WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Изучение зависимости кинетики биодеструкции волокон льна от содержания природных примесей проводили с использованием пряжи сухого способа прядения различной степени очистки (суровой, отваренной, отбеленной и мерсеризованной). Анализ полученных результатов выявил, что под действием естественного комплекса микрофлоры наиболее активная деградация пектиновых соединений и гемицеллюлоз происходит в течение первой недели её культивирования. Вероятно, скорость их деструкции зависит от начального содержания примесей. Если в нативных и мерсеризованных волокнах снижение пектинов и гемицеллюлозы составляет соответственно 55-65% и 30-35%, то у отваренных и отбеленных волокон - не более 10%. Исследованием биоразрушения лигнина в льноволокнах различной степени очистки установлено, что микробные культуры в зависимости от условий и сроков их культивирования могут способствовать увеличению содержания лигнина, по видимому, за счет протекания поликонденсации и полимеризации.

Изучением динамики изменения разрывных нагрузок льноволокон (рис.2а) установлено, что частичное удаление природных примесей в процессах химической обработки волокон приводит к повышению биоустойчивости материала. В частности, при культивировании микрокультур в течение 4 недель потери прочности отваренных и отбеленных волокон не превышают 20%, в то время как у нативного волокна они составляют 80%, а у мерсеризованного - 100%.

Сопоставление данных по изменению содержания примесей в льноволокнах с данными по потере массы целлюлозы (рис. 2б) показало, что на начальных стадиях процесса биодеградации (до 1-2 недель) плесневые грибы и бактерии наиболее активно утилизируют полимеры с небольшой молекулярной массой (пектины и гемицеллюлозы). Разрушение же целлюлозы до соединений, способных усваиваться микробными культурами, требует значительно большего времени (не менее 3-4-х недель).

(а) (б)

Рис. 2. Снижение разрывных нагрузок (а) и потеря массы целлюлозы (б) в процессе биодеградации льноволокон различной степени очистки

Льняная пряжа: 1 – суровая; 2 – отваренная; 3 – отбеленная; 4 – мерсеризованная

Для оценки роли целлюлозного субстрата в процессе биодеградации льна использовали модельные образцы, отличающиеся от нативных волокон льна полной трансформацией кристаллических областей целлюлозы в структурную модификацию Целл.II (структурно модифицированные) и, дополнительно к указанным изменениям, на порядок более высоким содержанием карбоксильных групп -4,5% (химически модифицированные). Параллельно определяли глубину деструкционных процессов в модельных образцах с иммобилизованными частицами серебра.

При оценке потери массы материалов в процессе их биодеградации (в течение 4 нед.) было установлено, что для нативных льноволокон она составляет 26,5%. Перевод части кристаллитных зон целлюлозы в аморфные способствует повышению степени утилизации волокна до 32%. Напротив, при частичной замене гидроксильных групп целлюлозы на карбоксильные потеря массы составляет всего 8%.

Рентгенографический анализ исследуемых объектов (табл.1) позволил установить, что результатом воздействия биодеструкторов на незащищенные льноволокна является увеличение в них массовой доли кристаллитных областей целлюлозы (для суровых волокон льна - на 3,5%, с модифицированной целлюлозой - на 5%).

Для выявления характера разрушения полимера был проведен расчет изменения содержания кристаллических областей целлюлозы в процессе биодеградации исследуемых объектов.

Таблица 1

Изменение содержания кристаллических областей целлюлозы в процессе биодеструкции модельных образцов льноволокон

Образцы льноволокон на основе целлюлозы:

Масса образца, г

Степень кристалличности образца, %

Масса кристалли-тов, г

1. Нативной

до биодеструкции

10,00

54,2

5,42

после биодеструкции

7,35

57,7

4,24

серебросодержащие после биодеструкции

9,39

54,0

5,07

2. Структурно

модифициро-

ванной

до биодеструкции

10,00

44,8

4,48

после биодеструкции

6,80

49,9

3,41

серебросодержащие после биодеструкции

9,53

46,7

4,45

3. Химически

модифициро-

ванной

до биодеструкции

10,00

43,2

4,32

после биодеструкции

9,00

48,1

4,33

серебросодержащие после биодеструкции

9,60

44,7

4,26

Он показал, что в случае льноволокон нативных и со структурно модифицированной целлюлозой разрушения в значительной степени затрагивают упорядоченную ее часть, содержание которой уменьшается в 1,3 раза. В случае льноволокон с химически модифицированной целлюлозой биодеструкция затрагивает лишь аморфные зоны, содержание кристаллитов остается неизменным. В присутствии антимикробных препаратов (АП), например, частиц серебра, масса кристаллитов также изменяется незначительно.

3.3 Изучение сорбции и десорбции АП в целлюлозных материалах и динамики разрушения биозащищенных льноволокон

Путем определения зон задержки роста штаммов плесневых грибов и бактерий (ГОСТ 9.802) был проведен первоначальный отбор эффективных биоцидов среди ранее известных соединений, синтезированных в последние годы и новых, промышленно выпускаемых препаратов. В соответствии с теоретическими представлениями о селективности действия биоцидов, используемые препараты, обеспечивая высокие (9-13 мм) зоны задержки роста грибковых культур, проявляют значительно меньшую активность по отношению к бактериям Staphylococcus aureus (4-9мм) и Escherichia coli (2,5-5 мм).

