Влияние препаратов с наночастицами серебра на свойства текстильных материалов

УДК 677.017

Е.А. Пономарева, Т.В. Яковенко

ВЛИЯНИЕ ПРЕПАРАТОВ С НАНОЧАСТИЦАМИ СЕРЕБРА

НА СВОЙСТВА ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ*

Исследовано влияние препаратов с наночастицами серебра на микробиологические и физико-механические свойства текстильных материалов и сделан предварительный выбор способов их защиты от микробиологического поражения.

Ключевые слова: ткани технического назначения, целлюлозосодержащие материалы, синтетические волокна, наночастицы серебра, биоцидные препараты, биоразрушение, пропитка, аэрозольное нанесение, магнетронное напыление, грибостойкость, термостарение.

Influence of preparations with nanoparticles of silver on microbiological and physicomechanical properties of textile materials is investigated. Also the preliminary choice of ways of their protection from microbiological defeat is made.

Key words: technical fabrics, cellulose materials, synthetic fibres, nanoparticles of silver, biocide preparations, bio-destruction, impregnation, aerosol application, magnetron sputtering, fungus resistance, thermal ageing.

* В работе принимали участие A.B. Полякова, В.Н. Галашина, Н.С. Дымникова, Ю.С. Горяшник.

Текстильные материалы технического назначения на основе натуральных и синтетических волокон находят широкое применение в авиационной промышленности. Однако вследствие высокой сорбционной способности и разнообразного компонентного состава текстильные материалы подвержены биодеструкции при эксплуатации в различных климатических зонах, особенно с влажным теплым климатом или в условиях длительного контакта с микробными культурами (МК). Наличие системы пор, капилляров, межволоконных промежутков в структуре тканей и способность биологических объектов видоизменяться в процессе контакта с субстратом, приспосабливаясь к нему, предопределяют эффективное протекание сорбционных процессов [1, 2].

Согласно литературным данным, потери от биоповре^дений достигают 40% от общего объема потерь текстильных материалов в период их переработки, хранения и использования, что составляет 5-7% стоимости мировой продукции (~40 млрд долларов в год) [3]. Поэтому проблема обеспечения биозащищенности целлюлозосодер-жащих, смешанных и синтетических текстильных материалов является чрезвычайно важной и актуальной [4].

Наиболее приемлемыми для практической реализации являются способы защиты, основанные на введении в текстильные материалы био-цидных препаратов, обладающих широким спектром воздействия на МК, устойчивых к действию биоцидов. Одним из качественно новых и перспективных направлений является обработка текстильных материалов препаратами с ультрадисперсными частицами металлов (НЧ), в том числе препаратами серебра (НЧА^, которые могут обладать высокой биологической активностью

при минимальном количестве используемого НЧ^ [5, 6].

Для определения эффективности биологической активности препарата с серебром были использованы синтезированные ИХР РАН (г. Иваново) препараты НЧА^ которые отличались размерами, формой, структурой и устойчивостью частиц металла. В качестве метода контроля нано-частиц чаще всего используют спектрофотомет-рический метод [7]. Согласно литературным данным, чем больше малых частиц в препарате, тем сильнее выражен максимум поглощения в области наночастиц металла, и тем сильнее он (максимум) смещается в коротковолновую область. Концентрацию, размеры, агрегативное состояние наночастиц в растворах определяют по положению и интенсивности полос в спектрах поглощения [8, 9].

Перечень препаратов НЧ^ для обработки текстильных материалов:

- повиаргол + КБК - комбинированный био-цидный комплекс (0,24% из состава композиционного препарата «Комбатекс»);

- препарат Нанотекс с содержанием НЧА^ 0,07%;

- препарат Нанотекс ЭКО с содержанием HЧAg: 0,14%;

- препарат Нанотекс БИО с содержанием HЧAg: 0,14%.

Исследовано влияние биоцидных растворов с наночастицами серебра (НЧА^ на жизнедеятельность микроорганизмов-биодеструкторов, рекомендованных ГОСТ 9.049, и микрофлоры, выделенной в условиях теплого влажного климата, в лабораторных условиях.

Грибостойкость определялась по ГОСТ 9.049 (метод 3) на среде сусло-агар (табл. 1).

Таблица 1

Влияние растворов биоцидов с наночастицами серебра на жизнеспособность микроорганизмов

Используемые биоцидные препараты с наночастицами серебра (ПНС) Содержание наночастиц серебра в растворе, % (по массе) Грибостойкость, балл

Грибы по ГОСТ 9.049

Контрольный препарат - 5 5

Повиаргол + КБК 0,24 0 1

Нанотекс 0,07 0-1 1-2

Нанотекс ЭКО 0,14 1 2

Нанотекс БИО 0,14 1 1-2

Таблица 2

Грибостойкость текстильных материалов технического назначения, обработанных препаратами с наночастицами серебра

