способ получения гидрофильных текстильных материалов с антимикробными свойствами

Формула изобретения

Способ получения гидрофильных текстильных материалов с антимикробными свойствами, включающий обработку материала водным составом, содержащим наноструктурные частицы серебра, при температуре 20°С±2°С и последующую обработку целевым раствором, отличающийся тем, что обработку водным составом, содержащим наноструктурные частицы серебра, осуществляют в течение 40-60 мин, при этом наноструктурные частицы серебра представляют собой стабилизированный высокомолекулярными соединениями гидрозоль серебра с содержанием атомарного серебра 0,0020-0,0035 мас.%, а в качестве целевого раствора используют раствор таннидов с концентрацией 0,05-0,15 мас.%, обработку которым осуществляют в течение 40-60 мин при температуре 65-75°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нанотехнологии, в частности к способам использования гидрозолей серебра для получения текстильных материалов с антимикробными свойствами.

В настоящее время неблагоприятное состояние окружающей среды способствует активному проявлению инфекционных и кожно-аллергических заболеваний. Для улучшения качества жизни важное место отводится швейным изделиям, обладающим антимикробными свойствами, позволяющим снизить риск возникновения или смягчить протекание инфекционного процесса. Такие изделия могут быть в готовом виде обработаны бактерицидными композициями или изготовлены из текстильных материалов, предварительно модифицированных бактерицидными композициями.

Несмотря на большой объем исследований в этой области, проблема достаточно далека от разрешения, что обусловлено рядом трудностей, которые можно охарактеризовать следующим образом: спектр существующих видов модифицированных материалов оказывается недостаточным из-за антибиотикорезисцентности микроорганизмов. Модифицированные материалы должны обладать широкой гаммой антимикробной активности: от максимального уничтожения микробов для применения в медицине и на специальных производствах до бактериостатического эффекта, при котором не подавляется работа иммунной системы человека, но в то же время нарушается функция размножения бактерий. Применяемые антимикробные композиции должны обладать слабой токсичностью, не превышающей нормативный порог (индекс токсичности 70-120%).

Полученный эффект должен быть устойчив к воздействию влажно-тепловых обработок. Методы модифицирования материалов должны быть доступными и несложными в исполнении.

Существует большое разнообразие технологий получения антимикробных текстильных материалов.

Например, целлюлозный материал в виде хлопчатобумажной ткани или льняного полотна, содержащий мелкодисперсное металлическое серебро. Для его получения ткань при комнатной температуре пропитывают водным раствором, содержащим AgNO₃ и глицерин, нагревают до потемнения и затем сушат. Эти материалы обладают высоким уровнем антимикробной активности и могут быть использованы в качестве бактерицидных перевязочных средств, для производства медицинской одежды, нижнего белья, предметов гигиены (Патент RU № 2256675, C08L 1/02, опубл. 20.07.2005). Однако у этого материала наблюдается значительное ослабление бактерицидной активности после влажно-тепловой обработки.

Известен другой способ получения антибактериального текстильного волокнистого материала с использованием процесса восстановления серебра из водного раствора нитрата серебра (Патент RU № 2337716, A61L 15/81, опубл. 10.11.2008), однако и эта технология не позволяет получить длительный, сохраняющийся после различного рода обработок антимикробный эффект.

Наиболее близким по технической сущности является способ модифицирования пористого материала путем пропитки его в течение 20-120 часов при температуре 20°C модифицирующим составом, представляющим собой водно-органический раствор наноструктурных частиц серебра, с последующей промывкой в целевом растворе и сушкой (Патент RU № 2135262, B01D 39/08, опубл. 27.08.1999). Недостатками данного способа являются большая длительность процесса и неустойчивость антимикробного эффекта модифицированных фильтровальных материалов в процессе эксплуатации их в водной среде.

Технической задачей предлагаемого изобретения является сокращение длительности модифицирования гидрофильных текстильных материалов и изделий из них и повышение устойчивости антимикробного эффекта к влажно-тепловым обработкам.

Поставленная задача достигается предложенным способом получения гидрофильных текстильных материалов с антимикробными свойствами, включающим обработку материала водным составом, содержащим наноструктурные частицы серебра, при температуре 20°C±2°C и последующую обработку целевым раствором, отличающимся тем, что обработку водным составом, содержащим наноструктурные частицы серебра, осуществляют в течение 40-60 минут, при этом наноструктурные частицы серебра представляют собой стабилизированные высокомолекулярными соединениями гидрозоли серебра с содержанием атомарного серебра (Ag°) 0,0020-0,0035 мас.%, а в качестве целевого раствора используют раствор таннидов с концентрацией 0,05-0,15 мас.% и обработку осуществляют в течение 40-60 минут при температуре 65-75°C.

