CZ29136U1 - Tkaná nebo netkaná textilie s antimikrobiální komponentou pro dosažení biostatického a/nebo biocidního účinku a textilní výrobek z této textilie - Google Patents

Description

Technické řešení se týká oblasti ochranných textilních materiálů opatřených antimikrobiálními komponentami pro dosažení biostatického a/nebo biocidního účinku.

Dosavadní stav techniky

Používání biocidních přípravků a prostředků se v posledních letech ukazuje být stále vážnějším ekologickým problémem. Tyto přípravky mohou představovat vážná zdravotní rizika, vzhledem k tomu, že do styku s těmito látkami přichází nejen zaměstnanci výrobců, ale i samotní uživatelé. Tyto látky převážně nízkomolekulámí povahy jsou většinou používány ve formě aditiv, a to prakticky ve všech aplikačních oblastech, kde plní funkci ochrannou nebo konzervační. K mikrobiálnímu ataku jsou náchylné především materiály, které se nacházejí ve vlhkém prostředí. Jsou vyvíjeny stále nové prostředky, které by zajistily pokud možno širokospektrální ochranu proti mikrobiálnímu napadení, a to i z toho důvodu, že jsou indikovány i vznikající resistence mikroorganismů vůči standardně používaným biocidům.

U některých antimikrobiální ch látek, zejména pak u nově uvedených na trh, nejsou potenciální rizika jak pro zdraví člověka, tak i pro životní prostředí zcela zmapována. Namátkové či cílené revize ukazují, že vedle antimikrobiálních účinků těchto látek nízkomolekulámí povahy se postupem času mění i potenciální rizika negativních fyziologických (alergizujících) účinků na člověka. Většina těchto prostředků je klasifikována jako látky nebezpečné. Základním legislativním nástrojem v rámci EU je směrnice 98/8/EC „The Biocidal Products Directive“, tzv. BPD, upravující použití biocidních přípravků v praxi.

Variantou řešení uvedeného problému je použití antimikrobiálních substancí polymemí povahy. Obecně platí, že čím větší molekula látky, tím nižší je její schopnost penetrovat skrz pokožku do organismu.

Pro přípravu textilních materiálů s antimikrobiálním efektem se používají v současnosti tyto základní techniky:

modifikace polymeru ve hmotě přídavkem antimikrobiální složky před zvlákňováním, tzv. antimikrobiální masterbatch, syntetických vláken nebo regenerovaných celulózových vláken, roubování a chemické navázání aktivních látek na preaktivované textilie, nanášení antimikrobiálních úprav na povrchy textilních materiálů konvenčními postupy: impregnace, vytahovací postup, zátěry v kombinaci s pojivý, zabudování antimikrobiálních vláken nebo přízí do textilních konstrukcí, speciální úpravy: např. plazmatické nanášení - sputtering, nastřelování antimikrobiálních nanočástic pomocí ultrazvuku, procesy sol-gel.

K finálním úpravám textilních materiál se v současnosti používají následující antimikrobiální systémy:

kvartemí amonné soli a N+ (quat)-modifikované organosilany působící přímo na buněčnou membránu mikroorganismů, kationaktivní prostředky. Jejich antimikrobiální mechanismus zahrnuje denaturaci protein, interferenci s glykolýzou, cytoplasmatické poškození membrány, triclosan (2,4,4’-trichlor-2’-hydroxyfenylether) s širokým spektrem účinnosti, bakteriostatický při nízkých koncentracích, baktericidní při vyšších koncentracích. Uvolňuje se do prostředí, proto je nezbytné jej aplikovat v kombinaci s pojivý a dispergačními prostředky,

