ТЕКСТИЛЬНЫЕ ВОЛОКНА И МАТЕРИАЛЫ

ТЕКСТИЛЬНЫЕ ВОЛОКНА И МАТЕРИАЛЫ

К текстильным материалам относят вырабатываемые из волоков и нитей ткани и нетканые материалы, трикотаж, войлок, сети, ка­наты и др. Текстильные волокна подразделяют на натуральные (целлюлозные и белковые), химические (искусственные и синтети­ческие) и минеральные (асбестовые, базальтовые, стеклянные). Текстильные материалы и волокна могут подвергаться повреж­дениям микроорганизмами, насекомыми, грызунами и другими агентами биоповреждений. Стойкость волокон и тканей к биопов­реждениям зависит прежде всего от химической природы волокон., из которых они изготовлены. Чаще приходится сталкиваться с мик­робиологическими повреждениями текстильных материалов на ос­нове натуральных волоон — хлопчатобумажных, льняных и др., утилизируемых сапрофитной микрофлорой в круговороте биогенных веществ. Химические волокна, особенно синтетические, и синтетиче­ские ткани более биостойки, но и к ним адаптируются микроорга­низмы-биодеструкторы. В условиях повышенной влажности и температуры и ограничен­ного воздухообмена микроорганизмы поражают волокна и ткани на разных этапах их изготовления и применения, начиная с первичной переработки волокна, включая прядение, ткачество, отделку и хра­нение, транспортировку и эксплуатацию текстильных материалов и изделий из них. Интенсивность биоповреждений волокон и тканей резко возрастает при контакте с почвой и водой, особенно в районах с теплым и влажным климатом. Нестойкие к микроорганизмам хлопчатобумажные волокна и ткани нуждаются в защите от биоповреждений. В первую очередь это относится к тканям технического назначения — брезенты, палат­ки, тенты, паруса, рыболовные сети, канаты и упаковочные мате­риалы. Характерный признак поражения текстильных материалов гри­бами— появление желто-оранжевых, красно-фиолетовых, зелено-коричневых пятен в зависимости от цвета пигмента, вырабатывае­мого грибами, и цвета ткани. При взаимодействии пигмента грибов с красителем ткани возникают пятна разных тонов и оттенков, кото­рые не удаляются при стирке или окислении перекисью водорода. Иногда от них можно избавиться обработкой горячим раствором гидросульфита натрия. Появление пятен на текстильных материа­лах, как правило, сопровождается появлением сильного затхлого запаха. Биоповреждения текстильных материалов проявляются не толь­ко в появлении пятен и запаха, но и в изменении прочностных свойств, чаще в снижении механической прочности и в потере мас­сы, вследствие разрушения волокон экзогенными метаболитами: микроорганизмов — ферментами,   органическими   кислотами   и др..Натуральные целлюлозные волокна и материалы. Натураль­ными целлюлозными волокнами являются хлопчатобумажные, лу­бяные, джутовые и некоторые другие волокна растительного про­исхождения. Хлопковые, волокна наиболее богаты целлюлозой, ко­торая составляет около 90% от их массы. Лубяные волокна— льняные, конопляные содержат несколько меньше целлюлозы— около 70%, Они содержат также компоненты, некоторые из которых повышают биостойкость волокон. Сырой хлопок поражается микроорганизмами уже при сборе и последующем хранении. Скорость инфицирования увеличивается при контакте с почвой и повышении влажности хлопка. Эффектив­ную защиту обеспечивает осушка; если поддерживать содержание воды в хлопке ниже 8%, то рост микроорганизмов прекращается. Льняные, конопляные (пенька) и другие лубяные волокна и ткани на их основе содержат помимо целлюлозы около 10% лигни­на, а также воск и микроколичества антибиотиков. Эти компоненты более биостойки, чем целлюлоза и, как правило, положительно вли­яют на биостойкость лубяных волокон. В целом же считается, что по биостойкости лубяные волокна находятся примерно на одном уровне с хлопчатобумажными. На биостойкость целлюлозных волокон большое влияние оказы­вает последующая обработка их отделочными растворами — шлих­той и аппретами, содержащими в своем составе крахмал, муку, же­латин, смолы и другие вещества, придающие текстильным мате­риалам износостойкость, несминаемость, огнестойкость и другие ценные свойства. Многие из этих веществ представляют хорошую питательную среду для микроорганизмов, поэтому на стадии шли­фования и аппретирования волокон обращается особое внимание на строгое соблюдение санитарно-гигиенических