WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]

Разработка метода придания антисептических свойств целлюлозным текстильным полотнам бельевого ассортимента и оценка их качества

Автореферат кандидатской диссертации

 

На правах рукописи

Баранова Ольга Николаевна

 

Разработка метода придания антисептических свойств целлюлозным текстильным полотнам бельевого ассортимента  и оценка их качества

 

Специальность 05.19.01

«Материаловедение производств

текстильной и легкой промышленности»

 

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

 

 

 

 

Москва – 2012


Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии» на кафедре «Материаловедение»

 


Научный руководитель:           

Научный консультант:                                                                   

Официальные оппоненты:       

Ведущая организация:             

доктор технических наук, доцент

Мишаков Виктор Юрьевич

кандидат химических наук, доцент

Золина Людмила Ивановна 

доктор химических наук, профессор, Артёмов Арсений Валерьевич, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии»,

профессор кафедры «Химических технологий и промышленной экологии»

кандидат технических наук, доцент,

Рахматуллин Айрат Миннигалиевич,

ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления»                   им. К.Г. Разумовского,

доцент кафедры «Технология, товароведение и предпринимательство в индустрии моды»

ФГБОУ ВПО «Костромской государственный технологический университет», г. Кострома


         Защита состоится «25» апреля 2012 г. в   ч на заседании диссертационного совета Д 212.144.02 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии по адресу: 117997, г. Москва, ул. Садовническая, д. 33, стр. 1, ауд. 156.

         С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета дизайна и технологии.

         Автореферат разослан «___» _________2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета                                         Н.А. Макарова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время при ухудшении экологии окружающей среды возникает необходимость разработки новых мер  профилактики и лечения различных заболеваний, в том числе инфекционных и кожно-аллергических. Одним из способов решения этой проблемы является придание текстильным материалам  и изделиям антисептических и лечебных свойств. Наиболее востребованным представляется создание текстильных материалов с антисептическими свойствами для изготовления изделий бельевого ассортимента, непосредственно контактирующих с кожей, безопасных для здоровья человека и окружающей среды.

Цель работы – разработка  метода модифицирования материалов бельевого ассортимента на хлопчатобумажной основе с устойчивым к влажно-тепловым обработкам антисептическим эффектом, обладающих оптимальными физико-механическими и гигиеническими свойствами.  

Научная новизна  исследования заключается в том, что:

дополнена номенклатура эксплуатационных свойств материалов бельевого ассортимента показателями антисептической устойчивости: биоцидной, бактерицидной и бактериостатической;

сформулированы принципы модифицирования целлюлозных тканей  бельевого ассортимента для получения устойчивого комплекса антисептических свойств;

разработана и апробирована экологически чистая композиция с антисептическими свойствами для модифицирования хлопчатобумажной ткани бельевого ассортимента на основе гидрозоля серебра, стабилизированного желатином;

предложен эффективный метод  фиксации наночастиц серебра на волокнах целлюлозной ткани с применением натуральных таннидов;

установлено содержание атомарного серебра  в ткани, необходимое для обеспечения достаточного уровня антисептического эффекта;

установлены уровни биоцидных, бактерицидных, бактериостатических, гигиенических и механических свойств модифицированных хлопчатобумажных тканей, обеспечивающих оптимальные потребительские свойства.

Для практики существенное значение имеет:

классификация текстильных и швейных изделий с антисептическими свойствами, которая может быть использована при их производстве;

номенклатура эксплуатационных и гигиенических показателей качества текстильных полотен с антисептическими свойствами;

способ обработки и фиксации композиции в структуре целлюлозной ткани для придания ей антисептических свойств пролонгированного действия;

рекомендации по оценке уровней антисептических свойств  целлюлозных материалов  бельевого ассортимента.

Автор защищает:

классификацию текстильных и швейных изделий с антисептическими свойствами;

номенклатуру показателей качества текстильных полотен с антисептическими свойствами бельевого ассортимента;

рецептуру и метод нанесения композиций, придающих антисептические свойства пролонгированного действия целлюлозной ткани;

рекомендации по оценке уровней антисептических свойств текстильных материалов для изделий разной степени антисептической защиты.

Личный вклад авторасостоял в разработке:

классификации текстильных и швейных изделий с антисептическими свойствами;

новых эксплуатационных требований, таких как биоцидная, бактерицидная и бактериостатическая устойчивость текстильных с антисептическими свойствами бельевого ассортимента и их номенклатуры;

биоцидных композиций и эффективного метода фиксации наночастиц серебра на волокнах целлюлозной ткани с применением натуральных таннидов;

рекомендаций по оценке уровней антисептических свойств текстильных полотен бельевого ассортимента.