Поскольку биологическая активность материалов зависит не только от количества сорбированных волокном биоцидных препаратов, но и скорости их выхода во внешнюю среду, было проведено изучение влияния функционального состава и структуры целлюлозы на сорбционно-десорбционные процессы в полимерной матрице. В качестве биоцидных препаратов использовали соединения различных классов: известный антимикробный препарат, активно взаимодействующий с полимерами, содержащими карбоксильные группы (бриллиантовый зеленый), соль меди и соединение гуанидинового ряда. С помощью модельных объектов (отбеленная хлопчатобумажная ткань со структурной модификацией целлюлозы I и II и содержанием карбоксильных групп 0,04-4,5% масс.) было показано, что структурная модификация целлюлозы лишь незначительно ускоряет сорбцию биоцидов из раствора, в то время как при ее химической модификации количество сорбируемого за короткие промежутки времени препарата возрастает на 1 или даже 2 порядка. Усиление взаимодействия модифицированной целлюлозы с препаратом приводит к уменьшению подвижности молекул в субстрате и, следовательно, к уменьшению скорости его десорбции с поверхности материала.

Выдвинуто предположение, что при использовании нативных льноволокон, содержащих значительное количество карбоксильных групп, должно обеспечиваться эффективное пролонгированное действие биоцидного препарата в течение длительного времени. Оно подтверждено тем фактом, что при большем количестве сорбированного на льноволокне препарата (в сравнении с хлопковым, содержащим в 5 раз меньше карбоксильных групп), десорбция происходит в меньшей степени.

Анализ динамики биодеградации нативных волокон льна, предварительно обработанных солями меди и серебра и препаратами, содержащими указанные металлы в виде нуль валентных наночастиц, позволил установить, что в случае использования наночастиц металлов можно получить эффективную, но кратковременную защиту материала. Это обусловлено непрочным закреплением препарата на материале (лишь за счет сил физического взаимодействия) и достаточно быстрым его выходом из волокна. Напротив, при хемосорбции (в случае использования металлов в ионном виде) наблюдается пролонгированная защита материала.

При нанесении на льноволокна биоцидных препаратов различных классов было отмечено проявление их селективных свойств. Так, катионные полиэлектролиты по сравнению с производным нитрофурана и солью бора, подавляя воздействие определенных микроорганизмов и ферментов на целлюлозу льна, в меньшей степени влияют на микрокультуры, утилизирующие пектины и гемицеллюлозы, что подтверждается большим разрушением вышеуказанных примесей.

Таким образом, решить проблему придания эффективной защиты льноволокнам можно путем выбора и оптимизации состава композиции препаратов разнонаправленного действия, выбранных с учетом состава микрофлоры, присутствующей в условиях эксплуатации целлюлозного материала.

3.4 Разработка композиционных составов для биозащиты льносодержащих материалов от плесневых грибов и почвенной микрофлоры

Для создания эффективного композиционного состава был проведен предварительный отбор индивидуальных препаратов путем определения коэффициентов устойчивости льняной ткани к микробиологическому разрушению. Было установлено, что при выходе препаратов на целлюлозный материал в количестве 2% масс. не обеспечивается надежная защита объекта. Установленный ГОСТ 9.060 коэффициент устойчивости не менее 80% получен лишь при нанесении на материалы 2,5-5% масс. наиболее эффективных из известных АП. Вместе с тем, низкая растворимость или высокая стоимость ряда препаратов делают целесообразной их применение только в концентрации, не превышающей 1% масс. Однако, при этом даже высокоэффективные «Хлоргексидин», «Катамин», «Фосфопаг», «Сondutex» не обеспечивают защиту волокон льна от биодеструкции и коэффициенты устойчивости к биологическому разрушению в этих случаях не превышают 32%.

На основе отобранных препаратов были составлены 2-х и 3-х компонентные системы (рис. 3). Экспериментально показано, что, сочетая ингредиенты определенным образом, можно добиться синергического эффекта, т.е. препараты, малоэффективные по отдельности, в композиции усиливают действие друг друга и достигаемый эффект может превышать аддитивный. Так, разработанный композиционный состав (К2), обеспечивающий коэффициент устойчивости материала по отношению к почвенной микрофлоре 95%, условно назван «Комбатекс-1». Для противогрибковой отделки льносодержащих материалов был разработан препарат «Комбатекс-2». Меньшая активность плесневых грибов по сравнению с почвенной микрофлорой, включающей весь спектр микробных культур, позволила снизить содержание дорогостоящих компонентов в композиционных составах.

Проведенный токсикологический контроль материалов, обработанных препаратами серии «Комбатекс», показал их безопасность для человека.

Экспериментально показана высокая устойчивость биоцидной отделки льноволокон препаратами «Комбатекс» к мокрым обработкам. В частности, при проведении 20 циклов стирок в случае суровых тканей снижение показателей биоустойчивости не превышает 10%. При использовании в качестве объекта обработки отбеленной ткани, содержащей меньшее количество карбоксилсодержащих примесей (пектиновых соединений), происходит быстрое вымывание биоцидных соединений и резкое снижение биоустойчивости материла (К=61% уже после 10 стирок).

Выявлена высокая термоустойчивость обработок льносодержащих материалов композиционными биоцидными препаратами фунгицидного и противогнилостного действия. Даже при «жестких» условиях термообработок (80-140С в течение часа) биологическая активность препаратов снижается очень незначительно.

Наименование ингредиентов и концентрация, г/л

Состав биоцидных препаратов:

однокомпонент-ных

композиционных

1

2

3

4

5

6

К1

К2

К3

К4

К5

К6

Мепоран - 5

+

+

+

+

+

Лаурилпиридиний

сульфат - 10

+

Pages:     | 1 || 3 |






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