Состав Биоцидный препарат Г шбостойкость, балл

текстильного в исходном после термостарения

материала состоянии при 60°С в течение, ч

100 200

Хлопок В исходном, необработанном состоянии 4 3-4 3-4

Повиаргол + КБК 0-1 1 1

Нанотекс 1 1 1

Нанотекс ЭКО + КБК 0-1 0-1 0-1

Нанотекс БИО 1 1 1

Лен В исходном, необработанном состоянии 4

Повиаргол + КБК 0-1 1 1

Нанотекс 1 1 1

Нанотекс ЭКО + КБК 0-1 1 1

Нанотекс БИО 1 1 1

Вискоза В исходном, необработанном состоянии 3-4

Повиаргол + КБК 1 1 1

Нанотекс 1 1-2 1-2

Нанотекс ЭКО + КБК 0-1 1 1

Нанотекс БИО 1 1 1

13% полиэфир + В исходном, необработанном состоянии 3-4

+ 87% хлопок Повиаргол + КБК 1-2 1 1

Нанотекс 1-2 1 1

Нанотекс ЭКО + КБК 1 0-1 0-1

Нанотекс БИО 0-1 0-1 0-1

33% полиэфир + В исходном, необработанном состоянии 3 3 3

+ 67% хлопок Повиаргол + КБК 1 0-1 0-1

Нанотекс 1 1 1

Нанотекс ЭКО + КБК 0 0 0

Нанотекс БИО 0-1 0-1 0-1

50% полиэфир + В исходном, необработанном состоянии 1-2 1 1

+ 50% хлопок Повиаргол + КБК 1 1 1

Нанотекс 0-1 0-1 0-1

Нанотекс ЭКО + КБК 1 0 0

Нанотекс БИО 1 1 1

100% полиэфир В исходном, необработанном состоянии 1-2 1-2 1-2

Повиаргол + КБК 0 0 0

Нанотекс 0 0 0

Нанотекс ЭКО + КБК 0 0 0

Нанотекс БИО 0 0 0

100% полиамид В исходном, необработанном состоянии 1-2 1 1

Повиаргол + КБК 0 0 0

Нанотекс 1 1 1

Нанотекс ЭКО + КБК 0 0 0

Нанотекс БИО 0-1 0-1 0-1

Таблица 3

Грибостойкость тканей на основе синтетических и искусственных волокон, обработанных биоцидами с наночастицами серебра магнетронным методом

Состав Грибостойкость, балл

текстильного в исходном после термостарения при 60°С в течение, ч

материала состоянии 100 200

Вискоза + лен (50:50) 2 1-2 0-1

Ткань стеклянная СТ 0 1 0-1

Ткань из волокна СВМ 1 0-1 0-1

Ткань полиамидная ПА 0 0-1 0-1

Ткань полиэфирная ПЭФ 0 0-1 0-1

В данной работе для исследования влияния препаратов с наночастицами серебра на свойства текстильных материалов использовали следующие ткани:

- ткань льносодержащая Брезент арт. 7 (по основе - хлопок, по утку - лен);

- ткань хлопчатобумажная Бязь арт. 142 (100% хлопок);

- ткань вискозная;

- ткань на основе полиэфирных волокон арт. 56341 (100% ПЭФ);

- ткань на основе полиамидных волокон арт. 8482-05 (100% ПА);

- стеклоткань марки Э1/1-100 П (100% СТ);

- ткань из нитей СВМ (100% Ар);

- ткань из смеси волокон (13% - полиэфир, 87% - хлопок);

- ткань полотняная из смеси волокон (33% -полиэфир, 67% - хлопок);

- ткань из смеси волокон (50% - полиэфир, 50% - хлопок).

Обработка наночастицами серебра целлюлозо-содержащих, смешанных и синтетических текстильных материалов осуществляли методом пропитки, аэрозольным нанесениием препаратов на ткани и магнетронным напылением частиц серебра на поверхность текстильных материалов [10].

При пропитке контролируемое нанесение препаратов обеспечивали механическим отжимом. Образцы тканей дважды обрабатывали растворами соответствующей концентрации в течение 60 с при температуре 70°С и в жидкостном модуле (в соотношении 1:10) с отжимом до привеса 100%. Сушка производилась при температуре 100°С с последующей термофиксацией в течение 60 с при температуре 180°С.

В случае двухстадийной обработки материалы после нанесения первого препарата (КБК) и отжима до привеса 100% подсушивали на воздухе.

При обработке тканей методом аэрозольного нанесения препараты с НЧ дозировано наносили на ткань при температуре 22±1°С с подачей через форсунку до привеса 100% при жидкостном модуле (в соотношении 1:1). Раствор равномерно распределяли на поверхности с помощью ракли, после чего образцы высушивали на воздухе. Установлено, что технологический прием обработки не является главенствующим фактором в достиже-

нии биологической защиты тканей на основе натуральных волокон. Материалы, обработанные методом пропитки или аэрозольным методом, устойчивы к воздействию плесневых грибов, однако аэрозольный метод является более экономичным и обеспечивает дозированное введение препаратов с НЧАв в структуру текстильных материалов.

