BR102019008199A2

BR102019008199A2 - process of impregnating nanoparticles in porous substrate, porous substrate impregnated with nanoparticles and using the same

Info

Publication number: BR102019008199A2
Application number: BR102019008199-6A
Authority: BR
Inventors: Lauren Arrussul Carús; Ramaugusto Da Porciúncula Vieira; Antonio Shigueaki Takimi
Original assignee: Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2020-10-27

Abstract

A presente invenção descreve um processo de síntese, no qual um substrato poroso, impregnado com solução contendo agentes precursores de óxido de zinco, é seco por aquecimento em condições que propiciam a síntese in-situ de nanopartículas. O método de síntese in-situ desenvolvido é de fácil implementação industrial, podendo ser efetuado de modo contínuo. Especificamente, a impregnação de nanopartículas de óxido de zinco em materiais porosos agrega a estas novas propriedades como, por exemplo, o aumento do fator de proteção UV. O invento agiliza o processo de síntese e impregnação do substrato poroso e não necessita de equipamentos de alto custo, podendo ser aplicado em uma gama bastante diversificada de produtos. A presente invenção se situa no campo da Química e da Engenharia.

The present invention describes a synthesis process, in which a porous substrate, impregnated with a solution containing zinc oxide precursor agents, is dried by heating under conditions that provide for the in-situ synthesis of nanoparticles. The in-situ synthesis method developed is easy to implement industrially and can be carried out continuously. Specifically, the impregnation of zinc oxide nanoparticles in porous materials adds to these new properties, for example, the increase in the UV protection factor. The invention speeds up the process of synthesis and impregnation of the porous substrate and does not require expensive equipment, being able to be applied in a very diverse range of products. The present invention is in the field of Chemistry and Engineering.

Description

IMPREGNATION PROCESS OF NANOPARTICLES IN POROUS SUBSTRATE, POROUS SUBSTRATE IMPREGNATED WITH NANOPARTICLES AND USE OF THE SAME

Field of the Invention

[0001] A presente invenção descreve um processo de síntese, no qual um substrato poroso é impregnado com solução contendo agentes precursores de uma nanopartícula que é seco por aquecimento em condições que propiciam a síntese in-situ de nanopartículas, descreve o próprio substrato poroso impregnado com nanopartículas e o seu uso. A presente invenção se situa no campo da Química e da Engenharia.[0001] The present invention describes a synthesis process, in which a porous substrate is impregnated with a solution containing precursor agents of a nanoparticle that is dried by heating under conditions that provide for the in-situ synthesis of nanoparticles, describes the impregnated porous substrate itself with nanoparticles and their use. The present invention is in the field of Chemistry and Engineering.

Background of the Invention

[0002] A obtenção de um material poroso com propriedades de ação antibacteriana, proteção contra a radiação UV, proteção anti-chamas, etc, necessita do controle da síntese da impregnação do composto com essas propriedades desejadas no material poroso. Para isso, os parâmetros do processo de síntese, tais como pressão atmosférica, temperatura, uso de catalisadores, uso dopantes, natureza dos materiais de precursores, entre outros, sejam condicionados.[0002] Obtaining a porous material with properties of antibacterial action, protection against UV radiation, flame protection, etc., requires the control of the synthesis of the impregnation of the compound with these desired properties in the porous material. For this, the parameters of the synthesis process, such as atmospheric pressure, temperature, use of catalysts, use of dopants, nature of precursor materials, among others, are conditioned.

[0003] O processo de impregnação de nanopartículas em substratos porosos, geralmente, é realizado in-situ por síntese em meio líquido. Um dos exemplos mais tradicionais deste processo é descrito pela equipe de Athauda (Athauda. T, LePage. W, Chalker. J e Ozer. R. Adv., vol. The Royal Society of Chemistry, 2014. DOI: 10.1039/c4ra01543f). Neste, a síntese in-situ de nanopartículas é dividida em duas etapas. Na primeira o material é imerso em uma solução de álcool contendo acetato de um metal, aquecida a 85°C por 15 min, após este período o agente trietilamina é adicionado à solução. A segunda, visa aumentar o tamanho das nanopartículas, o material é imerso em solução aquecida com nitrato do metal e hexametilenotetramina por 24h. Entre as muitas propriedades que a nanopartícula metálica pode adicionar ao material, Athauda e sua equipe o utilizaram para obter um material anti-chama.[0003] The process of impregnating nanoparticles in porous substrates is generally carried out in-situ by synthesis in a liquid medium. One of the most traditional examples of this process is described by the Athauda team (Athauda. T, LePage. W, Chalker. J and Ozer. R. Adv., Vol. The Royal Society of Chemistry, 2014. DOI: 10.1039 / c4ra01543f). In this, the in-situ synthesis of nanoparticles is divided into two stages. In the first, the material is immersed in an alcohol solution containing metal acetate, heated to 85 ° C for 15 min, after which the triethylamine agent is added to the solution. The second, aims to increase the size of the nanoparticles, the material is immersed in a solution heated with metal nitrate and hexamethylenetetramine for 24h. Among the many properties that the metallic nanoparticle can add to the material, Athauda and his team used it to obtain an anti-flame material.

[0004] Outros processos, os quais são citados abaixo, utilizam duas ou mais etapas para a síntese e tratamento do material. Em alguns, ainda há necessidade de pré-tratamentos e/ou etapas adicionais para que processo de tratamento seja efetivo.[0004] Other processes, which are mentioned below, use two or more steps for the synthesis and treatment of the material. In some, there is still a need for pre-treatments and / or additional steps for the treatment process to be effective.

[0005] Na busca pelo estado da técnica em literaturas científica e patentária, foram encontrados os seguintes documentos que tratam sobre o tema:[0005] In the search for the state of the art in scientific and patent literature, the following documents dealing with the topic were found:

[0006] O documento de patente WO2001006054 A1 de data de publicação de 25 de janeiro de 2001, intitulado "Nanoparticle-based permanent treatments for textiles”, revela o uso de um polímero como invólucro do material de interesse, ou seja, o material que irá adicionar propriedade ao substrato, neste caso um têxtil. Este polímero é o agente que interage com o substrato se aderindo a ele. Na presente invenção, não há a necessidade de um agente polimérico para fazer a adesão ao substrato.
O documento de patente US20150135445 A1 de data de publicação de 21 de maio de 2015, intitulado "Fabric having ultraviolet radiation protection” revela um método de tratamento no qual o substrato é imerso em uma solução contendo nanopartículas de óxido de zinco, dióxido de silício e mais componentes poliméricos. Após esta etapa o revestimento depositado sobre o substrato necessita ser curado na temperatura de 130°C por 30min, e o processo é repetido até quatro vezes. A patente, acima, descrita trata-se de um recobrimento no qual as nanopartículas são aderidas ao substrato devido ao auxílio do polímero. Enquanto que no invento pleiteado a nucleação das nanopartículas tanto na superfície quanto em microporos ocorre por um meio de síntese diferente não havendo necessidade de auxílio polimérico.[0006] Patent document WO2001006054 A1 of publication date of January 25, 2001, entitled "Nanoparticle-based permanent treatments for textiles", reveals the use of a polymer as a wrapper for the material of interest, that is, the material that will add property to the substrate, in this case a textile. This polymer is the agent that interacts with the substrate adhering to it. In the present invention, there is no need for a polymeric agent to adhere to the substrate.
Patent document US20150135445 A1 published on May 21, 2015, entitled "Fabric having ultraviolet radiation protection" discloses a treatment method in which the substrate is immersed in a solution containing zinc oxide nanoparticles, silicon dioxide and more polymeric components After this step the coating deposited on the substrate needs to be cured at 130 ° C for 30min, and the process is repeated up to four times. The patent described above is a coating in which the nanoparticles they are adhered to the substrate due to the aid of the polymer, whereas in the pleaded invention the nucleation of the nanoparticles both on the surface and in micropores occurs by a different synthesis medium, with no need for polymeric aid.

