Ефективні способи біоцидної обробки шкіри та взуттєвих матеріалів
Натуральна шкіра – матеріал, виготовлений з шкіряної сировини в результаті проведення підготовчих операцій, дублення та оздоблення. Натуральна шкіра має широку сферу застосування і використовується у виробництві взуття, одягу, галантерейних виробів, меблів тощо. Вітчизняне шкіряне виробництво майже на 90 % загального обсягу направлене на виготовлення шкір для верху взуття, що свідчить про важливість формування показників якості та безпечності матеріалу для здоров’я людини . За своїми гігієнічними, естетичними, технологічними властивостями і надійністю натуральна шкіра є основним матеріалом, що використовується у взуттєвому виробництві. Вона має високу паропроникність, гігроскопічність, стійка до стирання, багаторазових згинів, дії поту, бруду і пилу. [5]
Натуральна шкіра еластична, має приємний гриф і широку кольорову гаму. Всі ці показники мають важливе значення при виготовленні взуття. Враховуючи, що взуття під час носіння піддається найбільшому навантаженню протягом дня, важливо, щоб матеріал для його виготовлення був якісним та безпечним. Розширення асортименту та підвищення якості шкіряних матеріалів є однією з основних умов розвитку сучасного виробництва і розширення економічних зв’язків на внутрішньому і зовнішньому ринках. Вимоги до натуральних шкір та виробів з них визначаються потребами споживачів соціальними, функціональними, ергономічними, естетичними, екологічними .[5]
Широке використання для виготовлення взуття неякісних матеріалів значно погіршує комфортність взуття, сприяючи створенню у внутрішньо-взуттєвому просторі умов для прискореного розвитку шкідливих мікроорганізмів. Проблема визначення стійкості матеріалів до руйнівної дії мікроорганізмів, а також пошуку шляхів підвищення біостійкості матеріалів тісно пов’язана з проблемою підвищення якості та надійності готових виробів.[5]
В зв’язку з погіршенням екологічного стану навколишнього середовища і зниженням рівня імунітету у населення, надання взуттєвим матеріалам покращених антибактеріальних властивостей сприятиме захисту поверхні матеріалу від дії різних мікроорганізмів, а також захисту людського тіла від дії патогенної мікрофлори, що виникає у внутрішньо-взуттєвому просторі.[2]
Основним методом надання антибактеріальних властивостей матеріалами є застосування антимікробних препаратів (біоцидів). Найважливішим фактором, що визначає біостійкість шкіряних матеріалів є їх природа, а також хімічна і фізична структура. Помітний вплив на швидкість і ступінь мікробіологічного пошкодження шкіряних і хутрових матеріалів відіграють інгредієнти, що входять до їх складу, серед яких наповнювачі, дубильні речовини, барвники і пігменти, жирувальні композиції, помякшувачі, стабілізатори, інгібітори, каталізатори та інші добавки.[2]
При мікробіологічному руйнуванні натуральних шкір, процес руйнування супроводжується зниженням їх молекулярної маси і зміною характеру молекулярно-масового розподілу, помітно погіршуються їх фізико-механічні властивості, і в першу чергу, міцність і деформаційні характеристики. Ступінь зараження матеріалів мікроорганізмами, розвиток останніх і результат руйнівної дії залежить не тільки від природи матеріалів і виду мікроорганізмів, але і від умов зберігання і експлуатації: температури, вологості, інтенсивності освітлення, рН середовища, вмісту озону і інших факторів. Незважаючи на численні дослідження щодо проблем мікробіологічної стійкості матеріалів, яка є однією з найактуальніших проблем сучасного матеріалознавства, товарознавства і макромолекулярної хімії, до останнього часу багато питань залишається відкритими, крім того є ще багато питань, які потребують роз’яснення або вирішення. На момент постановки даного дослідження праці, які б містили відомості про біоцидні препарати, які не забруднюють навколишнє середовище, здатні протидіяти мікроорганізмам різних систематичних груп (бактерії, грибки, тощо), мають тривалий термін захисної дії, доступні і дешеві, є малочисельними. Одним з шляхів вирішення задачі є пошуки нових способів захисту шкіряних матеріалів на етапі їх виробництва за рахунок розробки нових поліфункціональних технологічно ефективних біоцидів, що дозволить створювати матеріали з прогнозованими антимікробними властивостями.[2]
