PL211417B1 - Sposób produkcji antybakteryjnego i antyalergicznego warstwowego materiału włókienniczego - Google Patents

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 211417 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 380928 ^{(51) Int.Cl.}

D03D 11/00 (2006.01) D06M 11/83 (2006.01) D06M 13/02 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 28.10.2006

Sposób produkcji antybakteryjnego i antyalergicznego warstwowego materiału włókienniczego (43) Zgłoszenie ogłoszono:

(73) Uprawniony z patentu:

INSTYTUT WŁÓKIENNICTWA, Łódź, PL

12.05.2008 BUP 10/08 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

31.05.2012 WUP 05/12 (72) Twórca(y) wynalazku:

STEFAN BRZEZIŃSKI, Łódź, PL MARIAN ORNAT, Łódź, PL GRAŻYNA MALINOWSKA, Łódź, PL IWONA KARBOWNIK, Łódź, PL AGNIESZKA KALETA, Łódź, PL

PL 211 417 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób produkcji antybakteryjnego i antyalergicznego materiału włókienniczego, przeznaczonego bezpośrednio lub jako podstawowy składnik szczególnie na antyalergiczne i antybakteryjne pokrowce na materace, poduszki, kołdry pod bieliznę pościelową oraz na odzież sportową, ochronną np. dla celów medycznych.

Znany jest sposób produkcji wyrobów włókienniczych o właściwościach antybakteryjnych i antyalergicznych, gdzie materiał produkuje się z włókien z wbudowanymi do ich tworzywa biocydami lub mikro- a także nanocząstkami srebra. Znany jest też sposób produkcji materiałów włókienniczych z włókien pokrytych galwanicznie lub chemicznie warstwą srebra. Stosowane w tych procesach włókna są drogie, ich właściwości przerobowe są gorsze niż w przypadku standardowych włókien niemodyfikowanych, a przede wszystkim, dla materiału włókienniczego uzyskania przez wyroby z tych włókien innych niż antybakteryjne właściwości, powszechnie wymaganych cech użytkowych, wymagają one specjalnych obróbek wykończalniczych, co dodatkowo podwyższa koszty produkcji.

Znany jest też sposób nadawania właściwości antybakteryjnych wyrobom włókienniczym przez natryskiwanie rozcieńczonymi zawiesinami nanocząstek srebra. W tym przypadku związanie nanocząstek srebra następuje w wyniku ich mechanicznego zakleszczania w mikroporach włókien lub już gotowych tekstyliów. Sposób ten nie zapewnia wymaganej odporności uzyskiwanego efektu bioaktywności w warunkach użytkowania i konserwacji, a w czasie kolejnych prań właściwości antybakteryjne materiału ulegają stopniowemu zanikowi.

Również znany jest sposób produkcji materiałów warstwowych, utworzonych z materiału włókienniczego i błony polimerowej. Materiały warstwowe stosowane na pokrowce pod pościel, używane są zarówno w warunkach domowych jak również np. w lecznictwie zamkniętym, wykonane z nich wyroby chronią zarówno przed alergenami roztoczy kurzu domowego jak i bakteriami. Stosowane do konfekcjonowania odzieży ochronnej dla celów medycznych, np. na fartuchy chirurgiczne, chronią zarówno przed przenikaniem krwi i płynów ustrojowych jak i bakterii. Jak już wspomniano, jednym z podstawowych skł adników materiał u warstwowego jest bł ona polimerowa, najczęściej poliuretanowa, która ma decydujące znaczenie dla kształtowania właściwości barierowych i higienicznych całego materiału. Właściwości barierowe błon to przede wszystkim wodo- i wiatroszczelność, nieprzepuszczalność mikrocząstek stałych, bakterii, alergenów. Właściwości higieniczne są określane głównie przez przepuszczalność pary wodnej w warunkach statycznych oraz opór pary wodnej w warunkach dynamicznych. Błony takie można modyfikować przez dodatek odpowiednich napełniaczy funkcjonalnych, przy czym ze względu na efektywność oddziaływania oraz brak niekorzystnego wpływu na strukturę i właściwości błon polimerowych, szczególnie dobre rezultaty daje zastosowanie napełniaczy nanocząstkowych lub submikrocząstkowych, głównie SiO2, na powierzchni których trwale są osadzone i związane nanoczą stki srebra Ag lub/i miedzi Cu. Błony takie wytwarzano technikami wielowarstwowego powlekania bezpośredniego (na nośnik włókienniczy) lub odwracalnego (na nośnik pośredni-papierowy), przy czym przy powszechnie stosowanym mieszaniu mechanicznym wprowadzanych nano- lub submikroproszków, niemożliwe jest zapewnienie ich równomiernego rozmieszczenia, zarówno w paście powlekającej, jak i potem w usieciowanych już błonach.