[0007] O documento de patente CN106243786A de data de publicação de 29 de julho de 2016, intitulado "Simple and efficient preparation method of fabric ultraviolet resistant coating” revela um método de síntese de nanopartículas de para substratos fibrosos, composto por duas etapas: semeação e crescimento. Na etapa de semeação o substrato é imerso em uma solução contendo cloreto de zinco e etanol, que são agentes precursores, com agitação por ultrassom. No crescimento, o substrato fibroso é imerso em solução aquecida (70° a 90°C) contendo um sal de zinco e hidróxido de sódio, e agitado em ultrassom. Posteriormente, o substrato é seco a temperatura ambiente. Esta patente possui a síntese in-situ de nanopartículas realizada pelo aquecimento da solução a ~90° isso faz com que haja um grande volume de líquido ser aquecido, tendo um maior desperdício de energia neste processo. Após ambas as etapas o tecido necessita ser conduzido para a fase de secagem. Na presente invenção pleiteada a síntese ocorre em uma etapa diferente da referida nesse documento e não há necessidade de aquecimento da solução.[0007] Patent document CN106243786A dated July 29, 2016, entitled "Simple and efficient preparation method of fabric ultraviolet resistant coating" reveals a method for synthesizing nanoparticles of for fibrous substrates, consisting of two stages: seeding In the seeding stage, the substrate is immersed in a solution containing zinc chloride and ethanol, which are precursor agents, with agitation by ultrasound. During growth, the fibrous substrate is immersed in a heated solution (70 ° to 90 ° C) containing a zinc salt and sodium hydroxide, and stirred in ultrasound. Subsequently, the substrate is dried at room temperature. This patent has the in-situ synthesis of nanoparticles carried out by heating the solution to ~ 90 °. large volume of liquid to be heated, having a greater waste of energy in this process. After both stages the fabric needs to be taken to the drying phase. In the present invention pleaded the synthetic if it occurs at a different stage from that mentioned in this document and there is no need to heat the solution.

[0008] O documento de patente CN101012621A de data de publicação de 08 de agosto de 2008, intitulado "Preparation method of zinc oxide nano-rod film on fibre product” revela um processo de síntese de nanopartículas sobre fibras, composto pelas etapas: semeação e crescimento. Nesta patente um sal é dissolvido em um solvente orgânico, no qual as fibras são imersas, e aos poucos um álcali é adicionado à solução, com intuito de formar nanopartículas sementes para o posterior crescimento das mesmas. Nesta primeira etapa, a solução é agitada mecanicamente e aquecida a aproximadamente 100°C. Posteriormente, as fibras são imersas em uma nova solução, aquecida na temperatura máxima de 170°C, contendo um sal. Esta reação é realizada em recipiente fechado. Ao final do processo o substrato é conduzido para a fase de secagem. No invento proposto não há a necessidade de aquecimento da solução ou recipiente fechado. A síntese das nanopartículas ocorre durante uma etapa recorrente ao final de todos os processos descritos, diferenciando-se do documento de patente em questão.[0008] The patent document CN101012621A of publication date of August 8, 2008, entitled "Preparation method of zinc oxide nano-rod film on fiber product" reveals a process for the synthesis of nanoparticles on fibers, composed of the steps: seeding and In this patent, a salt is dissolved in an organic solvent, in which the fibers are immersed, and gradually an alkali is added to the solution, in order to form seed nanoparticles for their subsequent growth. mechanically stirred and heated to approximately 100 ° C. Subsequently, the fibers are immersed in a new solution, heated to a maximum temperature of 170 ° C, containing a salt. This reaction is carried out in a closed container. At the end of the process the substrate is conducted for the drying phase. In the proposed invention there is no need to heat the solution or closed container. The synthesis of the nanoparticles occurs during a recurring stage at the end of all described processes, differing from the patent document in question.

[0009] O documento de patente CN102691205A de data de publicação de 26 de setembro de 2012 revela um método, dividido em três etapas, para impregnação de nanopartículas em substrato de algodão. Na primeira etapa ocorre um pré-tratamento do substrato algodão em uma solução aquecida, contendo hidróxido de sódio. A segunda etapa trata-se da impregnação da solução precursora do óxido de metal, realizada em ultrassom por 3h, seguida de um aquecimento em autoclave (60°C a 100°C) para que ocorra a síntese do óxido de metal. Por fim, o substrato de algodão é novamente impregnado por um período de 6 a 10h, após o término da síntese o material é seco. A presente invenção propõe um processo no qual não há necessidade de pré-tratamento dos substratos nem há necessidade de equipamentos como ultrassom e autoclave.[0009] Patent document CN102691205A of publication date of September 26, 2012 discloses a method, divided into three stages, for impregnating nanoparticles in cotton substrate. In the first step, the cotton substrate is pre-treated in a heated solution containing sodium hydroxide. The second stage is the impregnation of the precursor solution of the metal oxide, carried out in ultrasound for 3 hours, followed by heating in an autoclave (60 ° C to 100 ° C) so that the metal oxide synthesis occurs. Finally, the cotton substrate is again impregnated for a period of 6 to 10h, after the end of the synthesis the material is dried. The present invention proposes a process in which there is no need to pre-treat the substrates or the need for equipment such as ultrasound and autoclave.

[0010] O documento de patente CN106835673A de data de publicação de 13 de junho de 2017 "Ultraviolet-resistance of zinc oxide a method of preparation a fiber silk composite”. O método proposto por este invento promove a funcionalização, para absorção de raios ultravioleta, de um substrato de seda. Neste método o substrato é pré-tratado, com o objetivo de reduzir a cristalinidade do substrato, e posteriormente imerso em duas soluções. A primeira trata-se de uma solução de íons de zinco e a segunda contém uma base como fonte de hidroxila (alcalina). Ao final do processo o substrato é submetido a um tratamento térmico. A reação entre os íons de zinco, adsorvidos no substrato, e os álcalis, juntamente com o aquecimento fornecem o meio necessário para a síntese em solução. Na invenção requerida neste relatório é o têxtil não necessita de tratamento prévio e faz uso de apenas uma solução precursora, que contenha os reagentes necessários para a formação do óxido metálico e para que a síntese não ocorra na fase de solução como no dito documento.[0010] Patent document CN106835673A of publication date of June 13, 2017 "Ultraviolet-resistance of zinc oxidize a method of preparation to fiber silk composite". The method proposed by this invention promotes functionalization, for absorption of ultraviolet rays , of a silk substrate. In this method the substrate is pre-treated, with the objective of reducing the crystallinity of the substrate, and subsequently immersed in two solutions: the first is a solution of zinc ions and the second contains a base as a source of hydroxyl (alkaline). At the end of the process the substrate is subjected to a thermal treatment. The reaction between the zinc ions, adsorbed on the substrate, and the alkalis, together with heating provide the necessary means for synthesis in In the invention required in this report, the textile does not need previous treatment and makes use of only a precursor solution, containing the reagents necessary for the formation of the metal oxide and for the synthesis does not occur in the solution phase as in the said document.

[0011] O documento de patente CN101748596B de data de publicação de 23 de junho de 2010 revela um método obtenção de um substrato têxtil super-hidrofóbico, baseado no crescimento de nanoestruturas sobre o mesmo. Neste processo o substrato é imerso em uma solução aquecida com hidróxido de lítio, sal de um metal e etanol pelo período de 3 horas. Posteriormente, o substrato é colocado em solução aquosa com os agentes hexametilenoteramina e um sal de metal. O processo de síntese das nanoestruturas é realizado pelo aquecimento da solução a aproximadamente a 100°C, por 3h. Totalizando mais de 6 horas de tratamento do substrato. No presente invento requerido há uma otimização do tempo de tratamento, visto que a impregnação de nanopartículas ocorre de outra forma, mais rapidamente e enquanto que a síntese das nanoestruturas ocorre durante a etapa final do processo.[0011] Patent document CN101748596B dated June 23, 2010 discloses a method for obtaining a super-hydrophobic textile substrate, based on the growth of nanostructures on it. In this process, the substrate is immersed in a solution heated with lithium hydroxide, metal salt and ethanol for a period of 3 hours. Subsequently, the substrate is placed in an aqueous solution with hexamethylenoteramine agents and a metal salt. The nanostructures synthesis process is carried out by heating the solution to approximately 100 ° C, for 3 hours. Totaling more than 6 hours of substrate treatment. In the present invention required there is an optimization of the treatment time, since the impregnation of nanoparticles occurs in another way, more quickly and while the synthesis of the nanostructures occurs during the final stage of the process.