Натуральна шкіра і хутрові напівфабрикати, будучи природними білковими матеріалами, набувають товарної якості після багатостадійної обробки різними хімічними реагентами. Шкура ще за життя тварини несе на собі велику кількість мікробів, що потрапляють на неї з навколишнього середовища. Якщо догляд за тваринами недостатній, то його шкура може нести величезну кількість мікробів (до 1–2 млрд. клітин на 1 см2). Ті мікроби, які виявляються на шкірі після її зняття, є частково мікробами, що були за життя тварини, частково ж потрапляють на неї після зняття з туші при подальшій обробці. Після забою і знімання шкури відбувається вторинне забруднення її мікробами, джерелами яких є брудна підлога, забруднені кошики, гній і ін. Неконсервована шкура легко піддається гниттю, оскільки підвищена температура, вологе повітря, укладка неохолоджених шкур одна на одну, їх забрудненість провокує розмноження мікроорганізмів. Неорганічні речовини дерми шкіри представлені водою (50–70 %) і мінеральними речовинами (0,35–0,5 %). З органічних речовин шкірний покрив містить ліпіди (жири і жироподібні речовини), вуглеводи, азотовмісні складові, що не належать до класу білків і білки, що утворюють основу гістологічної структури шкіряної тканини. Найважливішими елементами останньої є волокнисті білки — колаген, кератин, еластин і ретикулін.[2]
Відомо, що добре збереглися зразки середньовічного пергаменту, які складалися з щільно упакованих колагенових фібрил, занурених в міжфібрилярну речовину. Однак описані випадки, коли пергамент в результаті пошкодження мікроорганізмами перетворювався в зацементований білок. Після зберігання протягом 9 місяців дерми бика в воді виявляється інтенсивна диференціація волокон і їх розщеплення на ізольовані фібрили.[2]
На початкових стадіях мікробіологічне розкладання аналогічне гідролізу, який призводить до утворення частинок, що складаються з груп амінокислот. Ці частинки, так само як і окремі амінокислоти, швидко піддаються подальшому перетворенню. У продуктах мікробіологічного розкладання білків зазвичай виявляються аміак, жирні кислоти, амінокислоти, альдегіди і аміни. Залежно від зовнішніх умов і ступеня пухкості підшкірно-жирової клітковини, мікроорганізми можуть створювати численні колонії на її поверхні або проникати у верхні шари, розмножуючись і викликаючи глибокі руйнування. Вони можуть легко і швидко рухатися по міжволоконному і міжпучковому просторі, руйнуючи основну речовину дерми і різні міжклітинні елементи. Друга стадія — проявом видимих змін шкіри: появою слизу, запаху і в’ялості, зміною кольору, що є причиною вад, що знижують якість сировини. Цій стадії відповідає початкове проникнення мікроорганізмів в товщу дерми. Третя стадія гниття характеризується посиленням видимих проявів, до яких приєднується ослаблення волосу і епідермісу. При гнитті шкури спостерігається поступова зміна видового складу мікрофлори.[2]
Істотний вплив на розвиток мікроорганізмів надають підготовчі та технологічні операції, що проводяться з метою отримання кінцевого продукту переробки шкур — готових шкіряних матеріалів. Першими ознаками розкладання шкури є поява слизу на її поверхні і зміна кольору з бахтармяної сторони. Потім з’являється характерний неприємний запах, відбувається ослаблення зв’язку коренів волосся з їх сумками, після чого спостерігається відшаруванням рогового шару епідермісу. Виявляється пігментація, знижується механічна міцність аж до повного руйнування. Все це викликає необхідність консервування парної шкіри — створення умови, несприятливих для розвитку бактерій і дії ферментів, що досягається видаленням вологи і обробкою біоцидами[2]
