Способы защиты текстильных материалов от повреждений микроорганизмами

     Повреждению химического волокна, протеканию процессов деструкции, начинающихся с поверхности, во многом способствуют дефекты в виде трещин, сколов, вмятин, которые могут возникнуть в процессе получения и отделки волокон.

     Не только физическая, но и химическая неоднородность может способствовать процессу биодеструкции синтетических волокон. Химическая неоднородность возникает при производстве полимера и его тепловых обработках и проявляется в различном содержании в материале мономеров, тех или иных концевых групп. Возможность проникновения продуктов обмена микроорганизмов в структуру синтетических волокон зависит от количества и доступности функциональных концевых групп полимера, которые в большом количестве содержаться в олигомерах.

     Способность синтетических волокон к набуханию также облегчает проникновение биологических агентов во внутренние мало-упорядоченные участки волокон и приводит к ослаблению межмолекулярных взаимодействий, разориентации макромолекул, деструкции в аморфной и кристаллической областях. Следствием структурных изменений является снижение прочностных свойств волокон.

     Экспериментально удалось подтвердить теоретические положения, что полиамидные волокна с менее упорядоченной структурой (невытянутые капрон и анид; капрон и анид разных режимов термообработки), а также полиамидные волокна с большим содержанием олигомеров отличаются меньшей устойчивостью к воздействию микроорганизмов, чем волокна с хорошо организованной структурой и меньшим содержанием низкомолекулярных соединений.

     Таким образом, наиболее быстрому возникновению и протеканию процесса биодеструкции синтетических волокон способствуют слабая упорядоченность и малая степень ориентации макромолекул волокон, их низкая плотность, невысокая кристалличность, а также наличие дефектов в макро- и микроструктуре волокон, поры и пустоты в их внутренних участках.

Более стойкими к микробиологическим повреждениям являются волокна на основе карбоцепных полимеров — полиолефинов, полихлорвинила, полифторвинила, полиакрилонитрила, поливинилового спирта. Менее биостойки волокна на основе гетероцепных полимеров — полиамидные, полиэфирные, полиурета - новые и др.

     При сравнительных почвенных испытаниях на биостойкость искусственных и синтетических волокон было показано, что вискозное волокно полностью разрушается на 17-е сут. испытаний, на лавсане колонии бактерий и грибов появляются на 20-е сут., капрон обрастает мицелием грибов на 30-е сут. Наиболее биостойкими оказались хлорин и фторлон, начальные признаки биоповреждений которых проявлялись только через 3 мес. после начала испытаний.

     При изучении биостойкости тканей из нитрона, лавсана и капрона было установлено, что почвенные грибы и бактерии оказывают примерно одинаковое влияние на характеристики этих тканей, вызывая увеличение степени набухания волокон на 20—25 %, снижение прочности на 10— 15% и уменьшение относительного разрывного удлинения на 15 — 20 %. При этом в целом нитрон показал лучшие значения биостойкости, чем лавсан и капрон.

     Установлено, что многие виды бактерий могут использовать полимерные волокна как единственный источник углерода и азота. Например, из с-капролактам выделено до 15 видов таких бактерий. Доказано, например, что капроновые волокна могут служить единственным источником углерода и азота для бактерий штамма Bacillus subtilis K1, при этом происходит выделение е-аминокапроновой кислоты, которая затем также утилизируется этой бактерией.

     При воздействии микроскопических грибов Aspergillus niger на капроновые волокна увеличивается количество концевых карбоксильных и аминогрупп, что также свидетельствует о химическом воздействии микроскопических грибов на синтетические волокна.

Способы защиты текстильных материалов  
от повреждения микроорганизмами.

     Придание текстильным материалам антимикробных свойств преследует две основные цели: защиту от действия микроорганизмов и защиту от действия патогенной микрофлоры объектов, соприкасающихся с текстильными материалами.

     В первом случае речь идет о придании волокнистым материалам биостойкости, а следовательно, о пассивной защите; во втором случае — о создании условий для превентивной атаки со стороны текстильного материала на болезнетворные бактерии и грибы для предохранения от их действия защищаемого объекта.

     Основным методом повышения биостойкости текстильных материалов является применение антимикробных препаратов (биоцидов). Требования к «идеальному» биоциду следующие:

• эффективность воздействия против наиболее распространенных микроорганизмов при минимальной концентрации и максимальном сроке действия;
• нетоксичность применяемых концентраций для людей;
• отсутствие цвета и запаха;
• низкая стоимость и удобство употребления;
• отсутствие ухудшения физико-механических, гигиенических и других свойств изделия;
• сочетаемость с другими отделочными препаратами и текстильно-вспомогательными веществами;
• светостойкость, атмосферостойкость.

     Практически каждый класс химических соединений был использован в то или иное время для придания антибактериальной или противогрибковой активности текстильным изделиям.

