DD203725A1

DD203725A1 - Verfahren zur herstellung resistenter cellulose

Info

Publication number: DD203725A1
Application number: DD23672382A
Authority: DD
Inventors: Burkart Philipp; Dao Cong Dan; Vazgen Jacopian; Adolf Heger
Original assignee: Adw Ddr
Priority date: 1982-01-14
Filing date: 1982-01-14
Publication date: 1983-11-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gegenueber den Enzymen celluloseabbauender Mikroorganismen resistenter Cellulose, wobei die Cellulose in Form von Faserstoffen, Flaechengebilden oder partikularen Produkten mit energiereichen Strahlen bestrahlt wird. Ueberraschend wurde gefunden, dasz bei Bestrahlung mit geringer Energiedosis die enzymatische Angreifbarkeit ein Minimum durchlaeuft. Durch dieses Verfahren wird das Einbringen physiologisch bedenklicher Fremdsubstanzen oder Fremdgruppen sowie eine wesentliche Veraenderung der textil-physikalischen und textil-aesthetischen Eigenschaften vermieden.

Description

Verfahren zur Herstellung resistenter Cellulose

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gegenüber den Enzymen celluloseabbauender Mikroorganismen resistenter Cellulose· Celluloseabbauende Mikroorganismen sind in wesentlichem Umfange für die rasche Verringerung der Gebrauchstüchtigkeit sowohl von textilen als auch von technischen Faserstoffen und Flächengebilden auf Basis von Cellulose verantwortlich. Vor allem unter den Bedingungen eines tropischen bzw, feucht-heißen Klimas wird die Lebensdauer cellulosischer Faserstoffe und Flächengebilde entscheidend durch den raschen mikrobiellen Angriff begrenzt, so daß jedes mit vertretbarem Aufwand und unter Vermeidung der Abgabe toxischer Produkte arbeitendes Verfahren zur Verringerung der Angreifbarkeit durch cellulolytische Enzymsysteme breite Einsatzmöglichkeiten auf dem Gebiet der Bekleidungstextilien wie der technischen Faserstoffe und Flächengebilde auf Cellulosebasis finden kann. Aber auch unter den Bedingungen des gemäßigten Klimas spielt die Angreifbarkeit durch cellulolytische Enzymsysteme vor allem für die Lebensdauer technischer Faserstoffe und Textilien auf Cellulosebasis eine wesentliche Rolle, so daß dort ebenfalls Einsatzgebiete für das erfindungsgemäße Verfahren gegeben sind«

236723 1

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Verringerung der mikrobiellen Angreifbarkeit der Cellulose, d· h· des Abbaues und der Auflösung durch cellulolytische Enzymsysteme wurden bisher vor allem zwei Wege beschritten, nämlich einmal der Weg einer Substitution der cellulosischen Hydroxylgruppen mit dem Ziel, den Angriff cellulolytischer Enzymkomponenten an der Glukosidbindung im Sinne einer sterischen Behinderung zu erschweren, zum anderen der Susatz bzw. die chemische Bindung bakterizider Stoffe bzw. Gruppen an die Cellulose mit dem Ziel, die Lebenstätigkeit der cellulolytischer Enzymsysteme bildenden Mikroorganismen zu beenden oder zu behindern· Ein Beispiel für die erstgenannte Richtung ist die Substitution der cellulosischen Hydroxylgruppen durch Zyanäthylgruppen bis zu relativ hohen Substitutionsgraden, wodurch eine erhebliche Fäulnisfestmachung der Cellulose erreicht werden kann (Liquid ammonia treatment of cellulosic textiles. Papers presented at the Conference at Belle Vue, Published by the Shirley Institutes, Manchester/England),

Ein Beispiel für den zweiten Weg ist das Anbringen ionischer, d. h. anionischer Gruppen am Cellulosemolekül, z· B. von Carboxylgruppen, die dann als Gegenionen bakterizide Metallionen, wie beispielsweise Kupferionen, binden können (CS-PS 145 229),

Beide genannten Wege sind als polymer-chemische Modifizierungsreaktionen mit einem erheblichen Aufwand verbunden; außerdem werden die textil-physikalischen und textil-ästhetischen Eigenschaften der Materialien im allgemeinen erheblich verändert, und bei manchen Lösungswegen ist eine Abgabe toxischer bzw· irritierender Substanzen aus dem so vorbehandelten Material beim Tragen auf der Körperoberfläche nicht auszuschließen (Lukanoff, B,; et al. Faserforschung u. Textiltechn. 28 (1977) 9, 449-453)·

Weiterhin wurde festgestellt, daß eine intensive Trocknung bzw. thermische Behandlung die enzymatische Angreifbarkeit von Cellulose infolge thermischer Versuchsvorgänge zu ver-

236723 t

ringern vermag, ohne daß von dieser Möglichkeit bisher technisch Gebrauch gemacht wurde. Eine solche thermische Vorbehandlung bei höherer Temperatur ( T = /^120 ⁰C) führt zu einer erheblichen, für textile Einsatzzwecke nachteiligen Veränderung des Eigenschaftsbildes des Cellulosematerials (B. Philipp; et al. Internat. Ekman Symposion Stockholm 1981, Tagungsband IV, S. 79-83).