[0012] O documento de patente CN106243786A de data de publicação de 21 de dezembro de 2016, intitulado "Simple and efficient preparation method of fabric ultravioleta resistant coating” revela de um método de revestimento de substratos porosos, para obtenção de materiais com proteção ultravioleta. Neste processo o substrato poroso é imerso em uma primeira solução, alcoólica, contendo cloreto de sódio. Posteriormente, o excesso de reagente é removido, por lavagem, e o substrato poroso é seco. O substrato é novamente imerso em solução, desta vez aquosa, contendo sal do metal e hidróxido de sódio. Esta solução é aquecida, até evaporação completa da água, obtendo-se um substrato revestido com óxido do metal. O processo é finalizado com a lavagem e secagem do substrato poroso. O invento proposto neste pedido não necessita de tratamento prévio, e a síntese do óxido ocorre durante um único processo rápido, agilizando e reduzindo os custos do processo, visto que não ocorre aquecimento da solução.[0012] Patent document CN106243786A of publication date of December 21, 2016, entitled "Simple and efficient preparation method of fabric ultraviolet resistant coating" reveals a method of coating porous substrates, to obtain materials with ultraviolet protection. In this process, the porous substrate is immersed in a first alcoholic solution containing sodium chloride. Subsequently, the excess reagent is washed away and the porous substrate is dried. The substrate is again immersed in a solution, this time aqueous, containing metal salt and sodium hydroxide. This solution is heated, until complete evaporation of the water, obtaining a substrate coated with metal oxide. The process ends with the washing and drying of the porous substrate. requires prior treatment, and the oxide synthesis occurs during a single rapid process, speeding up and reducing the costs of the process, since there is no heating of the solution. to.

[0013] O documento de patente US4199322A de data de publicação de 22 de abril de 1980, intitulado "Antibacterial textile finishes utilizing zinc acetate and hydrogen peroxide” revela um processo de acabamentos para substratos têxteis, baseado na produção de complexos de peróxido. No processo um substrato têxtil é imerso em solução aquosa contendo acetato do metal, peróxido de hidrogênio e ácido acético. Posteriormente, o substrato é removido da solução e seco por aquecimento, volatilizando o ácido acético. A temperatura, também, converte o acetato do metal e o peroxido de hidrogênio em complexos de peroxido. Tanto os agentes precursores quanto os produtos formados nas reações são diferentes. A patente citada faz uso de reagentes específicos e não possui controle dos complexos formados pela reação. Enquanto que a presente invenção faz uso de uma fonte de íons de metal e um químico, ativado termicamente, que possibilita a formação de óxido do metal. Como resultado do processo requerido, o produto formado pela reação trata-se de óxido de elevada pureza.[0013] Patent document US4199322A dated April 22, 1980, entitled "Antibacterial textile finishes using zinc acetate and hydrogen peroxide" reveals a finishing process for textile substrates, based on the production of peroxide complexes. a textile substrate is immersed in an aqueous solution containing metal acetate, hydrogen peroxide and acetic acid. Subsequently, the substrate is removed from the solution and dried by heating, volatilizing the acetic acid. The temperature also converts the metal acetate and the hydrogen peroxide in peroxide complexes. Both precursor agents and products formed in reactions are different. The patent cited makes use of specific reagents and has no control over the complexes formed by the reaction. While the present invention makes use of a source of metal ions and a thermally activated chemical that allows the formation of metal oxide. As a result of the required process, the product formed by the reaction is high-purity oxide.

[0014] O documento de patente EP2440702A2 de data de publicação de 18 de abril de 2012, intitulado "Antimicrobial textiles comprising peroxide” revela um tratamento de substratos têxteis a fim de fornecer aos mesmos propriedades antimicrobiótica. O método trata-se da imersão de um substrato em uma solução aquosa composta por um hidróxido e/ou sal demetal, magnésio ou zircônio. Na sequência, o substrato é imerso em outra solução, contendo peróxido de hidrogênio. Para finalizar o substrato é seco por aquecimento e o processo repetido. Os agentes precursores, desta patente, formam uma reação na qual os produtos são complexos de peróxidos e outros compostos químicos. Enquanto na patente do presente pedido os agentes precursores formam uma reação na qual tem-se a formação de outro produto de elevada pureza.[0014] Patent document EP2440702A2 dated April 18, 2012, entitled "Antimicrobial textiles comprising peroxide" discloses a treatment of textile substrates in order to provide the same antimicrobiotic properties. The method involves immersion of a substrate in an aqueous solution composed of a hydroxide and / or demetal, magnesium or zirconium salt. Subsequently, the substrate is immersed in another solution containing hydrogen peroxide. Finally, the substrate is dried by heating and the process repeated. precursors of this patent form a reaction in which the products are complexes of peroxides and other chemical compounds, whereas in the patent of the present application the precursor agents form a reaction in which another high-purity product is formed.

[0015] O documento de patente ES2612907 de data de publicação de 19 de maio de 2009, intitulado "Recubrimiento sonoquímico de textiles com nanopartículas de óxidos metálicos para tecidos antimicrobianos” revela o uso de ultrassom para a impregnação de nanopartículas de óxidos metálicos em substratos têxteis. Neste método o substrato têxtil é imerso em uma solução contendo um sal metálico, água e álcool. Na sequência um amoníaco é acrescido a solução. Posteriormente, ao ser submetida ao ultrassom ocorre a síntese do óxido metálico sobre o substrato. Esta patente difere-se do invento aqui proposto devido ao processo de síntese da patente citada ocorrer no substrato imerso em solução submetida a ultrassom. No presente pedido de patente, o processo de síntese é realizado de forma e temperatura diferente. Não havendo necessidade de tratamento por ultrassom em nenhuma etapa do processo.[0015] Patent document ES2612907 dated May 19, 2009, entitled "Sonochemical coating of textiles with metal oxide nanoparticles for antimicrobial fabrics" reveals the use of ultrasound for the impregnation of metal oxide nanoparticles on textile substrates In this method, the textile substrate is immersed in a solution containing a metallic salt, water and alcohol. Then, an ammonia is added to the solution. Subsequently, upon being submitted to ultrasound, the metal oxide is synthesized on the substrate. if the invention proposed here due to the synthesis process of the cited patent occurs on the substrate immersed in solution submitted to ultrasound. In the present patent application, the synthesis process is carried out in a different way and temperature. There is no need for ultrasound treatment in any process step.

[0016] O documento de patente US20130104315A1 de data de publicação de 02 de maio de 2013, intitulado "Ecological Fabric Having Ultraviolet Radiation Protection” revela a incorporação da propriedade de proteção ultravioleta em substratos porosos. Para isso, o substrato é submetido a um pré-tratamento de fosforilação no qual é imerso em uma solução contendo ácido fosfórico ou derivados deste. O substrato é, posteriormente, seco por aquecimento e imerso em uma nova solução contendo íons de um metal. Após um período de interação entre a solução e o substrato, uma base é adicionada a solução formando uma suspensão de nanopartículas de óxido do metal, no qual o substrato é mantido por 2h. No invento aqui pleiteado o substrato poroso não necessita de tratamento prévio e o processo de síntese de nanopartículas do óxido é realizado durante outra etapa.[0016] Patent document US20130104315A1 of publication date of May 2, 2013, entitled "Ecological Fabric Having Ultraviolet Radiation Protection” reveals the incorporation of the property of ultraviolet protection in porous substrates. For this, the substrate is subjected to a pre -phosphorylation treatment in which it is immersed in a solution containing phosphoric acid or derivatives thereof. The substrate is subsequently dried by heating and immersed in a new solution containing ions of a metal. After a period of interaction between the solution and the substrate , a base is added to the solution forming a suspension of metal oxide nanoparticles, in which the substrate is kept for 2 hours. In the invention claimed here, the porous substrate does not need previous treatment and the process of synthesis of oxide nanoparticles is carried out during another step.

[0017] O documento de patente CN1912229A de data de publicação de 14 de fevereiro de 2007, intitulado "UV light screen agent for use to fabric finishing”, revela uma solução aquosa para ser aplicada como acabamento sobre substratos porosos. A solução é composta por agentes bloqueadores UV, agentes estabilizantes, água e etanol. Neste invento a solução, contendo o agente de bloqueio UV já sintetizado, é utilizada para impregnação de um substrato poroso. Enquanto que na presente invenção o processo de síntese ocorre diretamente sobre o substrato poroso. Além disso, a patente citada utiliza como agente bloqueador dióxido de titânio e a patente pleiteada utiliza outro óxido.[0017] Patent document CN1912229A of publication date of February 14, 2007, entitled "UV light screen agent for use to fabric finishing", reveals an aqueous solution to be applied as a finish on porous substrates. The solution consists of UV blocking agents, stabilizing agents, water and ethanol In this invention the solution, containing the UV blocking agent already synthesized, is used to impregnate a porous substrate, while in the present invention the synthesis process takes place directly on the porous substrate. In addition, the patent cited uses titanium dioxide as a blocking agent and the patent applied for uses another oxide.

[0018] Assim, do que se depreende da literatura pesquisada, não foram encontrados documentos antecipando ou sugerindo os ensinamentos da presente invenção, de forma que a solução aqui proposta possui novidade e atividade inventiva frente ao estado da técnica.[0018] Thus, from what can be inferred from the researched literature, no documents were found anticipating or suggesting the teachings of the present invention, so that the solution proposed here has novelty and inventive activity in view of the state of the art.