-1 CZ 29136 U1

MDMH - monomethyl-5,5-dimethylhydantoin: bifunkční sloučenina - jednou stranou se váže na celulózu, druhá reaguje s aktivním chlórem za vzniku halaminové vazby, stříbro je ve formě nanočástic vysoce efektivní při velmi nízkých koncentracích. Aktivní kyslík generovaný během oxidace stříbra ničí buněčnou stěnu bakterií, navíc dochází k denaturaci metabolických enzymů mikroorganismů, další kovy, jejich soli a oxidy - mnoho těžkých kovů (Cu, Zn, Co, Hg) je toxických vůči mikrobům ve velmi nízkých koncentracích, ať již jako volné nebo ve sloučeninách. Likvidují proteiny vázáním intracelulámích proteinů, které inaktivují,

PHMB - polyhexamethylen-biguanidy - polymemí kationaktivní aminy, v současné době je jejich použití omezeno vzhledem k interakcím s anionickými sloučeninami v lidském těle, které vedou ke snížení antimikrobiálního efektu, chitosan - přírodní aminopolysacharid známý svými bakteriostatickými vlastnostmi v oblasti zdravotnických i technických aplikací. Chitosan inhibuje růst mikroorganismů uvolňováním deoxy-amino sacharidů z buněčné stěny. Byly vyvinuty i funkční deriváty se zvýšenými antimikrobiálními vlastnostmi (např. Katiosan s obsahem kvartemího dusíku, RWTH Aachen), peroxidy Mg získané reakcí tetrahydrátu hořčíku a peroxidu vodíku: magnesium hydroperoxyacetát (MHPA) and magnesium dihydroperoxid (MDHP),

N-halaminy - cyklické a acyklické: antimikrobiální vlastnosti jsou založeny na elektrofilní substituci chlóru ve vazbě N-Cl vodíkovým atomem, čímž dojde u uvolnění ď iontů. Tyto ionty zabraňují průběhu metabolických a enzymatických procesů, fotokatalytické systémy: katalytickým působením UV záření dochází k tvorbě radikálů (nano TiO₂) nebo singletového kyslíku (ftalocyaniny), což vede k rozkladu organických látek včetně mikroorganismů, bioaktivní prostředky na rostlinné bázi, sloučeniny extrahované z rostlin včetně fenolů a polyfenolů - fenol, fenolické kyseliny, chinin a jeho deriváty, flavonoidy, flavonoly, taniny a kumariny, terpenoidy, esenciální oleje, alkaloidy, lecitiny, polypeptidy apolyacetylen.

Zásadní nevýhodou většiny konvenčních antimikrobiálních prostředků je omezené trvání ochranného efektu vzhledem k uvolňování do prostředí a vysoké náklady. Nízkomolekulámí prostředky představují riziko pro životní prostředí, především pro vodní organismy, rostliny i člověka, což se odráží v nové legislativě EU zaměřené na regulaci biocidů. Také se zkracuje životnost a funkčnost samotných textilií. Proto je tak důležitý vývoj úprav na bázi stabilních polymemích antimikrobiálních systémů a jejich pevné zakotvení na textilních vláknech (non-leaching approach), kdy nedochází k difúzi toxických složek do prostředí nebo k lidské pokožce, produkty jsou biokompatibilní a dlouhodobě aktivní.

Způsob fixace polymemího systému na textilní vlákno popisuje užitný vzor CZ 22728. Polymemí systém obsahuje termoreaktivní funkční skupinu chemicky vázanou v polymemí matrici kovalentní vazbou, čímž umožňuje chemické navázání na syntetické textilní vlákno. Termoreaktivní funkční skupina je tvořena alkoxyamidickou funkční skupinou, která umožňuje chemické navázání částic na polyesterové vlákno kondenzační reakcí. Polymemí systém současně obsahuje ve své struktuře chemicky vázanou silanovou skupinu, která je odolná vůči hydrolýze a zajišťuje po aplikaci polymemího systému hydrofobní vlastnosti syntetické textilie.

