CZ307276B6

CZ307276B6 - Koncentrát pro antimikrobní stabilizaci plastových povrchů vytvořený na bázi anorganické biologicky aktivní látky

Info

Publication number: CZ307276B6
Application number: CZ2016-393A
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: 2018-05-09
Also published as: CZ2016393A3

Abstract

Koncentrát pro antimikrobní stabilizaci plastových povrchů, vytvořený na bázi anorganické biologicky aktivní látky, obsahuje 80 až 50 % hmotn. nosiče na bázi termoplastického polymeru ze skupiny obsahující polyolefiny, polyestery, vinylové polymery a kopolymery těchto polymerů, a 20 až 50 % hmotn. biologicky aktivní látky, kterou je síran železnatý. Koncentrát je určen pro dávkování do polymerní směsi na výslednou koncentraci aktivní látky 0,2 až 1 % hmotn. Koncentrát může obsahovat i přídavek 1 až 25 hmotnostních dílů dispergátoru – látky vybrané ze skupiny obsahující nízkomolekulární polyetylénové vosky, stearan zinečnatý a stearan hořečnatý, přičemž uvedený přídavek dispergátoru je vztažen na 100 hmotnostních dílů směsi polymerního nosiče a biologicky aktivní látky.

Description

Vynález se týká kompozice koncentrátu, který je určen pro antimikrobní stabilizaci plastových povrchů. Koncentrát je vytvořen na bázi anorganické biologicky aktivní látky a jeho aplikace se předpokládá ve výrobcích z plastů, jako jsou polyolefiny, polyestery, 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, který je v daném plastovém obalu zabalen. 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 v modifikaci plastového výrobku v celém objemu, což představuje technologicky i ekonomicky nenáročnou metodu. Na druhou stranu je třeba zmínit fakt, že účinnost antimikrobní modifikace provedené 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. 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 antimikrobní 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 však již lze očekávat rozpory s výše uvedenými podmínkami na bezpečnost.

Příkladem takového řešení může být kompozice podle EP 1 035 159 A2. U systému zde popsaného je provedena antimikrobní stabilizace pomocí komerčně dostupného produktu „Nanyo Efunica K.K., jehož přesná specifikace není uvedena a jehož jednou složkou je síran železnatý. Tento systém popisuje modifikaci těsnícího materiálu - silikonu. Silikony (matrice na specifické

- 1 CZ 307276 B6 chemické bázi) jsou svými vlastnostmi a chováním v kompozicích zcela odlišné od termoplastických matric na bázi uhlíku, tedy polyolefinů a polyesterů. Především nekladou tak vysoké nároky na tepelnou stabilitu celého systému jako například polyestery. Podle dostupných informací je výše uvedený komerční stabilizační produkt tvořen více složkami, což už samo o sobě představuje určitou nevýhodu z praktického i ekonomického hlediska. Volba i poměrné zastoupení těchto složek přitom odpovídají požadované aplikaci pro silikonové matrice a z výše uvedených důvodů nemůže toto řešení v dostatečné míře reflektovat zpracovatelské požadavky termoplastických materiálů.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody a nedostatky dosud známých antimikrobních úprav plastů do značné míry odstraňuje koncentrát pro antimikrobní stabilizaci plastových povrchů vytvořený na bázi anorganické biologicky aktivní látky podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že koncentrát obsahuje 80 až 50 % hmotn. nosiče na bázi termoplastického polymeru ze skupiny obsahující polyolefiny, polyestery, vinylové polymery a kopolymery těchto polymerů, a 20 až 50 % hmotn. biologicky aktivní látky, kterou je síran železnatý, přičemž koncentrát je určen pro dávkování do polymemí směsi na výslednou koncentraci aktivní látky 0,2 až 1 % hmotn.

Koncentrát pro antimikrobní stabilizaci plastových povrchů podle vynálezu s výhodou obsahuje přídavek 1 až 25 hmotn. dílů dispergátoru na bázi látky vybrané ze skupiny obsahující nízkomolekulární polyetylénové vosky, stearan zinečnatý a stearan hořečnatý, kde přídavek dispergátoru je vztažen na 100 hmotn. dílů směsi polymerního nosiče a biologicky aktivní látky.

Hlavní výhodou koncentrátu pro antimikrobní stabilizaci plastových povrchů podle vynálezu je skutečnost, že je v širokém spektru působnosti dostatečně účinný již v relativně nízkých koncentracích biologicky aktivní látky. Bylo prokázáno, že 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.