Summary of the Invention

[0019] Os métodos citados nos antecedentes têm sido bastante utilizados para a fabricação de nanopartículas de óxido de zinco. Estes processos permitirem o uso de uma grande variedade de substratos porosos como fibras, tecidos, papel, cordas, artigos para casa, colchões, artigos automobilísticos, materiais hospitalares/ farmacêuticos, entre outros.[0019] The methods mentioned in the background have been widely used for the manufacture of zinc oxide nanoparticles. These processes allow the use of a wide variety of porous substrates such as fibers, fabrics, paper, ropes, articles for the home, mattresses, automotive articles, hospital / pharmaceutical materials, among others.

[0020] Os processos de tratamento de substratos porosos realizados em meio líquido necessitam de uma etapa de secagem, geralmente, feita por aquecimento. Esta etapa acaba sendo subutilizada, pois o aquecimento pode fornecer a energia necessária para o processo de síntese in-situ. Na maioria dos processos existentes as sínteses in-situ são realizadas por aquecimento da solução precursora. Isto torna bastante dispendioso o processo devido ao grande gasto energético para aquecer o tecido imerso na solução.[0020] The processes for treating porous substrates carried out in a liquid medium require a drying step, usually done by heating. This stage ends up being underutilized, as heating can provide the energy needed for the in-situ synthesis process. In most existing processes, in-situ syntheses are performed by heating the precursor solution. This makes the process quite expensive due to the high energy expenditure to heat the tissue immersed in the solution.

[0021] Dessa forma, a presente invenção resolve os problemas do estado da técnica a partir de um novo processo de síntese in-situ de nanopartículas em substratos porosos.[0021] Thus, the present invention solves the problems of the state of the art from a new process of in-situ synthesis of nanoparticles in porous substrates.

[0022] Os principais problemas solucionados por este invento estão relacionados à eficiência energética, tratamento de efluentes e a eficiência na deposição de nanopartículas. O processo da presente invenção permite sintetizar nanopartículas in-situ apenas onde é necessário (no interior dos poros e na superfície dos substratos), evitando o desperdício de recursos como materiais e energia, e a necessidade de tratamento dos efluentes gerados. Além disso, como ele ocorre durante a etapa de secagem, há o aproveitamento da energia desta etapa, não sendo necessário despendê-la em uma etapa separada.[0022] The main problems solved by this invention are related to energy efficiency, effluent treatment and efficiency in the deposition of nanoparticles. The process of the present invention allows to synthesize nanoparticles in-situ only where it is necessary (inside the pores and on the surface of the substrates), avoiding the waste of resources such as materials and energy, and the need to treat the generated effluents. In addition, as it occurs during the drying step, the energy of this step is used, so there is no need to spend it in a separate step.

[0023] A presente invenção apresenta como primeiro objeto, o processo de impregnação de nanopartículas em substrato poroso que compreende as etapas de:

a) Imersão de um substrato poroso em solução de impregnação;
b) Remoção do substrato da solução e retirada do excesso da solução do substrato;
c) Secagem do substrato obtido em b) por aquecimento.

[0023] The present invention has as its first object, the process of impregnating nanoparticles in porous substrate that comprises the steps of:

a) Immersion of a porous substrate in an impregnation solution;
b) Removing the substrate from the solution and removing excess solution from the substrate;
c) Drying of the substrate obtained in b) by heating.

[0024] A presente invenção apresenta como segundo objeto, o substrato poroso impregnado com nanopartículas obtido conforme o processo de impregnação sendo que o substrato poroso é fio, fibra, tecido espuma ou combinação dos mesmos selecionados do grupo consistindo de algodão, viscose, nylon ou uma combinação dos mesmos e a nanopartícula é selecionada do grupo consistindo de nanoplaca, nanobastão, nanoestrutura formada a partir de óxidos metálicos, ou combinação dos mesmos, em que os óxidos metálicos são selecionados entre ZnO, AgO ou TiO2.[0024] The present invention presents as a second object, the porous substrate impregnated with nanoparticles obtained according to the impregnation process, the porous substrate being yarn, fiber, foam fabric or a combination of them selected from the group consisting of cotton, viscose, nylon or a combination of them and the nanoparticle is selected from the group consisting of nanoplate, nanobaste, nanostructure formed from metal oxides, or a combination of them, in which metal oxides are selected from ZnO, AgO or TiO2.

[0025] A presente invenção apresenta como terceiro objeto, o uso do substrato poroso impregnado com nanopartículas para o aumento da resistência ao entrelaçamento de fios e aumento da resistência ao rasgo das fibras de tecidos.[0025] The present invention presents as a third object, the use of the porous substrate impregnated with nanoparticles to increase the resistance to the interlacing of threads and increase the resistance to tearing of the fabric fibers.

[0026] A presente invenção apresenta como quarto objeto, o uso do substrato poroso impregnado com nanopartículas na produção de materiais hospitalares, de higiene pessoal ou de materiais têxteis.[0026] The present invention presents as a fourth object, the use of the porous substrate impregnated with nanoparticles in the production of hospital materials, personal hygiene or textile materials.

[0027] Estes e outros objetos da invenção serão imediatamente valorizados pelos versados na arte e serão descritos detalhadamente a seguir.[0027] These and other objects of the invention will be immediately valued by those skilled in the art and will be described in detail below.

Brief Description of the Figures

[0028] São apresentadas as seguintes figuras:[0028] The following figures are presented:

[0029] A figura 1 mostra como o processo pode ser realizado em ambiente industrial, sendo facilmente aplicado às empresas. Infere-se pela figura que o substrato pode ser imerso de modo contínuo na solução, otimizando o tempo na fase de impregnação da fibra. O processo de secagem, que é a força motriz para síntese e para o crescimento das nanoestruturas, pode ocorrer, por exemplo, por meio de rolos de aquecimento gradual, possibilitando a formação de nanocristais.[0029] Figure 1 shows how the process can be performed in an industrial environment, being easily applied to companies. It can be inferred from the figure that the substrate can be continuously immersed in the solution, optimizing the time in the fiber impregnation phase. The drying process, which is the driving force for the synthesis and growth of nanostructures, can occur, for example, by means of gradual heating rollers, enabling the formation of nanocrystals.

[0030] A figura 2 mostra um difratograma dos nanocristais formados na síntese in-situ. De acordo com os dados obtidos pela análise os picos de difração em 2Θ de 31,55°, 34,24° e 36,03°, 47,27°, 56,33°, 62,70°, 66,20° e 68,88°, são característicos de óxido de zinco (ZnO), a base de dados que confirma este resultado trata-se do PDF 36-1451.[0030] Figure 2 shows a diffractogram of the nanocrystals formed in the in-situ synthesis. According to the data obtained by the analysis, the 2Θ peaks of 31.55 °, 34.24 ° and 36.03 °, 47.27 °, 56.33 °, 62.70 °, 66.20 ° and 68.88 °, are characteristic of zinc oxide (ZnO), the database that confirms this result is PDF 36-1451.

[0031] A figura 3 mostra a Microscopia Eletrônica de Varredura de uma fibra de algodão tratada pelo método desenvolvido. Infere-se pela imagem que as nanopartículas de ZnO foram sintetizadas e crescidas diretamente na/sobre a fibra, e que as mesmas apresentam nanoestrutura hexagonal, característica da fase wurtzita do ZnO. Uma fibra não tratada apresenta superfície limpa sem a presença dos pontos de ZnO nucleados, que aparecem na cor branca.[0031] Figure 3 shows the Scanning Electron Microscopy of a cotton fiber treated by the developed method. It can be inferred from the image that the ZnO nanoparticles were synthesized and grown directly on / over the fiber, and that they have hexagonal nanostructure, characteristic of the ZnO wurtzite phase. An untreated fiber has a clean surface without the presence of nucleated ZnO spots, which appear white.

Detailed Description of the Invention

[0032] A presente invenção trata-se de um processo de síntese, no qual um substrato poroso, impregnado com solução contendo agentes precursores de óxido de metálico, como o ZnO, é seco por aquecimento em condições que propiciam a síntese in-situ de nanopartículas.[0032] The present invention is a synthesis process, in which a porous substrate, impregnated with a solution containing precursor agents of metal oxide, such as ZnO, is dried by heating under conditions that provide for in-situ synthesis of nanoparticles.