Znane sposoby produkcji materiałów warstwowych nie zapewniają uzyskania odpowiednich właściwości barierowych - bakteriostatycznych/antybakteryjnych błon, dla uzyskania których konieczne jest właściwe rozmieszczenie submikrokul SiO2/Ag lub/i SiO2/Cu w błonie; a w przypadku błon hydrofobowych także właściwe uformowanie struktury mikroporowej błony z rozmieszczonymi w niej submikrokulami SiO2 /Ag lub/i SiO2 /Cu. W przypadku znanej odzieży ochronnej czy sportowej, wytwarzanej z materiałów warstwowych niewykazujących przepuszczalności pary wodnej oraz właściwości bioaktywnych, występuje odór rozkładającego się potu, co składa się na niski komfort i dużą uciążliwość użytkowania takiej odzieży.

Sposób produkcji antybakteryjnego i antyalergicznego materiału włókienniczego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że z submikroproszków SiO2/Ag lub/i SiO2/Cu sporządza się homogeniczną, nanocząstkową zawiesinę wodną lub w rozpuszczalnikach organicznych, przy czym homogenizację zawiesiny przeprowadza się w homogenizatorze ultradźwiękowym, pracującym w obszarze częstotliwości 20-30 kHz w czasie 10-60 minut w temperaturze 18-30°C. W przypadku błon hydrofobowych tak uzyskaną dyspersję submikrocząstek SiO2/Ag lub/i SiO2/Cu wprowadza się powoli do tworzywa błony w początkowym etapie tworzenia, czyli do stanowiącej pastę powlekającą emulsji. Wprowadzanie homogenicznej zawiesiny odbywa się przy ciągłym mieszaniu z wykorzystaniem sił

PL 211 417 B1 ścinających, przy obrotach mieszadła 600-1200 obr/min w czasie 15-45 minut. Następnie pastę nanosi się na pośredni nośnik papierowy lub bezpośrednio na nośnik włókienniczy i potem prowadzi się wieloetapowe suszenie w czasie 1-5 minut w temperaturze 40-130°C, a w końcowym etapie w czasie 30-60 sekund w temperaturze 160-180°C. W przypadku błon hydrofilowych, suszenie przeprowadza się w temperaturze 70-130°C w czasie 1-5 minut.

Niekiedy homogenizację zawiesiny submikroproszków SiO2/Ag lub/i SiO2/Cu prowadzi się najpierw w homogenizatorze ultradźwiękowym, pracującym w obszarze częstotliwości 20-30 kHz w czasie 10-60 minut w temperaturze 18-30°C, a następnie w mieszalniku mechanicznym w czasie do 30 minut przy obrotach mieszadła 18000-24000 obr/min. Szczególnie korzystne jest, gdy w przypadku błon hydrofobowych zawartość wody w stanowiącej pastę powlekającą emulsji wynosi 27-34%, zaś resztę stanowią nieusieciowany polimer i rozpuszczalnik organiczny.

Wyprodukowane sposobem według wynalazku włókiennicze materiały warstwowe cechuje wysoka bioaktywność - antybakteryjność, niezmienna w warunkach długotrwałego użytkowania. Efekt bakteriostatyczności utrzymuje się nawet po wielokrotnym praniu, nie występuje też zjawisko uwalniania submikroproszku ze struktury błony barierowej ani jego migracji na powierzchnię błony. Jest to przede wszystkim rezultatem równomiernego, monocząstkowego rozproszenia cząstek submikroproszków SiO2/Ag lub/i SiO2/Cu w błonie barierowej, wykluczającego tworzenie się w niej agregatów czy aglomeratów. Jest to także wynikiem dobrego związania adsorpcyjnego nanocząstek metalu z rozwinię t ą powierzchnią matryc krzemionkowych, jak też ochrony przed oddział ywaniami zewnę trznymi, stwarzanymi przez otaczające submikrocząstki tworzywo błony. Bioaktywny napełniacz dodawany jest zarówno do błony hydrofobowej mikroporowatej, jak i hydrofilowej o strukturze zwartej, w celu nadania im dodatkowej bioaktywności - właściwości antybakteryjnych/bakteriostatycznych czy mykobójczych, bez upośledzania już posiadanych właściwości barierowych - wodo- i wiatroszczelności, nieprzepuszczalności mikropyłów, czy nieprzepuszczalność alergenów.

