Биостойкость природноокрашенных хлопковых волокон

Е. Л. Пехташева, А. Н. Неверов, Г. Е. Заиков,

С. Ю. Софьина

БИОСТОЙКОСТЬ ПРИРОДНООКРАШЕННЫХ ХЛОПКОВЫХ ВОЛОКОН

Ключевые слова: биостойкость, волокна, хлопок, природноокрашенные волокна, старение, стабилизация.

Рассмотрены проблемы биостойкости природноокрашенных хлопковых волокон. Обсуждены механизмы воздействия микроорганизмов на волокна. Авторами были исследованы образцы природноокрашенных хлопковых волокон: зелёный, бежевый, бурый, белый. По степени деструкции природноокрашенные хлопковые волокна, хранившиеся в условиях, благоприятных для развития микроорганизмов, можно расположить в следующий ряд: зеленое > бурое > белое > бежевое.

Keywords: biopersistence, fibers, cotton, natural colored fibers, aging, stabilization.

The problems of biological stability of natural colored fibers were considered. The mechanisms of the effect of microorganisms on fibers were discussed. The samples of natural colored cotton fibers: green, beige, brown, white were studied by the authors. According to the degradation degree natural colored cotton fibers, which were kept under the conditions favorable for microbial growth, can be arranged in the following order: green > brown > white > beige.

Создание селекционных сортов хлопка, обладающих природной окраской, связано с решением задачи выработки экологически чистых окрашенных хлопчатобумажных тканей, а также с решением ряда других проблем. Так, по данным исследований [1] выявлено, что цветной тонковолокнистый хлопок обладает рекордной извитостью, природной стойкостью к болезням хлопчатника, способностью поглощать ультрафиолетовые лучи.

Были исследованы образцы природноокрашенных хлопковых волокон: зелёный, бежевый, бурый, белый, которые селекционированы в Туркмении из диких видов хлопчатника (АО «Ринк»).

Особый интерес представляет исследование микробиологической стойкость цветного хлопка, у которого предполагалась повышенная стойкость к воздействию микроорганизмов по сравнению с обычным хлопком.

В связи с этим работе решались следующие

задачи:

- изучение биостойкости волокон цветного хлопка при различных режимах хранения;

- взаимодействие волокон цветного хлопка и различных видов микроорганизмов, вызывающих биоповреждения волокон и изделий из него.

Количество микроорганизмов, выявленное на исследуемых образцах природноокрашенного хлопка различно (таблица 1). Наибольшее количество микробных клеток (3,17-104 на 1 г волокна) выделено с зеленого волокна, наименьшее (7,7^103) - с белого. Но даже зараженность зеленого волокна практически на порядок ниже, чем у обычного хлопкового волокна, выращенного в Казахстане (контроль).

Результаты оценки воздействия исследуемых образцов хлопковых волокон на бактерии и микроскопические грибы представлены в табл. 2, 3.

Из полученных результатов следует, что природно-окрашенные хлопковые волокна не имеют био-цидных свойств.

Вместе с тем установлено, что волокно бежевого цвета несколько угнетает рост микроскопи-

ческих грибов Pen. cyclopium, Pen. chrysogenum и Ch. glohosum. Все волокна угнетают рост гриба Asp. terreus. Выявленное угнетение роста грибов может быть следствием свойств исследуемых волокон или антагонистическим действием, содержащейся на волокне эпифитной бактериальной микрофлоры, так как известно, что бактерии группы Bac. subtilis, входящие в ее состав, вырабатывают антибиотики противогрибкового действия [2].

Таблица 1 - Количество микроорганизмов в исследуемых образцах хлопка

Хлопок Общее микробное число, кл./1 г волокна

Контроль 1 сорт 6,7-104

5 сорт 7,4-104

Зеленый 3,17104

Бурый 1,30104

Бежевый 2,00-104

Белый 7,7-103

Таблица 2 - Действие цветного хлопка на бактерии

Бактерии

Bac. subtilis

Bac. pumilis

Ps. fluoresceus Erivinia herbi-cola

Bac. sp.

Диаметр зоны подавления роста, мм

хлопок

зеленый бурый бежевый белый

0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0

Необходимо отметить также, что после выдерживания зеленых волокон на питательной среде с микроорганизмами усилилась интенсивность и яркость зеленой окраски.

Таблица 3 - Действие природноокрашенных хлопковых волокон на микроскопические грибы

Анализ повреждаемости исходных природноокрашенных волокон свидетельствует о наличие на всех образцах лишь обрастаний микроорганизмами и в некоторых случаях - незначительной испещренно-сти. Показатель деструкции для этих волокон меньше граничных значений (0,3) (табл. 4).

Таблица 4 - Повреждение исходных образцов при-родноокрашенных хлопковых волокон микроорганизмами

Примечание: К - показатель деструкции,

Е - относительная погрешность измерения.