[0033] Devido as suas características o óxido de zinco pode adicionar aos substratos porosos propriedades como ação antibacteriana, proteção contra a radiação UV, proteção anti-chamas, etc. O método de síntese in-situ desenvolvido é de fácil implementação industrial, podendo ser efetuado de modo contínuo. A impregnação de nanopartículas de óxido de zinco em materiais porosos agrega a esta resistência e novas propriedades ao substrato poroso. O invento agiliza o processo de síntese e impregnação do substrato poroso e não necessita de equipamentos de alto custo, podendo ser aplicado em uma gama bastante diversificada de produtos.[0033] Due to its characteristics, zinc oxide can add properties such as antibacterial action, protection against UV radiation, flame protection, etc. to porous substrates. The in-situ synthesis method developed is easy to implement industrially and can be carried out continuously. The impregnation of zinc oxide nanoparticles in porous materials adds to this resistance and new properties to the porous substrate. The invention speeds up the process of synthesis and impregnation of the porous substrate and does not require expensive equipment, being able to be applied in a very diverse range of products.

[0034] Em um primeiro objeto, a presente invenção apresenta o processo de impregnação de nanopartículas em substrato poroso que compreende as etapas de:

[0034] In a first object, the present invention presents the process of impregnating nanoparticles in a porous substrate that comprises the steps of:

[0035] Em uma concretização do processo, o substrato poroso é fio, fibra, tecido, espuma ou uma combinação dos mesmos selecionados do grupo consistindo de algodão, viscose, nylon ou uma combinação dos mesmos, em que a composição do substrato pode ser natural, sintética ou de folhas celulósicas.[0035] In one embodiment of the process, the porous substrate is yarn, fiber, fabric, foam or a combination thereof selected from the group consisting of cotton, viscose, nylon or a combination thereof, where the composition of the substrate may be natural , synthetic or cellulosic sheets.

[0036] Em uma concretização do processo, a solução de impregnação compreende os agentes precursores da nanopartícula desejada.[0036] In one embodiment of the process, the impregnation solution comprises the precursor agents of the desired nanoparticle.

[0037] Em uma concretização do processo, a nanopartícula selecionada do grupo consistindo de nanoplaca, nanobastão nanoestrutura formada a partir de óxidos metálicos, ou combinação das mesmas, em que os óxidos metálicos são selecionados entre ZnO, AgO ou TiO2.[0037] In one embodiment of the process, the nanoparticle selected from the group consisting of nanoplate, nanostructure nanostructure formed from metal oxides, or a combination thereof, in which metal oxides are selected from ZnO, AgO or TiO2.

[0038] Em uma concretização do processo, os agentes percursores da nanopartícula de ZnO são selecionados entre nitrato de zinco (Zn (NO3)2 6H2O) e hexametilmetilenotetramina (HMTA - C6H12N4), os agentes percursores da nanopartícula de AgO são selecionados entre nitrato de prata, boroidreto de sódio e o agente percursor da nanopartícula de TiO2 é tetracloreto de titânio.[0038] In one embodiment of the process, the precursor agents of the ZnO nanoparticle are selected from zinc nitrate (Zn (NO3) 2 6H2O) and hexamethylmethylene tetramine (HMTA - C6H12N4), the precursor agents of the AgO nanoparticle are selected from nitrate of silver, sodium borohydride and the precursor agent of the TiO2 nanoparticle is titanium tetrachloride.

[0039] Em uma concretização do processo, o tempo de imersão do substrato poroso em solução de impregnação na etapa a) é dependente da amostra e varia entre 5 minutos e 48 horas.[0039] In one embodiment of the process, the immersion time of the porous substrate in the impregnation solution in step a) is dependent on the sample and varies between 5 minutes and 48 hours.

[0040] Em uma concretização do processo, a temperatura de secagem na etapa c) depende do solvente utilizado e varia de 40°C até ponto de ebulição do solvente e o solvente é selecionado entre acetona, etanol ou álcool isopropílico ou uma combinação destes.[0040] In one embodiment of the process, the drying temperature in step c) depends on the solvent used and varies from 40 ° C to the boiling point of the solvent and the solvent is selected from acetone, ethanol or isopropyl alcohol or a combination of these.

[0041] Em um segundo objeto, a presente invenção apresenta o substrato poroso impregnado com nanopartículas obtido conforme o processo de impregnação sendo que o substrato poroso é ser fio, fibra, tecido espuma ou combinação dos mesmos selecionados do grupo consistindo de algodão, viscose, nylon ou uma combinação dos mesmos e pela nanopartícula ser selecionada do grupo consistindo de nanoplaca, nanobastão, nanoestrutura formada a partir de óxidos metálicos, ou combinação dos mesmos, em que os óxidos metálicos são selecionados entre ZnO, AgO ou TiO2.[0041] In a second object, the present invention presents the porous substrate impregnated with nanoparticles obtained according to the impregnation process and the porous substrate is being yarn, fiber, foam fabric or a combination of them selected from the group consisting of cotton, viscose, nylon or a combination of them and for the nanoparticle to be selected from the group consisting of nanoplate, nano-stick, nanostructure formed from metal oxides, or a combination thereof, in which metal oxides are selected from ZnO, AgO or TiO2.

[0042] Em uma concretização, do substrato poroso impregnado com nanopartículas o substrato poroso é tecido de algodão e as nanopartículas são de óxido de Zinco.[0042] In one embodiment, the porous substrate impregnated with nanoparticles the porous substrate is cotton fabric and the nanoparticles are zinc oxide.

[0043] Em um terceiro objeto, a presente invenção apresenta o uso do substrato poroso impregnado com nanopartículas para o aumento da resistência ao entrelaçamento de fios e aumento da resistência ao rasgo das fibras de tecidos.[0043] In a third object, the present invention presents the use of the porous substrate impregnated with nanoparticles to increase the resistance to the interlacing of threads and increase the resistance to tearing of the fabric fibers.

[0044] Em uma concretização do uso, os ditos tecidos são tecidos para proteção balística ou blindagem.[0044] In one embodiment, said fabrics are woven for ballistic protection or shielding.

[0045] Em um quarto objeto, a presente invenção apresenta o uso do substrato poroso impregnado com nanopartículas, conforme definido no terceiro objeto, na produção de materiais hospitalares, de higiene pessoal ou de materiais têxteis.[0045] In a fourth object, the present invention presents the use of the porous substrate impregnated with nanoparticles, as defined in the third object, in the production of hospital, personal hygiene or textile materials.

[0046] Em uma concretização, o uso pode ser na produção de materiais hospitalares como gazes, compressas e ataduras ou materiais de higiene pessoal como papeis toalhas, fraldas e absorventes ou qualquer material que se deseje proporcionar a atividade antibacteriana.[0046] In one embodiment, the use may be in the production of hospital materials such as gauze, compresses and bandages or personal hygiene materials such as paper towels, diapers and absorbents or any material that is intended to provide antibacterial activity.

[0047] Em uma concretização, o uso pode ser na produção de materiais têxteis como roupas em geral, roupas de banho, uniformes, roupas esportivas ou qualquer material que se deseje proporcionar a absorção da radiação UV.[0047] In one embodiment, the use can be in the production of textile materials such as clothing in general, swimwear, uniforms, sportswear or any material that is intended to provide the absorption of UV radiation.

Definitions of terms

[0048] O termo "Impregnado” utilizado aqui deve ser entendido como substratos porosos que se tornam absorvidos, saturados, cheios ou embebidos após a imersão em solução contendo agentes precursores de óxido de zinco.[0048] The term "Impregnated" used here should be understood as porous substrates that become absorbed, saturated, filled or soaked after immersion in a solution containing zinc oxide precursor agents.

[0049] O termo "Saturação do substrato” aqui utilizado, deve ser entendido como a não ocorrência de variação do peso do substrato quando imerso em solução. A saturação do substrato ocorre através da imersão do mesmo em solução contendo os agentes precursores das nanopartículas.[0049] The term "Saturation of the substrate" used here, should be understood as the non-occurrence of variation in the weight of the substrate when immersed in solution. Saturation of the substrate occurs by immersing it in a solution containing the nanoparticle precursor agents.

[0050] O diferencial deste invento trata-se da saturação do substrato poroso em meio líquido e do uso da secagem por temperatura como etapa essencial para o processo de síntese in-situ de nanopartículas de óxido de zinco. Além disso, a tecnologia desenvolvida propicia a nucleação dos nanocristais dentro dos microporos dos substratos e na superfície. Geralmente, nos processos de tratamento de materiais as sínteses de nanocristais são realizadas em meio líquido, pelo aquecimento da solução, formando apenas um recobrimento sobre o material tratado. O gasto energético para o aquecimento do material e o seu meio de tratamento é bastante elevado quando comparada com a tecnologia desenvolvida.[0050] The differential of this invention is the saturation of the porous substrate in liquid medium and the use of drying by temperature as an essential step for the process of in-situ synthesis of zinc oxide nanoparticles. In addition, the developed technology provides for the nucleation of nanocrystals within the substrate micropores and on the surface. Generally, in materials treatment processes, nanocrystals syntheses are carried out in a liquid medium, by heating the solution, forming only a coating on the treated material. The energy expenditure for heating the material and its treatment medium is quite high when compared to the developed technology.