При нанесении НЧАё растворов биоцидов на поверхность синтетических тканей аэрозольным методом наблюдалось стекание растворов с поверхности тканей и соответственно не происходила фиксация наночастиц серебра на ткани.

Методом магнетронного напыления (в течение 60 с) были изготовлены образцы тканей из полиамидного, полиэфирного, арамидного волокон и из стекловолокона с содержанием частиц серебра на поверхности 9,2610-2 мг/см2. Напыление металла проводили на лабораторной установке МИР-2 в лаборатории ионно-плазменных процессов Ивановского государственного химико-технологического университета*.

Изготовленные экспериментальные образцы были испытаны на устойчивость к действию плесневых грибов в исходном состоянии и после термостарения. Процесс биодеструкции тканей (грибостойкость) оценивали визуально по изменению их внешнего вида по 5-балльной шкале.

Результаты испытаний по стойкости к плесневым грибам приведены в табл. 2 и 3.

Установлено, что все ткани, обработанные биоцидами с применением наночастиц серебра, являются грибостойкими (балл 0-1) при минимальном содержании в них НЧАё: 0,07% (по массе). После термостарения защитные свойства сохраняются.

Количественно текстильные материалы оценивались по снижению прочностных показателей и изменению коэффициента устойчивости к микробиологическому разрушению (П) [11], характеризующему отношение разрывной нагрузки материала после его контакта с почвенной микрофлорой (Рт) к исходной нагрузке (Р0). Коэффициент устойчивости вычисляли по формуле: П=РТ- 100/Ро, %.

* Работа проводилась под руководством заведующего лабораторией ионно-плазменных процессов Б.Л. Гор-берга.

Согласно ГОСТ 9.060 ткань считается устойчивой к микробиологическому разрушению, если П>80±5%.

Коэффициенты устойчивости экспериментальных образцов при контакте с почвенной микрофлорой составляют 89-97% и значительно превышают нормативные показатели, установленные ГОСТ 9.060 (не менее 80%). В аналогичных условиях коэффициенты устойчивости необработанных материалов на основе натуральных волокон составляют лишь 0-6% [12].

Таким образом, экспериментально обоснован выбор биоцидов с НЧА^ обеспечивающих защиту от плесневых грибов текстильных материалов технического назначения. Разработаны технологические приемы обработки материалов из синтетических и смешанных волокон препаратами с НЧА^ Установлено, что грибостойкие и физико-механические свойства текстильных материалов с биоцидной обработкой препаратами серебра соответствуют ГОСТ 9.049 (метод 3) и ГОСТ 9.060.

ЛИТЕРАТУРА

1. Семенов С.А., Гумаргалиева К.З., Заиков Г.Е. Био-

повреждения материалов и изделий техники. Горение, деструкция и стабилизация полимеров. СПб.: Научные основы и технологии. 2008. С. 73-99.

2. Козинда З.Ю., Горбачева И.Н., Суворова Е.Г. Мето-

ды получения текстильных материалов со специальными свойствами (антимикробными и огнезащитными). М.: Легпромбытиздат. 2008. 112 с.

3. Садова С. Полимерные препараты для текстильной

промышленности //Барьер безопасности. 2012. №1. С. 87-89.

4. Гагарин М.В., Баранов Д.Е., Турченков В.А. Моделирование проницаемости нанокомпози-тов //Авиационные материалы и технологии. 2012. №3. С. 36-39.

5. Крутяков Ю.А., Кудринский A.A., Оленин А.Ю., Лисичкин Г.В. Синтез и свойства наночастиц серебра: достижения и перспективы //Успехи химии. 2008. Т. 77. №3. С. 211-315.

6. Мекалина И.В., Сентюрин Е.Г., Климова С.Ф., Бога-

тов В.А. Новые «серебростойкие» органичекие

стекла //Авиационные материалы и технологии. 2012. №4. С. 45-48.

7. Lisiecki I., Pileni P. //Amer. Chem. Soc. 1993. V. 115.

P. 3887-3896.

8. Parsons H.L. //J. of Society Dyers and Colourists. 1970.

V. 86. №12. С. 504-512.

9. Мухаметов P.P., Ахмадиева К.P., Чурсова Л.В., Коган Д.И. Новые полимерные связующие для перспективных методов изготовления конструкционных волокнистых ПКМ //Авиационные материалы и технологии. 2011. №2. С. 38-42.

10. Калонтаров И.Я., Ливерант И.В. Придание текстильным материалам биоцидных свойств и устойчивости к микроорганизмам. Душанбе: Дониш. 2011. 98 с.

11. Гуняев Г.М., Чурсова Л.В., Комарова О.А., Гуня-ева А.Г. Конструкционные углепластики, модифицированные наночастицами //Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 277-286.

12. Пономарев А.Н. //Нанотехнология и наноконструк-ция. 2012. №1. С. 12-17.