Апробация работы. Основные выводы и теоретические положения исследований составили часть научно-исследовательской работы «Комплексное исследование в области формирования нанослоёв с функцией гидрофобизатора и наносистем с биоцидными и антимикробными свойствами на поверхности и в структуре волокнисто-сетчатых материалов», которая проводится в рамках МГУДТ по научному направлению: «Инновационные технологии в индустрии моды 2009 2013г.г.». Результаты работы докладывали и получили положительную оценку на четырёх научных конференциях, в одном научно-практическом семинаре и  расширенном заседании кафедры материаловедения МГУДТ. Результаты работы внедрены в медицинском центре ООО «Родник» (г. Чехов,  Московской обл.), а также в учебный процесс МГУДТ при проведении курсовых, дипломных работ и чтении лекций.

Публикации. Основные положения иссле­дований опубликованы в 4 статьях изданий,  рекомендо­ванных ВАК РФ.

Структура диссертации: диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка литературы и приложения. Объём диссертации состав­ляет 167 страниц, включая 14 рисунков, 10 формул и 16 таблиц. Список цитированной ли­те­ратуры содержит 144 наименования российских и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссерта­ци­­­онной работы, установлена цель, определены на­учная но­визна и практическая значимость ис­следований.

В первой главе проведён анализ научно-технической ли­тера­ту­ры. Представлены наиболее характерные факторы влияния биологически активных сред на организм человека. Предложена классификация биоцидов, применяемых в современном производстве волокнистых материалов с антисептическими свойствами. Для рассматриваемых веществ определены сферы воздействия и проведена оценка степени  экологической безопасности.  Анализ свойств биоцидов позволил установить, что наиболее широким спектром действия при одновременной индифферентности к резидентной  микрофлоре человека обладают препараты на основе серебра.

Анализ рынка показал, что в настоящее время существует высокая потребность в изделиях с антисептическими свойствами из натуральных тканей, первостепенно необходимых  в медицинских учреждениях и  в армии.

Установлено, что для получения материалов и изделий с антисептическими свойствами существует широкий спектр технологий – от обработки волокна на стадии прядения для введения в них наночастиц металлов или других соединений до обработки готовых изделий специальными составами.

Анализ современных микробиологических методов для  определения  антисептических свойств материалов показал, что выбор этих методов зависит от диффузионных свойств реагента и от степени ингибирующей способности модифицированных образцов. Поэтому в настоящей работе для  оценки  антисептических свойств использовали  следующие методы:  «зон», аэрозольный и высева на агар из растущей жидкой культуры. Для исследования были выбраны штаммы бактерий,  чаще всего встречающиеся в транзитной микрофлоре: Bacilluc cereus sp. или Bacilluc licheniformis, Staphylococcus aureus и  Escherichia`coli.

Во второй главе разработана классификация текстильных и швейных изделий с антисептическими свойствами (рис.1), в основу,  которой положены шесть классификационных признаков: вид обработки антисептических изделий,  область применения,  группы изделий по назначению, виды изделий, виды материалов и сырьевой состав. По каждому  из классификационных  признаков дана характеристика текстильных и швейных изделий с антисептическими свойствами. Для каждой из групп изделий разработаны основные требования: эксплуатационные, гигиенические и эстетические. На основе разработанных требований к изделиям с антисептическими свойствами, установлены требования к текстильным полотнам, используемым в производстве текстильных бельевых изделий: эксплуатационные  (антисептические, механические) и  гигиенические. Получены значимые единичные показатели качества текстильных полотен бельевого ассортимента с антисептическими свойствами в группе эксплуата­ционных и  гигиенических свойств.

Разработаны рекомендации для оценки  уровней антисептических свойств текстильных материалов с использованием градации степеней воздействия на микроорганизмы: биоцидные, бактерицидные и бактериостатические. На основе нормативно-технической документации разработана номенклатура показателей качества тканей с антисептическими свойствами бельевого ассортимента. Экспериментально получены дополнительные нормативы показателей эксплуатационных и гигиенических свойств (табл.1).