[0051] O presente invento também possibilita fazer uso de qualquer tipo solução precursora. Desde que esta trate da união entre um sal metálico e uma fonte que permita a precipitação do óxido, ativada por temperatura, garantindo o controle do produto gerado e sua pureza. O processo ocorre a baixas temperaturas não gerando danos ao material poroso utilizado como substrato. Este método viabiliza um processo simples e ágil no qual se há um controle rígido do produto formado. Destacamos como principais vantagens deste invento:[0051] The present invention also makes it possible to make use of any type of precursor solution. As long as it deals with the union between a metallic salt and a source that allows the precipitation of the oxide, activated by temperature, ensuring the control of the product generated and its purity. The process takes place at low temperatures without causing damage to the porous material used as a substrate. This method enables a simple and agile process in which there is a strict control of the product formed. We highlight the main advantages of this invention:

[0052] Não há necessidade de tratamentos prévios ao substrato poroso;[0052] There is no need for previous treatments to the porous substrate;

[0053] A síntese do óxido de metálico, como o óxido de zinco, ocorre diretamente sobre o substrato de interesse, eliminando a necessidade de uma etapa de tratamento de efluentes;[0053] The synthesis of metallic oxide, such as zinc oxide, occurs directly on the substrate of interest, eliminating the need for an effluent treatment step;

[0054] A concentração de óxido de zinco nanométrico no substrato é facilmente controlada pela técnica, apenas controlando o tempo de imersão do substrato poroso e/ou a concentração da solução;[0054] The concentration of nanometric zinc oxide in the substrate is easily controlled by the technique, just controlling the immersion time of the porous substrate and / or the concentration of the solution;

[0055] O produto formando na síntese in-situ trata-se de óxido de zinco com alto grau de pureza;[0055] The product forming in the in-situ synthesis is zinc oxide with a high degree of purity;

[0056] A técnica utiliza-se do aquecimento da secagem para síntese de nanopartículas reduzindo o número de etapas do processo e o consumo de energia;[0056] The technique uses heating drying to synthesize nanoparticles, reducing the number of process steps and energy consumption;

[0057] O processo permite, se houver interesse, posteriores tratamentos ao substrato poroso;[0057] The process allows, if there is interest, further treatments to the porous substrate;

[0058] O subproduto do processo trata-se óxido de zinco nanométrico, material não tóxico, que pode ser facilmente comercializado.[0058] The by-product of the process is nanometric zinc oxide, a non-toxic material, which can be easily commercialized.

[0059] O volume de efluente gerado é mínimo, pois a solução é absorvida pelo substrato e posteriormente o solvente (tipicamente água) é evaporada durante a secagem.[0059] The volume of effluent generated is minimal, as the solution is absorbed by the substrate and then the solvent (typically water) is evaporated during drying.

[0060] O método de síntese in-situ desenvolvido é de fácil implementação industrial podendo o seu processo ser efetuado de modo contínuo. Os substratos porosos produzidos a partir desta técnica adquirem novas propriedades e, com isso, novas aplicações.[0060] The in-situ synthesis method developed is easy for industrial implementation and its process can be carried out continuously. Porous substrates produced using this technique acquire new properties and, therefore, new applications.

[0061] No campo do vestuário os produtos manufaturados tratados por este método podem ser aplicados em roupas de banho com proteção UV, equipamentos de proteção individual como uniformes de agentes com atuação em área externa, roupas de uso diário evitando maior exposição à radiação UV e vestimentas com propriedade anti-odor, tendo grande mercado em vestuário esportivo.[0061] In the field of clothing, manufactured products treated by this method can be applied to bathing suits with UV protection, personal protective equipment such as uniforms for agents operating in the external area, clothes for daily use avoiding greater exposure to UV radiation and clothing with anti-odor property, with a large market in sports clothing.

[0062] Além desta aplicação em potencial, os produtos gerados por esta técnica podem ser desenvolvidos tendo como foco ambientes hospitalares. Este tipo de produto é concebido para reduzir as taxas de infecções nosocomiais, auxiliar no processo de recuperação de pacientes transplantados, melhorar a qualidade de vida das pessoas com imunodeficiências, minimizar a contaminação em blocos cirúrgicos, entre outros.[0062] In addition to this potential application, the products generated by this technique can be developed with a focus on hospital environments. This type of product is designed to reduce the rates of nosocomial infections, assist in the recovery process of transplant patients, improve the quality of life of people with immunodeficiencies, minimize contamination in surgical units, among others.

[0063] Os produtos confeccionados a partir de substratos porosos impregnados com óxido de zinco tem um amplo mercado aplicações como roupas, colchões, materiais hospitalares/ farmacêuticos, entre outros.[0063] Products made from porous substrates impregnated with zinc oxide have a wide market applications such as clothing, mattresses, hospital / pharmaceutical materials, among others.

[0064] No setor de confecções a empresa Mazzi Indústria Têxtil Ltda abrange toda a cadeia produtiva de tecidos, tratando desde a fibra até o produto acabado. Devido à tecnologia desenvolvida neste invento ser um processo simples e de fácil implementação pode haver interesse desta empresa em incorporar a invenção em sua linha de produção, tornando seus produtos funcionais.[0064] In the clothing sector, the company Mazzi Indústria Têxtil Ltda covers the entire production chain of fabrics, treating from fiber to the finished product. Because the technology developed in this invention is a simple and easy to implement process, there may be an interest in this company to incorporate the invention into its production line, making its products functional.

[0065] Na área voltada para materiais hospitalares a Biotêxtil Indústria e Comércio LTDA confecciona produtos de algodão, como gaze, compressas, ataduras, etc., que podem ser melhorados pela adição de um agente antibacteriano, como o óxido de zinco. Por isso, o invento desenvolvido, também, pode ser de interesse para esta empresa tendo em vista uma grande melhoria na qualidade de seus produtos.[0065] In the area dedicated to hospital materials, Biotêxtil Indústria e Comércio LTDA manufactures cotton products, such as gauze, compresses, bandages, etc., which can be improved by the addition of an antibacterial agent, such as zinc oxide. Therefore, the developed invention, too, may be of interest to this company in view of a major improvement in the quality of its products.

[0066] Tendo como foco a higiene em ambientes públicos, como shoppings, o uso de papéis toalhas mostra-se mais eficaz do que os secadores de mãos, na redução de contaminações bacterianas. No entanto, com a impregnação de óxido de zinco em papéis toalha, fazendo uso do invento desenvolvido, obtém-se papéis toalha com proteção antibacteriana minimizando ainda mais o risco de contaminação. Empresas que fabricam papéis toalha como Bella Toalha Indústria e Comércio Eirelli - EPP e Biopel Indústria e Comercio de Papéis e Artefatos Ltda podem ter interesse na invenção tendo em vista sua fácil implementação e baixo custo em relação ao aumento da qualidade dos produtos que estas empresas oferecem.[0066] With a focus on hygiene in public environments, such as shopping malls, the use of paper towels is more effective than hand dryers in reducing bacterial contamination. However, with the impregnation of zinc oxide on paper towels, making use of the developed invention, paper towels with antibacterial protection are obtained, further minimizing the risk of contamination. Companies that manufacture paper towels such as Bella Toalha Indústria e Comércio Eirelli - EPP and Biopel Indústria e Comercio de Papel e Artefatos Ltda may be interested in the invention in view of its easy implementation and low cost in relation to increasing the quality of the products that these companies offer .

[0067] Quando se trata de higiene pessoal o invento pode ser utilizado para o tratamento de fraldas e absorventes, principalmente, na camada que fica em contato com a pele evitando assaduras e a proliferação de fungos e bactérias. Entre as empresas que podem mostrar interesse em aplicar o invento desenvolvido em produção destacam-se a Johnson & Johnson do Brasil Indústria e Comércio de Produtos para Saúde Ltda e Kimberly-Clark Worldwide, Inc. fabricantes de faldas e absorventes descartáveis.[0067] When it comes to personal hygiene the invention can be used for the treatment of diapers and absorbents, mainly in the layer that is in contact with the skin, preventing diaper rash and the proliferation of fungi and bacteria. Among the companies that may show interest in applying the invention developed in production are Johnson & Johnson do Brasil Indústria e Comércio de Produtos para Saúde Ltda and Kimberly-Clark Worldwide, Inc. manufacturers of disposable straps and absorbents.

