Ефективність обробки антимікробними складами текстильних матеріалів, призначених для використання у побуті та громадських приміщеннях

ЕФЕКТИВНІСТЬ ОБРОБКИ АНТИМІКРОБНИМИ СКЛАДАМИ ТЕКСТИЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ, ПРИЗНАЧЕНИХ ДЛЯ ВИКОРИСТАННЯ У ПОБУТІ ТА ГРОМАДСЬКИХ ПРИМІЩЕННЯХ

EFFECTIVENESS OF THE ANTIMICROBIAL TREATMENT OF TEXTILE MATERIALS FOR USE AT HOME AND IN PUBLIC SPACES

Сторінки: 146-151. Номер: №5, 2022 (313)  
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2022-313-5-146-151
Автори: ГОРОХОВ Ігор
Херсонський національний технічний університет
ORCID ID: 0000-0002-9483-4123
e-mail: gorohov2410@gmail.com
КУЛІШ Ірина
Херсонський національний технічний університет
ORCID ID: 0000-0002-0961-5904
e-mail: kulish.in.411@gmail.com
АСАУЛЮК Тетяна
Херсонський національний технічний університет
ORCID ID: 0000-0001-5961-6895
e-mail: tatisevna@gmail.com
САРІБЄКОВА Юлія
Херсонський національний технічний університет
ORCID ID: 0000-0001-6430-6509
e-mail: ysaribyekova@gmail.com
HOROKHOV Ihor, KULISH Irina, ASAULYUK Tatyana, SARIBYEKOVA Yulia
Kherson National Technical University

Анотація мовою оригіналу

Мета роботи полягає у розробці антимікробного складу та дослідженні ефективності антимікробної обробки текстильних матеріалів. В якості об’єкту дослідження як ефективні безпечні антимікробні препарати використовували полігексаметиленгуанідін хлорид з антимікробними препаратами на біологічній основі. Обробку бавовняної тканини здійснено методом просочення водним розчином полімеру та полігексаметиленгуанідін хлориду і антимікробними препаратами на біологічній основі у опоряджувальній ванні з наступним сушінням і термофіксацією. Зміну структурних параметрів акрилового полімеру та кількість зшивок в об’ємі полімерного утворення визначали за властивістю зшитих полімерних систем до обмеженого набухання у розчинниках. Перевірку антимікробного ефекту текстильних матеріалів проводили за аналізом дифузії диску тканини на засіяному з повітря агарі після обробки антимікробним складом та після прання. Для визначення ефективності антимікробної дії препаратів на біологічній основі як тест-культуру використовували одного з представників раньової мікрофлори – грампозитивну бактерію Staphylococcus pyoqenes з Української колекції мікроорганізмів. У роботі наведено результати дослідження текстильних матеріалів після опорядження антимікробними препаратами на біологічній основі та полігексаметиленгуанідін хлориду. Підвищення стійкості антимікробного ефекту до прання досягали введенням до опоряджувального складу акрилового полімеру, структуроутворення якого оцінювалося за кількістю ацетононерозчинної фракції сформованих на скляній підложці полімерних плівок під час екстрагування у розчинниках. Результати дослідження показали, що введення антимікробних препаратів до складу полімеру підвищує ступінь зшивки полімерної плівки за рахунок використання полігексаметиленгуанідін хлориду. Доведена ефективність антимікробної дії препаратів на біологічній основі за результатом проведення дослідження на тест-культурі грам позитивної бактерії Staphylococcus pyoqenes, що підтверджуеться появою зони інгібування мікроорганізму навколо досліджуваного зразка тканини. Дослідження за методикою засівання мікрофлори з оточуючого повітря показали, що усі зразки тканини, оброблені антибактеріальним складом, характеризуються вираженою зоною затримки росту мікрофлори.
Наукова новизна. Доведено, що опоряджувальний склад на основі акрилового полімеру, що містить полігексаметиленгуанідінхлорид та препарати на біологічній основі, дозволяє забезпечити антимікробну дію текстильного матеріалу та покращити стійкість антимікробного ефекту до прання за рахунок підвищення ступеня зшивки акрилового полімеру.
Практична значимість. Отримані результати експерименту мають практичне значення для розробки нових опоряджувальних складів для надання текстильним матеріалам антимікробних властивостей.
Ключові слова: антимікробна обробка, полігексаметиленгуанідін хлорид, препарати на біологічній основі, текстильні матеріали, бактеріальне забруднення, метод засівання з повітря, зона затримки росту мікроорганізмів.

