CZ2016394A3

CZ2016394A3 - Koncentrát na bázi organické biologicky aktivní látky určený pro antimikrobní stabilizaci plastových povrchů

Info

Publication number: CZ2016394A3
Application number: CZ2016-394A
Authority: CZ
Inventors: Vladimír Sedlařík; Martina Hrabalíková; Petr Stloukal; Petr Sáha; Michael Tupý
Original assignee: Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně; Fatra, A.S.
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2018-01-10
Also published as: CZ307244B6

Description

Oblast techniky

Vynález se týká kompozice koncentrátu, který je určen pro antimikrobní stabilizaci plastových povrchů. Koncentrát je vytvořen na bázi organické biologicky aktivní látky z obnovitelných zdrojů a jeho aplikace se předpokládá ve výrobcích z plastů, jako jsou polyolefíny, vinylové polymery a kopolymery těchto polymerů.

Dosavadní stav techniky

Je známo, že polymemí povrchy nejsou resistentní vůči mikrobiální kolonizaci. Tento jev může mít negativní důsledky na zdraví obyvatelstva, ale i ekonomické dopady spojené se vznikem infekcí spojených s používáním výrobků z plastů.

Jako primární negativum se často zmiňuje vznik a šíření tzv. nozokomiálních infekcí, jejichž výskyt je spojován s používáním zdravotnických prostředků, které jsou v dnešní době vyráběny z plastů nebo obsahují plastové komponenty. Nicméně obava z nechtěného přenosu patogenních mikroorganizmů je opodstatněná i v nezdravotnických aplikacích, jako například v prostředcích hromadné dopravy a dalších místech, kde se vyskytuje větší hustota osob.

Sekundárním negativním jevem spojeným s bakteriálním osídlováním plastových povrchů jsou zvýšené ekonomické náklady spojené s kažením materiálu, které je v daném plastovém obalu zabaleno. Vlastní mikrobiální napadení pak může pocházet z balené suroviny samotné (např. v případě potravin) nebo z externích zdrojů (např. tkaniny při nevhodném skladování).

Z výše uvedených důvodů jsou antimikrobní modifikace plastů předmětem zájmu jak vědeckých pracovníků, tak i průmyslových výrobců. Principiálně existují dva způsoby antimikrobní modifikace plastů. První je spojen s povrchovou úpravou plastového povrchu prostřednictvím depozice tenkých vrstev ve formě tenkého krycího filmu nebo povrchové chemické modifikace.

Druhý způsob spočívá modifikaci plastového výrobku v celém objemu, což představuje technologicky i ekonomicky nenáročnou metodu. Na druhou stranu je třeba zmínit fakt, že účinnost antimikrobní modifikace pro vedené v objemu je poměrně nízká vzhledem k omezeným možnostem transportu aktivní látky na povrch výrobku. Pro zvýšení účinnosti se ···· · · · · · · • · · · · · • · · · · · · · • · · · · · · • · * · · · · · využívají aditiva ve formě koncentrátů (masterbatchů) obsahující antimikrobní sloučeninu a další přísady zlepšující transportní procesy v matrici polymeru.

Většina z komerčně dostupných koncentrátů je na bázi kovů, jejich solí a případně organokovových sloučenin, kvartemích amoniových solí. Mezi nimi je nejvíce rozšířeno stříbro, zinek, případně měď či železo. Tyto sloučeniny jsou však poměrně nákladné a jejich použití mnohdy není legislativně vyřešeno, obzvláště pro výrobky, které přichází do přímého kontaktu s potravinami.

Důležitým faktorem je koncentrační rozmezí antimikrobiální funkce aditiva při současném zajištění bezpečnosti modifikovaného výrobku z hlediska migrace antimikrobiálně účinné látky do okolí. Většina z komerčních koncentrátů požaduje minimální dávkování nad 1 % hmotn., kdy již však lze očekávat rozpory s výše uvedenými podmínkami stanovenými pro bezpečnost jejich použití.

V současnosti je také kladen důraz na zohledňování ekologických přístupů v chemických výrobách. Jedním z důležitých faktorů je využívání obnovitelných materiálových zdrojů.

V případě baktericidně aktivních látek hraje důležitou roli jejich bezpečnost vůči vyšším organismům. Většina z dosud užívaných a komerčně dostupných antimikrobiálně aktivních látek určených pro modifikaci polymerů, však negativně ovlivňuje i zdraví místních obyvatel.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody a nedostatky dosud známých antimikrobních úprav plastů do značné míry odstraňuje koncentrát na bázi organické biologicky aktivní látky, určený pro antimikrobní stabilizaci plastových povrchů, podle vynálezu.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že koncentrát je tvořen 98 — 50 % hmotn. nosiče na bázi termoplastického polymeru ze skupiny obsahující polyolefiny, vinylové polymery a jejich kopolymery, a 2 - 50 % hmotn. biologicky aktivní látky, kterou je kyselina 2,3dihydroxybutandiová, přičemž koncentrát je určen pro dávkování do polymemí směsi na výslednou koncentraci biologicky aktivní látky v modifikovaném plastu 0,5 až 1 % hmotn.

