WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

МОРЫГАНОВ ПАВЕЛ АНДРЕЕВИЧ

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЗАЩИТЫ ЛЬНОВОЛОКОН ОТ БИОДЕСТРУКЦИИ

05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново – 2009

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте химии растворов РАН (г. Иваново)

Научный руководитель:

кандидат технических наук, ст.н.с. Галашина Валентина Николаевна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кричевский Герман Евсеевич

доктор технических наук, ст.н.с. Чешкова Анна Владимировна

Ведущая организация:

ГОУВПО «Костромской государственный технологический университет» (г.Кострома)

Защита состоится «12» октября 2009 г. в______ часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.063.03 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ивановский государственный химико-технологический университет» по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ивановский государственный химико-технологический университет» по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 10.

Автореферат разослан «__» сентября 2009г.

Ученый секретарь

совета Д 212.063.03

Шарнина Л.В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В современных условиях наметилась устойчивая тенденция роста объемов производства тканей и нетканых материалов технического назначения на основе натуральных волокон. Особенно перспективно для развития отечественного производства получение технических материалов на основе льна, поскольку многочисленными научными и практическими результатами доказана возможность улучшения функциональных, потребительских и экологических свойств изделий из них. Условия производства и эксплуатации льносодержащих материалов технического назначения предполагают контакт с микроорганизмами (МО), иногда при повышенных влажности и температуре, поэтому возникает опасность их биоразрушения. Под воздействием МО ухудшается внешний вид изделий, появляются пятна, неприятный запах, снижаются прочностные показатели и, в конечном итоге, утрачиваются эстетические и эксплуатационные свойства. По приведенным в литературе данным, почти 40% от общего объема потерь текстильных материалов во время переработки, хранения, и эксплуатации приходится на долю биоповреждений, что составляет 5-7% стоимости мировой продукции (примерно 40 млрд. долларов в год). Таким образом, придание биозащитных свойств льноволокнам и, соответственно, изделиям на их основе является актуальной задачей.

При несомненной перспективности химической модификации целлюлозы льна с целью ее биозащиты, более практичны и экологичны способы, основанные на иммобилизации антимикробных препаратов в структуре текстильных материалов. Учитывая быструю адаптацию микробных культур к неблагоприятным факторам, токсичность и аллергенность многих существующих препаратов, требуется проводить поиск и разработку новых биоцидов, а также рациональных технологий их применения.

Цель работы. Выявление закономерностей биодеградации льноволокон, различающихся составом природных примесей, структурой и состоянием целлюлозы, изучение влияния антимикробных реагентов на данный процесс и разработка на этой основе эффективной технологии получения биозащищенных льносодержащих материалов технического назначения.

Для решения поставленной задачи были выполнены следующие этапы:

- исследован процесс разрушения волокон льна отечественных сортов под воздействием индивидуальных микробных культур и комплекса микрофлоры;

- изучена динамика биодеградации волокон льна в зависимости от содержания природных примесей, надмолекулярной структуры и функционального состава целлюлозы;

- проведена сравнительная оценка биологической активности реагентов по отношению к тест-культурам плесневых грибов и бактерий;

- проведена комплексная оценка разрушения природных примесей и изменения свойств биозащищенных льноволокон;

- разработаны композиционные составы для биозащиты льносодержащих материалов от плесневых грибов и почвенной микрофлоры;

- сопоставлены технологические варианты придания льносодержащим материалам биозащищенности и разработаны рациональные технологии нанесения биоцидных композиций на льноволокна.

Общая характеристика объектов и методов исследования. Основными объектами исследования являлись: нативные волокна льна и хлопка, льняная пряжа сухого способа прядения, льняные и х/б ткани суровые и отбеленные, льносодержащие нетканые материалы. В работе использовали: промышленно выпускаемые антимикробные реагенты и биоцидные препараты, текстильно-вспомогательные вещества, микробные тест-культуры и микроорганизмы, выделенные с поверхности биодеструктированных волокон льна.

Экспериментальные исследования проводили с применением объемно-аналитических и физико-химических (рентгеноструктурного, ИК-спектроскопии, колориметрии, электронной микроскопии) методов анализа. Экспериментальные исследования проводили в соответствии со стандартными методиками и требованиями ГОСТ.

Научная новизна. В данной работе впервые на основании комплексных исследований изменения состояния целлюлозы льна и содержания сопутствующих ей природных примесей при биодеградации льноволокон, обработанных биоцидами различных классов, разработаны эффективные композиционные биологически активные составы «Комбатекс» и технологии их нанесения на текстильные материалы.

Наиболее существенные результаты, полученные в работе:

- выявлены кинетические закономерности влияния надмолекулярной структуры, химической модификации целлюлозы льна, содержания сопутствующих ей природных примесей (пектиновых соединений, гемицеллюлозы, лигнина) на физико-механические показатели волокон льна в условиях культивирования на них индивидуальных микробиологических культур, выделенных с поверхности биодеструктированного льна, их искусственно созданной ассоциации и естественного комплекса микрофлоры;

- экспериментально установлена зависимость глубины деструкционных превращений в льноволокнах, обработанных биоцидными препаратами различных классов, от надмолекулярной структуры целлюлозы, ее химической модификации и наличия сопутствующих природных примесей;

- разработаны композиционные биоцидные препараты серии «Комбатекс», обеспечивающие надежную защиту целлюлозных материалов по отношению к плесневым грибам и почвенной микрофлоре;

- разработаны технологические схемы получения биозащищенных материалов технического назначения методом высокомодульного и маломодульного нанесения рабочих растворов биоцидов на механически очищенное льноволокно.

Практическая значимость. Показано, что разработанные для противогнилостной и фунгицидной отделок льняных волокон и тканей эффективные композиционные препараты «Комбатекс» сравнительно недороги, экологически безопасны, устойчивы к термическим и мокрым обработкам.

