способ получения бактерицидной бумаги

Формула изобретения

1. Способ получения бактерицидной бумаги, включающий приготовление дисперсии бактерицидного препарата, состоящего из целлюлозных волокон с иммобилизованными на них бактерицидными компонентами, приготовление дисперсии бумагообразующих целлюлозных волокон, смешение дисперсий с образованием бумажной массы, формование из нее бумаги, отличающийся тем, что в качестве целлюлозных волокон используют фибриллированные целлюлозные волокна, а в качестве бактерицидных компонентов - частицы труднорастворимых соединений бактерицидных металлов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фибриллированные волокна имеют в расчете на массу не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% с длиной не более 0,63 мм, а иммобилизацию компонентов проводят их химическим осаждением путем реагентной обработки растворенных солей бактерицидных металлов.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве источника растворенных солей используют производственные сточные воды, содержащие такие соли.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержание бактерицидных компонентов в препарате составляет от 1 до 300 мас.ч. на 100 мас.ч. фибриллированных волокон.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание бактерицидного препарата в бумажной массе составляет 5-10 мас.ч. на 100 мас.ч. бумагообразующих волокон.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области производства специальных видов бумаги и может найти применение в целлюлозно-бумажной и медицинской отраслях промышленности.

Известен способ приготовления бактерицидного препарата с использованием наноразмерных частиц карбоната кальция в качестве субстрата, на который химически осаждают бактерицидный компонент (CN 101480194 МПК A01N 59/00, опубл. 15.07.2009 г.). В этом способе в суспензию Са(ОН) ₂ добавляют диспергатор и подают диоксид углерода до полного преобразования Са(ОН)₂ в наноразмерные частицы карбоната кальция с получением его дисперсии. В нее подают раствор соли титана, и/или цинка, и/или серебра, а также растворимый фосфат или фосфорную кислоту и смесь выдерживают 1-4 часа до полного преобразования этих солей в труднорастворимые фосфаты титана, и/или цинка, и/или серебра, которые осаждаются на поверхности частиц карбоната кальция. Полученную суспензию промывают и получают бактерицидный препарат. Поскольку ионы указанных металлов обладают бактерицидным действием на воду при их содержании в ней на следовом уровне, его можно использовать в качестве наполнителя в производстве тех видов бумаги, которые должны обладать бактерицидными свойствами, например, бумаги для изделий санитарно-гигиенического назначения.

Недостаток способа - большая длительность приготовления препарата.

Известен способ получения бумаги с бактерицидными свойствами, включающий приготовление дисперсии целлюлозных волокон, введение в нее суспензии бактерицидного препарата и формование бумажного полотна (RU 2361029 D21H 23/36, опубл. 10.07.2009 г.). В качестве препарата используют гидрозоль бентонитового порошка, промодифицированного ионами серебра и/или меди с содержанием их в бентоните 2,0-8,0 мас.ч. Концентрация бентонита в гидрозоле 4,0-10 мас.ч. Расход такого порошка при изготовлении бумаги составляет 0,2-1,8% в расчете на массу воздушно-сухого волокна. Длительность приготовления модифицированного бентонита - 12-24 часа.

Для получения гидрозоля порошок смешивают с деионизированной водой и смесь выдерживают в течение 10-24 час. По условиям способа содержание бактерицидного компонента (ионов серебра и/или меди) в бумаге - 0,04-1,44 мг на 1 г целлюлозного волокна.

Недостатки способа - его сложность и большая длительность приготовления бактерицидного препарата и его гидрозоля.

Наиболее близким по технической сущности и назначению к предлагаемому изобретению является способ получения бактерицидного формованного изделия, например бумаги, из дисперсии целлюлозных волокон (RU 2005134210, МПК D01F 1/10, опубл. 10.05.2006 г.). В этом способе часть дисперсии обрабатывают слабосшитым катионоактивным полиакрилатом, который связывается с волокнами и образует ионообменный композиционный препарат. Затем на волокнах ионным обменом иммобилизуют бактерицидно действующие ионы из ряда, содержащего ионы серебра, меди, ртути, циркония, цинка, а также анионные фармацевтически активные вещества, например бензойную или сорбиновую кислоту. Модифицированные таким образом волокна промывают от продуктов ионного обмена, смешивают с целлюлозными бумагообразующими волокнами и получают массу, из которой способом сухой или мокрой экструзии формуют бумагу. Эта бумага при контакте с водой выделяет ионы металлов и/или активные вещества и тем самым проявляет свои бактерицидные и/или фармацевтически активные способности.

Недостаток этой бумаги обусловлен тем, что бактерицидные катионы в воде могут появиться в воде лишь в результате ионного обмена с катионами других металлов или с H⁺-ионами. Поэтому она должна либо содержать кислоту, либо в воду следует добавлять растворимую соль металла, катионы которого могут участвовать в ионном обмене.

Новыми положительными результатами от использования предлагаемого изобретения являются упрощение процесса приготовления бактерицидного препарата, обеспечение возможности готовить препарат и, соответственно, содержащую его бумагу, с разным количеством в них бактерицидных компонентов, а также расширение ассортимента и областей применения бумаги.