Koncentrát pro antimikrobní stabilizaci plastových povrchů podle vynálezu dále s výhodou obsahuje 1 až 25 hmotn. d. dispergátoru na bázi nízkomolekulámích polyetylénových vosků nebo na bázi stearanu zinečnatého nebo stearanu hořečnatého, kde přídavek dispergátoru je vztažen na 100 hmotn. d. směsi polymemího nosiče a biologicky aktivní látky. Plasty ošetřené * · · · · · · · · • · · · ···· ···· ·· · · · * · · · · · · ···· · · · · · · · ·« ·* ·♦ ··· ♦· koncentrátem podle vynálezu jsou resistentní vůči mikrobiálnímu osídlování jejich povrchů Gram positivními i Gram negativními bakteriálními kmeny, a to již při koncentraci aktivní látky pod 1 % hmotn.

Kyselina 2,3-dihydroxybutandiová je dikarboxylová kyselina, která je výhodná z technologického hlediska, neboť v kombinaci s látkami tvořícími koncentrát (polymemím nosičem a případně dispergátorem) vykazuje dostatečnou tepelnou stabilitu při teplotách odpovídajících termoplastickému zpracování běžně používaných polymerů shodných či kompatibilních s materiálem polymemího nosiče, tedy polyolefinů či vinylových polymerů.

Významnou předností koncentrátu podle vynálezu je také skutečnost, že u konečných aplikací nedochází k významné migraci uvedené bioaktivní látky z upraveného plastu do okolí. Nehrozí tedy kontaminace okolí bioaktivní látkou a získaná antimikrobní ochrana produktu je stabilní.

Kyselina 2,3-dihydroxybutandiová (KDHB) je považována za relativně bezpečnou látku používanou v potravinářství jako konzervant nesoucí označení E345. Pro její využití svědčí rovněž fakt, že je dostupná z obnovitelných zdrojů.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1

Pomocí dvoj šnekového vytlačovacího stroje byl termoplasticky při teplotě 190 °C připraven koncentrát skládající se z 62,5 % hmotn. polyolefinického polymemího nosiče polypropylenu (CAS 9003-07-0) a 37,5 % hmotn. biologicky aktivní látky - kyseliny 2,3dihydroxybutandiové (KDHB) (CAS 526-83-0) za přídavku dispergátoru na bázi polyetylénového vosku v množství 25 hmotn. d., vztaženo na 100 hmotn. d. směsi polymemího nosiče a biologicky aktivní látky. Tento koncentrát byl použit pro termoplastickou modifikaci polypropylénu v takovém množství, že konečná koncentrace KDHB v polymeru byla 1,0 % hmotn. Povrch výsledného systému byl testován dle ISO 22196 „Measurement of antibacterial activity on plastics and other non-porous surfaces“ a vykazoval antimikrobní aktivitu proti Staphylococcus aureus a Escherichia coli, které představuje redukci bakteriálního osídlení o 5 řádů, tedy snížení bakteriálního výskytu o 99,999 % oproti nemodifikovanému polypropylenu se stejnou zpracovatelskou historií. Vzorky byly dále podrobeny testu migrace v různých simulantech dle normy ČSN EN 1186. Koncentrace biologicky aktivní látky ve všech zkoušených extraktech byla pod 0,5 mg/dm .

»»»««· ·· ·· · * · • · · · · · · · ♦ ·· · · · · · · · · · · ···· · · · · · · · ·· ·· ·· ·· ··· »*

Příklad 2

Pomocí dvoj šnekového vytlačovacího stroje byl termoplasticky při teplotě 160 °C připraven koncentrát skládající se z 50 % hmotn. polyolefmického polymerního nosiče - kopolymeru ethylenvinylacetátu (EVA) (CAS 24937-78-8) a 50 % hmotn. KDHB (CAS 526-83-0). Tento koncentrát byl použit pro termoplastickou modifikaci EVA v takovém množství, že výsledná koncentrace KDHB v polymeru byla 1 % hmotn. Povrch získaného systému byl testován dle ISO 22196 „Measurement of antibacterial activity on plastics and other nonporous surfaces“ a vykazoval antimikrobní aktivitu proti Staphylococcus aureus a Escherichia coli, které představuje redukci bakteriálního osídlení o 5 řádů, tedy snížení bakteriálního výskytu o 99,999 % oproti nemodifikovanému EVA se stejnou zpracovatelskou historií. Vzorky byly dále podrobeny testu migrace v různých simulantech dle normy ČSN EN 1186. Koncentrace biologicky aktivní látky ve všech zkoušených extraktech byla pod 1,0 mg/dm².

