Во всем мире наблюдается интенсивное распространение нанотехнологий, то есть технологий, предназначенных для получения и эффективного практического использования нанообъектов и наносистем с особыми свойствами, которые применяются во многих отраслях промышленности. Основной характеристикой нанотехнологий является способность контролировать процессы изменения вещества на уровне макромолекул, создавая новые вещества с новыми химическими, физическими и биологическими свойствами. Комбинация методов и приемов позволяет создавать и модифицировать контролируемые объекты, которые включают в себя компоненты размером 1–100 нм и обладают принципиально новыми качествами, позволяющими улучшить эксплуатационные и потребительские характеристики, а также свойства получаемых продуктов [1, 2]. Известно, что медицинский текстиль занимает значительную часть производства противомикробного текстиля. Одним из актуальных направлений современных исследований в области выбора антимикробных препаратов для медицинского текстиля сегодня является борьба с устойчивыми к антибиотикам микроорганизмами и внутрибольничными инфекциями.
Существуют различные технологии производства текстильных материалов с антисептическими свойствами. Биологическая активность волокон и текстильных материалов определяется свойствами содержащихся в них веществ. Способы придания антибактериальных свойств волокнистым материалам можно разделить на следующие группы:
- укрепление ионов металла в тонкой структуре волокон при их формовании;
- взаимодействие ионов металлов с волокнами по химическим связям, метод химической модификации.
Структурная модификация может быть связана с химическими волокнами, в которые вводят биоциды во время процесса модификации. Химической модификации подвергаются все виды текстильных материалов. Различные методы используются для химической модификации полотен [3]. Одним из них является поверхностное нанесение биоцидных препаратов, которое осуществляется пропиткой, опрыскиванием или погружением с последующим высушиванием [4, 5].
Анализируя существующие способы придания антисептических свойств текстильным материалам, можно отметить метод поверхностного нанесения реагентов на материалы, способом окунания. Это распространённый метод на практике довольно прост в исполнении, не требует сложного специального оборудования и даёт высокий практический результат [5].
Придание текстильным материалам антимикробных свойств преследует две основные цели: защита от действия микроорганизмов и защита от действия патогенной микрофлоры объектов, контактирующих с текстильными материалами.
Наночастицы серебра используются для придания антибактериальных свойств. Ионы соединений металлов проявляют определенный стерилизующий эффект. Считается, что часть кислорода в воздухе или воде превращается в активный кислород с помощью катализатора, содержащего ион металла, разрушая тем самым органическое вещество, создавая стерилизующий эффект. Наноматериалы обладают улучшенными каталитическими свойствами благодаря своему высокому поверхностному заряду, атомы которого меняются при использовании наноматериалов с размером частиц, количество реагентов частиц на единицу площади значительно увеличилось. Наночастицы серебра имеют очень большую удельную поверхность, что увеличивает их контакт с бактериями или грибами и значительно улучшает их бактерицидные и фунгицидные свойства. Наносеребро очень быстро реагирует с белками [6].
Было обнаружено, что бактерицидный эффект ионизированного серебра в 1750 раз сильнее карболовой кислоты, в 3,5 раза сильнее, чем хлорид меркурия и хлорид извести. Кроме того, спектр противомикробного действия серебра намного шире, чем у многих антибиотиков и сульфаниламидов. Серебро обладает более сильным противомикробным действием против аэробных и анаэробных микроорганизмов, чем пенициллин, биомицин и другие антибиотики, и оказывает вредное воздействие на штаммы (сорта) virus10 и грибы. Использование активного серебра в виде наночастиц позволяет в сотни раз снизить концентрацию серебра, сохраняя при этом все бактерицидные свойства. В исследовании для придания антибактериальных свойств текстильным перевязочным материалам использован наноцитрат серебра
Целью исследования является сравнительный анализ потребительских свойств модифицированных наноцитратом серебра текстильных перевязочных материалов.
Материалы и методы исследования
Объект исследования в данной статье – текстильная повязка Э58 РМ (нестерильная марля ГОСТ 1172-93, 100 % хлопок), пропитанная растворами наноцитрата серебра. Образцы ткани размером 200×200 мм после определения точной массы на аналитические весы, пропитанные аппретирующими водными растворами составы на двухвальной плюсовке лабораторной с отжимом 90 %. Сушка ее и термообработка проводятся в сушилке с терморегулятором и на термопрессе.
Температура термообработки составляет 1400 °С в течение 2 мин. После сушки образцы термообработки отмывают в дистиллированной воде, следует сушка при комнатной температуре. Количественное определение антимикробной активности образцов ПМ с различным содержанием цитрата серебра определялось размером зоны подавления роста микроорганизмов вокруг образца [6].