На стадії консервування найбільш активні аеробні бактерії володіють міжфібрилярними ферментами з родів Bacillus, Pseudomonas, Proteus, Achomobacter. Ці бактерії здатні пошкоджувати волосяний покрив шкіри, її глобулярні білки, асимілюючи ліпіди і вуглеводи. Деякі з них здатні викликати розпад колагену.[2]
На сучасному етапі розвитку інноваційних технологій в усьому світі спостерігається великий інтерес до створення матеріалів, що мають антибактеріальні властивості. Це обумовлено необхідністю забезпечити захист людини від впливу патогенних мікроорганізмів. Бактеріостатичні матеріали завдяки своїм якостям, стають захисним бар'єром на шляху проникнення мікроорганізмів до тіла людини. Поєднання чистих біоцидних препаратів з іншими обробними препаратами дозволяє надати матеріалам екологічної безпечності. Екологічна безпечність матеріалів складається з безпечності сировини та безпечності різних за хімічним складом і призначенням типів біоцидних препаратів і технологій їх виробництва. Біоцидні обробки матеріалів покращують кінцеві споживні властивості матеріалів і виробів з них. Це дозволить досягнути не лише екологічного та гігієнічного, а й певного економічного ефекту. У результаті такої обробки терміни експлуатації виробів продовжуються.[6]
Надмірний ріст і розвиток мікроорганізмів різноманітний і небажаний, тому що з появою неприємного запаху вони можуть призвести до пониження ужиткових властивостей, зокрема зносостійкости матеріялів. У зв’язку з цим сьогодні в усьому світі актуальним є пошук малотоксичних біоцидних препаратів. І одним із нових перспективних екологічних розроблень в цьому напрямі сьогодні можна вважати біоцидні препарати тіосульфонатної структури. Дані біоцидні препарати ефективно використовуються як біоциди для захисту лакофарбових товарів, добавки для захисту від біопошкоджень мастильно-охолоджувальних рідин, біоцидна складова антикорозійної композиції для трубопроводів систем оборотного водопостачання, нафтопродуктів, будівельних матеріялів і конструкцій, альгіциди для захисту поверхонь, пакувальних матеріялів, для стерилізації культуральної рідини у біотехнологічних виробництвах тощо. Данний препарат, може ідеально підходити під термінологію «екологічні біоциди», оскільки він є також діючою субстанцією для лікування різних мікозів шкіри й оніхомікозу нігтів, конкурентоздатного з нізоралом і клотрімазолом.[4]
Новітні біоцидні препарати мають:
1) забезпечувати високий і стабільний ефект біостійкости досліджуваного матеріялу при мінімальній його концентрації на волокні;
2) бути нетоксичними для людини;
3) не мати неґативного впливу на зміну механічних, фізичних та й естетичних властивостей досліджуваних виробів в процесі експлуатації;
4) бути зручними й економічними в процесі використання їх при загальному обробленні;
5) гарантувати високу конкурентоздатність цими препаратами виробів;
6) бути економічно вигідним у використанні їх для вітчизняних підприємств. [4]
ПГМГ-ГХ (рис 1) – це полікатіонний електроліт, що володіє унікальним комплексом фізико-хімічних та біоцидних властивостей. Він не має кольору, запаху, пожежобезпечний, вибухобезпечний, повністю розчинний у воді і спирті, не втрачає своїх властивостей при низьких температурах, не розкладається та зберігає свої фізико-хімічні та біоцидні властивості до температури +120 о С. За хімічною будовою ПГМГ-ГХ (ТУ 9392-007-21060124-94) – лінійний або розгалужений полімер; молекулярна маса знаходиться, зазвичай, у межах 10 кДа.[3]
Рис. 1. Загальний вигляд ПГМГ-ГХ та його структурна формула
ПГМГ-ГХ сьогодні позиціонують як біоцидний засіб широкого спектру антимікробної активності у відношенні до бактерій, вірусів, грибів тощо. Антимікробну дію ПГМГ-ГХ проявляє до вірусів ентеральних і паренетеральних гепатитів, ВІЛ, поліомеліту, грипу, герпесу і т. п. Також є біоактивним щодо грибів роду кандіда, пліснявих, дріжджових, кандідоз, дерматофітів.[3]