Úkolem technického řešení je vytvoření ochranného textilního materiálu, který bude opatřen antimikrobiálními komponentami, které by úspěšně zabraňovaly množení mikroorganismů či přímo zabraňovaly samotnému výskytu mikroorganismů na textilních materiálech, neboli vykazovaly biostatický či přímo biocidní efekt, přičemž by antimikrobiální komponenty zůstávaly permanentně připojeny k vláknům textilie a nedocházelo by k jejímu neuvolňování do okolního prostředí. Zároveň by měl být textilní materiál s permanentními antimikrobiálními vlastnostmi odolný vůči procesu praní a chemickému čištění.

-2CZ 29136 Ul

Podstata technického řešení

Vytčený úkol je vyřešen vytvořením tkané nebo netkané textilie s antimikrobiální komponentou pro dosažení biostatického a/nebo biocidního účinku a textilního výrobku z této textilie podle předloženého technického řešení.

Tkaná nebo netkaná textilie obsahuje antimikrobiální komponentu pro dosažení biostatického a/nebo biocidního účinku. Podstata technického řešení spočívá vtom, že je na vláknech textilie zafixován funkční polymemí systém na bázi polymemí matrice z alespoň jednoho filmotvomého polymeru disperzního typu. Polymemí matrice obsahuje alespoň 0,1 % hmotn. antimikrobiální komponenty, vztaženo na pevný polymemí podíl. Antimikrobiální komponenta je tvořena sloučeninou se součinem rozpustnosti o maximální hodnotě 0,15g/100ml, která je zapouzdřena v disperzních částicích polymemí matrice. V závislosti na velikosti hodnoty součinu rozpustnosti dochází po překonání potenciálové bariéry, která je tvořena elektronovou dvoj vrstvou vytvořenou vlivem přítomnosti anionaktivního emulgátoru, k difúzi antimikrobiálních komponent z disperzní částice do vodné fáze.

Ve výhodném provedení je antimikrobiální komponenta sloučenina ze skupiny thiabendazol, dichlorofen, carbendazim či jejich vzájemné kombinace. Tyto látky vykazují biostatický a/nebo biocidní účinek vůči celé řadě mikroorganismů, které jsou pro svou schopnost osidlovat různé povrchy, včetně textilních materiálů a znehodnocovat či přímo poškozovat textilní materiály, nežádoucí.

S výhodou je antimikrobiální komponenta obsažena v polymemí matrici v rozmezí 0,5 až 5 % hmotn. Toto hmotnostní rozmezí antimikrobiálních komponent zajišťuje biostatický a/nebo biocidní efekt vůči celé řadě bakterií, kvasinek, plísní či jiných patogenních mikroorganismů.

S výhodou je polymemí systém zafixován na textilii v tekutém stavu nebo ve formě lakového filmu, čímž je zajištěna dlouhodobá antimikrobiální ochrana textilií. V tekutém stavu dochází k neuspořádanému pohybu molekul zapouzdřených antimikrobiálních komponent uvnitř disperzní částice. Tento jev je nazýván jako Brownův pohyb. Z fyzikálně-chemického hlediska je Brownův neuspořádaný pohyb zapouzdřených antimikrobiálních komponent v disperzních částicích entropický proces, jehož rychlost roste se vzrůstající teplotou. Tím je urychlována i migrace antimikrobiálních komponent k povrchu disperzních částic. Po překonání potenciálové bariéry, která je tvořena elektronovou dvoj vrstvou vlivem anionaktivního emulgátoru, difundují antimikrobiální komponenty z disperzní částice do vodné fáze v závislosti na jejich součinu rozpustnosti. Stejný proces pak probíhá i v lakovém filmu. S rostoucí tepelnou expozicí roste rychlost migrace Zapouzdřených antimikrobiálních komponent k povrchu disperzních částic, resp. k povrchu suchého lakového filmu. Spolu s tím roste antimikrobiální účinnost celého systému.