Водный состав, содержащий наноструктурные частицы серебра, готовят на основе стабилизированного гидрозоля серебра, полученного по патенту RU № 2405557, А61К 33/38, A61L 15/44, опубл. 10.12.2010 г. Гидрозоль серебра, стабилизированный защитным высокомолекулярным соединением, обладает высокой адсорбционной способностью к поверхности гидрофильных волокнисто-сетчатых материалов. В предлагаемом способе использовали композицию с массовой долей серебра Ag° - 0,002% и стабилизатора - 0,1%.

Размер частиц серебра в растворе, определенный методом просвечивающей электронной микроскопии с помощью электронного микроскопа «LEO912 АВ OMEGA», оборудованного системой цифровой регистрации изображений и имеющего в своем составе модули для измерения дифракции электронов и спектров характеристических потерь энергии электронами, не превышал 8 нм. А размер частиц серебра с оболочкой защитного коллоида, определенный спектроскопическим методом, не превышал нижний уровень Рэлеевской области, то есть 20 нм.

Для фиксации модифицирующей композиции в структуре текстильного материала применены экстракты таннидов коры растений квебрахо и мимозы. Сочетание коллоидного серебра с таннидами, обладающими собственными антисептическими свойствами, усиливает бактериостатический эффект композиции.

Выбранная композиция согласно Европейской директиве по биоцидным продуктам 98/8/ЕС относится к немигрирующим (не переходящие в процессе эксплуатации текстильного изделия на кожу человека и в сточные воды) антимикробным препаратам.

В качестве основного был выбран текстильный материал - бязь, обладающий необходимым для бельевой группы комплексом высоких гигиенических свойств.

Способ осуществляют следующим образом:

- образец текстильного материала - бязи выдерживают при температуре 20°C±2°C в течение 40 мин в водном составе, содержащем наноструктурные частица серебра с содержанием атомарного серебра 0,0020-0,0035 мас.%,

- материал отжимают,

- отжатые образцы ткани выдерживают на водяной бане при 70°C в течение 40 мин в растворе таннидов с концентрацией 0,05-0,15%.

При воздействии таннидов на образцы происходит осветление окраски модифицированных проб, что улучшает внешний вид ткани, несмотря на то что танниды не обладают осветляющим эффектом, а могут придавать различные оттенки розово-коричневого цвета. Растительные танниды придают белым тканям мягкий розовато-коричневый оттенок, что улучшает их эстетическое восприятие.

Полученные образцы были подвергнуты многократным стиркам для определения вымываемости основного антимикробного компонента композиции Ag°. Влажные обработки (стирка) модифицированных образцов ткани проводили в автоматической стиральной машине, в режиме «хлопок» при температуре 40°C в течение 40 мин с отжимом 600 об/мин. При этом использовали синтетическое моющее средство, смягчающее воду - SА8 (США).

После стирки образцы ткани высушивали до массовой доли влаги 9-10% и подвергали влажно-тепловой обработке при температуре 140°C в течение 6 с утюгом весом 1,8 кг.

Присутствие серебра (Ag°) в модифицированном материале составляло 0,24·10^-3 мкг/г, (ppm), которое не изменилось после 5-ти стирок, что было установлено с помощью метода лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии на спектрометре ЛИЭС-2 м.

Испытания антимикробных свойств хлопчатобумажной ткани, модифицированной исследуемой композицией, были проведены в лаборатории ГНЦ РФ - ИМБП РАН РФ. Образцы подвергали воздействию транзиторной микрофлоры, для чего использовали 24-часовые бактериальные культуры, выращенные на плотной питательной среде TSA. Тестирование бактериальной активности материалов проводили методом дисков [Биргер М.О., Ведьмина Е.А. и др. / Под ред. Биргера М.О. Справочник по микробиологическим и вирусологическим исследованиям. - М.: Медицина, 1982. - 464 с.].

Результаты микробиологических исследований показали, что модифицированный материал, полученный при указанных параметрах, обладает биоцидными и бактериостатическими свойствами, т.к. развитие микроорганизмов следующих штаммов дало следующие определенные зоны задержки: Escherichia coli - 2 мм (разряженный рост тест-культуры), Bacillus licheniformis - 1 мм, Staphylococcus aureus - 1 мм.

Следует отметить, что в состав композиции входят натуральные экологически чистые компоненты, не вызывающие раздражающего воздействия на кожу человека, что позволяют рекомендовать новую модифицированную бязь для изделий медицинского назначения.