Воздухопроницаемость аппретированных текстильных материаловопределяют на приборе ВПТМ-2 по ГОСТ 12088–77 [7].
Для определения разрывных характеристик используют разрывную машину РТ-250М (ГОСТ 3813–72) [8].
С помощью метода атомно-силовой микроскопии (АСМ) определена зависимость антисептических свойств обработанной марли от наличия в них частиц металлического серебра.
Результаты исследования и их обсуждение
Особое внимание было уделено гигиеническим свойствам медицинской марли, поскольку они имеют большое значение в процессе получения перевязочных материалов (табл. 1).
Таблица 1
Гигиенические свойства марли медицинской
|
ССвойства марли медицинской |
Образец |
|
|
Контроль |
Пропитанный раствором наноцитрата серебра |
|
|
1 |
2 |
3 |
|
Гигроскопичность Жг, % |
||
|
до пропитки |
14,05 |
14,29 |
|
после пропитки раствором наноцитрата серебра |
14,25 |
14,79 |
|
Капиллярность К, мм |
||
|
до пропитки по основе |
92 |
103 |
|
по утку |
80 |
103 |
|
после пропитки раствором наноцитрата серебра |
||
|
по основе |
142 |
146 |
|
по утку |
129 |
146 |
|
Водопоглощение, Вп % |
||
|
до пропитки |
50 |
52 |
|
после пропитки раствором наноцитрата серебра |
65 |
63 |
Анализ гигиенических свойств модифицированных образцов медицинской марли, отобранных по номенклатуре, показал улучшение таких свойств, как водопоглощение, капиллярность (по основе от 92 мм до 103 мм, по утку от 80 мм до 103 мм), гигроскопичность, которая отражает общее улучшение качества медицинской марли.
Качество продукта оценивается по его потребительским свойствам. Пропитка наноцитратом серебра позволила улучшить свойства марли. В процессе эксплуатации текстильные изделия подвержены процессам натяжения, усадки, взрывоопасных нагрузок, истиранию, поэтому модифицированная марля должна иметь характеристики высокой прочности [5]. Марля должна быть мягкой, выдерживать определенные разрывные нагрузки и иметь низкую усадку. Такие свойства обеспечивают его удобное использование с получением антисептических свойств для перевязок. Для оценки потребительских свойств модифицированные образцы марли были испытаны с использованием стандартных методов для наиболее значимых показателей номенклатуры требований к марле с антисептическими свойствами (табл. 2).
Таблица 2
Физико-механические свойства модифицированных образцов марли
|
Свойства марли |
Образец |
|
|
Контроль |
Обработанный 0,04 % раствором наноцитрата серебра |
|
|
Жесткость Е1, кН’см2: |
||
|
по основе |
770 |
747 |
|
по утку |
340 |
298 |
|
Усадка У, %: |
||
|
по основе |
5,0 |
2,0 |
|
по утку |
5,5 |
2,0 |
|
Разрывная нагрузка Р, Н: |
||
|
по основе |
82 |
76 |
|
по утку |
38 |
34 |
|
Удлинение при разрыве, %: |
||
|
по основе |
12 |
16 |
|
по утку |
18 |
22 |
Приведенные в табл. 2 данные показывают, что процесс модификации оказал положительное влияние на основные механические характеристики марли.
Так, улучшились показатели жёсткости модифицированной марли. Контрольный образец марли после мокрой обработки показал небольшую усадку – 5 %, а в модифицированных образцах усадка – 2 %. Анализ показывает, что обработка наноцитратом серебра приводит к некоторому структурированию волокон тканей и уменьшает степень их набухания.
Усадка тканей – это сложный процесс, который зависит от комплекса взаимосвязанных явлений: процессов обратной релаксации и набухания волокон. Обратные процессы релаксации происходят в результате деформации волокон, пряжи и марли в процессе создания ткани. Во время процесса отделки марля испытывает сильное натяжение, а во время окончательной отделки, под воздействием высокой температуры, эта деформация закрепляется сушкой. Чем больше деформация марли в процессе производства, тем больше усадка при мокрой обработке. В хлопке молекулы целлюлозы связаны сильным межмолекулярным взаимодействием. В тревожном волокне эти отношения несколько уменьшаются, так что при разгрузке происходит самопроизвольный процесс дезориентации структуры. Во время влажных обработок молекулы воды, которые проникают между нитями ткани, волокнами нитей и молекулярными цепями, ослабляют силы их взаимодействия. Продолжительность процесса релаксации зависит от температуры воды. Когда волокна набухают, диаметр нити увеличивается, вызывая растяжение периферийных волокон, набухание вокруг пряжи. Это дополнительный источник напряжения на волокнах. При мокрой обработке механические силы превышают внутренние силы трения волокон и пряжи друг с другом. Это облегчает движение волокон и нитей в пряже [5]. Волокна, которые скользят по диаметру нити, утолщают её, и по длине – укорачивают. Следовательно, после мокрой обработки наблюдается уменьшение размера ткани. Марля в процессе мокрой обработке показала небольшую усадку – 5 %. В процессе модификации 0,04 %-ным раствором наноцитрата серебра усадка составляет – 2 %.