Ve výhodném provedení obsahuje polymemí systém anionaktivní emulgátor pro vytvoření disperzních částic se zapouzdřenou antimikrobiální komponentou. Toho je dosaženo procesem emulzní polymerace. Jedná se o proces polymerace molekuly, solubilizované v micelách, volnými radikály. Mechanizmus emulzní polymerace se od ostatních procesů polymerace liší tím, že iniciátor není rozpuštěn v monomeru, ale ve vodní fázi. Do částic nasycených monomerem se dostává volný radiál difúzí. Částice jsou velmi malé a nesou souhlasný elektrický náboj.

S výhodou je polymemí systém se zapouzdřenými antimikrobiálními komponentami na textilie aplikován impregnačními nebo zátěrovými postupy, kdy dojde k jejich pevnému zakotvení na textilní vlákno.

Ve výhodném provedení je textilie vytvořena z materiálu na bázi bavlny, polyesteru nebo jejich vzájemných kombinací.

Předmětem technického řešení je rovněž i textilní výrobek z tkané nebo netkané textilie s antimikrobiální komponentou pro dosažení biostatického a/nebo biocidního účinku. Podstata technického řešení spočívá v tom, že je na vláknech textilie zafixován funkční polymemí systém na bázi polymemí matrice z alespoň jednoho filmotvomého polymeru disperzního typu. Polymemí matrice obsahuje alespoň 0,1 % hmotn. antimikrobiální komponenty, vztaženo na pevný

-3CZ 29136 U1 polymemí podíl. Antimikrobiální komponenta je tvořena sloučeninou se součinem rozpustnosti o maximální hodnotě 0,lg/100ml, která je zapouzdřena v disperzních částicích polymemí matrice. V závislosti na velikosti hodnoty součinu rozpustnosti dochází po překonání potenciálové bariéry, která je tvořena elektronovou dvoj vrstvou vytvořenou vlivem přítomnosti anionaktivního emulgátoru, k difúzi antimikrobiálních komponent z disperzní částice do vodné fáze.

S výhodou je textilní výrobek s výše uvedenými vlastnostmi použit pro výrobu lůžkovin, ochranných oděvů, rukavic, plachet či venkovních technických textilií.

Výhody tkané nebo netkané textilie s antimikrobiální komponentou pro dosažení biostatického a/nebo biocidního účinku a textilního výrobku z této textilie spočívají zejména v zabraňování množení mikroorganismů ěi přímo samotnému výskytu mikroorganismů na textiliích, neboli vykazují biostatický či přímo biocidní efekt. Antimikrobiální komponenty zůstávají permanentně připojeny k vláknům textilie a nedochází k jejich uvolňování do okolního prostředí. Zároveň je textilie s permanentními antimikrobiálními vlastnostmi odolná vůči procesu praní a chemickému čištění

Objasnění výkresu

Uvedené technické řešení bude blíže objasněno na následujících vyobrazeních, kde:

obr. 1 znázorňuje pohled na neuspořádaný pohyb antimikrobiální komponenty v disperzní částici, obr. 2 znázorňuje pohled na pohyb antimikrobiální komponenty v lakovém filmu.

Příklad uskutečnění technického řešení

Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní případy uskutečnění technického řešení jsou představovány pro ilustraci, nikoliv jako omezení technického řešení na uvedené příklady. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zajistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním technického řešení, která jsou zde popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících nároků na ochranu. Příklad 1

V příkladu 1 je popsána textilie s antimikrobiální komponentou 2 vykazující biostatický a biocidní efekt po opakovaném praní. V prvním stupni je připraven disperzní polymemí systém 5 se zapouzdřeným thiabendazolem. Obsah thiabendazolu, vztaženo na pevný polymemí podíl, činí 0,5 % hmotnostních. Ve druhém stupni je připravený systém 5 použit pro finální úpravu směsné tkaniny impregnačním postupem. Směsná tkanina je z materiálu bavlna/polyester v poměru 1:1 a plátnově propojena. Po impregnaci je textilie vystavena sušení a vysokotepelnému zpracování při 150 °C. Stabilita antimikrobiálního efektu je minimálně 30 cyklů praní při 60 °C. Takto upravená textilie je určena zejména pro ochranné oděvy pro zdravotnický personál, lůžkoviny. Úprava je určena také pro zboží s vysokým stupněm běli a je kompatibilní s opticky zjasňujícími prostředky.

