CC BY
63
УДК 677:621.763
А.Л. Чуловская, С.Ю. Вавилова, Д.Ю. Шитов, Т.П. Кравченко
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия Институт химии растворов РАН, Иваново, Россия
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ
ПОЛИПРОПИЛЕНА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКОН, ОБЛАДАЮЩИХ ФУНГИЦИДНЫМИ СВОЙСТВАМИ
Получены нити, на основе полипропилена, модифицированного наноразмерными медьсодержащими порошками. Установлено, что модифицированные полипропиленовые нити обладают ярко выраженной фунгицидной активностью.
Polypropylene fibers, modified nanosazed copper-containing powders were obtained. Modified polypropylene fibers showed fungicidal activity.
В последнее время волокна на основе полипропилена занимают лидирующую позицию в России среди синтетических нитей как по производству, так и по потреблению [1]. Это обусловлено доступностью сырья, простотой технологических процессов синтеза полимера и формования нитей, высокими потребительскими свойствами готовой нити: прочностью, эластичностью, фитильным эффектом и др. Полипропиленовые комплексные нити широко используются для изготовления ковровых покрытий, мебельной и автомобильной обивки. Очень важно, чтобы эти волокнистые изделия, эксплуатируемые в общественных помещениях и транспорте, не являлись источником распространения инфекционных заболеваний, в том числе и кожных.
В силу химической инертности прочно закрепить какие-либо препараты на поверхности полипропиленовых материалов невозможно. Одним из путей придания биоцидных свойств полимерным материалам, в том числе и синтетическим нитям, является введение в их объем наночастиц металлов. Придание биоцидных свойств материалам, модифицированным наноразмерными медьсодержащими порошками, может защитить человека от распространения инфекционных заболеваний, повысить срок службы изделий в жестких условиях эксплуатации (сельское хозяйство, строительство и др.).
Ввести в полипропиленовые нити на стадии их формования из расплава наночастицы металла можно только в виде наноразмерного порошка. При этом наполнитель должен соответствовать ряду жестких требований: обладать химической инертностью, не реагировать с расплавом полимера; частицы порошка не должны агрегировать в расплаве полипропилена. По нашему мнению, перечисленным требованиям отвечает наноразмерный медьсодержащий порошок (НМП), полученный электрохимическим катодным восстановлением из водно-этанольных растворов сульфата меди в Институте химии растворов РАН по методике [2]. Средний размер частиц порошка 60 нм.
Целью настоящей работы является получение модифицированных наноразмерными медьсодержащими порошками полипропиленовых нитей (ППН) и исследование их фунгицидной активности.
Формование ППН осуществляли на стенде формования полимерных волокон СФПВ-1 (рис. 1). Стенд состоит из автоматизированного пульта управления процессом формования (1); экструдера (3), в котором происходит плавление полимера, фильеры (7) с 24 отверстиями диаметром 0,25 мм для образования из расплава струй (8); формовочных дисков (9), приёмного устройства для намотки готовых нитей на бобину (10). Температура зон экструдера, скорость вращения шнека и приёмного устройства являются регулируемыми.
Рис. 1. Схема стенда для формования синтетических нитей 1. Пульт управления 2. Загрузочное устройство 3. Экструдер 4. Зона преднагрева 5,6 Зоны плавления 7. Формовочная головка 8. Формирование нитей 9. Намоточное устройство 10. Бобина для приёма нити
Работа осуществлялась следующим образом: в бункер загрузочного устройства (2) засыпали до 1000 г гранулята, температура рабочих зон составляла: зона преднагрева Т1=200 оС (4), зона плавления Т2=225 оС (5), зона стабилизации расплава Т3=236 оС (6), зона нагрева формовочной головки Т4=236 оС (7).Распределение температур по зонам нагрева подобрано таким образом, чтобы расплав полипропилена имел оптимальную вязкость. Высокая температура в зоне плавления обусловлена тем, что центры кристаллизации изотактического полипропилена разрушаются при температуре выше 210 оС. Благодаря этому существенно улучшается качество сформованной нити.
В работе использовали изотактический полипропилен марки «Бален» 01250 с индексом расплава 25 г/10 мин. В качестве наполнителя для получения композита, из которого затем формовались нити, использован НМП, обладающий устойчивостью при температуре формования, высокой дисперсностью, агрегативной устойчивостью.