Příklad 3

Za stejných podmínek, jako je uvedeno v příkladu 1, byla připravena směs skládající se z 98 % hmotn. polyolefmického polymerního nosiče - kopolymeru ethylen vinyl acetátu (EVA) (CAS 24937-78-8) a 2 % hmotn. KDHB (CAS 526-83-0), za přídavku dispergátoru na bázi nízkomolekulámího polyetylénového vosku v množství 1 hmotn. d., vztaženo na 100 hmotn. d. uvedené směsi polymerního nosiče a biologicky aktivní látky. Tento koncentrát byl použit pro termoplastickou modifikaci EVA v takovém množství, že dosažená koncentrace KDHB v polymeru byla 0,9 % hmotn. Výsledné antimikrobní vlastnosti a závěry testů migrace prováděné metodami uvedenými v příkladu 2 byly stejné, jako je uvedeno pro příklad 2.

Příklad 4

Za stejných podmínek, jako je uvedeno v příkladu 3, byl připraven koncentrát s tím rozdílem, že obsahoval dispergátor na bázi stearanu zinečnatého (CAS 557-05-1) v množství 1 hmotn. d. na 100 hmotn. d. směsi polymerního nosiče a biologicky aktivní látky při nezměněné koncentraci obou složek této směsi. Výsledné vlastnosti byly porovnatelné s výsledky uvedenými pro příklad 3.

Příklad 5

Za stejných podmínek, jako je uvedeno v příkladu 1, byl připraven koncentrát s tím rozdílem, že obsahoval dispergátor na bázi stearanu zinečnatého (CAS 557-05-1) v množství 25 hmotn.

d. na 100 hmotn. d. směsi polymerního nosiče a biologicky aktivní látky) při nezměněné koncentraci obou složek této směsi. Výsledné vlastnosti byly porovnatelné s výsledky uvedenými pro příklad 3.

Příklad 6

Pomocí míchacího dvouválce termoplasticky při teplotě 160 °C připraven koncentrát skládající se z 62,5 % hmotn. polymerního nosiče na bázi vinylového polymeru - měkčeného pólyvinylchloridu (PVC) (CAS 9002-86-2) a 37,5 % hmotn. KDHB a dále pak dispergátoru na bázi stearanu hořečnatého (CAS 557-04-0) v množství 25 hmotn. d., vztaženo na 100 hmotn. d. směsi polymerní matrice a biologicky aktivní látky. Tento koncentrát byl použit pro termoplastickou modifikaci PVC v takovém množství, že výsledná koncentrace KDHB v polymeru byla 0,5 % hmotn.. Povrch výsledného systému byl testován dle ISO 22196 „Measurement of antibacterial activity on plastics and other non-porous surfaces“ a vykazoval antimikrobní aktivitu proti Staphylococcus aureus a Escherichia coli, které představuje redukci bakteriálního osídlení o 5 řádů, což představuje redukci bakteriálního výskytu o 99,999 % oproti nemodifikovanému PVC se stejnou zpracovatelskou historií. Vzorky byly dále podrobeny testu migrace v různých simulantech dle normy ČSN EN 1186. Koncentrace biologicky aktivní látky ve všech zkoušených extraktech byla pod 1,0 mg/dm .

Průmyslová využitelnost

Koncentrát na bázi organické biologicky aktivní látky podle vynálezu je využitelný pro antimikrobní stabilizaci širokého spektra výrobků z termoplastů - polyolefinů, vinylových polymerů a kopolymerů, s ohledem na preferenci ekologicky příznivých aplikací. Využití najde v prvé řadě u výrobků přicházejících do přímého dlouhodobého kontaktu s lidským tělem nebo potravinami.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Koncentrát na bázi organické biologicky aktivní látky, určený pro antimikrobní stabilizaci plastových povrchů, vyznačující se tím, že je tvořen 98 - 50 % hmotn. nosiče na bázi termoplastického polymeru ze skupiny obsahující polyolefiny, vinylové polymery a jejich kopolymery, a 2 - 50 % hmotn. biologicky aktivní látky, kterou je kyselina 2,3dihydroxybutandiová, přičemž koncentrát je určen pro dávkování do polymemí směsi na výslednou koncentraci biologicky aktivní látky v modifikovaném plastu 0,5 až 1 % hmotn.
2. Koncentrát na bázi organické biologicky aktivní látky podle nároku 1,vyznačuj ící se t í m, že obsahuje přídavek 1 až 25 hmotn. d. dispergátoru na bázi látky vybrané ze skupiny obsahující nízkomolekulární polyetylénové vosky, stearan zinečnatý a stearan hořečnatý, kde přídavek dispergátoru je vztažen na 100 hmotn. d. směsi polymemího nosiče a biologicky aktivní látky.