Розширена анотація англійською  мовою

Purpose. The purpose of the work is to develop an antimicrobial composition and study the effectiveness of antimicrobial treatment of textile materials.
Methodology. Polyhexamethylene guanidine chloride with bio-based antimicrobial preparations were used as the objects of the study as effective safe antimicrobial agents. The treatment of cotton fabric was carried out by impregnation with an aqueous solution of polymer and polyhexamethylene guanidine chloride and bio-based antimicrobial preparations in a finishing bath, followed by drying and thermal fixation. Changes in the structural parameters of the acrylic polymer and the number of crosslinks in the bulk of the polymer formation were determined from the property of crosslinked polymer systems to swell in solvents to a limited extent. Examination of the antimicrobial effect of textile materials was carried out by analyzing the diffusion of the fabric disk on agar after treatment with the antimicrobial composition and after washing. To determine the effectiveness of the antimicrobial action of bio-based preparations, one of the representatives of the wound microflora, the gram-positive bacterium Staphylococcus pyoqenes from the Ukrainian collection of microorganisms, was used as a test culture. Findings. The results of the study of textile materials after treatment with bio-based antimicrobial preparations and polyhexamethylene guanidine chloride are presented. An increase in the resistance of the antimicrobial effect to washing was achieved by introducing an acrylic polymer into the finishing composition, the structure formation of which was evaluated by the amount of the acetone-insoluble fraction of polymer films during extraction in solvents. The results of the study showed that the introduction of antimicrobial agents into the polymer composition increases the degree of crosslinking of the polymer film due to the use of polyhexamethylene guanidine chloride. The effectiveness of the antimicrobial action of bio-based preparations has been proven by the results of a study on a test culture of a gram-positive bacterium Staphylococcus pyoqenes, which is confirmed by the appearance of a zone of inhibition of the microorganism around the studied fabric sample. Studies using the settle plate method showed that all fabric samples treated with the antibacterial composition are characterized by a pronounced zone of microflora growth inhibition.
Originality. It has been proven that an acrylic polymer-based finishing composition containing polyhexamethylene guanidine chloride and bio-based preparations provides an antimicrobial effect to a textile material and will improve the wash resistance of the antimicrobial effect by increasing the degree of crosslinking of the acrylic polymer.
Practical value. The obtained results of the experiment are of practical importance for the development of new finishing compositions for imparting antimicrobial properties to textile materials.
Keywords: antimicrobial treatment, polyhexamethylene guanidine chloride, bio-based preparations, textile materials, bacterial contamination, settle plate method, microbial growth inhibition zone.