После инкубации хлопковых волокон при 26°С и относительной влажности воздуха 65% обнаружено увеличение общего числа повреждений (Ы) и показателя деструкции (К) у всех исследуемых волокон; с увеличением времени инкубации поврежден-ность волокон возрастала (таблица 5). Через месяц после выдерживания волокон в этих условиях сильнее было повреждено зеленое волокно (Ы = 207; К =

1,29) - появляются повреждения типа вздутия, расслоения; бежевое и белое волокно имели лишь обрастания и слабую испещренность; показатель деструкции сохранялся на уровне граничных значений начала повреждений.

После выдерживания исследуемых образцов при 26°С и влажности воздуха 100% наблюдали ту же зависимость (таблица 6): с увеличением сроков хранения (14 и 30 суток) степень биоповреждения всех

волокон усиливалась не только по отношению к исходным волокнам, но и по отношению к волокнам, хранившимся при 65% относительной влажности воздуха. И в этих условиях наиболее сильно повреждено зеленое волокно (Ы = 221,6; К = 3,11). Значения показателя деструкции этого волокна близки к предельным, характеризующую глубокую биологическую деструкцию на всех структурных уровнях волокна. Появляются такие повреждения, как зернистый распад, почти все волокна имеют обрастания.

Таблица 5 - Повреждение природноокрашенных хлопковых волокон микроорганизмами при ф = 65% и Т = 26°С

Хлоп- ковые Время инкуба- Повреждения классов, ед. N ед. Ш £ 4.0 Ш

волок- на ции, сутки А; х В; х 2 С; х 3

Зеле- 14 163,0 15,6 1,3 179,9 3,8 1,05 2,4

ные 30 188,7 16,3 2,0 207,0 4,2 1,29 2,8

Бурые 14 93,3 14,0 0,6 107,9 2,9 0,69 3,2

30 117,6 15,3 1,1 134,0 3,2 0,87 3,6

Беже- 14 92,6 2,3 0 94,9 4,6 0,24 4,2

вые 30 119,3 3,6 0 122,9 3,8 0,33 2,8

Белые 14 124,8 0,6 0 125,4 2,6 0,26 2,6

30 135,3 1,3 0 136,6 2,4 0,30 2,2

Таблица 6 - Повреждение природноокрашенных хлопковых волокон микроорганизмами при ф = 100% и Т = 26°С

Хлоп- ковые волок- Время инку- бации, Повреждения классов, ед. N ед. Ем, % £ 4.0 Е%

на сутки А; х В; Х 2 С; х 3

Зеле- 14 140,0 31,3 6,0 177,3 4,6 2,59 2,8

ные 30 178,7 35,6 7,3 221,6 3,4 3,11 2,4

14 174,7 17,3 2,6 194,1 2,9 1,44 2,6

Бурые 30 185,0 18,2 3,0 206,2 3,2 1,59 4,3

Беже- 14 87,3 7,3 0 94,6 2,1 0,36 2,8

вые 30 106,1 8,2 0 114,3 3,3 0,42 3,3

14 120,1 4,0 0 133,1 2,6 0,36 3,4

Белые 30 167,0 5,3 0 172,3 3,4 0,47 3,2

Высокой биостойкостью в этих условиях обладает бежевое волокно. Значения показателя

Грибы Диаметр зоны подавления роста, мм

Хлопковые волокна

зеленые бурые бежевые белые

Аєр. пі^ег 0 0 0 0

Аєр. ІеггеиБ 0 угне-тен-ный рост 0 угне-тен-ный рост 0 угне-тен-ный рост 0 угне-тен-ный рост

Реп. уагіаЬіІе 0 0 0 0

Реп. сусіо-ріит 0 0 угнетенный рост 0

Реп. сИгуєо-genum 0 0 угнетенный рост 0

ЄИаеІотіит globosum 0 0 угнетенный рост 0

Хлопковые волокна Повреждения классов, ед. К, ед. О4 £ Е

А; х В; х 2 С; х з

Зеленый 76,7 3,0 0 0,23 2,4

Бурый 83,0 2,0 0 0,22 2,6

Бежевый 70,3 1,6 0 0,18 2,9

Белый 59,6 0,6 0 0,14 3,1

деструкции не превышают 0,42 (в 7,4 раза слабее, чем у зеленого).

По степени возрастания устойчивости природ-ноокрашенные хлопковые волокна, хранившиеся в условиях оптимальных для развития микроскопических грибов, можно расположить в следующий ряд: зеленое < бурое < белое < бежевое.

Одной из причин высокой грибостойкости бежевого волокна можно считать его угнетающее действие на рост чистых культур микромицетов -деструкторов хлопка, выявленное нами при исследовании антимикробного действия природноокрашен-ных волокон [3-7].

