Plocha příčného řezu, obvod, ekvivalentní průměr a cirkularita vláken 28

Plocha příčného řezu, obvod, ekvivalentní průměr a cirkularita vláken byly měřeny metodou příčných řezů do destičky. Příčný řez do destičky spočívá v protažení svazku vláken skrz kruhový otvor (cca 2 mm) kovové destičky a seříznutím vláken, které vyčnívají z otvorů destičky na obou stranách, pomocí žiletky. Tímto způsobem se vytvoří cca 0,5 mm řez svazkem vláken, který je upevněn v otvoru destičky. Destička je vložena pod mikroskop a pomocí obrazové analýzy (obkreslováním kontur vláken) jsou hodnoceny vlastnosti příčného řezu vlákna. Bylo analyzováno 100 vzorků vláken od každého multifilu. Všechna naměřená data jsou v příloze 3.

Obrázek 11 – Mikroskopický pohled na řez vláken v destičce (vzorek 1-85 dtex 36 fibril)

29

Tabulka 6 - Ekvivalentní průměr vláken Vzorek

30 Tabulka 7 – Cirkularita (kruhovitost) vláken

Vzorek

Obrázek 12 – Graf středních hodnot a 95% IS ploch příčného řezu vláken jednotlivých multifilů

Obrázek 13 – Graf středních hodnot a 95% IS obvodu vláken jednotlivých multifilů

50

Plocha příčného řezu vláken v multifilu

Průměrný hodnota

31 Obrázek 14 – Graf středních hodnot a 95% IS ekvivalentního průměru vláken jednotlivých multifilů

Obrýzek 15 – Graf středních hodnot a 95% IScirkularity vláken jednotlivých multifilů a monofilů

3.1.2.3 Měrný povrch vláken

Měrný povrch, též specifický povrch, je jedním ze stěžejních parametrů spolu s porositou multifilu, který ovlivňuje kolonizaci nosiče (multifilu) bakteriální biomasou.

Jak již bylo zmíněno v rešeršní části (viz kapitola 2.1.1) materiály s vyšším měrným povrchem bakterie kolonizují rychleji.

Nejprve byl vypočten povrch jednotlivých vláken, jejichž parametry byly naměřeny v kapitole 3.1.2.2, dosazením do vzorce (13). Z těchto hodnot byl vypočten průměr a 95% IS střední hodnoty. Celkový měrný povrch jednotlivých multifilů byl vypočítán z průměrné hodnoty vláken a tato hodnota byla vynásobena počtem fibril příslušného multifilu. Získanou hodnotu považujeme za maximální měrný povrch multifilu při zastoupeném počtu fibril (maximální měrný povrch multifilu vychází z definice volné

7,00

Cirkularita vláken multifilu a monofilu

Průměrná hodnota Horní hranice IS

32 struktury nití, kde se jednotlivá vlákna nedotýkají (viz obr. č. 3 a). Tuto teoretickou hodnotu uvažujeme v důsledku volné struktury multifilu (dána tvarováním multifilu) a prostředí, ve kterém se zkoumané vzorky nacházejí během kolonizace v rámci ČOV.

povrch multifilu 7283,47 19481,5 0

Obrázek 16 - Graf středních hodnot a 95% IS měrného povrchu jednoho vlákna monofilu a multifilu

Měrný povrch vláken Sp [m2.kg-1]

Vzorek

Měrný povrch jednoho vlákna

Průměrná hodnota Horní hranice IS Dolní hranice IS

33 Obrázek 17 - Graf maximálního dosažitelného měrného povrchu jednotlivých multifilů

Nejvyššího měrného povrchu dosáhl vzorek č. 3 (85 dtex 144 fibril), což ovšem ještě nutně neznamená, že tento materiál bude nejvhodnější pro kolonizaci bakteriálního biofilmu. Naopak nejnižší hodnoty měrného povrchu multifilu dosáhl vzorek č. 1 (85 dtex 36 fibril). Celkových nejnižších hodnot měrného povrchu ovšem dosahovaly monofilové vzorky, což je dáno jejich geometrickými vlastnostmi.