Examples

[0068] Os exemplos aqui mostrados têm o intuito somente de exemplificar uma das inúmeras maneiras de se realizar a invenção, contudo sem limitar, o escopo da mesma.[0068] The examples shown here are intended only to exemplify one of the countless ways of carrying out the invention, however without limiting the scope of it.

Example 1 - In-situ process of zinc oxide nanoparticles in porous substrates

[0069] O invento refere-se à síntese in-situ de nanopartículas de óxido de zinco em substratos porosos. No processo um substrato poroso é imerso, até sua saturação, em solução contendo agentes precursores de óxido de zinco, de modo que seus poros sejam completamente preenchidos pela solução. Posteriormente o substrato é seco por aquecimento em condições que propiciam a síntese in-situ de nanopartículas.[0069] The invention relates to the in-situ synthesis of zinc oxide nanoparticles in porous substrates. In the process, a porous substrate is immersed, until its saturation, in a solution containing zinc oxide precursor agents, so that its pores are completely filled by the solution. Subsequently, the substrate is dried by heating under conditions that provide for the in-situ synthesis of nanoparticles.

[0070] O processo de síntese tem seu início com a imersão do substrato poroso em solução de impregnação contendo os agentes precursores de óxido de zinco, pelo período mínimo necessário para a saturação do substrato. Posteriormente, o substrato é retirado da solução e o excesso de líquido é removido. O substrato poroso é então conduzido à secagem, realizada na faixa de temperatura, entre 40°C até ponto de ebulição do solvente utilizado, preferencialmente a 75°C (Figura 1). Durante a secagem se inicia a formação de nanocristais de óxido de zinco. Os nanocristais tendem a se formar em maior quantidade nas dentro dos poros do substrato.[0070] The synthesis process begins with the immersion of the porous substrate in an impregnation solution containing the precursor agents of zinc oxide, for the minimum period necessary for the saturation of the substrate. Subsequently, the substrate is removed from the solution and the excess liquid is removed. The porous substrate is then led to drying, carried out in the temperature range, between 40 ° C to the boiling point of the solvent used, preferably at 75 ° C (Figure 1). During drying, the formation of zinc oxide nanocrystals begins. Nanocrystals tend to form in greater quantities within the pores of the substrate.

[0071] Em uma concretização esse processo é realizado com amostras de tecido de algodão. As amostras de tecido são imersas em solução equimolar contendo os precursores nitrato de zinco (Zn (NO3)2 6H2O, marca Sigma-Aldrich) e hexametilmetilenotetramina (HMTA - C6H12N4, marca Dinâmica 10097-0).[0071] In one embodiment, this process is performed with cotton fabric samples. The tissue samples are immersed in equimolar solution containing the precursors zinc nitrate (Zn (NO3) 2 6H2O, brand Sigma-Aldrich) and hexamethylmethylenetetramine (HMTA - C6H12N4, brand Dynamic 10097-0).

[0072] Estudos prévios com as concentrações de 0,02 mol L- 1, 0,03 mol L- 1, 0,04 mol L- 1 0,05 mol L- 1, 0,06 mol L- 1 foram realizados para determinar a concentração ideal da solução de impregnação. Com o objetivo de se obter a maior estabilidade da solução e o maior teor de ZnO impregnado as amostras, optou-se por utilizar a solução de concentração 0,05 mol L- 1, pois esta por apresentou a maior concentração de reagentes e maior estabilidade, dentro das condições do nosso laboratório. Essa concentração não é dependente do tipo de amostra.[0072] Previous studies with concentrations of 0.02 mol L-1, 0.03 mol L-1, 0.04 mol L-1 0.05 mol L-1, 0.06 mol L-1 have been performed for determine the ideal concentration of the impregnation solution. In order to obtain the greatest stability of the solution and the highest ZnO content impregnated in the samples, it was decided to use the solution with a concentration of 0.05 mol L-1, as it presented the highest concentration of reagents and the greatest stability , under the conditions of our laboratory. This concentration is not dependent on the type of sample.

[0073] Para estabelecer o período no qual as amostras de algodão permaneceriam em solução, avaliou-se o tempo de absorção das mesmas. O ensaio de absorção é baseado no princípio de Arquimedes. Um recipiente com solução é colocado com auxílio de um suporte sobre uma balança analítica de precisão. Posteriormente, após os dados da balança estarem estabilizados o tecido é imerso na solução e a variação de dados registrados pela balança. O ensaio somente é finalizado quando os dados registrados pela balança voltam a ficar estáveis, sem variações.[0073] To establish the period in which the cotton samples would remain in solution, the absorption time of them was evaluated. The absorption test is based on the Archimedes principle. A solution container is placed with a support on a precision analytical balance. Subsequently, after the balance data is stabilized, the tissue is immersed in the solution and the variation of data recorded by the balance. The test is only finalized when the data recorded by the balance are stable again, without variations.

[0074] O ensaio de absorção determinou qual seria a duração dos ciclos de impregnação. No caso do tecido de algodão, a fim de garantir a total saturação da amostra, estimou-se um tempo de ~35 min, por se tratar de um material natural que pode apresentar pequenas variações em sua taxa de absorção. Após o período estimado de impregnação, as amostras foram removidas da solução e secas utilizando uma chapa aquecida na temperatura de 75°C. Quando se faz uso de temperaturas próximas ao ponto de evaporação do solvente, neste caso a água (100°C), as nanoestruturas formam-se de modo semelhante à nanofolhas.[0074] The absorption test determined the duration of the impregnation cycles. In the case of cotton fabric, in order to guarantee the total saturation of the sample, a time of ~ 35 min was estimated, as it is a natural material that may present small variations in its absorption rate. After the estimated period of impregnation, the samples were removed from the solution and dried using a plate heated to 75 ° C. When temperatures close to the evaporation point of the solvent are used, in this case water (100 ° C), the nanostructures are formed in a similar way to the nanofoils.

[0075] A técnica resulta na criação de substratos porosos com propriedades inovadoras. Em tecidos de fibra de algodão, por exemplo, foi observado um aumento da capacidade de absorção de radiação UV-A de 69% para 89%, enquanto que, na faixa UV-B a absorção subiu de 80% para 87%.[0075] The technique results in the creation of porous substrates with innovative properties. In cotton fiber fabrics, for example, an increase in the absorption capacity of UV-A radiation was observed from 69% to 89%, while in the UV-B range absorption increased from 80% to 87%.

[0076] Análises realizadas em difração de raios X (DRX) e em Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), apresentadas abaixo, evidenciam que o produto final desta síntese consiste em nanopartículas do óxido de zinco. A presença de óxido de zinco com alto teor de pureza é detectada pelo difratograma, apresentado na Figura 2. Os picos de difração mostram a cristalização deste óxido na fase wurtzita. A imagem obtida em microscopia eletrônica de varredura (Figura 3) torna mais evidente a presença do óxido de zinco na fase wurtzita, pois as nanopartículas formadas sobre a fibra de algodão apresentam estrutura hexagonal caraterística desta fase. Observa-se ainda, a partir desta técnica, que as nanopartículas detectadas são nanométricas e apresentam diâmetro médio entre ~ 100 e 200 nm.[0076] Analyzes carried out in X-ray diffraction (XRD) and in Scanning Electron Microscopy (SEM), shown below, show that the final product of this synthesis consists of zinc oxide nanoparticles. The presence of zinc oxide with high purity content is detected by the diffractogram, shown in Figure 2. The diffraction peaks show the crystallization of this oxide in the wurtzite phase. The image obtained in scanning electron microscopy (Figure 3) makes the presence of zinc oxide in the wurtzite phase more evident, since the nanoparticles formed on the cotton fiber have a hexagonal structure characteristic of this phase. It is also observed, from this technique, that the detected nanoparticles are nanometric and have an average diameter between ~ 100 and 200 nm.

Example 2 - UV protection test

[0077] Dentre as possíveis propriedades adicionadas aos materiais pelo uso do óxido de zinco, as de maior interesse e necessidade, são as atividades de caráter protetivo como proteção UV e ação antibacteriana.[0077] Among the possible properties added to materials by the use of zinc oxide, those of greatest interest and need, are the activities of a protective nature such as UV protection and antibacterial action.

[0078] Para o cálculo do Fator de Proteção, utilizou-se uma média entre as leituras de transmitância espectral de três pontos de análise de uma mesma amostra. Nessas três medidas, a luz atinge a amostra em incidência normal (luz incidindo a 90o com respeito à superfície da amostra). A cada ponto medido, a amostra foi rotacionada por um ângulo de 45o com respeito à orientação do feixe de luz incidente, ou seja, na medida do primeiro ponto considera-se como posição 0°, depois a amostra sofreu uma rotação de 45° (ponto 2) e finalmente mais uma rotação de 45° (ponto 3). A equação 1 foi utilizada para o cálculo do Fator de Proteção.