Další významnou předností koncentrátu podle vynálezu z pohledu konečných aplikací je skutečnost, že výsledný plastový materiál nevykazuje významnou migraci aktivní látky z upraveného plastu do okolí. Nedochází tedy ke kontaminaci okolí bioaktivní složkou a zůstává zachovaná antimikrobní ochrana produktu.

Z technologického hlediska je výhodou rovněž dostatečná tepelná stabilita koncentrátu podle vynálezu (tedy stabilita kombinace biologicky aktivní látky s polymemím nosičem a případně dispergátorem) při teplotách odpovídajících termoplastickému zpracování běžných polymerů shodných či kompatibilních s materiálem polymerního nosiče, tedy polyolefinů, polyesterů, vinylových polymerů a jejich kopolymerů.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1

Pomocí dvojšnekového vytlačovacího stroje byl termoplasticky při teplotě 190 °C připraven koncentrát sestávající ze 70 % hmotn. polyolefinického polymerního nosiče - polypropylenu (CAS 9003-07-0) a 30 % hmotn. síranu železnatého - FeSO₄ (CAS 7720-78-7). Tento koncentrát byl následně použit pro antimikrobní stabilizaci polypropylénu v takovém množství, že koncentrace FeSO₄ v konečném materiálu byla 0,5 % hmotn. (tzn. 0,184 % hmotn. železa). Povrch výsledného systému byl testován dle ISO 22196 („Measurement of antibacterial activity on plastics and other non-porous surfaces“) a vykazoval antimikrobní aktivitu proti

-2 CZ 307276 B6

Staphylococcus aureus a Escherichia coli, která představuje redukci bakteriálního osídlení o 5 řádů, což znamená pokles bakteriálního výskytu o 99,999 % oproti nemodifikovanému polypropylenu se stejnou zpracovatelskou historií. Vzorky byly dále podrobeny testu migrace v různých simulantech dle normy ČSN ΕΝ 1186. Koncentrace biologicky aktivní látky ve všech získaných a testovaných extraktech byla pod 0,5 mg/dm².

Příklad 2

Pomocí dvojšnekového vytlačovacího stroje byl termoplasticky při teplotě 160 °C připraven koncentrát sestávající z 50 % hmotn. polyolefmického polymemího nosiče - kopolymeru ethylen vinyl acetátu - EVA (CAS 24937-78-8) a 50 % hmotn. síranu železnatého - FeSO₄ (CAS 772078-7). Tento koncentrát byl poté použit pro antimikrobní stabilizaci EVA v takovém množství, že koncentrace FeSO₄ v konečném materiálu byla 0,2 % hmotn. (tzn. 0,074 % hmotn. železa). Povrch výsledného systému, testovaný opět dle ISO 22196, vykazoval antimikrobní aktivitu proti Staphylococcus aureus a Escherichia coli, která představuje redukci bakteriálního osídlení o 5 řádů, tedy pokles 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 získaných atestovaných extraktech byla pod 1,0 mg/dm².

Příklad 3

Pomocí dvojšnekového vytlačovacího stroje byl termoplasticky při teplotě 250 °C připraven koncentrát z 80 % hmotn. polyesterového polymerního nosiče - polyetylentereftalátu (CAS 25038-59-9) (CAS 24937-78-8) a 20 % hmotn. síranu železnatého (FeSO₄) (CAS 7720-78-7). Tento koncentrát byl použit pro antimikrobní stabilizaci polyetylentereftalátu v takovém množství, že koncentrace FeSO₄ v konečném materiálu byla 0,5 % hmotn. (tzn. 0,184 % hmotn. železa). Povrch výsledného systému testovaný dle ISO 22196 vykazoval antimikrobní aktivitu proti Staphylococcus aureus a Escherichia coli, která představuje redukci bakteriálního osídlení o 4 řády, tedy snížení bakteriálního výskytu o 99,99 % oproti nemodifikovanému polyetylentereftalátu se stejnou zpracovatelskou historií. Vzorky byly dále podrobeny testu migrace v různých simulantech dle normy ČSN ΕΝ 1186. Koncentrace biologicky aktivní látky ve všech získaných a testovaných extraktech byla pod 0,5 mg/dm².