На разрывной машине РТ-250М определялись показатели прочности на разрыв согласно методологии 2.4.3 [8]. Разрывная нагрузка модифицированной марли практически не отличалась от контрольных образцов.
После изменения основных физических характеристик улучшились все показатели. Коэффициент воздухопроницаемости в сухом состоянии воздуха особенно возрастает в модифицированных образцах, пропитанных раствором наноцитрата серебра.
Для образцов, модифицированных наноцитратом серебра, коэффициент воздухопроницаемости BP и общую пористость смачиваемой марли определяли стандартными методами. Результаты исследования зависимости общей пористости и воздухопроницаемости от фактической влажности тканей свидетельствуют о том, что коэффициент воздухопроницаемости уменьшается с увлажнением тканей. Это связано с уменьшением пористости этих тканей. Рыхлая система нитей в результате механической обработки становится менее плотной, расстояние между нитями и волокнами увеличивается, что приводит к увеличению пор. Известно, что доминирующую роль в воздухопроницаемости волокнистых сетчатых структур играет их поверхностная пористость, то есть наличие сквозных пор в материале.
Процесс модификации значительно увеличил капиллярность тканей по основе от 92 мм до 103 мм, по утку от 80 мм до 103 мм.
Капиллярность зависит от плотности волокон и нитей, из которых состоит ткань, а также от степени смачивания поверхности материала жидкостью. Следовательно, при механическом воздействии и во время пропитки смачиваемость материала улучшается. И, как следствие, увеличивается капиллярность.
Чтобы установить наличие серебра в марле и характер его распределения по поверхности волокон, были изучены два образца: начальная контрольная марля и образец, обработанный 0,04 % раствором наноцитрата серебра. С AСM было обнаружено, что около 17 наночастиц падают на 1 мкм2. Наночастицы серебра на поверхности марлевых волокон имели довольно широкий диапазон размеров и различных (часто нерегулярных) форм. Было установлено, что размеры горизонтальных частиц составляют от 24 до 170 Нм, а их высота колеблется от 1 до 31 Нм, то есть частицы имеют определенную сплюснутую форму. Количество агрегатов частиц, адсорбированных на поверхности волокон, было в том числе между 4 и 28 нм, так как размер частиц, скорее всего, в обработанной раствором наноцитрата серебра в 0,04 % – это ближе к 6 нм [9].
Анализ результатов предлагает, что тип связывания наночастиц серебра с поверхностью волокон целлюлозы является более последовательным с chemisorbimento по сравнению с простой адсорбцией fisico.
Выводы
Стандартные методы определения гигиенических свойств и физико-механических характеристик позволили оценить качество модифицированных текстильных перевязочных материалов.
Анализ гигиенико-физико-механических характеристик показал, что обработка наноцитратом серебра оказала положительное влияние на ключевые показатели повязки, улучшенные показатели жесткости, степень отечности уменьшилась, уменьшилось сокращение, улучшились такие свойства, как водопоглощение, капиллярность и гигроскопичность, из-за определенного текстурирования ткани волокна.
Атомная силовая микроскопия позволила определить изменения, происходящие в микроструктуре модифицированного материала, например, установить форму 3, поперечную и вертикальные размеры и количество частиц серебра на поверхности волокон.
Выбранная технология производства новых перевязочных материалов с лечебными свойствами позволит расширить ассортимент медицинских текстильных материалов.
Научные исследования выполнены благодаря грантовому проекту МОН РК AP05131936 «Научное обоснование и разработка технологии придания лечебных свойств текстильным перевязочным материалам и оценка их качества».
Библиографическая ссылка
Джанпаизова В.М., Ташменов Р.С., Токсанбаева Ж.С., Аширбекова Г.Ш., Толганбек Н.Н., Шаймаханова А.Н. АНАЛИЗ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ СВОЙСТВ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ТЕКСТИЛЬНЫХ ПЕРЕВЯЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2020. – № 6. – С. 57-61;URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=13089 (дата обращения: 18.04.2024).