Таблица 1

Дополнительные нормативы для тканей бельевого ассортимента

с антисептическими свойствами

 № п/п

Свойство ткани

Значение характеристики

Эксплуатационные свойства

   

1

2

3

Антисептическая

устойчивость:

биоцидная

бактерицидная

бактерио-

статическая

Зона задержки роста бактерий от 1 мм (метод «зон») за 24 ч

Снижение роста числа колоний бактерий на 25% и выше от контроля (аэрозольный метод) за 24 ч

Задержка размножения микроорганизмов на 15% и выше от контроля (метод высева на агар из растущей жидкой культуры) за 24 ч

Гигиенические свойства

 

4

5

Воздухопроницаемость в состоянии

в воздушно-сухом;

во влажном

Не менее 150 дм3/(м2?с) ?

Не менее 150 дм3/(м2 ?с)

?Значение взято из СанПиН 2.4.7/1.1.1286-03 Гигиенические требования к одежде для детей, подростков и взрослых.

В третьей главе выбраны объекты исследования, модифицирующие композиции, методы обработки тканей, приборы и  стандартизированные методы исследования модифицированных образцов.

На основе анализа классификации (гл.2),  структурных и физико-механических характеристик и с  учётом того, что большая часть бельевых изделий, таких как постельное белье,  изготавливается из бязи, в качестве основного объекта исследования  была выбрана бязь.                                                                                                                              

Для антисептической обработки ткани в качестве базовой была выбрана водная  композиция на основе коллоидного  серебра гидрозоль, обозначенная как композиция №1 (патент РФ № 2405557).В гидрозоле как  высокодисперсной      системе металлическое серебро Ag0n распределено с максимальным равновесным содержанием ионов серебра m(Ag+), придающих  композиции  антисептические свойства.

На основе композиции №1 дополнительно были созданы три новые антисептические композиции №2, №3, №4. Состав композиций,  концентрации компонентов, выраженные  в массовых долях, %, представлены ниже:

композиция №1: Ag0,0216%-ный + стабилизатор сополимер акриловой кислоты и акриламида 0,05%-ный;

композиция №2: Ag 0,0035%-ный + стабилизатор сополимер акриловой кислоты и акриламида 0,05%-ный + Катамин АБ 0,25%-ный + йодид калия KJ 0,08%-ный;

композиция №3 (биметаллическая с наиболее устойчивым соотношением элементов Аg:Cu=2:1): Ag 0,0185%-ный+Сu 0,0055%-ный + стабилизатор - сополимер акриловой кислоты и акриламида 0,05%-ный;   

композиция №4: Ag0,0216%-ный + стабилизатор желатин 0,05%-ный.

Для модифицирования  тканей  по результатам предварительного эксперимента  в качестве основного был выбран способ окунания сухой ткани в рабочий раствор при модуле  ванны 20, в течение  20 мин. при температуре 24±2оС.  

Для оптимизации сорбционных свойств (удаление фабричных отделочных компонентов) ткань перед модифицированием стирали в автоматической стиральной машине  на режиме «хлопок» при температуре 40°С с использованием мыльно-содового раствора 0,01%-ой концентрацией в течение 20 мин, при отжиме с частотой вращения 800 мин-1.

Антисептические свойства обработанных тканей, такие как биоцидные, бактерицидные и бактериостатические определяли соответствующими методами: 

биоцидные методом «зон». Высокие биоцидные свойства проявляются при зоне  задержки роста бактерий более 4 мм. Значения зоны задержки от 4 до 1мм соответствуют достоверным биоцидным свойствам.

бактерицидные аэрозольным методом. Высоким бактерицидным свойствам соответствует снижение роста числа колоний на модифицированном образце по отношению к контрольному образцу более чем на 50%, а при снижении от 25 до 50% проявляются свойства достоверной бактерицидности ткани.

бактериостатические методом высева микроорганизмов на плотные питательные среды из растущей жидкой культуры. Высокие бактериостатические свойства характеризуются снижением размножения микроорганизмов на модифицированном образце по отношению к контрольному образцу на 25% и выше, а при снижении от 15 до 25% проявляются достоверные бактериостатические свойства.

Качественную и количественную оценки содержания  серебра в антисептической композиции и в структуре материала проводили с помощью  следующих методов исследования:

электронной микроскопии (электронный микроскоп LEO912 AB OMEGA, оборудованный системой цифровой регистрации изображений и имеющий в своем составе модули для измерения дифракции электронов и спектров характеристических потерь энергии);

сканирующей электронной  микроскопии (атомно-силовой микроскоп Solver P47H-PRO);

лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии (установка ЛИЭС).

В третьей главе описаны приборы и методы определения значимых показателей физико-механических и гигиенических свойств модифицированных антисептических полотен.