Příklad 4

Za stejných podmínek, jak je uvedeno v příkladu 1, byla připravena směs skládající se z 50 % hmotn. polyolefmického polymemího nosiče - kopolymeru ethylen-vinylacetátu - EVA (CAS 24937-78-8) a 50 % hmotn. síranu železnatého - FeSO₄ (CAS 7720-78-7). Do této směsi byl začleněn dispergátor na bázi nízkomolekulárního polyetylénového vosku v množství 1 hmotn. díl dispergátoru na 100 hmotn. dílů uvedené směsi polymemího nosiče a biologicky aktivní látky. Tento koncentrát byl použit pro antimikrobní stabilizaci polypropylénu v takovém množství, že koncentrace FeSO₄ v konečném materiálu byla 1 % hmotn. (tzn. 0,368 % hmotn. železa). Výsledné antimikrobní vlastnosti a závěry testů migrace prováděných metodami již uvedenými v příkladu 2 byly stejné, jako je uvedeno pro příklad 2.

Příklad 5

Za stejných podmínek, jak se uvádí v příkladu 4, byl připraven koncentrát s tím rozdílem, že namísto zde uvedeného dispergátoru byl použit dispergátor na bázi stearanu zinečnatého (CAS 557-05-1) v množství 10 hmotn. dílů na 100 hmotn. dílů směsi polymemího nosiče a biologicky

-3 CZ 307276 B6 aktivní látky, a to při nezměněném složení směsi aktivní látky s polymerním nosičem. Výsledné vlastnosti byly porovnatelné s výsledky uvedenými pro příklad 4.

Příklad 6

Pomocí míchacího dvouválce byl termoplasticky při teplotě 160 °C připraven koncentrát skládající se z 62,5 % hmotn. polymerního nosiče na bázi vinylového polymeru - měkčeného polyvinylchloridu - PVC (CAS 9002-86-2) a 37,5 % hmotn. síranu železnatého - FeSO₄ (CAS 7720-78-7), za přidání dispergátoru na bázi stearanu hořečnatého (CAS 557-04-0) v množství 25 hmotn. dílů na 100 hmotn. dílů směsi polymerního nosiče a biologicky aktivní látky. Tento koncentrát byl použit pro antimikrobní stabilizaci PVC v takovém množství, že koncentrace FeSO₄ v konečném materiálu byla 0,5 % hmotn. (tzn. 0,184 % hmotn. železa). Povrch výsledného systému byl testován dle ISO 22196 a vykazoval antimikrobní aktivitu proti Staphylococcus aureus a Escherichia coli, která představuje redukci bakteriálního osídlení o 5 řádů, tedy pokles bakteriálního výskytu o 99,999 % oproti nemodifikovanému PVC se stejnou zpracovatelskou historií. Vzorky byly dále podrobeny testu migrace v různých simulantech dle normy ČSN ΕΝ 1186. Koncentrace biologicky aktivní látky ve všech získaných atestovaných extraktech byla pod 1,0 mg/dm².

Průmyslová využitelnost

Koncentrát na bázi anorganické biologicky aktivní látky podle vynálezu je využitelný pro antimikrobní stabilizaci nejrůznějších výrobků z termoplastů - polyolefinů, polyesterů, vinylových polymerů a kopolymerů. Využití najde zejména u výrobků přicházejících do přímého dlouhodobého kontaktu s lidským tělem nebo potravinami.

Claims

1. Koncentrát pro antimikrobní stabilizaci plastových povrchů vytvořený na bázi anorganické biologicky aktivní látky, vyznačující se tím, že obsahuje 80 až 50 % hmotn. nosiče na bázi termoplastického polymeru ze skupiny obsahující polyolefiny, polyestery, vinylové polymery a kopolymery těchto polymerů, a 20 až 50 % hmotn. biologicky aktivní látky, kterou je síran železnatý, přičemž koncentrát je určen pro dávkování do polymemí směsi na výslednou koncentraci aktivní látky 0,2 až 1 % hmotn.

2. Koncentrát pro antimikrobní stabilizaci plastových povrchů podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje přídavek 1 až 25 hmotnostních dílů dispergátoru na bázi látky vybrané ze skupiny obsahující nízkomolekulární polyetylénové vosky, stearan zinečnatý a stearan hořečnatý, kde přídavek dispergátoru je vztažen na 100 hmotnostních dílů směsi polymerního nosiče a biologicky aktivní látky.