Příklad 2

Příklad 2 popisuje netkanou textilii s antimikrobiální komponentou 2 vykazující biostatický a biocidní efekt. V prvním stupni je připraven disperzní polymemí systém 5 se zapouzdřeným dichlorofenem a carbendazimem. Jejich obsah, vztaženo na pevný polymemí podíl, činí 1,5 % hmotnostních dichlorofenu a 1 % hmotnostní carbendazimu. Ve druhém stupni je připravený systém 5 použit pro finální úpravu netkané textilie impregnačním postupem. Netkaná textilie je z materiálu polyester a je termicky propojena. Po impregnaci je textilie vystavena sušeni a vysokotepelnému zpracování při 150 °C. Stabilita antimikrobiálního efektu je minimálně 25 cyklů praní při 40 °C. Úprava je stálá i v alkalickém či kyselém prostředí. Takto upravená textilie je

-4CZ 29136 U1 určena zejména jako vnitřní vrstva ochranných rukavic pro práci v kontaminovaném prostředí a pro činnosti spojené se zvýšenou fyzickou námahou při vyšších teplotách a při pocení.

Příklad 3

V příkladu 3 je popsána textilní plachta s antimikrobiálním ve vodě nerozpustným zátěrem.

V prvním stupni je připraven disperzní polymemí systém 5 se zapouzdřeným thiabendazolem a dichlorofenem. Jejich obsah, vztaženo na pevný polymemí podíl, činí 1,5 % hmotnostních thiabendazolu a 3,5 % hmotnostní dichlorofenu. Ve druhém stupni je připravený systém 5 použit pro finální úpravu bavlněné technické tkaniny zátěrovým postupem. Textilie je ze 100 % bavlny. Vodný zátěr probíhá vzdušnou raklí a následně je textilie vystavena sušení a vysokotepelnému zpracování při 150 °C. Stabilita antimikrobiálního efektu je odolnost proti povětrnostním podmínkám po dobu životnosti textilie. Takto upravená textilie je určena pro technické a venkovní aplikace jako např. stánovky, krycí plachty s vysoce účinnou ochranou proti mikrobiálnímu napadení.

Použité metody hodnocení hořlavosti:

1. ČSN EN ISO 20743: Textilie - Zjišťování antibakteriálního účinku antibakteriálně upravených výrobků. Jedná se o kvantitativní metody zkoušení ke zjišťování antibakteriálního účinku antibakteriálně upravených textilních výrobků včetně netkaných textilií.

2. ČSN EN ISO 6330: Textilie - Postupy domácího praní a sušení pro zkoušení textilií.

3. ČSN EN ISO 22196: Textilie - stanovení odolnosti proti pronikání vody - zkouška tlakem vody.

Průmyslová využitelnost

Tkaná nebo netkaná textilie s antimikrobiální komponentou pro dosažení biostatického a/nebo biocidního účinku a textilní výrobek z této textilie dle tohoto technického řešení lze využít jako ochranné textilní materiály pro prevenci přenosu infekcí a množení patologických kmenů, zabránění vzniku pachu v důsledku bakteriálního rozkladu, udržování čistoty textilií během cyklů údržby a pro prevenci degradace textilních vláken či prodloužení životnosti.