В четвёртой главе проведен качественный анализ биоцидных композиций, определены антисептические свойства образцов,  модифицированных разработанными составами  до и после стирок. Проанализированы бактерицидные и бактериостатические свойства образцов,  обработанных композицией  №4 и её производными. Предложен новый метод модифицирования образцов. Проведен количественный анализ содержания серебра в ткани, установлены показатели значимых физико-механических и гигиенических свойств модифицированных полотен.

С помощью электронного микроскопа композиции №1 и №4  были изученына предмет соответствия заявленному составу. Подтверждено наличие металлического  серебра Ag0n. Определены формы и размеры наночастиц.

                                                а                                                      б

Рис.2. Распределение по размерам наночастиц серебра, идентифицированных в составе композиций №1 - а, №4 - б

Распределение частиц серебра по размеру их большой полуоси для композиций №1 и №4 представлено на рис. 2, а, б., где сплошная линия кривая логнормального распределения.

Установлено, что наночастицы серебра имеют сферическую или эллипсоидальную форму  с соотношением большой и малой полуосей  1,0 – 1,2. В композиции №1 присутствовали частицы с наиболее вероятным диапазоном размеров  от  1,5 до 4,0 нм, что несколько меньше, чем  в  композиции №4, где наиболее вероятный размер частиц – от 3,5 до 10,0  нм.

Все композиции были  проверены на способность придания антисептических свойств обработанным тканям. Изначально оценка проводилась методом «зон», который определяет только биоцидные свойства образцов, не отражая  уровни бактерицидности и бактериостатичности.

Антисептические свойства тканей, обработанных композициями №1 и №2, приведены в табл.2.

Таблица 2.

Биоцидные свойства образцов ткани, обработанных композициями №1,№2.

компо-зиции

 

Антисептическая  композиция

Зона задержки роста

тест-культур бактерий

(биоцидность), мм

E.coli

Bac.lich.

Stap.aur.

1

Ag 0,0216%-ный + сополимер акриловой кислоты с акриламидом 0,05%-ный

2

1

1

 

2

Ag 0,0035%-ный + сополимер акриловой кислоты с акриламидом 0,05%-ный  +

Катамин АБ 0,25%-ный, + KJ 0,08%-ный                

1/0

10/2

8-9/1

Значения в знаменателе  во второй строке показывают зону задержки роста бактерий после пяти стирок.

Полученные  результаты свидетельствуют о том, что биоцидные свойства образцов ткани, обработанных комозицией №1, соответствуют нормам  биоцидного  эффекта для всех испытуемых штаммов. Биоцидные свойства образцов ткани, обработанныхкомозицией №2, проявляются избирательно, усиливаясь в отношении штаммов  Bacilluc licheniformis и Staphylococcus aureus почти на порядок, и снижаясь  вдвое относительно Escherichia`coli. Это связано с уменьшением содержания серебра (0,0035%) в сравнении с  композицией №1 0,0216%-ной. Из полученных данных следует, что композицию №2 можно рекомендовать для модификации медицинских материалов или изделий.

Биоцидные свойства образцов ткани, обработанных композицией №3 и композицией №3.1 (разбавл. в 10 раз композиция №3), приведены в табл. 3. Исследования показали, что  введение меди в композицию повышает биоцидность ткани ко всем штаммам бактерий,  несмотря на  некоторое уменьшение содержания в ней серебра по сравнению с композицией №1. Даже десятикратное разбавление композиции №3 (композиция №3.1) идве стирки не привели к потере биоцидного эффекта. Результаты свидетельствуют о перспективности композиции №3. Однако основным препятствием для ее применения является отсутствие информации о токсическом воздействии биметаллической пары серебро +  медь на организм человека.

Таблица 3.

Биоцидные свойства образцов ткани, обработанных композициями №3,№3.1

 

№ компо-зиции

 

Антисептическая  композиция

Зона задержки роста тест-культур бактерий

(биоцидность), мм

E.

coli

Bac.

lich.

Stap.     

aur.

3.

Ag 0,0185%-ный+Сu 0,0055%-ный+ сополимер акриловой кислоты и акриламида 0,05% -ный  

3/1

4/2

3/2

3.1

Ag 0,00185%-ный +Сu 0,00055% -ный+ сополимер акриловой кислоты и акриламида 0,005% -ный   

2/2

 

2/2

 

1/1

Значения в знаменателе  во второй строке показывают зону задержки роста бактерий после двух стирок.