и технологических мер, предотвращающих опасность инфицирования тканей микроор­ганизмами и в дальнейшем их биоповреждения. Натуральные белковые волокна и материалы. К натуральным белковым волокнам относят казеиновое волокно — основа шерстя­ного волокна, и фиброиновое волокно — основа натурального шел­ка. Фиброиновое волокно более биостойкое, чем казеиновое, поэтому шелковые ткани в меньшей мере подвержены микробиологическим повреждениям, чем шерстяные. Помимо микроорганизмов, для шерсти большую опасность представляют насекомые-кератофаги, особенно моль. Микробиологическое разрушение кератина, образующего казе­иновое волокно, происходит под действием протеолитических фер­ментов, главным образом трипсина. Ферментативное расщепление кератина по пептидным связям может идти вплоть до отдельных аминокислот. Заселение шерсти микроорганизмами происходит еще до стриж­ки животного. Некоторые   из этих   микроорганизмов   способны не ' только сохранять   жизнеспособность   в   процессе   технологических операций производства  пряжи, но и  продолжать  разрушительную деятельность на шерстяных тканях и в готовых изделиях.  Микробиологическое повреждение шерсти и шерстяных изделий проявляется в разрыхлении и расщеплении волокна, появлении ок­рашенных пятен и гнилостного запаха. Повышенная влажность и контакт шерсти с почвой также способствуют развитию биоповреж­дений. Особую опасность представляют микроорганизмы для недо­статочно высушенной шерсти. В ее кипах в процессе хранения или транспортировки могут активно развиваться термофильные бакте­рии, жизнедеятельность которых сопровождается выделением боль­шого количества тепла, приводящего к сильному разогреванию вплоть до самовозгорания. Загрязнения тканей и изделий из шерстяных тканей являются первичными очагами инфицирования их бактериями и грибами и в последующем биоповреждения. Своевременная стирка и чистка, шерстяных изделий — одно из важных условий предохранения их от микробиологических повреждений. Искусственные волокна и ткани получаются путем химической переработки натуральных целлюлозных и иногда белковых волокон. К искусственным волокнам на основе целлюлозы относят вискозные, ацетатные и другие волокна, которые получили широкое распро­странение. Белковые казеиновые волокна имеют довольно ограни­ченное применение. Вискозные волокна представляют собой ориентированные во­локна гидратцеллюлозы, получаемые химической обработкой дре­весной и другой целлюлозы. По химической структуре и микробио­логической стойкости они близки к обычным целлюлозным хлоп­чатобумажным волокнам. Изготовленные из вискозных волокон искусственный вискозный шелк, штапель, кордная лента и другие материалы не отличаются высокой биостойкостью, особенно при контакте с почвой. Так, вискозный штапель на 8-е сутки почвен­ных испытаний теряет прочность на 30—35% от исходной. В тех же условиях вискозный шелк сохраняет 60—70% исходной проч­ности на 12-е сутки почвенных испытаний. Ацетатные волокна получают из ацетилцеллюлозы — продукта этерификации целлюлозы (хлопковый пух, древесная целлюлоза) уксусным ангидридом. Они более стойкие к повреждающему дейст­вию целлюлолитических ферментов бактерий и микроскопических грибов, поскольку в отличие от обычных целлюлозных волокон, имеющих в макромолекулах боковые гидроксильные группы, макро­молекулы ацетатных волокон имеют боковые ацетатные группы,, которые оказывают стерические препятствия взаимодействию мак­ромолекул с целлюлолитичеокими ферментами. Синтетические волокна и ткани. По химической структуре прин­ципиально отличаются от натуральных волокон и полученных из целлюлозы искусственных химических волокон и, будучи для мик­роорганизмов инородным субстратом, повреждаются ими труднее. После появления синтетических тканей примерно в 50-е годы пред­полагали, что они «вечные» и не подвергаются утилизации микро­организмами. Однако со временем установили, что, во-первых, мик­роорганизмы, хотя и медленнее, но все же способны заселять искус ственные ткани и утилизировать их углерод в процессе развития, т. е. вызывать биоповреждения, и, во-вторых, среди синтетических тканей имеются более и менее стойкие .