Современные методы гидрофобизации материалов: химические и микробиологические решения для железнодорожной инфраструктуры / Т. Р. Кадыров, Т. В. Нужная, Ю. А. Полагутина, Э. Х. Халитова

Представлен обзор современных методов гидрофобизации материалов, направленных на повышение долговечности и надёжности элементов железнодорожной инфраструктуры в условиях воздействия влаги и агрессивных факторов окружающей среды. Рассмотрены принципы формирования гидрофобных покрытий, механизмы действия гидрофобных растворов и методы оценки гидрофобности с использованием краевого угла смачивания. Особое внимание уделено микробиологическим подходам к гидрофобизации, основанным на применении микроорганизмов и синтезируемых ими биополимеров. Проанализированы области практического применения гидрофобных материалов при защите металлических конструкций, бетонных и железобетонных элементов, а также материалов верхнего строения пути от коррозии, влагонасыщения и биоповреждений. Отдельно рассмотрены экологические аспекты использования биосурфактантов и перспективы внедрения экологически безопасных гидрофобных покрытий в железнодорожной отрасли.

1. Войтович, В. А. Пособие по гидрофобизации строительных конструкций и изделий : учебно-методическое пособие / В. А. Войтович, И. Н. Хряпченкова ; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2016. – 45 с.

2. Buczkowska, K. Hydrophobic protection for building materials / K. Buczkowska // Superhydrophobic Coating-Recent Advances in Theory and Applications. – IntechOpen, 2023.

3. Comparison of methods to detect biosurfactant production by diverse microorganisms. Journal of Microbiological Methods / N. H. Youssef, K. E. Duncan, M. J. McInerney, M. J. Folmsbee. – 2004. – 56 (3). – P. 339–347. – DOI 10.1016/j.mimet.2003.11.001.

4. Adhesion behavior of Escherichia coli strains on glass : Role of cell surface qualitative and quantitative hydrophobicity in their attachment ability / K. Elfazazi, H. Zahir, S. Tankiouine [et al.] // International Journal of Microbiology. – 2021. – P. 1–9. – DOI 10.1155/2021/5580274.

5. The role of bacterial cell wall hydrophobicity in adhesion / M. C. M. van Loosdrecht, J. Lyklema, W. Norde [et al.] // Applied and Environmental Microbiology 1987. – 53 (8). – Р. 1893–1897.

6. Bacterial and fungal composition and exometabolites control the development and persistence of soi lwater repellency / E. N. Boak, B. P. Bowen, K. B. Louie [et al.] // ISME Communications. – 2025. – 5 (1). – DOI 10.1093/ismeco/ycaf084.

7. Гетьман, Л. П. Магистерская диссертация : Экспериментальная оценки эффективности гидрофобизации каменных материалов / Л. П. Гетьман. – Тольятти : Тольяттинский государственный университет, 2017. – 110 с.

8. Marmur, A. Solid-Surface Characterization by Wetting / A. Marmur // Annual Review of Materials Research. – 2009. – Vol. 39 (1). – P. 473–489.

9. Родионова, Л. Д. Применение гидрофобных и супергидрофобных покрытий для защиты от коррозии / Л. Д. Родионова, В. А. Брыксина // Державинский форум. – 2020. – Т. 4, № 16. – С. 154–162.

10. Beshiru, A. Biofilm formation and potential virulence factors of Salmonella strains isolated from ready-to-eat shrimps / A. Beshiru, I. H. Igbinosa, E. O. Igbinosa // PLoS One. – 2018. – Sep 20 ; 13 (9) : e0204345. – DOI 10.1371/journal.pone.0204345.

11. Danchik, C. Role of Cell Surface Hydrophobicity in the Pathogenesis of Medically-Significant Fungi / C. Danchik, A. Casadevall // Front. Cell. Infect. Microbiol. – 2021. – DOI 10.3389/fcimb.2020.594973.

12. Variation in cell surface hydrophobicity among 12 Variation in cell surface hydrophobicity among Cryptococcus neoformans strains influences interactions with amoebas / R. Vij, C. Danchik, C. Crawford [et al.]. – 2020. – DOI 10.1128/mSphere.00310-20.

13. SCOBY Cellulose-Based Materials Hydrophobized Using Stearic Acid and Apple Powder / M. A. Bryszewska, D. G. Pareja, L. Kaczmarek [et al.] // Int. J. Mol. Sci. 2024, 25, 13746. – DOI 10.3390/ijms252413746.

14. Metal ions weaken the hydrophobicity and antibiotic resistance of Bacillus subtilis / C. Falcón García, M. Kretschmer, C. N. Lozano-Andrade [et al.] // NCIB 3610 biofilms. npj Biofilms Microbiomes 6, 1 (2020). – DOI 10.1038/s41522-019-0111-8.

15. Bacterial biofilm shows persistent resistance to liquid wetting and gas penetration / A. K. Epstein, B. Pokroy, A. Seminara, J. Aizenberg // PNAS. – January 18, 2011. – Vol. 108, No. 3. – P. 997. – DOI 10.1073/pnas.1011033108.

16. Kobayashi, K. BslA(YuaB) forms a hydrophobic layer on the surface of Bacillus subtilis / K. Kobayashi, M. Iwano // Molecular Microbiology. – 2012. – 85 (1). – Р. 51–66. – DOI 10.1111/j.1365-2958.2012.08094.