Onde:
Ελ = Eficiência espectral eritemática relativa (Tabela 1) Sλ = Distribuição espectral da radiação (Tabela 2)
Tλ = Transmissão espectral do têxtil
Δλ= Amplitude da faixa em nm
λ= Comprimento de onda em nm

Fonte-: AATCC Test Method 183-2004 - Transmittance or Blocking of erythemally Weighted Ultraviolet Radiation through Fabrics.

Fonte: AATCC Test Method 183-2004 - Transmittance or Blocking of erythemally Weighted Ultraviolet Radiation through Fabrics.

[0078] For the calculation of the Protection Factor, an average was used between the readings of spectral transmittance of three points of analysis of the same sample. In these three measurements, the light reaches the sample in normal incidence (light falling at 90o with respect to the sample surface). At each measured point, the sample was rotated by an angle of 45o with respect to the orientation of the incident light beam, that is, in the measure of the first point it is considered as the 0 ° position, then the sample underwent a 45 ° rotation ( point 2) and finally another 45 ° rotation (point 3). Equation 1 was used to calculate the Protection Factor.

Where:
Ελ = Erythmatic relative spectral efficiency (Table 1) Sλ = Spectral radiation distribution (Table 2)
Tλ = Spectral transmission of the textile
Δλ = Range amplitude in nm
λ = Wavelength in nm

Source-: AATCC Test Method 183-2004 - Transmittance or Blocking of erythemally Weighted Ultraviolet Radiation through Fabrics.

Source: AATCC Test Method 183-2004 - Transmittance or Blocking of erythemally Weighted Ultraviolet Radiation through Fabrics.

[0079] De acordo com os dados obtidos após o cálculo do Fator de Proteção Contra a Radiação Ultravioleta (UPF), as amostras tratadas pelo método desenvolvido apresentam aumento no seu percentual de absorção UVA e UVB. Os resultados mostram que um tecido de algodão não impregnado com ZnO possui um percentual de absorção de UVA de 70% e de UVB de 79% enquanto que um tecido tratado apresenta um percentual de 95,5% e 89%, respectivamente. Estes dados fazem com que o Fator do tecido de algodão contra a radiação UV dobre o seu valor de absorção. Os estudos também mostram que quando o tecido é exposto ao procedimento desenvolvido mais de uma vez os resultados obtidos podem ser ainda melhorados.[0079] According to the data obtained after calculating the Protection Factor Against Ultraviolet Radiation (UPF), the samples treated by the method developed show an increase in their percentage of UVA and UVB absorption. The results show that a cotton fabric not impregnated with ZnO has a percentage of UVA absorption of 70% and UVB of 79% while a treated fabric has a percentage of 95.5% and 89%, respectively. These data cause the cotton fabric Factor against UV radiation to double its absorption value. Studies also show that when the tissue is exposed to the procedure developed more than once, the results obtained can be further improved.

[0080] A presente invenção propicia a adição destas propriedades em substratos porosos já utilizados comercialmente, podendo ser aplicado em:[0080] The present invention allows the addition of these properties in porous substrates already used commercially, and can be applied in:

[0081] Se tratando de cuidados com a saúde, os substratos impregnados com óxido de zinco podem ser utilizados em materiais hospitalares, atuando para minimizar os casos de infecções nosocomiais;[0081] When dealing with health care, substrates impregnated with zinc oxide can be used in hospital materials, acting to minimize cases of nosocomial infections;

[0082] Tratamentos de vestuário, utilizados como EPI, de trabalhadores que atuam em área externa com intuito de reduzir os riscos de problemas de pele, como queimaduras e câncer;[0082] Clothing treatments, used as PPE, of workers who work outdoors with the aim of reducing the risks of skin problems, such as burns and cancer;

[0083] A tecnologia é facilmente incorporada à cadeia a produtiva, sendo um processo simples e de baixo custo de implementação.[0083] The technology is easily incorporated into the productive chain, being a simple and low-cost implementation process.

Example 3 - Tests for resistance to the interlacing of the threads and / or resistance to tearing of the fibers.

[0084] O tratamento de substratos porosos, como materiais tecidos, impregnando com nanopartículas promove o aumento da resistência ao entrelaçamento dos fios e /ou resistência ao rasgo das fibras.[0084] The treatment of porous substrates, such as woven materials, impregnating with nanoparticles promotes increased resistance to the interlacing of the threads and / or resistance to tearing of the fibers.

[0085] Em uma concretização o uso pode ser no tratamento de tecidos para proteção balística ou blindagem, como kevlar, tecidos de poliéster e/ou qualquer material que se deseje aumentar a resistência entre o entrelaçamento dos fios e/ou resistência ao rasgo, seja pelo tipo de uso a que ele está sujeito, seja por esforço ou força durante o uso ou, mesmo, por rompimento causado por objeto pontiagudo.[0085] In one embodiment the use may be in the treatment of fabrics for ballistic protection or shielding, such as kevlar, polyester fabrics and / or any material that is desired to increase the resistance between the interlacing of the threads and / or resistance to tear, either by the type of use to which it is subject, either by effort or force during use or even by a break caused by a sharp object.

[0086] Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outras variantes e alternativas, abrangidas pelo escopo das reivindicações a seguir.[0086] Those skilled in the art will value the knowledge presented here and will be able to reproduce the invention in the modalities presented and in other variants and alternatives, covered by the scope of the following claims.

Claims

Impregnation process of nanoparticles in porous substrate characterized by comprising the steps of:

Process for impregnating nanoparticles in a porous substrate according to claim 1, characterized in that the porous substrate is yarn, fiber, fabric, foam or a combination thereof selected from the group consisting of cotton, viscose, nylon or a combination thereof, in that the substrate composition can be natural, synthetic or cellulosic leaves.

Process for impregnating nanoparticles in porous substrate, according to claim 1, characterized in that the impregnation solution comprises precursor agents of the nanoparticle.

Process for impregnating nanoparticles in porous substrate, according to either of claims 1 or 3, characterized in that the nanoparticle is selected from the group consisting of nanoplate, nanostructure nanostructure formed from metal oxides, or a combination thereof, in which metal oxides are selected from ZnO, AgO or TiO2.

Process for impregnating nanoparticles in a porous substrate, according to any one of claims 1 or 3 or 4, characterized in that the precursor agents of the ZnO nanoparticle are selected from zinc nitrate (Zn (NO3) 2 6H2O) and hexamethylmethylenetetramine (HMTA -C6H12N4 ), the AgO nanoparticle precursors are selected from silver nitrate, sodium borohydride and the TiO2 nanoparticle precursor is titanium tetrachloride.

Process for impregnating nanoparticles in porous substrate, according to claim 1, characterized in that the time of immersion of the porous substrate in the impregnation solution in step a) is dependent on the sample and varies between 5 minutes to 48 hours.

Process for impregnating nanoparticles in a porous substrate, according to claim 1, characterized in that the drying temperature in step c) is between 40 ° C to the boiling point of the solvent used.

Porous substrate impregnated with nanoparticles obtained as defined in any of claims 1 to 7, characterized in that the porous substrate is yarn, fiber, foam fabric or a combination thereof selected from the group consisting of cotton, viscose, nylon or a combination thereof and the nanoparticle be selected from the group consisting of nanoplate, nano-stick, nanostructure formed from metal oxides, or a combination thereof, in which metal oxides are selected from ZnO, AgO or TiO2.

Porous substrate impregnated with nanoparticles according to claim 8, characterized in that the porous substrate is woven from cotton and the nanoparticles are made of zinc oxide.

Use of the porous substrate impregnated with nanoparticles, as defined in any of claims 8 to 9, characterized in that it is for increasing the resistance to the interlacing of threads and increasing the resistance to tearing of the fabric fibers.

Use, according to claim 10, characterized in that said fabrics are woven for ballistic protection or shielding.

Use of the porous substrate impregnated with nanoparticles as defined in any one of claims 8 to 9, characterized in that it is in the production of hospital materials, personal hygiene or textile materials.

Use of the porous substrate impregnated with nanoparticles according to claim 12, characterized in that it is in the production of hospital materials such as gauze, compresses and bandages or personal hygiene materials such as paper towels, diapers and absorbents or any material that is intended to provide antibacterial activity .

Use of the porous substrate impregnated with nanoparticles according to claim 12, characterized in that it is in the production of textile materials such as clothing in general, swimwear, uniforms, sportswear or any material that is intended to provide the absorption of UV radiation.