References

1. Kolb V.M. Green Organic Chemistry and Its Interdisciplinary Applications (1st ed.) / V.M. Kolb. – CRC Press: Boca Raton, FL, USA, 2016. – 193 p. – DOI: https://doi.org/10.1201/9781315371856.
2. Kim H.J. Phytic Acid Doped Polyaniline Nanofibers for Enhanced Aqueous Copper(II) Adsorption Capability / H.J. Kim, S. Im, J.C. Kim, W.G. Hong, K. Shin, H.Y. Jeong, Y.J. Hong // ACS Sustainable Chem. Eng. – 2017. – 5(8). – P. 6654 – 6664. – DOI: https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.7b00898.
3. Malucelli G. Textile finishing with biomacromolecules: A low environmental impact approach in flame retardancy // The impact and prospects of green chemistry for textile technology. – Woodhead Publishing, 2019. – P. 251 – 279. – DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102491-1.00009-5.
4. Reshma A. Sustainable antimicrobial finishing of fabrics using natural bioactive agents – a review / A. Reshma, V. Brindha Priyadarisini, K. Amutha // Int. J. Life Sci. Pharma Res. – 2018. – 8(4). – P. 10 – 20. – DOI: http://dx.doi.org/10.22376/ijpbs/lpr.2018.8.4.L10-20.
5. Perepelkin K.E. Principles and Methods of Modification of Fibres and Fibre Materials. A Review / K.E. Perepelkin // Fibre Chemistry. – 2005. – 37. – P. 123 – 140. – DOI: https://doi.org/10.1007/s10692-005-0069-6.
6. Billah S.M.R. Textile Coatings / S.M.R. Billah // Functional Polymers: [monograph]. Edited by Jafar Mazumder M., Sheardown H., Al-Ahmed A. – Cham: Springer International Publishing, 2019. – 10. –P. 825 – 882. – DOI: 10.1007/978-3-319-95987-0_30.
7. Sadeghi-Kiakhani M. Improvement of dyeing and antimicrobial properties of nylon fabrics modified using chitosan-poly(propylene imine) dendreimer hybrid / M. Sadeghi-Kiakhani, S. Safapour // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. – 2016. – 33. – P. 170 – 177. – DOI: https://doi.org/10.1016/j.jiec.2015.09.034.
8. Arif D. Preparation of Antibacterial Cotton Fabric Using Chitosan-silver Nanoparticles / D. Arif, M. Niazi, N. Ul-Haq, M. Anwar, E. Hashmi // Fibers and Polymers. – 2015. – 16. – P. 1519 – 1526. – DOI: https://doi.org/10.1007/s12221-015-5245-6.
9. Xue Z. Microwave-assisted antimicrobial finishing of wool fabric with chitosan derivative / Z. Xue // Indian Journal of Fibre and Textile Research. – 2015. – 40(1). – P. 51 – 56.
10. Moccelini S.K. Bean sprout peroxidase biosensor based on l-cysteine self-assembled monolayer for the determination of dopamine / S.K. Moccelini, S.C. Fernandes, I.C. Vieira // Sensors and Actuators B: Chemical. – 2008. – 133(2). – P. 364 – 369. – DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2008.02.039.
11. Laufer G. Intumescent Multilayer Nanocoating, Made with Renewable Polyelectrolytes, for Flame-Retardant Cotton / G. Laufer, C. Kirkland, A.B. Morgan, J.C. Grunlan // Biomacromolecules. – 2012. – 13(9). – P. 2843 – 2848. – DOI: https://doi.org/10.1021/bm300873b.
12. Li S. Phosphorus-nitrogen-silicon-based assembly multilayer coating for the preparation of flame retardant and antimicrobial cotton fabric / S. Li, X. Lin, Y. Liu, R. Li, X. Ren, T.-S. Huang // Cellulose. – 2019. – 26. – P. 4213 – 4223. – DOI: https://doi.org/10.1007/s10570-019-02373-5.
13. Chin W. A macromolecular approach to eradicate multidrug resistant bacterial infections while mitigating drug resistance onset / W. Chin, G. Zhong, Q. Pu et al. // Nature Communications. – 2018. – 9(1). – P. 917. – DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-018-03325-6.
14. Cao Y. Guanidine-Functionalized Cotton Fabrics for Achieving Permanent Antibacterial Activity Without Compromising their Physicochemical Properties and Cytocompatibility / Y. Cao, J. Gu, S. Wang, Z. Zhang, H. Yu, J. Li, S. Chen // Cellulose. – 2020. – 27(10). – P. 6027 – 6036. – DOI: https://doi.org/10.1007/s10570-020-03137-2.
15. Olewnik-Kruszkowska E. Antibacterial Films Based on PVA and PVA-Chitosan Modified with Poly-(Hexamethylene Guanidine) / E. Olewnik-Kruszkowska, M. Gierszewska, E. Jakubowska, et al. // Polymers. – 2019. – 11(12). – P. 2093. – DOI: 10.3390/polym11122093.
16. Zhao T. Halogenated phenols and polybiguanides as antimicrobial textile finishes / T. Zhao, Q. Chen // Antimicrobial Textiles. – 2016. – P. 141 – 153. – DOI: 10.1016/B978-0-08-100576-7.00009-2.
17. Li Z. Permanent antimicrobial cotton fabrics obtained by surface treatment with modified guanidine / Z. Li, J. Chen, W. Cao, et al. // Carbohydr Polym. – 2018. – 180. – P. 192 – 199. – DOI: 10.1016/j.carbpol.2017.09.080.