Исследование характера и степени повреждений природноокрашенного хлопка после инкубации при 65% относительной влажности воздуха через 30 суток при 35°С (табл. 7, 8) позволило установить следующее: все волокна за исключением бурого, повреждены одинаково (показатель деструкции не превышает 0,6, свидетельствуя о начальных стадиях деструкции). Это можно объяснить недостаточной влажностью, необходимой для развития большинства бактерий-деструкторов, находящихся на волокне. В то же время даже в этих условиях, по сравнению с исходными, степень деструкции волокон бурого цвета увеличилась (К = 1,28), возможно, из-за присутствия бактерий, способных активно развиваться на волокне и вызывать его повреждение в условиях 65% относительной влажности воздуха.

С увеличением влажности воздуха до 100% степень повреждения волокон резко увеличилась: зеленого и бурого более чем в 20 раз, по сравнению с исходным, белого - более, чем в 10 раз, а бежевого - более, чем в 7 раз. У зеленого хлопка выявлены все типы повреждений: сильная испещренность, вздутия, поврежденные стенки, расслоения. У бурого волокна - скопления биомассы на волокнах, сильное расслоение, резко снизилась прочность волокна (при приготовлении препаратов, волокна разрушаются). У белого волокна выявлены также довольно сильные расслоения. Бежевое волокно имеет лишь точечные скопления биомассы, отдельные вздутия и повреждения стенок.

Таблица 7 - Повреждаемость природноокрашен-ных хлопковых волокон микроорганизмами при ф = 65% и T = 35°С

Хлоп- ковые волок- на Время ино- куля- ции, сутки Повреждения классов, ед. N, ед. Ш К, ед. % m ,

А; х В; х 2 С; х 3

Зеленые 30 175,0 10,0 0 185,0 2,4 0,6 2,6

Бурые 30 232,0 19,3 1,3 252,0 3,3 1,3 2,4

Бежевые 30 175,0 6,0 0 181,0 3,6 0,5 2,8

Белые 30 140,0 12,0 0 152,0 2,8 0,6 3,1

Таблица 8 - Повреждаемость природноокрашен-ных хлопковых волокон микроорганизмами при ф = 100% и T = 35°С

Хлоп- ковые волок- на Время иноку- ляции, сутки Повреждения классов, ед. N, ед. % , ,К д. Ке Ек, %

А; х Л В; х 2 С; х з

Зеле- ные 14 185,3 17,3 5,3 207,9 2,9 2,16 3,3

30 167,3 43,6 13,2 224,1 2,6 4,82 3,1

Бурые 14 175,1 17,3 3,0 135,4 3,4 1,55 3,6

30 256,0 23,3 13,3 232,6 3,2 4,49 2,9

Беже- вые 14 88,7 8,6 0 97,3 2,9 0,39 2,8

30 146,7 17,3 2,3 166,3 1,9 1,31 2,4

Белые 14 170,6 7,2 0 177,8 2,6 0,52 3,3

30 180,6 13,0 3,0 196,6 2,4 1,45 3,4

По степени деструкции природноокрашен-ные хлопковые волокна, хранившиеся в условиях, благоприятных для развития микроорганизмов, можно расположить в следующий ряд: зеленое > бурое > белое > бежевое.

Литература

1. Ермилова И.А., Виноградов А.В., Катаменкова О.Г. Влияние цвета на биоповреждения природноокрашен-ных натуральных волокон и окрашенных дисперсными красителями синтетических волокон // Современные проблемы биологических повреждений материалов (Биоповреждения-2002): Под. Ред. Н.А. Платэ. Сб. статей V Междунар. науч.-практ. конф. - Пенза: Научный совет РАН по биоповреждениям, 2002. - С. 39-41.

2. Ермилова И.А. Теоретические и практические основы микробиологической деструкции химических волокон. -М.: Наука, 1991. - 248 с.

3. K.Z. Gumargalieva, G.E. Zaikov “Biodegradation and biodeterioration of polymers. Kinetical aspects”, New York, Nova Science Publ., 1998, 210 pp.

4. S.A. Semenov, K.Z. Gumargalieva, G.E. Zaikov “Biodegradation and durability of materials under the effect of microorganisms”, Utrecht, VSP International Science Publ., 2003, 199 pp.

5. A.Ya. Polishchuk, G.E. Zaikov “Multicomponent transport in polymer systems”, New York, Gordon & Breach, 1996, 231 pp.

6. A. Jimenez, G.E. Zaikov “Polymer analysis and degradation”, New York, Nova Science Publ., 2000, 287 pp.

7. Yu. V. Moiseev, G.E. Zaikov “Chemical resistance of polymers in reactive media”, New York, Plenum Press, 1987, 586 pp.

© Е. Л. Пехташева - Российский экон. ун-тет им. Г.В. Плеханова, pekhtashevael@mail.ru; А. Н. Неверов - Российский экон. ун-тет им. Г.В. Плеханова; Г. Е. Заиков - д-р хим. наук, проф. Института биохимической физики РАН, chembio@sky.chph.ras.ru; С. Ю. Софьина - канд. техн. наук, доц. каф. технологии пластических масс КНИТУ.