17. Joshi, A. S. Interactions of Gold and Silver Nanoparticles with Bacterial Biofilms / A. S. Joshi, P. Singh, I. Mijakovic // Molecular Interactions behind Inhibition and Resistance. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 7658. – DOI 10.3390/ijms21207658.

18. The biofilm life cycle : expanding the conceptual model of biofilm formation / K. Sauer, P. Stoodley, D. M. Goeres, [et al.] // Nat Rev Microbiol 20, 608–620 (2022). – DOI 10.1038/s41579-022-00767-0.

19. Floating and Tether-Coupled Adhesion of Bacteria to Hydrophobic and Hydrophilic Surfaces / R. van der Westen, J. Sjollema, R. Molenaar [et al.] // Langmuir. – 2018. – 34. – P. 4937−4944. – DOI 10.1021/acs.langmuir.7b04331.

20. Arnaouteli, S. Just in case it rains : building a hydrophobic biofilm the Bacillus subtilis way / S. Arnaouteli, C. E. MacPhee, N. R. Stanley-Wall // Current Opinion in Microbiology. – 2016. – Vol. 34. – P. 7–12. – DOI 10.1016/j.mib.2016.07.012.

21. Relationship between Expression of the Family of M Proteins and Lipoteichoic Acid to Hydrophobicity and Biofilm Formation in Streptococcus pyogenes / H. S. Courtney, I. Ofek, T. Penfound [et al.]. – 2009. – DOI 10.1371/journal.pone.0004166.

22. Lactobacillus plantarum : Effect of a protective biofilm on the surface of olives during storage / K. Faten, K. Hamida, E. A. Soumya [et al.] // Sociedade Brasileira de Microbiologia. – 2015. – DOI 10.1016/j.bjm.2015.11.028.

23. LapF and Its Regulation by Fis Affect the Cell Surface Hydrophobicity of Pseudomonas putida / A. Lahesaare, H. Ainelo, A. Teppo [et al.] // PLoS ONE 11 (11) : e0166078. – 2016. – DOI 10.1371/journal.pone.0166078. A. Lahesaare, H. Ainelo, A. Teppo [et al.] // PLoS ONE 11 (11) : e0166078. – 2016. – DOI 10.1371/journal.pone.0166078.

24. Contribution of Spores to the Ability of Clostridium difficile To Adhere to Surfaces / L. T. Joshi, D. S. Phillips, C. F. Williams [et al.] // Appl Environ Microbiol- 78. – 2012. – DOI 10.1128/AEM.01862-12.

25. Emelyanenko, K. A. Laser obtained superhydrophobic state for stainless steel corrosion protection, a review / K. A. Emelyanenko, A. M. Emelyanenko, L. B. Boinovich // Coatings. – 2023. – Vol. 13, No. 1. – P. 194.

26. Avdeev, Ya. G. Inhibitory protection of steels from high-temperature corrosion in acid solutions. A review. Part 1 / Ya. G. Avdeev, Yu. I. Kuznetsov // International Journal of Corrosion and Scale Inhibition. – 2020. – Vol. 9, No. 2. – P. 394–426. – DOI 10.17675/2305-6894-2020-9-2-2.

27. Recent advances in hydrophobic and icephobic surface treatments of concrete / R. Di Mundo [et al.] // Coatings. – 2020. – Vol. 10, No. 5. – P. 449.

28. Influence of a nano-hydrophobic admixture on concrete durability and steel corrosion / J. Cai [et al.] // Materials. – 2022. – Vol. 15, No. 19. – P. 6842.

29. Hydrophobic or superhydrophobic modification of cement-based materials : A systematic review / J. Zhao [et al.] // Composites Part B : Engineering. – 2022. – Vol. 243. – P. 110104.

30. Incising and Double Impregnation of Beech Sleepers-Investigation of an Alternative Preservation System for Wooden Railway Sleepers / M. Starck [et al.] // Frontiers in Forests and Global Change. – 2022. – Vol. 5. – P. 814049.

31. Thermal insulation and hydrophobization of wood impregnated with silica aerogel powder / H. Chen [et al.] // Journal of Wood Science. – 2020. – Vol. 66. – P. 1–11.

32. The triterpenoid curcumene mediates the relative hydrophilicity of Bacillus subtilis spores / S. Castaldi, G. Donadio, I. Staiano [et al.]. – DOI 10.1128/mbio.03024-24.

33. Brischke, C. Wood-water relationships and their role for wood susceptibility to fungal decay / C. Brischke, G. Alfredsen // Applied Microbiology and Biotechnology, 104 (9), 3781–3795. – 2020. – DOI 10.1007/s00253-020-10479-1.

34. Schmidt, O. Wood and Tree Fungi / O. Schmidt // Biology, Damage, Protection and Use. Springer, Berlin. – 2006. – URL: https://www.springer.com/gp/book/9783540321385.

35. Biological control of wood decay fungi using antagonistic microorganisms / D. Jones [et al.] // Forest Products Journal. – 2020. – 70 (2). – P. 136–145. – DOI 10.13073/FPJ-D-19-00054.

36. A wood treatment based on siloxanes and boric acid against fungal decay and coleopter Hylotrupes bajulus / S. Palanti [et al.] // International Biodeterioration & Biodegradation. – 2012. – No. 75. – P. 49–54. – DOI 10.1016/j.ibiod.2012.03.012.