Claims (15)

1. Tkaná nebo netkaná textilie s antimikrobiální komponentou (2) pro dosažení biostatického a/nebo biocidního účinku, vyznačující se tím, že na vláknech textilie je zafixován funkční polymemí systém (5) na bázi polymemí matrice z alespoň jednoho filmotvomého polymeru disperzního typu, přičemž polymemí matrice obsahuje alespoň 0,1 % hmotn. antimikrobiální komponenty (2), vztaženo na pevný polymemí podíl, která je tvořena sloučeninou se součinem rozpustnosti o maximální hodnotě 0,15 g/100 ml, zapouzdřenou v disperzních částicích (1) polymemí matrice.

2. Tkaná nebo netkaná textilie podle nároku 1, vyznačující se tím, že antimikrobiální komponenta (2) je sloučenina ze skupiny thiabendazol, dichlorofen, carbendazim či jejich vzájemné kombinace.

3. Tkaná nebo netkaná textilie podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že antimikrobiální komponenta (2) je obsažena v polymemí matrici v rozmezí 0,5 až 5 % hmotn.

4. Tkaná nebo netkaná textilie podle některého z nároků laž3, vyznačující se tím, že polymemí systém (5) je zafixován na textilii v tekutém stavu nebo ve formě lakového filmu (4).

-5CZ 29136 U1

5. Tkaná nebo netkaná textilie podle některého z nároků laž4, vyznačující se tím, že polymemí systém (5) obsahuje anionaktivní emulgátor (3) pro vytvoření disperzních částic (1) se zapouzdřenou antimikrobiální komponentou (2).

6. Tkaná nebo netkaná textilie podle některého z nároků laž5, vyznačující se tím, že polymemí systém (5) je zafixován na textilii ve formě impregnace nebo zátěru.

7. Tkaná nebo netkaná textilie podle některého z nároků laž6, vyznačující se tím, že je vytvořena z materiálu na bázi bavlny, polyesteru nebo jejich vzájemných kombinací.

8. Textilní výrobek z tkané nebo netkané textilie s antimikrobiální komponentou (2) pro dosažení biostatického a/nebo biocidního účinku, vyznačující se tím, že na vláknech textilie je zafixován funkční polymemí systém (5) na bázi polymemí matrice z alespoň jednoho filmotvomého polymeru disperzního typu, přičemž polymemí matrice obsahuje alespoň 0,1 % hmotn. antimikrobiální komponenty (2), vztaženo na pevný polymemí podíl, která je tvořena sloučeninou se součinem rozpustnosti o maximální hodnotě 0,lg/100ml, zapouzdřenou v disperzních částicích (1) polymemí matrice.

9. Textilní výrobek podle nároku 8, vyznačující se tím, že antimikrobiální komponenta je sloučenina ze skupiny thiabendazol, dichlorofen, carbendazim či jejich vzájemné kombinace.

10. Textilní výrobek podle nároku 8 nebo 9, vyznačující se tím, že antimikrobiální komponenta (2) je obsažena v polymemí matrici v rozmezí 0,5 až 5 % hmotn.

11. Textilní výrobek podle některého z nároků 8 až 10, vyznačující se tím, že polymemí systém (5) je zafixován na textilii v tekutém stavu nebo ve formě lakového filmu (4).

12. Textilní výrobek podle některého z nároků 8 až 11, vyznačující se tím, že polymemí systém (5) obsahuje anionaktivní emulgátor (3) pro vytvoření disperzních částic (1) se zapouzdřenou antimikrobiální komponentou (2).

13. Textilní výrobek podle některého z nároků 8 až 12, vyznačující se tím, že polymemí systém (5) je zafixován na textilii ve formě impregnace nebo zátěru.

14. Textilní výrobek podle některého z nároků 8 až 13, vyznačující se tím, že je vytvořen z materiálu na bázi bavlny, polyesteru nebo jejich vzájemných kombinací.

15. Textilní výrobek podle některého z nároků 7 až 14, vyznačující se tím, že je ze skupiny lůžkovina, ochranný oděv, rukavice, plachta, venkovní technická textilie.