Es ißt ebenfalls bekannt, die Festigkeit, die Beständigkeit gegenüber biologischem Abbau sowie die gegenüber Hitze und Quellung von cellulosehaltigen! Textilgut dadurch zu verbessern, daß das Textilgut strahlenchemisch gepfropft oder mit Vorkondensaten beschichtet wird· Hierbei wird zur Verbesserung der Pfropfung das Textilgut teilweise vor der Bestrahlung mit zusätzlichen Substanzen behandelt, insbesondere mit aromatischen Chlorverbindungen (DE-PS 1 153 715, DE-PS 1 174 749). Nachteilig ist die zusätzliche Behandlung mit weiteren chemischen Substanzen.

Weiterhin ist bekannt, bei Folien aus cellulosehaltigen! Material, insbesondere regenerierter Cellulose, durch Bestrahlung mit ionisierenden Strahlen die Quellbarkeit herabzusetzen und die Dimensionsstabilität zu erhöhen, wobei die Bestrahlung zu einer Vernetzung der Kohlenstoffatome der Molekülketten führt (OE-PS 233 268).

Es ist bekannt, daß eine Bestrahlung mit energiereicher Strahlung bei hoher Energiedosis zu einer erheblichen Zerstörung der physikalisch-morphologischen Struktur der Cellulose und so zu einer wesentlichen Verschlechterung der Gebrauchseigenschaften des Materials führt (Usmanov, Ch. und Vachidov, Ii. Vysokomol. Soed. Seria A 22 (1980) S. 77-82). Gleichzeitig führt eine solche Behandlung mit hoher Energiedosis auch zu einer erhöhten enzymatischen Angreifbarkeit reiner Cellulose (B. Philipp; et al. Internat. Ekman Symposion Stockholm 1981, Tagungsband IV, S. 79-83),

236723 1 -⁴-

Ziel der Erfindung

Eb ist das Ziel der Erfindung, den Effekt einer Resistenz gegenüber cellulolytischen Enzymsystemen durch eine relativ einfach und rasch durchführbare Behandlung der Cellulose mit energiereicher Strahlung zu erreichen, wobei die Kachteile der oben genannten bisher bekannten technischen Lösungswege, nämlich das Einbringen physiologisch nicht unbedenklicher Fremdsubstanzen oder Fremdgruppen sowie eine wesentliche Veränderung der textil'-physikalischen und textil-ästhetischen Eigenschaften vermieden werden sollen.

Darlegung des Wesens der Erfindung Technische Aufgabe

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Pasern und Flächengebilden aus Cellulose mit verminderter enaymatischer Angreifbarkeit zu entwickein, welches eine merkliche Beeinträchtigung der textil-physikalischen und textil-ästhetischen Eigenschaften des Materials vermeidet, die Abgabe toxischer bzw. irritierender Substanzen aus dem vorbehandelten Material ausschließt, sowie eine hinsichtlich des Chemikalien-Einsatzes und der Prozeßführung aufwendige chemische Modifizierung der Cellulose vermeidet·

Merkmale der Erfindung;

Überraschenderweise wurde gefunden, daß diese Erhöhung der enzymatischen Abbaubarkeit nicht stetig mit steigender Strahlendosis abläuft, sondern daß vielmehr diese enzymatische Angreifbarkeit im Bereiche sehr geringer Strahlendosen um 1 Mrad (10 kGy) ein ausgeprägtes Minimum durchläuft, wobei der in Lösung gebrachte Celluloseanteil als Maß für die Angreifbarkeit dient· Dieses Minimum ist von der jeweiligen physikalischen Struktur des Celluloßematerials abhängig und muß daher für jede Materialart durch Testversuche festgelegt werden· Es konnte weiterhin beobachtet werden, daß der ge-

236723 1

wünschte Effekt sich sowohl durch Verwendung von Elektronen-Strahlung als auch durch Verwendung von Gammastrahlung erreichen läßt, wobei zwischen beiden Strahlungsarten hinsichtlich ihrer Wirkung bei vergleichbarer Strahlendosis keine entscheidenden Unterschiede bestehen· Y/eiterhin wurde ermittelt, daß der anzustrebende Effekt innerhalb gewisser Grenzen weitgehend unabhängig von der Temperatur des Materials bei der Bestrahlung ist, und daß es auch möglich ist, die erforderliche Energiedosis in mehreren Teilschritten zu applizieren. Vorteilhaft ist es, die Cellulose mit einer Elektronenstrahlung im Dosisbereich zwischen 0,1 und 2 Mrad oder mit einer Gammastrahlung im Dosisbereich von 0,1 bis 5 Mrad zu bestrahlen.