Биоцидные свойства образцов ткани, обработанных композицией №4, и её производными, приведены в табл.4, из которой следует, что в сравнении с композицией №1 (см. табл. 2), они усилились в 1,5 раза относительно  Escherichia coli, в 3 раза – Staphylococcus aureus  и в 2 раза –  Bacilluc licheniformis, что  свидетельствуют о перспективности  применения  композиции №4, как с точки зрения достаточной степени биоцидности, так и с позиции экологической безопасности.

При определении влияния концентрации серебра в гидрозоле на ингибирующие свойства установлено, что десятикратное увеличение содержания серебра в композиции №4.0 в сравнении с композицией №4 приводит к неожиданному снижению биоцидных свойств. Подобный результат можно объяснить возникновением крупных ассоциатов в концентрированной дисперсной системе,  что влечёт за собой снижение концентрации ионов серебра как действующего начала антисептических свойств.

 

Таблица 4.

Биоцидные свойства образцов ткани, обработанных композициями  №4,  №4.0 и №4.1

компо-зиции

 

Антисептическая  композиция

 

Число стирок

Зона задержки роста тест-культур бактерий  (биоцидность), мм

E.coli

Bac.lich.

Stap. aur.

4.

Ag0,0216%-ный +желатин 0,05% -ный

0

2

3

0

2

0

3

0

4.0

Ag 0,216%-ный + желатин 0,5%-ный

0

2

1

0

1

0

0

0

 

4.1

Ag 0,0185%-ный + желатин 0,05%-ный + квебрахо 1,5%-ный

0

2

5

3

1

0

1

2

0

2

1

0

Установлено, что после двух стирок биоцидные свойства образцов ткани, модифицированных композициями №4 и №4.0, не сохраняются, так как при влажно-тепловой обработке происходит растворение и частичное удаление как защитного коллоида желатина, так и металлического серебра. Для снижения растворимости и закрепления желатина на волокнах разработана технология с применением растительных дубителей – таннидов квебрахо и мимозы. Учитывая, что промышленные дубильные экстракты растворяются при повышенной температуре, предложен новый метод модифицирования целлюлозных текстильных материалов:

Выстиранные сухие образцы ткани погружали при температуре 24±2оС на 20 мин. в рабочий раствор композиции №4 и отжимали. Затем ткань помещали в 1,5%-ный раствор квебрахо или мимозы при температуре 70±2оС, выдерживали 40 мин. на водяной бане, после чего образцы отжимали  и высушивали в термошкафу.

Композиция №4 с последующим закреплением ее компонентов вткани путем обработки 1,5%-ным раствором таннидов квебрахо обозначена композицией №4.1. При замене таннидов квебрахо на танниды мимозы получили композицию №4.2, в которой содержание серебра было в 10 раз меньше, чем в композиции  №4.1. Следует отметить, что танниды коры мимозы придавали образцам лучший, чем квебрахо, колористический эффект в виде абрикосового оттенка.

Биоцидные свойства образцов ткани, обработанных композицией №4.1, показали устойчивый эффект ко всем исследуемым штаммам как до, так  и после двух стирок, который  однако не сохраняется  после пяти стирок. Было установлено, что потеря биоцидности после пяти стирок отражает только частичное снижение общих антисептических свойств. Так, при исследовании образцов ткани, обработанных композициями №4,  №4.1 и №4.2, после пяти стирок, а также после пяти стирок и последующего автоклавирования другими микробиологическими методами были определены высокие бактерицидные и бактериостатические показатели. Автоклавирование проводилось при давлении 1,5 атм.  в течение 30 мин. приT= 121oC в автоклаве ВК-75.  

Бактерицидные свойства образцов ткани, обработанных композициями №4, № 4.1 и № 4.2, определенные аэрозольнымметодом, приведены  табл.5, откуда следует, что,  несмотря на пять стирок и последующее автоклавирование, бактерицидность остается достаточно высокой.

Рост  числа колоний бактерий через 24 часа снижается  от 34  до  84%. Образцы, обработанные композицией №4.2, уменьшают  ингибирующее воздействие на 19% толькопо отношению к штамму  Bacillus cereus sp., сохраняя  высокий бактерицидный эффект к другим штаммам. Объясняется это тем, что  содержание  в ней  серебра в десять раз меньше, чем в остальных композициях. Это позволяет оценитьнижний предел содержания серебра в гидрозоле, при котором сохраняется бактерицидный эффект – 0,00185%.

 Таблица 5. 