к биоповреждениям. Более стойкими к микробиологическим повреждениям являются  волокна на основе карбоцепных полимеров — полиолефинов (политен из по­лиэтилена, моплен из полипропилена), полихлорвинила (хлорин, саран), поливинилового спирта (винилом). Менее биостойки волок­на на основе гетероцепных полимеров — полиамидные (нейлон, капрон), полиэфирные (лавсан, терилен), полиуретановые (перлон) и др. В сравнительных почвенных испытаниях на биостойкость искус­ственных и синтетических волокон было доказано, что вискозное во­локно полностью разрушается на 17-е сутки, на лавсане колонии бактерий и грибов появляются на 20-е сутки, нейлон обрастает ми­целием грибов на 30-е сутки. Наиболее биостойкими оказались хло­рин и фторлон, начальные признаки биоповреждений которых про­являлись только через 3 месяца после начала испытаний. Среди микроорганизмов, повреждающих синтетические волокна, идентифицированы грибы Тrichoderma lignorium, которые на на­чальных стадиях развиваются за счет замасливателей и аппретов, не повреждая волокна, затем опутывают их мицелием, разрыхляют нити и тем самым снижают прочность тканей. 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 набухание волокон на 20—25%, снижение прочности на 10— 15% и уменьшение относительно удлинения на 15—20%. При этом в целом нитрон показал лучшие значения биостойкости, чем лавсан и капрон. Синтетические ткани и волокна устойчивы к действию микроор­ганизмов в морской воде. Некоторые из них сохраняют прочность в течение 3—4 лет, поэтому из них делают рыболовные сети, канаты. Минеральные волокна характеризуются высокой биостойкостью. Защита волокон и тканей от биоповреждений. Существует не­сколько групп способов защиты волокон и текстильных материалов от микробиологических повреждений. В одну группу входят спосо­бы, основанные на обработке биоцидными материалами (фунгици­дами и бактерицидами) текстильных материалов, вторую группу составляют способы без биоцидной защиты — путем химической мо­дификации волокон и нанесения на них защитных покрытий, пред­отвращающих контакт волокон с опасной микрофлорой. Защита с помощью биоцидов является традиционным и прове­ренным временем способом, однако биоциды могут быть токсичны для человека и окружающей среды и долговечность такой защиты не всегда высокая. Химическая модификация и нанесение защитных покрытий составляют более безопасную для человека и окружаю­щей среды группу способов защиты. Одним из наиболее эффективных способов химической модификации целлюлозных волокон явля­ется обработка их уксусным ангидридом. Полученное волокно не­сколько напоминает искусственное ацетатное, но отличается от него тем, что ацетатные группы находятся лишь на поверхности волокна. В сравнительном опыте ацетилированное волокно сохранило полно­стью прочность на разрыв через 6 месяцев пребывания в почве, а обычное целлюлозное волокно из необработанного хлопка разруши­лось ъ течение недели. Наиболее распространенными являются медьсодержащие биоци­ды. Устойчивость к микроорганизмам хлопчатобумажным тканям придают обработкой их 2—3%-ным медно-аммиачным раствором. В результате набухания и поверхностного растворения волокна медь проникает в волокно и обеспечивает длительную защиту. Для более прочного закрепления меди на волокне их обрабатывают со­лями циркония. Ткани из таких волокон не разрушаются почвенны­ми микроорганизмами в наиболее жестких условиях. Палаточные, брезентовые и другие технические ткани для повы­шения биостойкости чаще обрабатывают медно-хромово-таннидным препаратом. Вначале ткани пропитывают дубовым или еловым экс­трактом, содержащим 30—50% таннидов, а затем смесью растворов сернокислой меди и бихромата калия. Содержание на ткани 0,5— 1% меди и 0,3—0,8% хрома наряду с защитой от микроорганизмов повышает устойчивость к действию света и влаги. Среди солей меди и органических кислот лучшими биоцидами являются стеарат меди (медное мыло) и нафтенат меди. Эти препа­раты не вымываются при стирке. Недостатком их является окраши­вание ткани в сине-зеленый цвет и снижение стойкости целлюлоз­ных волокон к действию солнечного света. 8-Оксихинолят меди — также эффективный фунгицид и бактери­цид. Он окрашивает ткани в желто-зеленый цвет, при этом на свету окраска темнеет до коричневого цвета. Соединения ртути, например фенилацетат ртути, раньше приме­нялись довольно широко, однако из-за токсичности ртути почти пе­рестали применяться.