     Применяемые в отечественной и зарубежной промышленности способы придания текстильным материалам биостойкости можно сгруппировать следующим образом:

• пропитка биоцидами, химическая и физическая модификация волокон и нитей, формируемых затем в текстильный материал;
• пропитка текстильного полотна растворами или эмульсиями антимикробного препарата, его химическая модификация;
• введение антимикробных препаратов в связующее вещество (при производстве нетканых материалов химическим способом);
• придание антимикробных свойств текстильным материалам в процессе их крашения и заключительной отделки;
• применение дезинфицирующих веществ при химической чистке или стирке текстильных изделий.

     Пропитка волокон и самих текстильных полотен, однако, не обеспечивает прочного закрепления реагентов, вследствие этого антимикробное действие таких материалов непродолжительно. Наиболее эффективными способами придания текстильным материалам биоцидных свойств являются те, которые обеспечивают образование химической связи, т.е. способы химической модификации. К методам химической модификации волокнистых материалов относятся обработки, приводящие к возникновению соединений включения, как, например, введение биологически активных препаратов в прядильные расплавы или растворы.

     На стадии полимеризации при получении капрона добавляют антибактериальный препарат Permachem, представляющий собой оловоорганическое соединение (окись или гидроокись трибутил-олова), что обеспечивает сохранение антибактериального эффекта после многократных стирок. Разработаны способы придания антимикробных свойств текстильным материалам за счет введения нитрофурановых препаратов в прядильные расплавы с последующим закреплением их при формовании в тонкой структуре волокон по типу соединений включения.

     В патентной литературе имеются данные о придании антимикробных свойств синтетическим волокнам в процессе замасливания. Перед вытягиванием волокна обрабатывают соединениями на основе производных оксихинолина, ароматическими аминами или нитрофурановыми производными. Такие волокна обладают длительным антимикробным действием.

     Физическая модификация волокон или нитей — это направленное изменение их состава (без новых химических образований и превращений), структуры (надмолекулярной и текстильной), свойств, технологии производства и переработки. Совершенствование структуры и повышение степени кристалличности волокна приводит к повышению биостойкости. Однако физическая модификация, в отличие от химической, антимикробных свойств волокнам не придает, но может повышать биостойкость.

     Далеко не всегда требуется иметь текстильные материалы, изготовленные целиком из антимикробных волокон. Даже небольшая доля высокоактивного антимикробного волокна (например, ¹/₃ или даже 1/4 часть) в состоянии обеспечить всему материалу достаточную биостойкость. Как показали исследования, антимикробные волокна оказались не только сами защищенными от повреждения микроорганизмами, но и способными экранировать от их действия волокна растительного происхождения.

     Представляет интерес изготовление антимикробных нетканых материалов введением в материал активных ингредиентов в микрокапсулированном виде. Эта технология была разработана и запатентована фирмой Earth Holdings (США). Микрокапсулы могут содержать твердые частицы или микрокапли антимикробных веществ, которые высвобождаются при определенных условиях (например, под действием трения, под давлением, путем растворения оболочек капсул или их биоразрушения).

     На биостойкость волокнистых материалов может оказать большое влияние выбор красителя. Известны красители, обладающие антимикробной активностью на волокне — производные салициловой кислоты, способные фиксировать медь, трифенилметано-вые, акридиновые, тиазоновые и т.д. Хромсодержащие красители, например, обладают антибактериальным действием, но устойчивости к действию плесневых грибов они волокнам не придают.

     Известно, что синтетические волокна, окрашенные дисперсными красителями, разрушаются микроорганизмами более интенсивно. Предполагается, что эти красители делают поверхность волокон более доступной для бактерий и грибов.

     В России и за рубежом делаются попытки однованного крашения и биозащитной отделки текстильных материалов. Совмещение этих процессов представляет не только теоретический интерес, но и является перспективным в технико-экономическом отношении.

     Обработка текстильных материалов силиконами также сообщает этим полотнам антимикробный эффект. Некоторые авторы утверждают, что аппретирование текстильных материалов гидрофобизирующими препаратами сообщает им достаточно высокую антимикробную активность. Гидрофобизирование материалов может ослаблять вредное воздействие микроорганизмов, так как уменьшается количество адсорбированной влаги. Однако сама по себе гидрофобная отделка не может полностью устранить вредного воздействия микроорганизмов. Поэтому антимикробные свойства, сообщаемые некоторым текстильным материалам в процессе обработки их силиконами, можно отнести за счет применения в качестве катализаторов солей металлов, таких, как медь, хром, алюминий.

     Применение дезинфицирующих веществ, например, при стирке изделий, возможно непосредственно самим потребителем. Известен метод применения санирующих веществ для ковровых изделий — опрыскивание или распыление дезинфицирующего вещества на поверхности напольных покрытий в процессе эксплуатации. Приемлемые уровни обеззараживания могут быть достигнуты при стирке текстильных изделий такими стиральными средствами, которые могут создавать остаточную фунги- и бактериостати-ческую активность.