К текстильным относят материалы, вырабатываемые из волокон и нитей: ткани, трикотаж, нетканые материалы, искусственный мех, ковры и ковровые изделия и др.
Текстильные волокна являются основным сырьем текстильной промышленности. По происхождению волокна подразделяются на натуральные и химические.
К натуральным относят волокна растительного (хлопок, лубяные волокна), животного (шерсть, шелк) и минерального (асбестовые) происхождения.
Химические волокна получают из модифицированных природных или синтетических высокомолекулярных веществ. Химические волокна подразделяют на искусственные, получаемые химической переработкой природного сырья, как правило, целлюлозы (вискоза, ацетат) и синтетические, получаемые из синтетических полимеров (капрон, лавсан, нитрон, ПВХ-волокна и др.).
Текстильные материалы и волокна могут подвергаться повреждениям микроорганизмами, насекомыми, грызунами и другими агентами биоповреждений. Стойкость волокон и тканей к биоповреждениям зависит прежде всего от химической природы волокон, из которых они изготовлены. Чаще всего приходится сталкиваться с микробиологическими повреждениями текстильных материалов на основе натуральных волокон - хлопчатобумажных, льняных и других, утилизируемых сапрофитной микрофлорой. Химические волокна и ткани, особенно синтетические, более биостойки, но и к ним адаптируются микроорганизмы-биодеструкторы.
Разрушение текстильных материалов микроорганизмами зависит от степени их износа, вида и происхождения, органического состава, температурных и влажностных условий, степени аэрации и т.п.
В условиях повышенной влажности и температуры, а также ограниченного воздухообмена микроорганизмы поражают волокна и ткани на разных этапах их изготовления и применения, начиная с первичной переработки волокна, включая прядение, ткачество, отделку и хранение, транспортировку и эксплуатацию текстильных материалов и изделий из них. Интенсивность биоповреждений волокон и тканей резко возрастает при их контакте с почвой и водой, особенно в районах с теплым и влажным климатом.
Текстильные материалы поражаются бактериями и микроскопическими грибами. Бактериальное разрушение текстильных материалов происходит более активно, чем разрушение под воздействием грибов. Повреждающими родами бактерий являются:
126
Cytophaga, Micrococcus, Bacterium, Bacillus, Cellulobacillus, Pseudomonas, Sarcina. Среди грибов, повреждающих текстильные материалы, в атмосфере и в почве встречаются грибы родов: Aspergillus, Penicillium, Alternaria, Cladosporium, Fusarium, Trichoderma и др.
За счет микробиологического повреждения тканей ежегодные убытки в мире составляют сотни миллионов долларов.
Биоповреждения волокон и тканей микроорганизмами обычно сопровождаются потерей массы и механической прочности материала, вследствие, например, разрушения волокон метаболитами микроорганизмов - ферментами, органическими кислотами и др.
Любопытные факты
Ближайшее будущее текстильной промышленности за биотехнологией. Уже сегодня имеются предложения по синтезу различных полисахаридов микробиологическими методами, которые могут быть использованы для получения волокнообразующих мономеров и полимеров.
Учеными показаны возможности микробиологического синтеза некоторых мономеров для получения дикарбоновых кислот, капролактама и др.
Некоторые виды волокнообразующих полимеров, в частности полиэфиры, могут быть получены путем микробиологического синтеза.
На основе микробиологического синтеза уже получены некоторые виды волокнообразующих полипептидов. В некоторых случаях содержание этих продуктов может достигать до 40 % от веса биомассы и они могут быть использованы как перспективное сырье для получения химических волокон. Исследования в этом направлении широко ведутся во многих странах мира.
Воздействие микроорганизмов на текстильные материалы, приводящее к их разрушению, осуществляется по крайней мере двумя основными путями (прямым и косвенным):
- текстильные материалы используются грибами и бактериями в качестве источников питания (ассимиляция);
- текстильные материалы повреждаются метаболитами микроорганизмов (деструкция).
