Разработка композиционных препаратов для биоцидной отделки льносодержащих материалов

УДК 677.047.625:677.11

 

Разработка  композиционных препаратов для биоцидной  отделки

льносодержащих  материалов

 

П.А. Морыганов, В.Н. Галашина*, О.Ю. Кузнецов**

 

Ивановский  государственный химико-технологический  университет

*Институт химии растворов РАН

**Ивановская государственная медицинская академия

 

Технические ткани (ТТ) и нетканые материалы (НМ), обладая широким комплексом эксплуатационных свойств, занимают весомое место в мировом хозяйстве. Приоритетными сферами их применения являются автомобилестроение, стройиндустрия, товары народного потребления [1].

В современных  условиях наметилась устойчивая тенденция  роста объемов выпуска ТТ и  НМ на основе льноволокон [2]. Поскольку  условия их эксплуатации предполагают контакт с микроорганизмами, иногда при повышенной влажности, то становится очевидной необходимость защиты натуральных волокон от биодеструкции. По приведенным в литературе данным [3], почти 40 % от общего объема потерь текстильных материалов во время хранения, переработки и эксплуатации приходится на долю биоповреждений, что составляет 5-7 % стоимости мировой продукции (примерно 40 млрд. долларов в год).

При несомненной  перспективности химической модификации  целлюлозы, более приемлемыми для  практической реализации остаются способы, основанные на пропитке текстильных материалов антимикробными препаратами (АП) [4]. Они позволяют не только защитить полимер от биодеструкции, но и предотвратить влияние болезнетворных бактерий, вирусов и грибков на человека. Учитывая быструю адаптацию микроорганизмов к неблагоприятным факторам, возрастающие требования к экологической безопасности препаратов, их токсичности и аллергенности, следует постоянно проводить поиск и разработку новых биоцидных препаратов. Соединения, подавляющие развитие микроорганизмов, характеризуются избирательностью, поэтому решить проблему создания препаратов с широким спектром действия можно путем формирования композиции из реагентов, эффективно воздействующих на отдельные виды микрофлоры.

Целью настоящей  работы явилось исследование эффективности применения известных и предложенных в последнее время препаратов, предотвращающих  рост микробиологических культур, и формирование композиционного состава на их основе для защиты от биоповреждений текстильных материалов из льняных волокон.

Оценку эффективности действия препаратов проводили по зоне задержки роста 
штаммов плесневых грибов и штамма резистентного (устойчивого к АП) гриба, выделенного со звукоизоляционной льносодержащей панели автомобиля и идентифицированного как Neurospora sp. Грибковые культуры выбирали из перечня, рекомендуемого ГОСТ 9.802 для испытания тканей и изделий из целлюлозных волокон на грибостойкость. Испытания проводили по ГОСТ 9.085, согласно которому растворы исследуемых биоцидных препаратов в количестве 0,1 мл. помещали в четыре металлических цилиндрика, находящихся на зараженной грибами питательной среде в чашке Петри.

В качестве объектов для  биоцидной обработки использовали суровую льняную ткань (брезент №6) и льняной НМ поверхностной плотностью 300 г/м². Материалы пропитывали антимикробными препаратами при температуре не выше 40°С и высушивали на воздухе или при температурах 80-150°С. Коэффициент устойчивости материалов к микробиологическому разрушению (К) рассчитывали по степени изменения разрывных нагрузок материалов до и после их контакта с почвенной микрофлорой в соответствии с ГОСТ 9.060.

 

Различие в эффективности  действия АП на штаммы плесневых грибов наглядно подтверждается фотографиями (см. рис. 1)

Рис. 1

                           (а)                                                                         (б)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Препараты 1-4 (рис. 1а) практически  не оказывают влияния на жизнедеятельность данной биосистемы и зоны задержки роста микроорганизмов вблизи указанных препаратов составляют 1-4 мм. Во втором случае (рис. 1 б) препараты 5-8 эффективны и рост грибков практически полностью подавляется в зоне диффузии препарата.

Данные, приведенные в табл. 1, позволяют оценить способность ряда известных антисептиков и промышленно выпускаемых биоцидов воздействовать на различные биосистемы: штаммы плесневых грибов и совокупность грибковых и бактериальных культур (почвенную микрофлору). Препараты и соли металлов использовали в концентрациях, обеспечивающих их выход на волокно соответственно в количествах 1-2% масс. и 0,2-1,0% масс.

Табл. 1

N	Наименование препарата	Зона задержки роста культуры, мм		Коэффициент устойчивости материала  к микробиологическому разрушению, %
		Штамма гриба Neurospora sp.	Штаммов плесневых грибов по ГОСТ 9.802-84: Aspergillus niger van Tieghem Aspergillus terreus Thom Chaethomium globosum Kunze Penicillium ochro-chlorom Biourge Trichoderma viride Pers.ex.Fr	Ткань	Нетканый материал
1	Соли металлов:      хрома	0	1-2	45,0	-
2	меди	0	0	36,0	67,0
3	серебра	0	1-2	13	-
4	Соединения-антисептики:   тетраборнокислый натрий	0	3-4	69,6	-
5	раствор йода	-	22	12	-
6	бриллиантовый зеленый	16,0	20,0	29,0	88
7	лаурилпиридиний сульфат (ЛПС)	-	18	22	-
8	хлоргексидина биглюконат	14	18	53	-
9	пергидроль	4,0	5,0	26,0	27
10	гексафторосиликат аммония (по ГОСТ 26604-85)	-	0	5,0	-
11	повиаргол	-	20,0	-	-
12	Промышленно выпускаемые биоцидные  препараты: «Фундазол»	7,0	15,0	80	90
13	«Крототан»	13,0	13,0	93	-
14	«Бакцид»	2,0	6,8	3,0	-
15	«Виркон»	-	11,0	47,0	48
16	«Препарат А»	-	-	83,0	-
17	«Антиплесень»	-	15,0	73,0	76
18	«Сondutex»	-	22,0	91,0	95
19	Необработанный образец			3-8	3-8

Примечание: ткань считается устойчивой к микробиологическому разрушению, если коэффициент устойчивости равен 80±5%.

