Разработка нового способа придания биоцидных свойств хлопчатобумажным текстильным материалам с использованием наночастиц металлов

Введение                               многих отраслях науки и техники и обещает

Уже более двадцати лет развитие     человечеству новые достижения в широком нанотехнологий является приоритетным во     диапазоне их применений. Одним из направ- лений развития нанотехнологий в текстильной промышленности является разработка антимикробных текстильных изделий с использованием наноразмерных частиц металлов. Неорганические материалы в наноформе, такие как металлы и их оксиды привлекают внимание по нескольким приичинам: высокая проникающая способность, ингибирование роста инфекционных заболеваний в связи с их антимикробными свойствами, способность выдерживать суровые условия процесса.

Самым известным металлом, обладающим ярковыраженными антимикробными свойствами, является серебро. Его свойства известны со времен Египетской цивилизации, а его применение в наши дни повсеместно – от электроники до медицины. Тем не менее не только серебро обладает бактерицидными свойствами и может быть использовано для модификации текстильных материалов с целью придания им биоцидных свойств.

Медь является эссенциальным микроэлементом, необходимым для нормальной жизнедеятельности человека. Известно, что медь оказывает влияние на процессы кроветворения, участвует в углеводном обмене, стимулирует иммуннозащитные функции организма [1]. Соли двухвалентной меди, гидроксид меди обладают антимикробной и дезодорирующей активностью. Однако в контакте с кожей человека под действием воздуха, влаги, пота, сореджимого раны ионы меди постепенно исчезают. Ткань, содержащая ионы меди, со временем перестает быть бактерицидной. Как материал длительного санитарно-гигиенического назначения она неприменима, поскольку нестабильна. Другое дело ткань, содержащая наночастицы меди. Они так же, как ионы меди, адсорбируются химическими связями на целлюлозе и представляют собой своеобразное депо для поставки ионов меди в раствор [2].

Менее распространенным соединением, используемым в качестве антимикробного агента, является наноразмерный оксид железа (III)[3]. Исследования, проводимые Ameer

Azam с коллегами [4], по изучению антимикробной активности наноразмерных оксидов металлов, подтвердили что оксид железа (III) ингибирует рост как грамположи-тельных, так и грамотрицательных бактерий.

Таким образом, изучив актуальную в области исследования патентную и научную литературу, нами было принято решение о разработке нового способа придания целлюлозным текстильным материалам биоцидных свойств с использованием наночастиц меди, оксидов меди и железа.

Объекты и методы исследования

Объектами исследования являлись: хлопчатобумажная ткань артикула 03С7-БЧ484 бязевой группы, сульфат меди CuSO 4 *5H 2 O (Китай), сульфат железа семиводный Fe₂SO₄ (Россия), гидроскид натрия NaOH (Россия).

В работе были использованы следующие методы исследования: микроскопии-ческий, рентгеноструктурный, микробиологический.

Результаты и их обсуждение

Химическое восстановление частиц меди, адсорбированных на материале, осуществляли следующим образом: образцы ткани пропитывали 0,1-2% раствором сульфата меди (CuSO 4 *5H 2 O), в сочетании с 0,1-2% раствором сульфата железа (FeSO 4 *7H 2 O). Реакцию проводили в щелочной среде с последующей сушкой при температуре 60-70⁰С в течение 10 минут, а термообработку при 150⁰С в течение 4 минут.

Полученные образцы промывали в растворе уксусной кислоты и далее дистиллированной водой.

Методом рентгеноструктурного анализа было подтверждено наличие в растворе чистой меди и оксидов металлов – CuO и Fe 2 O 3 (рис.1).

Размер и закрепление восстановленных наночастиц определяли на электронных микрофотографиях обработанных образцов. (рис.2). Размер частиц варьируется от 5 до 80 нм [5].

2θ, град

Рисунок 1 - Данные рентгеноструктурного анализа

Рисунок 2 - Микроснимки волокон обработанной ткани

Исследование образцов текстиля на бактериальное обсеменение проводилось следующим образом: для проверки обсемененности с образцов ткани делали смывы. Взятие смывов производили с помощью стерильных увлажненных ватных тампонов. Перед посевом смывов в пробирку с тампоном добавляли 5 мл изотонического раствора хлорида натрия. Тампон был тщательно отмыт, после чего 0,1 мл смывной жидкости поместили в чашку Петри со средой МПА (мясо-пептонный агар). Чашки поместили в термостат при 300С. Предварительный подсчет выросших колоний произвели через 48 часов, окончательный через 72 часа. Количество клеток бактерий, выросших на поверхности обработанных составом образцов хлопчатобумажной ткани, показано в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты исследований на микробиологическую обсемененность

Состав растворов, в зависимости от концентрации солей (во всех случаях использовали 3% р-р NaOH)	Показатели микробиологической обсемененности, количество выросших клеток на поверхности в 25 см2
Необработанный образец х/б ткани (контроль)	9000
0,1% р-р CuSO 4 в сочетании с 0,1% р-ром FeSO 4 (I)	500
1% р-р CuSO 4 в сочетании с 1% р-ром FeSO 4 (II)	0
2% р-р CuSO 4 в сочетании с 2% р-ром FeSO 4 (III)	0

Исходя из результатов исследований на микробиологическую обсемененность, можно сделать вывод об эффективности предлагаемого способа.

Образцы, обработанные указанными в таблице 1 составами, оказали и фунгицидное действие. Численность грибов, выросших на контрольном образце ткани, составила 20-30 клеток, на остальных образцах произошло полное ингибирование роста грибов.

В работе было изучено влияние разработанного способа антимикробной отделки на потребительские свойства ткани.

Показатели прочности на разрыв определяли на разрывной машине РТ-250М.

Изучение прочности ткани на разрыв не выявило значительных изменений по сравнению с разрывной нагрузкой контрольного образца.

Показатели воздухопроницаемости исследумых образцов ткани определяли на приборе ВПТМ-2. Изменение показателей воздухопроницаемости обработанных образцов ткани по сравнению с контрольным образцом незначительно. Коэффициенты воздухопроницаемости хлопчатобумажной ткани, обработанной предлагаемым составом, соответствуют нормативным требованиям для этой группы тканей (табл. 2).

Таблица 2 – Показатели прочности и воздухопроницаемости хлопчатобумажной ткани

№ состава согласно приведенным примерам	Разрывная нагрузка, Н	Воздухопроницаемость, дм3/м2×с
контроль	320	180
I	310	170
II	300	170
III	310	170

Заключение

Таким образом, целлюлозные текстильные материалы, обработанные предлагаемым способом, имеют улучшенные антимикробные свойства – стойки к действию микроорганизмов и грибов.

Кроме того, для восстановления наночастиц для придания антимикробных свойств в работе не требовалось использование коммерческих восстановителей, что значительно экономит сам процесс отделки текстильных материалов.