CC BY
37
ТЕХНОЛОГИЯ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
УДК 675.026
И. Ш. Абдуллин, Ф. С. Шарифуллин, Р. Ф. Гайнутдинов, А. П. Кирпичников
МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ НАНОМОДИФИЦИРОВАННЫХ
МАТЕРИАЛОВ МЕХОВОЙ ОВЧИНЫ, ОБРАБОТАННЫХ В КОЛЛОИДНОМ РАСТВОРЕ
НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА
Ключевые слова: специальная одежда, меховая овчина, плазма, коллоидный раствор наночастиц серебра, устойчивость
окраски, наномодифицирование, наноструктурирование.
В работе описывается технология применение нетрадиционного метода обработки красителей потоком плазмы высокочастотного емкостного разряда пониженного давления, наномодифицирование поверхности кожевой ткани коллоидного раствора наночастиц серебра, что позволяют улучшить комплекс механических и бактерицидных свойств материалов, используемых для специальной одежды рабочих энергетического, строительного, нефтехимического и оборонно-промышленного комплекса.
Keywords: special clothing, fur sheepskin, plasma, colloidal solution of silver nanoparticles, color fastness, nanomodifitsirovanie,
nanostructuring.
The paper describes the application of the technology of unconventional treatment method dyes plasma flow rf capacitive discharge of low pressure, the surface of the leather nanomodifitsirovanie colloidal solution of silver nanoparticles, which will improve the complex mechanical and bactericidal properties of the materials used for special working clothes energy, construction, petrochemical and defense industrial complex.
Как показал обзор требований к специальной одежде для изготовления утепленных изделий работникам энергетического,
строительного, нефтехимического и оборонно-промышленного комплексов с использованием материалов меховой овчины, то они должны обладать целым комплексом потребительских свойств [1,2]. В этой связи, появляется необходимость разработки методов получения натуральных материалов легкой промышленности, с повышенными качественными характеристиками.
Особенно важны, с точки зрения потребителей, эксплуатационные и гигиенические свойства кожевого материала меховой овчины из которых предполагается изготовить специальную одежду работникам энергетического, строительного, нефтехимического и оборонно-промышленного комплексов. Поскольку плохо выделанная, сырая кожа быстро разрушается под действием факторов окружающей среды, и прежде всего биологических факторов. Являясь продуктом живой природы, она вовлекается в круговорот биогенных веществ бактериями, плесневыми грибами, насекомыми и другими живыми организмами, для которых она служит субстратом, источником питания. Товарные качества она приобретает в результате многостадийной обработки химическими реагентами.
Обычная обработка не обеспечивает требуемой биостойкости при эксплуатации меховой овчины и изделий из нее в условиях повышенной опасности биоповреждений (в специфических условиях производства). В таких случаях кожа и изделия из
нее подвергаются дополнительной защите от биоповреждений за счет применение как нетрадиционного метода обработки красителей потоком плазмы высокочастотного емкостного (ВЧЕ) разряда пониженного давления [3], так и нанесением на поверхность кожевой ткани коллоидного раствора наночастиц серебра.
Это обусловлено, прежде всего, широким спектром возможностей их практического применения, в которых используются специфические свойства как самих наночастиц, так и модифицированных ими материалов. Поэтому применение наночастиц металлов, в частности наносеребра, в меховой промышленности, сегодня является интересной и актуальной задачей.
Как показывает анализ научной литературы, в наноразмерном состоянии многие вещества приобретают новые свойства и становятся в биологическом отношении весьма активными. При этом наиболее перспективны для применения наноматериалы, отвечающие таким основным требованиям, как биосовместимость и программируемое позитивное действие на биологический объект [4]. В числе наноматериалов, которые производятся в настоящее время промышленностью, особое внимание привлекают препараты наночастиц серебра, меди, золота и палладия, обладающие антибактериальными свойствами [5] .
Наночастицы меди обладают
антибактериальной активностью в отношении St. Aureus. Однако выраженное антибактериальное действие наночастиц меди в отношении
Staphylococcus aureus имеет дозозависимый эффект, а именно полное отсутствие бактериального роста наблюдается при действии водных растворов наночастиц меди в концентрациях не менее 0,5% [6]. Медь по сравнению с серебром имеет менее выраженные антисептические свойства, но вместе с тем усиливает действие препаратов серебра. Некоторые препараты нанозолота проявляют антибактериальное действие, в частности, против Helicobacter pylori, а также антигрибковую активность [7]. Однако, препараты с содержанием наночастиц золота имеют достаточно выраженные побочные эффекты. Некоторые соединения золота являются токсичными, происходит их накопление в организме человека (почках, печени, селезёнке, гипоталамусе), что приводит к дерматитам, стоматитам и тромбоцитопении [8].