 

Из приведенных в табл.1 данных видно, что комплексным действием обладают дорогостоящие композиционные составы «Condutex» и «Антиплесень». Большинство препаратов избирательно действуют на различные микроорганизмы, т.е. они могут быть эффективны против грибков, но в условиях воздействия почвенной микрофлоры, содержащей широкий спектр различных микроорганизмов, не обеспечивать необходимую степень защиты льносодержащих материалов. Стоит отметить, что соли меди и хрома, часто предлагаемые в литературе для биоцидной отделки текстильных материалов, оказались малоэффективными к различным микробиологическим культурам. Необходимым условием отбора является получение агрегативно устойчивых растворов. Это условие было причиной исключения из дальнейших опытов биоцидных препаратов, обладающих высокой степенью защиты целлюлозных материалов, таких как «Фундазол» и «Крототан», из-за их низкой растворимости и образования осадка. Большие значения коэффициента устойчивости к микробиологическому разрушению нетканых материалов по сравнению с тканями связаны с большим свободным объемом материала и, соответственно, увеличением выбираемости биоцидного препарата из раствора.

Следующий этап работы заключался в составлении двух или трех компонентных систем на основе отобранных в предварительных экспериментах биоцидных препаратов и определении  устойчивости обработанных ими льносодержащих материалов к воздействию почвенной микрофлоры. Полученные данные приведены на гистограмме.       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ингредиенты в данной серии опытов использовали в технологически и экономически целесообразных концентрациях. Как видно из гистограммы, все индивидуальные препараты не эффективны, коэффициенты устойчивости к микробиологическому разрушению обработанных ими материалов не превышают 21%. При составлении различных композиций на основе этих препаратов не всегда можно достичь нужной степени защиты текстильных материалов от биодеструкции. Сочетая препараты определенным образом, можно добиться синергического эффекта, т.е. препараты, малоэффективные по отдельности, в композиции усиливают действие друг друга и достигаемый эффект может превышать суммарный. Так, например, при использовании композиции К₄ (ЛПС+Мепоран+Отексин) коэффициент устойчивости материала к биологическому разрушению составил 95%. Композиции К₅ (Мепоран+Препарат А)  и К₈ (Отексин+Препарат А+Мепоран) также представляют интерес. Рациональное сочетание компонентов позволяет снизить концентрации дорогостоящих препаратов и в то же время, обеспечивает высокую степень защиты льносодержащих материалов. Композиции К₅ и К₈  были условно названы «Комбатекс Т» и «Комбатекс НМ» и рекомендованы для биологической защиты льносодержащих тканей и нетканых материалов.

 

Оценка изменения эффективности композиции при температурных воздействиях отображена в табл. 2.

Табл.2

№ п/п	Состав композиции	Коэффициент устойчивости материала  к микробиологическому разрушению, %
		Сушка материала при t
		60°С	выше 150°С
1	Мепоран+ЛПС+Хлоргексидин	50	18
2	ЛПС+Мепоран+Отексин	95	92
3	Препатат А+Мепоран                      («Комбатекс Т»)	85	87
4	Препарат А+Отексин +Мепоран    («Комбатекс НМ»)	90	95

 

Сравнивая данные табл.1 и табл.2, можно сделать вывод, что выявленные нами композиционные составы нисколько не уступают и даже превосходят промышленно выпускаемый импортный препарат «Сondutex».

Внешний вид ткани, обработанной высокоэффективными антимикробными препаратами, такими как «Сondutex», а также вновь разработанной композицией «Комбатекс Т» представлен на следующей фотографии (рис. 2).

 

Рис.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выводы:

1. Проведена сравнительная оценка фунгицидных свойств широкого спектра антисептических и промышленно выпускаемых биоцидных препаратов в отношении штаммов плесневых грибов. Определены соединения и их минимальные концентрации, обеспечивающие зону задержки роста грибковых культур до 20-22мм.
2. Изучено влияние широкого набора реагентов на биологическую устойчивость к воздействию почвенной микрофлоры обработанных ими льносодержащих материалов. Определены композиционные составы для которых суммарный эффект от воздействий компонентов выше аддитивного.
3. Разработаны экономичные и эффективные композиционные препараты «Комбатекс Т» и «Комбатекс НМ», обеспечивающие высокую устойчивость материалов к микробиологическому разрушению при длительном воздействии грибковых и бактериальных культур. Подобраны концентрации ингредиентов,  при которых обеспечивается увеличение коэффициента устойчивости материалов к биоразрушению от 3-5% до 90-95%.

ЛИТЕРАТУРА

1. Айзенштейн Э.М.//Технический текстиль.-2004.- №10. С.4-9
2. Грицев П., Лобачева Е. Товарная структура экспорта продукции льняной отрасли// Рынок легкой промышленности. 2004.-№39.-с.44-45
3. Садова С. Полимерные препараты для текстильной промышленности.// Барьер безопасности, 2002.- №1.-с. 87-89.
4. Мельников Б.Н., Захарова Т.Д., Кириллова М.Н. Физико-химические основы процессов отделочного производства М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982.-с.265-268