Введение к работе
Актуальность теш. Среди синтетических волокон, используемых в текстильном производстве, полиакрилонитрильному (ПАН) волокну принадлежит одно из ведущих мест (третье место в мире по объему выпуска). Ассортимент ПАН волокон включает около 250 наименований к они широко применяются в изготовлении товаров как бытового, так и технического назначения. Условия эксплуатации этих товаров предполагают нх взаимодействие с микроорганизмами. При этом могут существенно меняться свойства волокон и изделий из них.
Наука о старении синтетических полимеров развивается быстрыми темпами. Подробно изучены процессы радиационного, термического старения различных полимерных материавдв. Однако изменения полимеров, в том числе волокон, под воздействием микроорганизмов пока изучены недостаточно.
Трикотажные товары (нижнее белье, носки) из ПАН волокон обычно эксплуатируются в условиях повышенной влажности и температуры, стимулирующих развитие микроорганизмов. Кроме того, одежда, изготовленная из тканей с применением ПАН волокна, способствует накоплению пота. Бактерии, развиваясь па коже , создают неприятный запах, вызывают раздражение кожи, а развитие патогенных форм микроорганизмов может привести к заболеваниям.
Некоторые виды текстильных изделий длительное время используются без стирки - это ковры, обивка в помещениях и транспорте, одежда людей, находящихся в длительных экспедициях, походах ., районах, где вода и моющие средства труднодоступны. При этом также возникает возможность появления запаха и распространения патогенных микроорганизмов.
Как правило, при производстве ПАН волокон технического назначения, эксплуатируемых в условиях интенсивного воздейстгия микроорганизмов, не уделяют внимания проблеме биоповреждений. Это существенно сокращает срок службы изделий.
Таким образом, расширяющееся применение ПАН волокон в технике и быту может вызвать ряд экономических и социальных проблем, связанных с развитием микроорганизмов, чем обусловлена необходимость направленного исследования биостойкости этих волокон.
При исследовании взаимодействия ПАН волокон и микроорганизмов нельзя не учитывать и следующие обстоятельства. Существуют техноло-
гии производства ПАН волокон, в которых используется биомасса для улучшения грифа, окрашиваемосги, влагообменных свойств, понижения электризуемости, облегчения процесса переработки. Для дальнейшего развития биотехнологии в этих процессах требуется выяснить характер изменений, протекающих в волокне под действием микроорганизмов.
Последней стадией жизненного цикла волокна является его утилизация. В связи с проблемой утилизации актуальным является вопрос изыскания высокоактивных микроорганизмов и создания на их основе наборов текст-культур ке только для оценки биодеструктируеыости ПАН-материалов, но и для переработки промышленных отходов.
Диссертационная работа выполнена на основании Общесоюзной программы фундаментальных исследований АН СССР "Проблемы биоповрекде-ний" на 1989-2000 гг., а также в рамках плана НИР ЖСТ им. Ф.Энгельса, кафедры товароведения непродовольственных товаров.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось исследование влияния микроорганизмов на структуру и свойства ПАН волокна. Для решения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
отобрать наиболее активные виды и штаммы бактерий и микроми- . цетов для исследования биостойкости ПАН волокон и изделий из них и для решения биотехнологических задач;
исследовать характер взаимодействия ПАН волокон с микроорганизмами: оценить влияние ПАН волокон на микроорганизмы различных групп и выявить воздействие микроорганизмов на ПАН волокна;
исследовать адгезию микроорганизмов ПАН волокнами в зависимости от вида бактерий и особенностей структуры поверхности ПАН волокон;
оценить характер деструкции ПАН волокон на разных структурных уровнях, и на основании полученных данные обосновать механизм деструкции ПАН волокон микроорганизмами;
определить влияние биоповреждений на потребительские свойства изделий из ПАН волокон;
исследовать способы модификации ПАН волокон с целью придания им биостойкости и для ингибирования развития патогенных микроорганизмов.
Общая методика исследований. Методологической и научной основой диссертационной работы явились труды советских и зарубежных ученых
по вопросу биоповреждений. В работе использовались микробиологические методы, методо исследования структуры и свойств волокон, математической статистики.
Микробиологические методы: биохимические реакции идентификации бактериальной культуры, методы идентификации микромицетов по морфологическим признакам; методы определения токсичности и ферметной активности бактерии; метод оценки темпов роста микроорганизмов; ионо-метрический и газохроматографический метод анализа микробиологических процессов нитрификации, азотфиксации, денитрификации, аэробного и анаэробного дыхания; методы испытания волокон на биостойкость в лабораторных и природных условиях.
Структуру и свойства волокон исследовали с помощью световой микроскопии с расчетом показателя деструкции (К); электронной микроскопии; методом оптического смешения; газохроматографически методом низкотемпературной сорбции азота; вискозиметрически; дериватографи-чески; методами ЙК, РЕЭ и ЯНР спектроскопии; колориметрически; с помощью физико-механических методов.
Обработку результатов эксперимента проводили на основе методов математической статистики с применением компьютера.