Биоповреждения текстильных материалов, вызванные микроорганизмами и продуктами их жизнедеятельности, выражаются в окрашивании (появление пятен на текстильных материалах или их покрытиях), изъянах, нарушении связей в волокнистых материалах, проникновении микроорганизмов в полость природного волокна, ухудшении механических свойств (например, снижение прочности на разрыв), потере массы, изменении химических свойств (разложение целлюлозы микроорганизмами), выделении летучих веществ и изменении других свойств.
127
Известно, что после использования микроорганизмами одной части субстрата они способны выделять ферменты, разлагающие другие составные части питательной среды. Установлено, что каждая группа микроорганизмов, разрушающая элементы волокна, в силу своих физиологических особенностей, разлагает определенную составную часть волокна, наносит ему повреждения различного характера и разной степени. Выявлено, что помимо ферментов, в разрушении текстильных материалов участвуют и выделяемые микроорганизмами органические кислоты - молочная, глюконовая, уксусная, янтарная, фумаровая, яблочная, лимонная, щавелевая и др. Обнаружено, что выделяемые микроорганизмами, ферменты и органические кислоты продолжают свое разрушающее действие на текстильные материалы и после отмирания микроорганизмов. Отмечено, что с повышением степени повреждения волокна в нем изменяется содержание целлюлозы, белков, пектинов, растворимых в спирте восков; увеличивается рН и уменьшается содержание растворимых в воде веществ, что, видимо, объясняется повышением накопления продуктов метаболизма и потреблением микроорганизмами питательных веществ для своей жизнедеятельности.
Характерный признак поражения текстильных материалов микроорганизмами - появление желто-оранжевых, красно-фиолетовых, зелено-коричневых пятен в зависимости от цвета пигмента, вырабатываемого микроорганизмами, и цвета ткани. При взаимодействии пигмента микроорганизмов с красителем ткани возникают пятна разных тонов и оттенков, которые не удаляются при стирке или воздействии перекисью водорода. Иногда от них можно избавиться обработкой горячим раствором гидросульфита натрия. Появление пятен на текстильных материалах, как правило, сопровождается появлением сильного затхлого запаха.
Условиями, способствующими процессу биоповреждения волокнистых материалов, является повышенная температура и влажность. При составлении требований по биостойкости текстильных материалов следует прежде всего исходить из особенностей биостойкости каждого вида применяемых волокон. Из всех видов волокнистых материалов наиболее биостойкими можно считать волокна минерального происхождения.
Любопытные факты
При отделке текстильных материалов также применяются биотехнологические методы. Эти методы основаны на использовании ферментов для осуществления тех или иных физико-химических процессов. Наиболее полно проработаны биотехнологии в операциях подготовки (расшлихтовка тканей, отварка и беление хлопчатобумажных тканей, промывка шерстяных тканей), а также для
128
создания эффектов "варенки" джинсовых и других тканей, биополировании, для придания мягкости изделиям.
Ферменты используются для улучшения сорбционных свойств целлюлозных волокон, для увеличения удельной площади поверхности и удельного объема волокон, для удаления пектиновых "спутников" хлопковой целлюлозы. Ферменты в принципе могут гидролизовать эфирные связи на поверхности полиэфирных волокон.
Разработаны технологии крашения хлопчатобумажных и шерстяных тканей в присутствии ферментов, обеспечивающих улучшение колористических характеристик готовых текстильных изделий в более мягких щадящих условиях, уменьшающих содержание примесей в сточных водах. В заключительной отделке получил распространение метод биополировки поверхности окрашенных тканей, т. е. удаление поверхностных фибрилл волокон. Ферментативная обработка также уменьшает и даже устраняет неприятный эффект покалывания длинных волокон шерстяных материалов. Промышленное значение имеет применение ферментов при обработке окрашенных тканей. В результате такой обработки происходит неравномерное обесцвечивание, что придает изделиям модный "поношенный" вид.
Различная повреждаемость тканей микроорганизмами обусловлена различиями структуры самих тканей. Наибольшему повреждению подвержены ткани с меньшей толщиной, поверхностной плотностью и высокой сквозной пористостью, так как это обеспечивает большую площадь контакта материала с микроорганизмами и позволяет им легко проникать в глубь ткани. Увеличение степени крутки пряжи способствует повышению ее биостойкости.
129