3.1.2.4 Zaplnění multifilu

Zaplnění multifilu, potažmo jeho porozita, byla zjišťována pomocí neinvazivní analýzy vnitřní struktury multifilu – počítačová mikrotomografie.

Při použití této metody se vzorky nefixují prostřednictvím pojiva. Prostřednictvím rentgenových paprsků získáváme množství 2D řezů zkoumanými prostorovými (3D) vzorky. Pomocí speciálního softwaru se tyto 2D snímky opět poskládají do 3D obrazu.

Tyto obrazy je možné analyzovat z několika hledisek např. z hlediska délky, velikosti objektů, tvaru objektů, orientace či porosity. Používá se především tam, kde tvorba řezů struktury není snadno či vůbec proveditelná, nebo kde by tvorba řezů a jejich následné hodnocení vedly k nepřesnostem.

Princip metody mikrotomografie spočívá v prozařování zkoumaného vzorku pomocí Roentgenových paprsků. Vzorek se v jejich poli otáčí s daným krokem dokola o 360°.

Zpravidla je na každý stupeň otočení vzorku proveden jeden snímek. Nejprve se analyzují nejsvrchnější vrstvy a postupuje se stále hlouběji do nitra materiálu. Nakonec pomocí speciálního softwaru se pořízená série snímků složí a vytvoří trojrozměrnou vizualizaci zkoumané struktury. Software je schopen také zobrazit a analyzovat jeden samostatný řez. [19] [20]

Vlastní zjišťování struktury bylo realizováno na přístroji SKY-SCAN 1272 MICROSCAN. Vlákna nejsou příliš vhodná, jelikož materiál je velmi propustný vůči

Měrný povrch vláken Sp [m2.kg-1]

Vzorek

Maximální měrný povrch multifilu

měrný povrch multifilu

34 rentgenovým paprskům. Všechny vzorky byly skenovány za stejných podmínek, aby bylo možné porovnání.

Na následujících obrázcích je 3D pohled na zkoumaný multifil.

Obrázek 17 – Výstupní 3D pohled z micro-CT (vzorek 1 – 85 dtex 36 fibril)

Obrázek 18 – Výstupní 3D pohled z micro-CT (vzorek 2 – 85 dtex 72 fibril)

Obrázek 19 – Výstupní 3D pohled z micro-CT (vzorek 3 – 85 dtex 144 fibril)

Obrázek 20 – Výstupní 3D pohled z micro-CT (vzorek 4 - 100 dtex 96 fibril)

35 Obrázek 21 – Výstupní 3D pohled z micro-CT (vzorek 5 –333 dtex 72 fibril)

Obrázek 22 – Výstupní 3D pohled z micro-CT (vzorek 6 –666 dtex 192 fibril)

Tabulka 9 – Zaplnění multifilu vlákny a porosita multifilu

Vzorek 1 Vzorek 2 Vzorek 3 Vzorek 4 Vzorek 5 Vzorek 6 Materiál 85/36 85/72 85/144 100/96 333/72 666/192 Zaplnění vláken [%] 78,98 88,24 84,22 83,09 87,52 78,46

Porosita [%] 21,02 11,76 15,78 16,91 12,48 21,54

U méně zaplněných, resp. více porésních, materiálů se předpokládá rychlejší kolonizace bakteriálních struktur, jelikož organismy mají u volnějších struktur vyšší možnost kolonizace míst v jádru multifilu i na jednotlivých vláknech.

Z tabulky 9 je patrné, že porosita jednotlivých multifilů se liší až o cca 10 %. Nejvyšší porosita (nejnižší zaplnění) byla naměřena u vzorků 1 a 6, u kterých se dle předpokladu objeví nejrychlejší nárůst bakteriální biomasy. Nejnižší porosita byla naměřena u vzorku 2.

Monofily nebyly na zaplnění a porositu testovány, jelikož ze samotné definice zaplnění (viz kapitola 2.2.2.3) vychází zaplnění 1 (100 %) a porosita 0 (0 %)