Научная новизна работы. Проведен отбор микроорганизмов, развивающихся на ПАН волокнах и вызывающих их деструкцию. Установлена зависимость степени деструкции ПАН волокон от вида и состава воздействующей микрофлоры, а также от отдельных штаммов о;,:гого вида микромицетов.
Проведено комплексное исследование взаимодействия ПАН волокон и микроорганизмов: адгезия микроорганизмов на волокне, как первопричина их взаимодействия; воздействие волокна на микроорганизмы и воздействие микроорганизмов на структуру и свойства ПАН волокон. Обоснован механизм микробиологической деструкции ПАН волокон.
Проведена модификация ПАН волокон, влияющая на характер их взаимодействия с микроорганизмами: механическая модификация с целью повышения биостойкости волокон и химическая модификация, которая не только повышает биостойкость, но и препятствует развитию патогенной микрофлоры на волокне.
Практическая значимость работы состоит в использовании ее результатов в исследовательской и учебной работе, в медицине, технике, сельском хозяйстве, в оценке потребительских свойств текстильных ма-
4 териалов при их переработке, хранении, утилизации.
Выявлены и отобраны виды и штаммы микроорганизмов, активно повреждающих изделия из 1ІАН волокон и смешанные изделия из ПАН с хлопком и ПАЛ с шерстью. Из исследованных микроорганизмов составлены наборы тест-культур для оценки биосгойкости текстильных материалов на основе ПАИ волокон. Штамм шкромицета йлрвг^/Mus ^-av"us ЗС депонирован в качестве тест-культуры биодеструктора, в объединенной коллекции микроорганизмов ВНИИСХМ-БЙЗР под регистрационным номером Д 44.
Результаты исследования реализуются в учебном процессе: в ЛИСТ им. Ш.Энгельса на кафедре товароведения непродовольственных товарот в курсах "Биоповреждения непродовольственных товаров" и "Исследовательская работа"; в Военной академии тыла и транспорта в лекционном материале на кафедре вещевого обеспечения.
В результате модификации волокон различного происхождения антимикробными препаратами рекомендованы волокнистый состав (ПАН и хлопок) и способ обработки белья людей, страдающих микозами, для борьбы с патогенными микроорганизмами Candida. a6icasis и Тґ'< c/iapAi/tan. Гибґі/пп. . Предложенный способ применяется в лечении на кафедре клинической микологии ГИДУВа.
Б работе даны рекомендации по применению волокнистых фильтров микробиологической очистки.
Данные о способности ПАН волокон ингибировагь процессы нитрификации в дерново-подзолистых почвах в совокупности с работами других авторов в области использования химических волокон в сельском хозяйстве открывают новые перспективы применения волокон для .решения практических задач охраны природы, ландшафтоведения, земеледелия и защиты растений.
Предложена кодификация ПАН волокон для изделий, использующихся в экстремальных ситуациях, например, тропических условиях - рекомендовано совмещать антистатическую и антимикробную обработки, применяя препараты на основе четвертичных аммониевых соединений, использовать красители определенных видов. Для изделий длительного хранения предложена механическая модификация поверхности ПАН волокон, препятствующая развитии на них микроорганизмов.
Исследования надмолекулярной и молекулярной структуры ПАН волокон позволяют сделать вывод о возможных путях утилизации этого материала.
В работе показана необходимость оценки санитарно-гигиенических
свойств изделии из ПАН-содержащих материалов, поскольку это оказывает влияние на общее самочувствие людей. .
Полученные результаты реализованы на предприятиях: ЛИСТ, Военная академия тыла и транспорте, ЩДУВ, Курский Государственный педагогический институт, Агрофизический институт. При этом получен экономический и социальный эффект.
Апробация работы. Основные положения и рекомендации работы доложены и получили положительную оценку на Восьмой всесоюзной конференции по старению и стабилизации полимеров (Дуианбе, октябрь 1989), на заседании Ленинградской секции по биоповреждениям АН СССР (Ленинград, февраль 1990), на заседании Всесоюзной школы-семинара по выделению, идентификации и хранению бактерий (Одесса, сентябрь 1990), на заседании третьей межреспубликанской школы-семинара по теме "Выделение, идентификация и хранение микромицетов и других микроорганизмов" (Клайпеда, сентябрь 1990), на заседании региональной школы-семинара "Почвенно-агрохимические аспекты управления продуктивностью агроце-нозов" (Белогорка, октябрь 1990), на заседании четвертой Всесоюзной конференции по биоповревдениям (Нижний Новгород, октябрь 1991), на заседании научно-практической конференции "Современное состояние и перспективы развитая гигиет оделды, обуви и снаряжения" (Санкт-Петербург, октябрь 1991), на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава ЛИСТ (1988-1990).
Публикации. По материалам диссертации опублит.эвано 8 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи разделов, выводов, библиографии отечественных и иностранных источников, приложений. Диссертация изложена на 244 страницах машинописного текста, содержит 54 таблиц ы,31 рисунок , 25 приложений, библиография включает 187 наименований.