Оценку устойчивости модифицированных ППН к раствору мыла и соды при кипячении проводили согласно методике [3]. Для этого исследуемые образцы погружали в фарфоровый стакан, заливали раствором, содержащим 5г/л нейтрального олеинового мыла и 3 г/л кальцинированной соды, нагревали до кипения и кипятили в течение 30 минут. По окончании испытания ППН промывали теплой дистиллированной водой, затем холодной проточной. После промывки образцы сушили на воздухе при комнатной температуре, защищая от попадания прямых солнечных лучей.
Процесс формования полипропиленовой нити, содержащей наноразмерный порошок, протекал стабильно без обрыва полимерных струй. Сформованная композиционная нить имеет светло-коричневый оттенок. После кипячения визуально количество частиц в волокне не уменьшилось, цвет и внешний вид нити остались без изменений.
При исследовании биоактивности полипропиленовых нитей использованы методы, предложенные для установления антимикробной активности антисептиков, нанесенных на текстильные материалы путем пропитки [4]. В качестве тест - микроба использовали типовой вид родаCandida - C. albicans, ассоциированный с кожными покровами и слизистыми оболочками, способный вызывать инфекционное поражение.
Испытания образцов проводили в двух вариантах на плотных и в жидких питательных средах.
1. В чашки Петри с питательной средой и тест - культурой бактерий Candida (посевная доза 1000 колониеобразующих единиц в 1 мл) помещали испытуемые образцы. Чашки инкубировали 24 часа в термостате при 37оС, после чего учитывали результаты по отсутствию или наличию зоны задержки роста тест-бактерий вокруг исследуемых образцов.
2. Испытуемые образцы помещали в пробирки с питательной средой и тест -культурой взвеси Candida (посевная доза 1000 колониеобразующих единиц в 1 мл). Пробирки инкубировали 24 часа в термостате при 37оС, затем выдерживали в течение суток при комнатной температуре. Учет результатов включал определение коэффициентов пропускания раствора в пробирках с исследуемыми и контрольными образцами на колориметре фотоэлектрическом концентрационном КФК-2.
На рис. 2 представлены результаты исследования фунгицидной активности немодифицированных (а) и модифицированных наноразмерным медьсодержащим порошком ППН (б) на плотной питательной среде. Видно, что образец (а) не подавляет рост культуры Candida. Напротив, композиционный материал (б) проявляет сильную фунгицидную активность, что выражается в гибели микроорганизмов. Аналогичные результаты получены для модифицированных ППН после кипячения.
Результаты микробиологических исследований биоактивности ППН в жидкой питательной среде представлены в таблице 1. Образец в -модифицированныенаноразмерным медьсодержащим порошком ППН после кипячения;к* - высев из контрольной пробирки, содержащей посевную дозу 1000 и > микробных клеток в 1 мл (без исследуемого образца).
Коэффициент пропускания в пробирках с образцами бив -максимальный, и при высеве рост грибов отсутствовал.
Рис. 2. Фунгицидная активность исследуемых образцов (а, б)
Табл. 1. Влияние модифицированных ППН на выживаемость грибов рода Candida в _жидкой питательной среде_
Показатели Образцы
а б в к*
Коэффициент пропускания, % 77 97 97 76
Таким образом, полипропиленовые нити, модифицированные наноразмерными порошками меди, обладают фунгицидными свойствами по отношению к эукариотическим микроорганизмам (грибам рода Candida). Полученные композиционные полипропиленовые волокна могут найти применение в области медицины для разработки новых антимикробных препаратов с заданными свойствами, решения проблемы антибиотикорезистентности микроорганизмов и гигиены (изготовление медицинских салфеток, шприцов, шовного материала, постельного белья). Синтезированные полипропиленовые материалы, устойчивые к стиркам, могут применяться для изготовления чулочно-носочных изделий, спортивного трикотажа, а также для производства обивки в общественном транспорте, ковриков для бассейнов и саун, что позволит обеспечить профилактику грибковых заболеваний среди населения.
Библиографические ссылки
1. Айзенштейн Э.М. Полиэфирные волокна продолжают уверенно лидировать в мировом балансе текстильного сырья // Химические волокна. 2009. № 1. С. 5-10.
2. Чуловская С.А., Парфенюк В.И.Электрокристаллизация и физико-химические свойства наноразмерных медьсодержащих порошков // Физикохи-мия поверхности и защита материалов. 2009. № 3. С. 282-286.
3. Красители для текстильной промышленности. Колористический справочник / под ред.А. Л. Бяльского, В. В. Карпова.М., Химия, 1971. 312 с.
4. Гарасько Е.В. Антимикробные свойства специальной ткани // Журнал микробиологии, эпидемиологии, иммунобиологии. 1973. С. 54-56.