Коллоидный раствор наночастиц серебра (рис. 1) применяется как биоцидная добавка - в форме модификатора, предназначенной для создания и производства новых материалов, покрытий и других видов продукции с биоцидными свойствами широкого спектра действия. Кроме того коллоидный раствор наночастиц серебра, как и другие наночастицы, характеризуются уникальными свойствами, связанными с высоким отношением их поверхности к объему, что определяет большую эффективность их действия [9].
Рис. 1 - Микрофотография наночастиц серебра
Большое внимание уделяется функциональной активности наночастиц серебра с точки зрения придания как бактерицидных, так и бактериостатических свойств различным материалам и изделиям. Наиболее эффективны для уничтожения болезнетворных микроорганизмов частицы серебра размером 9-15 нм [10]. Они имеют чрезвычайно большую удельную площадь поверхности, что увеличивает область контакта серебра с бактериями, значительно улучшая его бактерицидные действия.
Таким образом, применение серебра в виде наночастиц позволяет в сотни раз снизить концентрацию серебра с сохранением всех бактерицидных свойств. Активное использование нанокомпозитов серебра для пропитки кожевой ткани меховой овчины обусловлено их значительными и неоспоримыми преимуществами перед всеми существующими антимикробными
средствами, поскольку соединения серебра, обладая широким спектром антимикробной активности, во многом лишены недостатков, связанных с проблемой резистентности к ним патогенных микроорганизмов [11].
Во всем мире данные разработки являются приоритетными и непосредственно связаны с созданием так называемого нового мехового материала обладающего многофункциональностью, то есть бактерицидностью и устойчивой окраской в результате модифицирования коллоидным раствором наночастиц серебра и плазменной обработки красителей. Поскольку в последние годы повышается интерес к наноструктурным материалам, так как возрастает необходимость создания материалов с новыми и улучшенными характеристиками без применения методов химического синтеза. Успехи в улучшении характеристик материалов (прочности,
износостойкости, стойкости к действию грибков и вирусов и т.д.) связаны как с использованием различных наноструктурных материалов, так и с особенностью механизмов наноструктурных превращений.
Получение модифицированных красителей для меховой овчины зависит от совершенствования технологических процессов в меховом производстве. Поскольку эффективность отделки волосяного покрова меха зависит в равной степени от видов и концентрации применяемых красителей, и от совершенствования технологических процессов красильного производства, где полуфабрикаты подвергаются электрофизическим и химическим методам воздействия.
Традиционно применяемые красители для меха в основном кислотные красители, кислотно -протравные, кислотные металлокомплексные, окислительные, кубовые, прямые и сернистые и красители. Одну из наиболее важных групп составляют кислотные красители, так как в отечественном ассортименте насчитывается более 60 наименований [12].
Кислотные красители отличаются яркостью и сочностью окрасок, присущих хромофорам достаточно простого строения, а в целом красители этого класса характеризуются широким спектром цвета. Они обладают силами сродства между красителем и белком окрашиваемого материала, имеющим амфотерный характер (т.е. к волокнам кожевой ткани), и окрашивают их из водного раствора в присутствии кислот, вступая в солеобразование с молекулами этих веществ за счет содержания в них основных групп (-ЫН2), приобретающих положительный заряд (-ЫН3+). Отрицательно заряженный анион красителя Кр803- взаимодействует с волокнами кожевой ткани за счет ионных (солевых) связей. Общая формула кислотных красителей выглядит следующим образом Кр803-№+.
С целью повышения природной окраски волосяного покрова мехового полуфабриката и бактерицидности кожевой ткани, сам кислотный краситель подвергался обработке в
высокочастотном емкостном (ВЧЕ) разряде пониженного давления, а кожевая ткань дополнительному наномодифицированию
коллоидным раствором наночастиц серебра .
Режим плазменной обработки
регулировался путем изменения входных параметров плазменной установки, которые варьировались в следующих пределах: мощность разряда (Wp)=0,9 кВт; продолжительность обработки (1)=10-20мин; рабочее давление в разрядной камере (Р)=26,6Па и расход плазмообразующего газа (G)=0,04 г/с. В качестве плазмообразующего газа использовался аргон.
