата й е природен зеолит (клиноптилолит) от с. Бели пласт край Кърджали, където се смята, че са едни от най-големите залежи на минерала в света. С изследванията си в това находище доц. Николов доказва, че тамошният естествен зеолит - клиноптилолит може да се използва като алумо-силикатна суровина за получаване на геополимери (неорганични свързващи вещества).

Доцент Александър Николов

Снимка: Ива Иванова, Dir.bg

Антимикробната боя е разработена на базата на силикатни бои, които се използват още от древността. В древен Египет е създаден първият изкуствен пигмент - египетското синьо (калциев меден силикат), там се е зародило и използването на "водно стъкло" (натриев силикат) като свързващо вещество, също и други силикатни пълнители и вещества, припомни доцентът и отбеляза, че чак в 19-и век в Германия силикатните бои са преоткрити и стартира тяхната ера в съвременното строителство.

"До ден днешен се използват силикатните бои, но са скъпи", отбеляза доц. Николов и посочи откъде идва оскъпяването: "От превъзходните свойства, но на практика суровините, които се влагат не са толкова скъпи, а това, за което всъщност се плаща, е ноу-хау и онази химия, която е добавена, за да се стабилизират тези бои". Той поясни, че силикатните бои се използват до няколко часа след забъркване или до няколко дни или седмици, но тъй като съвременната търговия е наложила материалите да имат по-дълъг срок на годност, се добавят стабилизиращи вещества.

Заради оскъпяването с това ноу-хау и съвременна химия търсенето на силикатните бои е сравнително слабо - използват се предимно за фасадни решения и най-вече за емблематични обекти и паметници на културата, тъй като боите са с природен характер. Според доц. Николов обаче тези бои са подходящи и като интериорни.

"Реших да доразвия силикатните бои, тъй като към тях може да се добавят и вещества, съдържащи алуминий. Зеолитът е алумо-силикатен минерал и би ги превърнал в алумо-силикатни, и така - от силикатни, боите да станат геополимерни. Нещата се получиха", сподели ръководителят на проекта. Но заради това, че силикатната технология се пази в тайна, му се е наложило да направи над 200 смеси по принципа "проба - грешка".

Мостри на новата антимикробна боя

Снимка: Ива Иванова, Dir.bg

Специален експеримент

"Силикатната боя е силно алкална и наподобява варосването на стените по селата, което избива всякакви микроби. Геополимерът също е алкален и има такъв ефект. Затова ние, боядисвайки, осигуряваме стерилност на стената", посочи доц. Николов. За да установят дали ще се запази антимикробният ефект на боята, когато алкалността й спадне, разработчиците провеждат специален експеримент. Направили са "ускорена камера за карбонизация", понеже боята, подобно на варта, взаимодействайки с въглеродния диоксид във въздуха, постепенно губи алкалността си и става неутрална, което може да я превърне в подходящ дом за различни микроорганизми.

"Ние с тази карбонизационна камара установихме, че нашата боя има дълготраен ефект и че антимикробността й не идва от високата алкалност и от първичната стерилизация от самото боядисване, а именно от сребърните и медните йони, излъчвани контролирано от зеолита", подчерта доц. Николов.

Технологията

Ключът в технологията на новата боя е зеолитът, който е модифициран по специален начин чрез йонообмен, така че да може да отдава бавно във времето сребърни йони. "Ако сипем сребърни йони в циментова или в геополимерна боя, това веднага би предизвикало определени вещества да се свържат и боята ще стане на бучки. Второ - тези сребърни йони ще са лесно подвижни и много бързо ще отидат на повърхността, ще реагират с въздуха и ще загубят своята антимикробност. В такъв случай ще имаме пиково отделяне на антимикробни агенти в началото на жизнения цикъл на боята и после - изчезване на ефекта. Докато в нашия случай, благодарение на процеса "йонообмен", който е доста по-бавен във времето, имаме дълготрайно поетапно отделяне на тези антимикробни вещества", изтъкна изследователят.

Колко ще бъде тази дълготрайност, разработчиците още не са определили. "Вероятно ще зависи от експлоатационния режим със съответния материал и други фактори, които може да са налични, като отмиване и резистентност на бактериите, но по литературни данни колегите микробиолози споделят, че резистентността на микробите към сребърните и медни йони не е чак толкова голяма както резистентността, която могат да добият към антибиотици и други препарати", коментира доц. Николов.

Какво предстои, за да излезе на пазара?