В условия ОАО «Балаковорезинотехника» доказано, что механически очищенные волокна льна, обработанные препаратами «Комбатекс», могут с успехом применяться при изготовлении формопрессованных изделий для автомобилестроения. Обоснована ресурсосберегающая технология получения биозащищенного льноволокна путем дозированного нанесения растворов биоцидных препаратов. Ее применение открывает перспективы изготовления широкого ассортимента конкурентоспособных, экологически чистых, биоустойчивых льносодержащих нетканых материалов любой поверхностной плотности.

Автор защищает. Экспериментально установленные закономерности изменения состава, состояния и свойств волокон льна в условиях культивирования индивидуальных микробных культур и комплекса микрофлоры. Выявленные особенности изменения процесса биодеструкции льноволокон в присутствии биоцидных реагентов различной природы. Теоретически и экспериментально обоснованную эффективность применения композиционных биоцидных препаратов «Комбатекс» для биологической защиты целлюлозных волокон. Разработанную экономичную технологию получения биозащищенных льносодержащих материалов технического назначения путем дозированного нанесения биоцидных растворов.

Личный вклад автора. В получение изложенных в диссертации результатов является значительным на стадиях планирования, проведения и обсуждения эксперимента, при написании литературного обзора и обработке экспериментальных данных, оформления результатов эксперимента и поиске библиографических источников.

Апробация работы. Основные материалы диссертации доложены, обсуждены и получили положительную оценку на 11-ти региональных, всероссийских и международных конференциях (список приведен в перечне публикаций), представлены на Ивановском салоне «Инновации-2006» (золотая медаль) и VII Московском международном салоне инноваций и инвестиций (золотая медаль).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи, 12 тезисов докладов и 2 описания экспонатов в каталогах выставок, получен патент РФ на изобретение.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа содержит введение, литературный обзор, методическую часть, экспериментальную часть с обсуждением результатов, выводы, список использованной литературы (200 источников) и 5 приложений. Научная работа изложена на 181 страницах машинописного текста, содержит 29 рисунков и 17 таблиц. Приложения к диссертации выполнены на 14 страницах.

Основное содержание работы

Введение

Во введении обоснована актуальность работы, ее научная новизна и практическая значимость.

1. Литературный обзор

В литературном обзоре освещены вопросы об особенностях строения и свойств льняных волокон, а также об условиях развития и жизнедеятельности разрушающих их микробных культур. Приведены современные научные представления о механизме биологической деструкции целлюлозных материалов под воздействием ферментов. Обобщены и систематизированы сведения о свойствах и механизме воздействия биоцидных препаратов на микрокультуры и о современных способах биозащиты текстильных материалов.

2. Методическая часть

Методическая часть содержит характеристику объектов, методов проведения исследований и методик оценки качества волокнистых материалов.

3. Экспериментальная часть и обсуждение результатов

3.1 Выявление закономерностей биодеградации волокон льна под воздействием индивидуальных микробных культур

и комплекса микрофлоры

Для оценки характера повреждений различных волокон льна в процессе биодеградации был проведен анализ изменений их состава и физико-механических показателей. В качестве объектов исследования использовали нативные волокна трех селекционных сортов льна-долгунца урожая 2007 г., предоставленные экспериментальной станцией г. Торжка. Культивирование микроорганизмов на волокнистом материале обеспечивали путем выдерживания исследуемых образцов в термостате ТС-80 в течение 1-8 недель при температуре 29±0,2С и влажности 100%. После 4-х недель экспозиции снижение содержания пектиновых соединений и гемицеллюлоз составило 45-55% при неизменном или очень незначительном увеличении содержания лигнина. При этом разрывные нагрузки комплексных волокон снизились на 68-71%, потеря массы составила 20-24%. Близость значений вышеназванных показателей и констант скорости деструкции примесей указывает на то, что исследуемые льняные волокна претерпевали при биодеградации примерно одинаковые изменения.

Кинетические кривые, представленные на рис.1, позволяют сопоставить активность воздействия на льноволокна индивидуальных микробных культур (крив. 1-4), искусственно созданной на их основе ассоциации (крив. 5) и естественного комплекса микрофлоры (крив. 6). Из приведенных данных следует, что при культивировании индивидуальных культур (штаммов плесневых грибов Asspergillus niger, Penicillum и штамма бактерий рода Bacillus) значительно большую деструктирующую способность проявляют наиболее адаптированные микробные культуры, выделенные с поверхности биоповрежденных льноволокон (крив. 2-4).

Рис.1. Изменение разрывных нагрузок льнопряжи при воздействии индивидуальных микрокультур и ассоциаций:

1 - A. niger;

2 – Penicillum sp., шт. 96;

3 – Penicillum sp., шт. 105;

4 - Bacillus sp., шт. 25;

5 - Penicillum sp, шт 96 и 105, Bacillus sp., шт 25;

6 – естественный комплекс микрофлоры

Разрывные нагрузки пряжи в этих случаях снижаются на 20-50%, что указывает на значительные различия в активности ферментов, продуцируемых данными микрокультурами. Воздействие искусственно созданной ассоциации трех микробных культур (крив.5) вызывает снижение разрывной нагрузки лишь на 32%, что, вероятно, обусловлено их антагонистическими взаимодействиями, возникающими в результате неполного совпадения ферментного набора для нормального роста и развития экспериментального микробиоценоза грибов и бактерий. Важно отметить, что в условия, оптимальных для развития естественного комплекса микрофлоры (крив.6), происходит наиболее активная биодеградация материала.

3.2 Оценка влияния природных примесей, структуры и состояния целлюлозы на динамику биодеградации льноволокон

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»