Strzępki grzybów pleśniowych wytwarzają enzymy oraz kwasy organiczne, które powoli rozkładają i nadtrawiają różnorakie materiały. Z przeprowadzonych badań odporności wyrobów gumowych na działanie tych mikroorganizmów w warunkach naturalnych oraz w warunkach laboratoryjnych wynika jednak, że ich właściwości wytrzymałościowe po ekspozycji kształtują się na poziomie wyjściowym. W tym przypadku mamy więc do czynienia jedynie z negatywnym efektem estetycznym. Musimy zdawać sobie sprawę, że choć na powierzchni wulkanizatów mikroorganizmy mogą się rozwijać nawet w znacznym stopniu, to nie są zdolne do zaatakowania kauczuku (zwłaszcza wielu kauczuków syntetycznych). Sam fakt, że strzępki grzybni płożą się na powierzchni materiału lub w niego wrastają nie oznacza, że zużywają go jako pożywkę do wzrostu. Rozwój pleśni na wulkanizowanym kauczuku może zatem zachodzić całkowicie kosztem "niegumowych" składników wulkanizowanego produktu.
Ciekawe wyniki uzyskano w wyniku badań przeprowadzonych w Holandii dla wodociągowych złącz tulejowych na przełomie lat 50. i 60. XX w. W tamtym okresie w złączach użytkowano i montowano jeszcze pierścienie wykonane z mieszanek kauczuku naturalnego. Poważne uszkodzenie uszczelnień rejestrowano już po 10 latach eksploatacji. Dzisiaj już wiemy, że tego typu degradacja wulkanizatów kauczuku naturalnego powodowana jest przez mikroorganizmy z rodzaju Streptomyces, z rzędu promieniowców, wytwarzające egzospory. Na działanie tych bakterii odporne są kauczuki syntetyczne (np. obecnie stosowany do wyrobu uszczelnień wodociągowych kauczuk etylenowo-propylenowo dienowy) oraz ich mieszanki z kauczukiem naturalnym, w których zawartość NR nie przekracza 40–50%. Późniejsze prace prowadzone w latach 80. i 90. XX w. wykazały, że promieniowce są jednymi z bardzo nielicznych grup mikroorganizmów zdolnych do znacznego rozkładu NR, wykorzystującymi polimer jako źródło węgla.
W tym samym okresie prowadzono badania wulkanizowanych arkuszy NR zakopanych w ziemi. Po 91 dniach stwierdzono 40-procentowy ubytek ich masy, za który był odpowiedzialny szczep grzyba Fusarium solani. W innym badaniu, z płytek z agarem zawierających rozdrobniony NR, jak również z powierzchni zniszczonych opon wyizolowano szczepy grzybów Fusarium solani, Cladosporium cladosporioides i Paecilomyces lilacinus, które przyczyniały się do zmniejszenia masy cząsteczkowej polimeru.
Podatność kauczuku naturalnego na biodegradację wynika z faktu, że zawiera on oprócz wielkocząsteczkowego węglowodoru m.in. niewielkie ilości protein, węglowodanów i soli mineralnych. W przypadku polimerów syntetycznych problem ich biodegradacji jest bardziej złożony ze względu na różnorodność istniejących struktur chemicznych, obecność odmiennych grup funkcyjnych i podstawników w łańcuchach bocznych. Do tego dochodzą jeszcze inne czynniki, jak taktyczność, krystaliczność polimeru itd. Badania utrudnia fakt, że biodegradacja gumy jest procesem powolnym i aby uzyskać wystarczającą ilość materiału komórkowego do badań okresy inkubacji mikroorganizmów zajmują tygodnie, a nawet miesiące.
Badaniom nad biodegradacją kauczuków i wulkanizatów towarzyszył w ciągu stulecia postęp w zakresie sprzętu i metod analitycznych. Proste obserwacje wizualne i mikroskopowe zastąpione zostały metodami chromatograficznymi i spektroskopowymi oraz mikroskopią elektronową. Nastąpił znaczny postęp w dziedzinie biochemii i biotechnologii. Coraz więcej wiadomo o oddziaływaniu drobnoustrojów tlenowych i beztlenowych na gumę. Identyfikowane są zarówno komórkowe szlaki metaboliczne, jak i enzymy biorące udział w tych procesach.
Wyizolowano bakterie, które zdolne są do niszczenia wiązań poprzecznych w wulkanizatach. Mikroorganizmy te można podzielić na dwie grupy – zdolne do degradacji wiązań C–C w łańcuchach polimeru i te uzyskujące energię z wiązań S–C oraz S–S (siarka metabolizowana jest do sulfotlenku/sulfonu/sulfonianu/siarczanu).
Zazwyczaj wymagane jest wstępne utlenianie polimerów, aby mikroorganizmy mogły wykorzystywać je jako źródło składników odżywczych. Jednakże niektóre drobnoustroje zdolne do degradacji gumy mogą samodzielnie inicjować proces utleniania, w wyniku czego wydzielane są enzymy powodujące biofragmentację polimerów, a następnie umożliwiające bioasymilację ich fragmentów (o masie molowej mniejszej niż 500 g/mol). Możliwa jest również redukcja organicznych związków siarki w warunkach beztlenowych dzięki termofilnym archeobakteriom Pyrococcus furiosus.
Pomimo postępu w dziedzinie biotechnologii i mnogości prac badawczych dotyczących biologicznej dewulkanizacji gumy, komercyjne wykorzystanie tego typu metod jest niewielkie i raczej na małą czy średnią skalę. Mikroorganizmy wykorzystywane są przede wszystkim do selektywnej destrukcji mostków siarczkowych i usuwania siarki z rozdrobnionych odpadów poużytkowych, a uzyskane "półprodukty" poddaje się dalszej obróbce tradycyjnymi metodami.
Zastosowanie i skomercjalizowanie biotechnologicznych procesów dewulkanizacji ograniczane jest, jak na razie, niskim stopniem dewulkanizacji, wolnym przebiegiem procesów biochemicznych ograniczających się do powierzchni materiału, a także ryzykiem skażenia bakteriologicznego. Należy jednak mieć nadzieję, że metody te w niedalekiej przyszłości pomogą rozwiązać problem "nieodwracalności" reakcji wulkanizacji i pozwolą uzyskiwać z odpadów materiały o właściwościach mechanicznych porównywalnych z surowcami wyjściowymi. Cały czas wyzwanie stanowi bowiem optymalizacja właściwości materiałów pochodzących z recyklingu jako surowców do dalszej produkcji.
dr Karol Niciński, Centralny Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Przemysłu Poligraficznego