Нивото на технологична готовност на разработка е TRL 3, т.е. има доказана хипотеза в лабораторна среда. Предстои да се изберат суровини, които да са налични в големи количества, да се повторят в по-големи количества смесите, да се дооптимизира съставът, да се включи и маркетингов и икономически екип, който да сметне потенциалните разходи за производството, да се оптимизира цената на продукта. Следва да се премине към полупромишлено производство, да се установят свойствата на боята и да се сертифицират всички показатели, които са необходими за строителен материал, както и да се получи техническо одобрение. Всички тези стъпки трябва да се извървят, докато се стигне до магазина и някой да си купи кофичка боя.

Според доц. Николов би било подходящо боята да се забърква на място и да се решават проблемите локално. Примерно, имаш сграда - прави ти се проект; искаш боя с определени свойства - ще се направи специална боя за твоето решение. По този начин може да се получи ефективност на материалите и да се постигнат специфични свойства, смята той.

Плюсове и минуси

Новата боя би била особено подходяща за детски градини, лечебни заведения, помещения на хранително-вкусовата промишленост, убеден e ръководителят на научния екип. За поддържане на антибактериалността на боята, вероятно ще се налага периодично пребоядисване. "Може да се направят и системи от покрития - да има един изравняващ слой от 2 см. със сребърни и медни йони с по-едър зеолит, който по-бавно да снабдява финалния слой, т.е. тук говорим вече за покритията като един организъм, в който се случват процеси, така че стената да диша", добави доц. Николов.

Той подчерта, че основно предимство на силикатните и геополимерните бои е че те са въздухопроницаеми. "Разбира се, това не означава, че като духне вятър, ще мине през стената. Не. Просто има определена паропроницаемост, която позволява на стената да диша, което е изключително важно за микроклимата в помещенията", поясни той.

Като очакван недостатък на боята доц. Николов посочи, че тя трудно ще се отстранява заради твърде доброто й сцепление с основата. Геополимерните бои не правят тънко покритие както латекса, а проникват в дълбочина и създават усилена зона, поясни той. "Ако ще се маха такава боя, може да се изшлайфа цялата, но защо да махаш дишаща природосъобразна боя", изрази недоумение още той. Според него въпросният недостатък може да счете и за плюс, защото тази боя може да се напластява и така да се подсилва антибактериалния й ефект, а за естетическия изглед може да се добавят пигменти или частици и да заприлича на пръсканата мазилка.

Изследователят показа пред Dir.bg мостри на първоначалните покрития с антибактериалната боя със сребърни и с медни йони, които са в различни нюанси на бяло и сиво и варианти на грапавина. Показа ни и природен зеолит, също и синтезиран от него синтетичен зеолит А, който е с още по-превъзходни свойства.

Виждането, че една стена трябва да е идеално гладка е напълно погрешно, смята доц. Николов. За съжаление, коментира той, хората избират това стената да е максимално права, да е максимално гладка, максимално бяла и се е наложил гипсокартонът като масов продукт, макар че употребата му има много негативи. Най-важното за една стена е да е здрава, да е устойчива, да осигурява добър микроклимат и да не е дом за микроорганизми, категоричен е създателят на новата боя.

Той отбеляза, че сега масово се използват латекси и сподели, че не е техен фен, тъй като те запечатват стените, губи се дишането на сградата, а това влошава микроклимата в помещенията. Латексът създава условия за натрупване на конденз, но пък е изключително лесен за поддръжка, лесен за полагане и за отстраняване, евтин, наличен във всеки магазин и затова хората го използват.

Новите материали и стандарти

Въпрос на решение на самите потребители и инвеститори е кой материал да изберат. Новите материали са по-скъпи, но според наблюденията на доц. Николов търсенето им се повишава, защото съвременните стандарти за зелени сгради навлизат все повече в практиката. "Ще се оценява целият жизнен цикъл на дадена боя, включително отделянето на летливи опасни съединения, така че няма да успееш да построиш устойчива зелена сграда, влагайки неподходящи материали", добави той.

Коментирайки новите разпоредби, според които от 2030 г. всяка нова сграда трябва да бъде "с нулеви емисии", а тези на публични органи - още от 2028 г. Той подчерта, че новото жилищно строителство ще трябва да е с устойчиви материали, част от тях - рециклирани и да отговаря на съвременните енергийни характеристики. "Няма да може да се мине с 10 см. изолация, както масово се санира, а ще трябва да е примерно 20 - 25 см.", отбеляза още той.

Новото строителство задължително ще трябва да бъде устойчиво според съвременните разбирания за това, така че новите строителни материали все повече ще намират приложение, а старите замърсяващи и не толкова ефективни материали постепенно ще отпадат, убеден е доц. Николов.

ИЗБРАНО