Бактерицидные свойства образцов ткани, обработанных композициями №4, № 4.1 и № 4.2

 

Антисептическая композиция

Снижение роста числа колоний бактерий (бактерицидность), %

Bacillus 

St. aureus

E.coli

После пяти стирок

Контрольный образец

№4

№4.1 (квебрахо)

№4.2 (мимоза)

0

74

55

19

0

34

48

65

0

53

80

84

После пяти стирок и автоклавирования

Контрольный образец

№4

№4.1(квебрахо)

№4.2 (мимоза)

0

64

55

35

0

50

62

50

0

50

70

65

Установлено, что танниды квебрахо и мимозы вносят дополнительный вклад в повышение общей бактерицидности образцов для штаммов Staphylococcus aureus и  Escherichia`coli и несколько снижают его по отношению к штамму Bacillus cereus sp.

Бактериостатические свойства образцов ткани, обработанных композициями №4, № 4.1 и № 4.2, как до, так и  после пяти стирок, представленные в табл.6, находятся на достаточно высоком уровне. Результаты, полученные методом высева бактерий из растущей жидкой среды, показывают, что снижение числа микроорганизмов через 24 часа составляет более 25%-тов.  Исключением являются свойства образцов после пяти стирок и автоклавирования, обработанных композициями №4.1 и № 4.2, по отношениюк штамму Staphylococcus aureus, где снижение уровня размножения микроорганизмов составляет около 16%-тов, что, однако соответствует норме бактериостатического эффекта.

 

 

Таблица 6.

Бактериостатические свойства образцов ткани, обработанных композициями №4, № 4.1 и № 4.2 после стирок и автоклавирования

Антисептическая композиция

Уровень задержки размножения микроорганизмов (бактериостатичность),% 

Bacillus cereus

St.aureus

E.coli

После пяти стирок

Контр. образец

№4

№4.1(квебрахо)

№4.2 (мимоза)

0

37

37

37

0

30

41

41

0

56

52

56

После пяти стирок и автоклавирования

Контр. образец

№4

№4.1(квебрахо)

№4.2 (мимоза)

0

26

26

35

0

26

16

16

0

28

65

67

Зависимость антисептических свойств обработанных тканей от наличия в них металлического серебра  подтверждена с помощью метода атомно-силовой микроскопии (АСМ) (рис. 4).

На рис. 4, б четко видно, что наночастицы серебра создают на поверхности волокна характерный рельеф, отсутствующий на рис. 4, а. Присутствие металлического серебра хорошо определяется по фазовому контрасту обработанного образца ткани, где видны черные точки и пятна с резкими границами - наночастицы серебра (рис. 4, в).

Установлено, что на 1 мкм2 приходится около 17 наночастиц серебра. Их латеральные (горизонтальные) размеры составляют от 24 до 170 нм, а высота колеблется от 1 до 31 нм, т.е. частицы, имеют своеобразную приплющенную форму.  Число агрегации частиц, адсорбированных на поверхности волокон, находится в интервале 4 28, так как наиболее вероятный размер частиц в композиции №4  близок к 6 нм.

                                       

а                                        б                                       в

Рис. 4. Микрофотографии фазового контраста волокон хлопчатобумажной ткани, выполненные с помощью АСМ:  аконтрольный образец, трехмерное изображение, размер скана 5х5 мкм; б – образец, обработанный комп.№4, трехмерное изображение, размер скана 1х1 мкм; в - образец, обработанный комп. №4.

С помощью метода АСМ установлен предел обнаружения серебра в образцах - 14,3?10-6 г/г ткани.  Этот результат был подтвержден лазерно-искровой спектрометрией.

В табл. 7 приведены результаты лазерно-искровой спектрометрии по определению серебра в  образцах ткани до и после пяти стирок, обработанных композициями №4 (при концентрации серебра в гидрозоле: 0,216; 0,0216 и 0,00216%), №4.1 и №4.2. Установлено, что каждое последующее 10-кратное разбавление гидрозоля от 0,216 до 0,0216 и 0,00216% приводит к снижению  содержания серебра в ткани только в 2 раза – 28,2; 14,3 и 7,1·10-4 мкг/г, что свидетельствует о пределе общей сорбционной ёмкости ткани.

Последующая обработка ткани таннидами снижает содержание серебра. Это связано с тем, что процесс протекает при температуре 700С, при которой возможно растворение некоторой части желатина с одновременной потерей доли серебра.  Однако после пяти стирок в ткани остаётся от 83 до 95% серебра, а это выше, чем в образцах, не обработанных таннидами, – 49,6 и 66,0%.  Очевидно, что танниды, оказывая дубящее действие, снижают растворимость желатина, осаждая его на поверхности  волокон, тем самым защищая частицы  серебра от вымывания.