Механізм дії ПАГів на мікроорганізми представляють наступним чином: – гуанідиновіполікатіони адсорбуються на від’ємно зарядженій поверхні бактеріальної клітини (рис. 2), блокуючи тим самим дихання, харчування, транспорт метаболітів через клітинну стінку бактерій (цей ефект залежить від величини іонного заряду полікатіону);[3]
– макромолекули ПАГу дифундують через стінку клітини, викликаючи незворотні структурні пошкодження на рівні цитоплазматичної мембрани, нуклеотиду, цитоплазми (цей процес залежить від величини поверхневої активності, ліпофільності, розчинності у воді, молекулярного об’єму дифундуючої частки); [3]
– ПАГи зв’язуються з кислотними фосфоліпідами, білками мембрани цитоплазми, що призводить до її розриву (цей ефект залежить від концентрації і молекулярної маси біоциду); – результатом останнього є блокада гліколітичних ферментів дихальної системи клітини, втрата патогенних властивостей і загибель мікробної клітини.[3]
Рис. 2. Схема дії ПГМГ-ГХ на мікроорганізми
Використання ПГМГ-ГХ в технології виробництва натуральних шкір може вирішити одночасно дві задачі: по перше – інтенсифікувати післядубильні процеси, по друге – надати шкірам певного рівня біостійкості.[1]
Біоцидні препарати гальмують процеси старіння, підвищують зносостійкість, чим подовжують час експлуатації виробу і сприяють значному покращенню санітарно-гігієнічних показників у виробничій сфері. Одним із напрямів надання нових властивостей виробам є обробка їх біоцидними препаратами, внаслідок чого надаються антимікробні властивості.[1]
Біоцидна обробка поділяється на антимікробну (перешкоджає розмноженню бактерій і запобігає появі неприємних запахів), антимікотичну (стримує ріст плісеневих, дерматофітів та інших грибів), антигнилісну (захищає матеріал при контакті із землею та водою)[1]
Біоцидний препарат "Бактрим", розроблений на основі триклозану, має високу бактерицидну активність і є одним із препаратів, який може використовуватися. Встановлено, що біоцидний препарат "Бактрим" на основі триклозану гальмуює розвиток окремих фізіологічних груп мікроорганізмів. Це уможливлює цілеспрямовано надавати бажаного ефекту біостійкості[1]
Висновок: Тема захисту людини від патогенних мікроорганізмів завжди турбувала людство. А матеріали з антимікробними властивостями стають все більш поширеними. Одним із шляхів створення належних умов щодо мікробіологічної безпечності виробів є біоцидна обробка, нанесення металевого покриття, впровадження наночасточок срібла. Технологія впровадження у натуральні волокна наночасточок срібла надає їм антибактеріальних властивостей. На відміну від закордонних технологій існує вітчизняний досвід обробки не синтетичних, а натуральних волокон.
Список літератури
| Сторінки з веб-сайтів | УДОСКОНАЛЕННЯ СПОЖИВЧИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ НЕПРОДОВОЛЬЧИХ ТОВАРІВ. Веб-сайт: http://tr.knute.edu.ua/files/2018/03(27)/6.pdf |
| Аналіз теоретичних передумов біопошкоджень шкіряних матеріалів і виробів із них. Веб-сайт: https://media.neliti.com/media/publications/311987-analysis-of-theoretical-premises-for-bio-1c5a877e.pdf | |
| ФОРМУВАННЯ БІОСТІЙКОСТІ ШКІРИ З ВИКОРИСТАННЯМ КАТІОННИХ ПОЛІЕЛЕКТРОЛІТІВ. Веб-сайт: http://journals.uran.ua/eejet/article/viewFile/96114/97925 | |
| Нові технології ефективного захисту текстилю від мікробіологічних пошкоджень. Веб-сайт: https://www.imp.kiev.ua/nanosys/media/pdf/2019/4/nano_vol17_iss4_p0621p0636_2019.pdf | |
| «Оцінка якості натуральної шкіри для верху взуття». Веб-сайт: https://knute.edu.ua/file/NjY4NQ==/99c20958d821236ec63ddc8092e6d9c5.pdf | |
| ТЕХНОЛОГІЇ МОДИФІКАЦІЇ ТЕКСТИЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ. Веб-сайт: https://er.knutd.edu.ua/bitstream/123456789/8937/5/Batrak_Halavska_Herson_october_2017.pdf |