Заключение
Обработка потоком плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления позволяла комплексно повысить физико-механические свойства меховой овчины, применяемые при производстве утепленной спецодежды: устойчивость окраски к сухому и мокрому трению на 30%, устойчивости окраски волосяного покрова к истиранию на 16%, а также достичь высокой бактерицидности и равномерного окрашивания.
Проект выполняется в организации исполнителе (Получателе субсидии) при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в соответствии с требованием соглашения № 14.577.21.0019 о предоставлении субсидии на проведение прикладных научных исследований. Уникальный идентификатор прикладных научных исследований (проекта) RFMEFI57714X0019.
Литература
1. Жарников Е.Ж. Мода и спецодежда / Е.Ж.Жарников, К.К. Рудаченко - Алма-Ата: Кайнар, 1988. - 176 с.
2. Кожевников В.М. Структура современной кожаной спецобуви /В.М.Кожевников, В.Е.Коломейский //Кожевенно-обувная промышленность. - 2001. - №2. -С.14.
3. Гайнутдинов Р.Ф. Развитие эффективного процесса крашения меховых товаров / Р.Ф. Гайнутдинов, И.Ш.Абдуллин, Ф.С. Шарифуллин // Вестник Казанского технологического университета.-2014. -№ 14. -С. 192-194.
4. Петрицкая, Е.Н. К вопросу о токсичности наночастиц серебра при пероральном введении коллоидного раствора / Е.Н. Петрицкая, Л.Ф. Абаева, Д.А. Рогаткин, К.С. Литвинова, М.А. Бобров // Альманах клинической медицины. - 2011. - № 25. - С. 9-12.
5. Фатхутдинова, Л.М. Токсичность искусственных наночастиц / Л.М. Фатхутдинова, Т.О. Халиуллин, Р.Р. Залялов // Казанский медицинский журнал. - Т. 90, № 4. - С. 578-584.
6. Алипов, В.В. Оценка эффективности антимикробного действия низкоинтенсивного лазерного излучения, наночастиц меди и их сочетанного применения в эксперименте in vitro / В.В. Алипов, Е.А. Добрейкин, А.И. Урусова, П.А. Беляев // Вестник экспериментальной и клинической хирургии. - 2013. -Т. VI. № 2 (19). - С. 222-226.
7. Донвар, Р.И. Антибактериальный эффект бинта медицинского марлевого, содержащего наночастицы серебра или золота, при одновременном воздействии лазерного излучения / Р.И. Донвар // Журнал Гродненского государственного медицинского университета. - 2011. - № 4. - С. 46-49.
8. Филатов, Б.Н. Токсиколого-гигиенические аспекты проблемы безопасности производства продукции на основе наночастиц золота / Б.Н. Филатов, А.А. Масленников, М.М. Тобольская-Поспелова, А.Я. Почепцов, Л.Ю. Бочарова, Л.П. Точилкина // Токсикологический вестник. - 2010. - № 2. - С. 17-24.
9. Туйсин, С.Р. Лечение длительно незаживающих ран путем применения комбинированных перевязочных материалов / С.Р. Туйсин. - Фундаментальные исследования. - 2010. - № 1. - С. 91-94.
10. Букина, Ю.А. Антибактериальные свойства и механизм бактерицидного действия наночастиц и ионов серебра / Ю.А. Букина, Е.А. Сергеева // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. -№14. - С. 170-172.
11. Супотницкий, М.В. Механизмы развития резистентности к антибиотикам у бактерий / М.В. Супотницкий // Биопрепараты. - 2011. - № 2. - С. 44.
12. Степанов Б.И., Введение в химию и технологию органических красителей, М., Химия, 1977.
© И. Ш. Абдуллин - д.т.н., профессор, зав.каф. ПНТВМ КНИТУ, abdullin_i@kstu.ru; Ф. С. Шарифуллин - д.т.н., г.н.с. той же кафедры, sharifullin80@mail.ru; Р. Ф. Гайнутдинов - аспирант той же кафедры, gainutdin_ruslan@mail.ru; А. П. Кирпичников - профессор, зав. каф. интеллектуальных систем и управления информационными ресурсами, isuir@kstu.ru.
© I Sh. Abdullin - Ph.D., professor, head of the department PNTVM KNRTU, abdullin_i@kstu.ru; F. S. Sharifullin - Ph.D., chief researcher of the same chair KNRTU, sharifullin80@mail.ru; R. F. Gainutdinov - PhD graduate student KNRTU, gainutdin_ruslan@mail.ru; A. P. Kirpichnikov - Head of Department of Intelligent systems and information resource management KNRTU, isuir@kstu.ru.