Таблица 7.

Содержание серебра в гидрозоле и  в образцах ткани,  обработанных композициями  №4, №4.1 и  №4.2до и после стирок

№ компо-

зиции

Антисепти-ческая  композиция

Массовая  доля Ag в композиции, %

Число

стирок

Содержание

Ag в ткани до и после

пяти стирок,

мкг/г104

Содержание Ag в ткани, оставшегося  после пяти стирок, %

 

4

 

Ag +

желатин

 

0,216

0

28,2

0,0216

0

5

14,3

7,5

49,6

0,00216

0

5

7,1

4,7

66,0

4.1

Ag +

желатин+

квебрахо

0,0185

0

5

4,2

4,0

95,0

0,00185

0

5

3,7 

3,3 

89,0

4.2

Ag + желатин + мимоза

0,00185

0

5

2,9

2,4

83,0


Стандартными методами установлено, что процесс модифицирования положительно влияет на основные механические характеристики ткани, выбранные согласно номенклатуре. Так, показатели жёсткости модифицированных тканей снизились на 14 – 35%, а усадка – до 0%. Контрольный образец бязи показал усадку около 5%. Не изменилась прочность модифицированных образцов.

Анализ гигиенических свойств модифицированных образцов показал  улучшение их качества за счёт повышения водопоглощения на 5%, капиллярности по основе – на 12 – 39%, по утку – на 12,5 – 29%, коэффициента  воздухопроницаемости в воздушно-сухом состоянии – на 1,5%,  коэффициента воздухопроницаемости во влажном состоянии на – 2,6%, гигроскопичности – на  5,3%.

Для образцов бязи, модифицированных композицией №4, по стандартным методикам были определены коэффициенты воздухопроницаемости Вр и общая пористостьRоб увлажнённой ткани, так как бельё находится в непосредственном контакте с телом человека, влажность которого постоянно изменяется (табл. 8).

Таблица 8.

Влияние влагосодержания на общую пористость и коэффициент воздухопроницаемости ткани (бязь)

Влажность

WФ, %

Общая пористость

Rоб, %

Коэффициент воздухопроницаемости Вp, дм3/(м2 ?с)

6,30

7,30

15,00

22,10

45,00

56,00

76,20

76,60

74,60

71,00

65,60

58,00

54,00

48,20

-

254,30

240,00

244,10

200,00

175,00

162,50

Результаты исследования показали, что коэффициент воздухопроницаемости при увлажнении бязи уменьшается. Это связано с набуханием волокон и как следствие, снижением  общей  пористости  Rоб. Аппроксимация зависимостей Rоб = f(Wф) и Вp= f(Wф) позволила получить следующие уравнения:

Rоб = 0,398WФ + 76,98,               R2 = 0,978;                 (1)

Bp = – 1,433WФ + 265,6,                 R2 = 0,964;                 (2)

Установленные зависимости Вp = f(Wф)  и Вp= f(Wф) справедливы дляобразцовконтрольных и модифицированных композицией №4.

Результаты исследования физико-механических и гигиенических  свойств модифицированных образцов бязи свидетельствуют о соответствии их стандарту.

ВЫВОДЫ.

  • Предложена классификация текстильных и швейных изделий с антисептическими свойствами.  Установлены требования к изделиям и полотнам бельевого назначения с антисептическими свойствами, обоснована номенклатура и нормативы показателей качества.
  • Исследованы и предложены новые эксплуатационные характеристики для тканей бельевого ассортимента с антисептическими свойствами по степени воздействия на микроорганизмы: биоцидная, бактерицидная, бактериостатическая устойчивость. Разработаны рекомендации по применению оценки  антисептических свойств материалов.
  • Предложен новый метод модифицирования целлюлозных тканей, придающий устойчивый антисептический эффект к многократным влажно-тепловым обработкам и автоклавированию, а также улучшающий их физико-механические и гигиенические свойства.
  • Разработана и апробирована экологически чистая композиция с антисептическими свойствами на основе гидрозоля серебра, стабилизированного желатином. Предложен эффективный метод  фиксации наночастиц серебра на волокнах целлюлозной ткани с применением натуральных таннидов квебрахо и мимозы.
  • Подтверждено, что антисептический эффект в исследуемых гидрозолях обусловлен  наличием наночастиц металлического серебра с наиболее вероятным диапазоном размеров 1,5 – 4,0 нм для стабилизатора – сополимера акриловой кислоты с акриламидом и от 3,5 до 10,0  нм для стабилизатора – желатина. Установлено, что нижний предел содержания серебра в гидрозоле, при котором сохраняется бактерицидный эффект,  составляет 0,00185% мас.
  • Методом  атомно-силовой микроскопии установлено, что на  поверхности волокон бязи фиксируются частицы серебра с размером по горизонтали от 24 до 170 нм,  высотой  –  от 1 до 31 нм,  числом агрегации от 4 до 28.
  • Методом лазерно-искровой спектрометрии определено, что количество серебра,  достаточно прочно удерживаемое на поверхности волокон бязи,  имеет предел, не превышающий 4·10-4 мкг/г.  Минимальное  содержание серебра в ткани, сохраняющее бактерицидный эффект, составляет   2,4·10-4 мкг/г.
  • Антисептическое действие на уровне бактерицидности и бактериостатичности, как наиболее безопасное при контакте тканей с кожей человека,  представляется наиболее приемлемым вариантом отделки для изделий бельевого ассортимента.