Ausführungsbeispiele

Kachstehend soll die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Beispiel 1

1 g einer langstapeligen gebeuchten und gebleichten Baumwolle mit einem Feuchtegehalt von 6,5 % wird bei 25 ⁰C einer Energiedosis von 2 Mrad einer Elektronenstrahlung ausgesetzt und dann nach dreitägiger Lagerung an der Luft mit einem auf pH 5 gepufferten Kulturfiltrat von Gliocladium spec, während 72 Stunden bei einem Flottenverhältnis von 1 : 100 behandelt. Bei der vorbestrahlten Probe gingen 10 % des Material durch diese Enzymbehandlung in Lösung, während bei einer unbestrahlten Vergleichsprobe unter gleichen Bedingungen 17 % aufgelöst wurden.

Beispiel 2

Langstapelige gebeuchte und gebleichte 'Baumwolle mit 6,5 % Feuchtegehalt wurde bei 25 ⁰C zweimal nacheinander der Einwirkung einer Energiedosis von 1 Mrad Elektronenstrahlung ausgesetzt und dann nach 5-tägiger Lagerzeit während 72 Stunden

236723 1

mit der in Beispiel 1 genannten Enzymlösung behandelt« Bei der vorbestrahlten Probe gingen 8 % des Materials in Lösung, während bei einer unbestrahlten Vergleichsprobe 17 % aufgelöst wurden·

Beispiel 3

Eine Zellwolle mit 11 % Peuchtegehalt wurde bei 40 ⁰C einer Energiedosis von 2 Mrad einer Elektronenstrahlung ausgesetzt und dann nach einwöchiger Lagerzeit während 72 Stunden mit der in Beispiel 1 genannten Enzymlösung behandelt. Der Löserückstand betrug nach dieser Behandlung 52 %, während er bei einem nicht vorbestrahlten Vergleichsmuster bei nur 40 % lag.

Beispiel 4

Eine gebeuchte und gebleichte Baumwoll-Linters mit einem Polymerisationsgrad von DP = 1650 und einem Peuchtegehalt von 5 % wurde einer Energiedosis von 1 Mrad einer Elektronenstrahlung bei 20 ⁰C ausgesetzt und dann nach einwöchiger Lagerung während 72 Stunden mit der in Beispiel 1 genannten Enzymlösung behandelt. Durch die Enzymeinwirkung gingen 14 % des Materials in Lösung, während ohne diese Behandlung bei einem Vergleichsmuster 25 % aufgelöst wurden.

Beispiel 5

Gebeuchte und gebleichte Baumwoll-Linters mit DP 1650 und einem Peuchtegehalt von 5 % wurden einer Gammastrahlendosis von 1 Mrad ausgesetzt und nach einwöchigem Lagern an der Luft mit dem in Beispiel 1 angegebenen Enzymsystem während 48 Stunden behandelt, wobei von 1 g Cellulosematerial ausgegangen und dieses mit 100 ml Enzymlösung angesetzt wurde, Nach dieser Enzymbehandlung waren von dem vorbestrahlten Material 6 % in Lösung gegangen, während eine nicht vorbestrahlte Vergleichsprobe einen Gewichtsverlust von 14 % aufwies·

Claims

236723 1 Brfinäungsanspruch

1. Verfahren zur Herstellung von gegenüber den Enzymen celluloseabbauender Mikroorganismen rssistenter Cellulose, wobei die Cellulose in Form von Faserstoffen, Flächengebilden oder partikularen Produkten mit energiereichen Strahlen bestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Cellulose bei geringer Energiedosis bestrahlt wird·

2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Cellulose mit einer Elektronenstrahlung im Dosisbereich vorzugsweise zwischen 0,1 und 2 Mrad bestrahlt wird·

3- Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß Cellulose mit einer Gammastrahlung im Dosisbereich von 0,1 bis 5 Mrad bestrahlt wird·

4» Verfahren nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung der Cellulose in mehreren Teilschritten bis zur Erreichung der erforderlichen Energiedosis erfolgt»