Указанные цели достигаются тем, что в способе получения бактерицидной бумаги, включающем приготовление дисперсии бактерицидного препарата, состоящего из целлюлозных волокон с иммобилизованными на них бактерицидными компонентами, приготовление дисперсии бумагообразующих целлюлозных волокон, смешение дисперсий с образованием бумажной массы, формование бумаги, согласно изобретению в качестве целлюлозных волокон используют фибриллированные целлюлозные волокна (ФЦВ), а в качестве бактерицидных компонентов - наноразмерные частицы труднорастворимых соединений бактерицидных металлов. Фибриллированные волокна имеют, в расчете на массу, не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% с длиной волокон не более 0,63 мм, а иммобилизацию компонентов проводят их химическим осаждением путем реагентной обработки растворенных солей бактерицидных металлов. В качестве источника растворенных солей можно использовать производственные сточные воды, содержащие такие соли. При этом содержание бактерицидных компонентов составляет от 1 до 300 мас.ч. на 100 мас.ч. фибриллированных волокон, а содержание бактерицидного препарата в бумажной массе составляет 5-10 мас.ч. на 100 мас.ч. бумагообразующих волокон.

Следует отметить, что при использовании фибриллированных волокон в качестве добавки в бумажную массу повышается степень удержания в бумажном полотне при его формовании всех компонентов массы, а также физико-механические показатели бумаги.

Способ осуществляют следующим образом (см. таблицу).

Беленую хвойную целлюлозу или сгущенный скоп бумагоделательной машины измельчают на ролле с получением 2-3%-ной дисперсии ФЦВ, имеющих, в расчете на массу, не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 54% с длиной волокон не более 0,63 мм. Готовят также растворы солей бактерицидных металлов. Дисперсию разбавляют до 0,3-0,5%-ного содержания волокон, добавляют раствор заданного количества соли (или солей) бактерицидного металла, обрабатывают дисперсию при перемешивании реагентом, в результате реакции которого с солью бактерицидного металла образуется его труднорастворимое соединение в виде наноразмерных частиц. Эти частицы в дисперсии под действием сил стяжения прочно сорбируются на фибриллах целлюлозы, которые обладают высокой активностью к взаимодействию как с новообразованными частицами, так и друг с другом и с обычными целлюлозными волокнами. Частицы, образующиеся в межволоконных зазорах в порах пучков фибрилл, оказывают расклинивающее воздействие на эти пучки. Поэтому количество фибрилл в процессе реагентной обработки увеличивается.

В результате обработки получают дисперсию композиционного бактерицидного препарата, который благодаря свойствам фибриллированных волокон хорошо сочетается с бумагообразующими волокнами.

Готовят также дисперсию бумагообразующих волокон, размолотых до заданной степени помола. Ими могут быть волокна сульфатной, сульфитной целлюлозы, их смеси, древесной массы, приготовленных из хвойной или лиственной пород древесины. Эти факторы определяются назначением бумаги.

Обе дисперсии смешивают, из бумажной массы формуют бумажное полотно и определяют антимикробную способность бумаги.

Для выполнения примеров готовят дисперсию ФЦВ с указанными выше характеристиками, дисперсии из разных бумагообразующих волокон, растворы солей меди, цинка, никеля, смесей этих солей, с заданными концентрациями катионов бактерицидных металлов, а также растворы NaOH и Na₃PO₄ в качестве реагентов.

С использованием этих материалов готовят композиционные бактерицидные препараты с Cu(OH)₂, Zn₃(PO ₄)₂, Ni₃(PO₄)₂ в качестве бактерицидных компонентов и заданным их содержанием в препарате, а также бумажные массы из разных целлюлозных волокон с заданным количественным соотношением целлюлоза/бактерицидный препарат в каждой из них.

Бумажные отливки готовят на аппарате типа «Рапид» из навесок массы с разным содержанием сухих веществ.

Примеры 4 и 5 выполнены при использовании модельных растворов солей бактерицидных металлов с их концентрацией, равной концентрациям этих же солей в сточных водах некоторых гальванических производств. Содержание бактерицидных компонентов в препарате может достигать 10 и более мас.ч. на 1 мас.ч. ФЦВ. Добавка препарата по примеру 4 в бумажную массу равноценна добавлению минерального наполнителя в количестве 18%, по примеру 5-9,1%.

Бактерицидные свойства образцов бумаги определяют экспресс-методом термостатирования затравок тестовых культур Е.coli, Ps. aeruginosa и Staph. aureus на поверхности увлажненной бумаги с последующим анализом смывов. Гибель этих тест-культур происходит за 15-30 мин. В смывах частицы бактерицидного препарата не обнаруживаются.

Таблица
№ № примеров	Состав бумажной массы и количество компонентов, мас.ч.	Состав бактерицидного препарата и количество компонентов, мас.ч.
Бумагообразующие целлюлозные волокна	Бактерицидный препарат	ФЦВ	Бактерицидный компонент	Бактерицидный ион
1	100	10	100	1, (Ni3(PO4)2)	0,63; (Ni)
2	100	5,0	100	3, (Cu(OH)2)	1,95; (Cu)
3	100	7,5	100	2, (Zn3(РО4)2)	1,02; (Zn)
4	100	10	100	100, (Ni3(PO4)2)	63,0; (Ni)
				100, Cu(OH) 2)	65,18; (Cu)
				100, (Zn 3(PO4)2)	51,07; (Zn)
5	100	10	100	75, (Cu(OH)2)	48,9; (Cu)
				75, (Zn 3(PO4)2)	38,30; (Zn)