СТАТЬИ, ОПУЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в журналах, определенных ВАК:

1. Жихарев А. П., Баранова О. Н. Влияние влагосодержания на воздухопроницаемость тканей изделий детского ассортимента. [Текст] // Дизайн и технология.  – МГУТД. – 2008. – №9(51). – С. 93 – 98.

2. Жихарев А. П., Баранова О. Н. Разработка методики модифицирования хлопчатобумажных тканей бельевого ассортимента наноразмерными частицами серебра и определение влияния стирок на синергическую устойчивость. [Текст] // КНУТиД. – Вiстнiк. – 2008. – №5(48). – С. 108 –113.

3. Баранова О. Н.,  Жихарев А. П.,  Золина Л. И., Поддубко С. В. Выбор бактерицидных препаратов и определение влияния  стирок на синергическую устойчивость модифицированных хлопчатобумажных тканей бельевого ассортимента. [Текст] // Известия высших учебных заведений. Технология легкой промышленности. – 2009. – №3. – СПб. – С. 80 – 83.

4. Баранова О. Н.,   Жихарев А. П., Золина Л. И., Поддубко С. В. Разработка метода модифицирования и определение синергетической устойчивости антимикробных хлопчатобумажных тканей бельевого ассортимента. [Текст] // Дизайн и технология. – МГУТД. – 2011. – №25. – С.73 – 78.

Статьи в других журналах и изданиях

1. Баранова О. Н.,  Заметта Б. В. Модификация текстильных материалов наночастицами серебра. [Текст] // Сырьё и упаковка. – Издательский дом «Красота для профессионалов». – 2009. – №1(90). – С. 28 – 30.

2. Баранова О. Н.,   Жихарев А. П. «Влияние усадки пакетов одежды из костюмных тканей на коэффициент воздухопроницаемости». Сборник материалов международной научной конференции «Новое в технике и технологии текстильной и легкой промышленности». [Текст] / ВГТУ – 2010 г., – С. 318-321.

Материалы выступлений на научных конференциях:

1. Научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных. II Московский фестиваль науки (19 – 21 октября, 2007 г., М.: МГУДТ).

2. Научно-методический семинар по материаловедению в области сервиса, текстильной и лёгкой промышленности «Совершенствование профессиональной подготовки специалистов в области материаловедения, экспертизы и управления качеством изделий, услуг и работ» (7 – 11 апреля, 2008 г., М.: РГУТС).

3. Международная научная конференция «Новое в технике и технологии текстильной и лёгкой промышленности» (18 ноября 2009 г., Витебск, ВГТУ).

4. Международная научно-практическая конференция «Нанотехнологии в текстильной и легкой промышленности – от разработки до внедрения» (11 марта, 2010 г., М.: МГТУ им. Косыгина).

5. Международная научно-практическая конференция «Нано-, биоинформационные технологии в текстильной и лёгкой промышленности» (21–23 сентября, 2011 г., Иваново).                  

Патенты: подана заявка № 2011116905 от 28.04.2011 на метод модифицирования образцов.

 

 

Баранова Ольга Николаева

Разработка метода придания антисептических свойств целлюлозным текстильным полотнам бельевого ассортимента  и оценка их качества

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

 

Усл.-печ. 1,0 п.л. Тираж 80 экз. Заказ № 070-12

Информационно-издательский центр МГУДТ

117997, г. Москва, ул. Садовническая, д. 33

Отпечатано в ИИЦ МГУДТ

 
Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.