Przykładowo proces produkcji włókienniczego materiału warstwowego z hydrofobową błoną barierową, według wynalazku przebiega następująco: z submikroproszków SiO2/Ag lub/i SiO2/Cu przygotowuje się zawiesinę wodną lub w rozpuszczalnikach organicznych, którą poddaje się homogenizacji w homogenizatorze ultradź wię kowym, pracują cym w obszarze czę stotliwoś ci 23-27 kHz w czasie 15-40 minut w temperaturze 18-25°C. W miarę potrzeby, w zależności od charakterystyki dyspergowanych nano/submikrocząstek, stosuje się dodatkowe mieszanie mechaniczne z zastosowaniem mieszalnika turbinowego o prędkości obrotów ok. 20000 obr/min przez 10-25 minut, przy czym w czasie mieszania dodaje się niewielkie ilości koloidu ochronnego i dyspergatora. Do produkcji hydrofobowej mikroporowatej błony barierowej stosuje się metodę separacji fazowej indukowanej odparowaniem rozpuszczalnika i nierozpuszczalnika (wody). Błonę wykonuje się z pasty powlekającej, którą jest emulsja składająca się z trzech podstawowych składników: nieusieciowanego polimeru, rozpuszczalnika organicznego i nierozpuszczalnika w postaci wody. Najkorzystniejsze właściwości barierowe, higieniczne i mechaniczne błon uzyskuje się stosując przy tworzeniu emulsji dodatek ok. 30% wody. W począ tkowym etapie tworzenia pasty powlekają cej (emulsji) dodaje się wodną dyspersję submikrocząstek SiO2/Ag lub/i SiO2/Cu. Odbywa się to przy ciągłym mieszaniu z wykorzystaniem sił ścinających, za pomocą szybkoobrotowego mieszalnika mechanicznego z mieszadłem turbinowym lub śmigłowym przy obrotach 900-1200 obr/min w czasie 20-30 minut. Powstałą pastę poddaje się odpowietrzaniu samoczynnemu lub w komorze podciśnieniowej w celu usunięcia z niej pęcherzyków powietrza, które mogłyby spowodować powstanie niewłaściwej struktury błony. Następnie pastę, nożem podpartym na wałku z dokładną regulacją szczeliny i/lub nożem powietrznym, nanosi się na nośnik włókienniczy, np. tkaninę o splocie płóciennym, wykonaną z jedwabiu poliestrowego w osnowie i przędzy mieszankowej poliestrowo-bawełnianej w wątku i rozpoczyna się proces wieloetapowego suszenia, w czasie którego następuje formowanie struktury mikroporowatej błony, a następnie stabilizowanie tej struktury w procesie dalszej obróbki termicznej - sieciowania. Proces suszenia prowadzi się przez 1-5 minut rozpoczynając od temperatury 60°C, potem podnosząc stopniowo do 80°C, 110°C i kończąc w temperaturze 130°C a ostateczne sieciowanie prowadzi się przez 60 sekund w temperaturze 165°C. Tak wytworzona błona hydrofobowa charakteryzuje się wysoką wodoszczelnością, wiatroszczelnością, prawie całkowitą nieprzepuszczalnością alergenów oraz wysoką higienicznością, określaną oporem przepływu pary wodnej.

W przypadku materiałów warstwowych z błonami hydrofilowymi, w zależności od postaci nieusieciowanego polimeru (w formie roztworu w rozpuszczalnikach organicznych czy dyspersji wodnej) zawiesina submikroproszku sporządzana jest w rozpuszczalniku (gdy polimer jest w formie roztworu)

PL 211 417 B1 i dodawana po homogenizacji do rozpuszczalnikowej pasty powlekają cej lub w wodzie (gdy polimer jest w formie dyspersji wodnej) i dodawana, również po homogenizacji, do zewnętrznej fazy wodnej pasty powlekającej. Mieszanie homogenicznej zawiesiny z tworzywem błony przeprowadza się przy ciągłym mieszaniu z wykorzystaniem sił ścinających, przy obrotach mieszadła 900-1200 obr/min w czasie 20-30 minut. W przypadku pasty rozpuszczalnikowej, po odpowietrzeniu, nanosi się ją na nośnik włókienniczy, najczęściej techniką powlekania odwracalnego, czyli najpierw błona jest tworzona na nośniku pośrednim, najczęściej papierowym, a następnie taka nieusieciowana błona jest przenoszona na nośnik włókienniczy i tam sieciowana termicznie. W przypadku wodnej pasty powlekającej, po odpowietrzeniu, jest ona najczęściej techniką bezpośrednią nanoszona na nośnik włókienniczy, suszona w temperaturze 70-130°C w czasie 1-5 minut i sieciowana w temperaturze 150-160°C w czasie 60 sekund.

W przypadku zastosowania wytworzonych według wynalazku materiałów warstwowych na antyalergiczne i antybakteryjne pokrowce, zwłaszcza na materace, poduszki, kołdry pod bieliznę pościelową, należy je konfekcjonować z zastosowaniem szwów zamkniętych oraz szczelnych zamków błyskawicznych, uniemożliwiających przenikanie w tych miejscach bakterii i alergenów. Materiały te są przeznaczone do stosowania w warunkach domowych, jak również w lecznictwie zamkniętym, a wykonane z nich wyroby chronią zarówno przed alergenami roztoczy kurzu domowego, jak i bakteriami, natomiast wytwarzane według wynalazku materiały warstwowe stosowane do konfekcjonowania odzieży ochronnej dla celów medycznych, np. na fartuchy chirurgiczne, chronią zarówno przed przenikaniem krwi i płynów ustrojowych jak i bakterii. Widomym przejawem nadawanych właściwości antybakteryjnych/bakteriostatycznych jest eliminacja przykrego odoru rozkładającego się zastarzałego potu z odzieży ochronnej czy sportowej, konfekcjonowanej z tak wytwarzanych materiałów powłokowych.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób produkcji antybakteryjnego i antyalergicznego materiału włókienniczego, z hydrofilową lub hydrofobową błoną barierową, adhezyjnie połączoną z nośnikiem włókienniczym, w której umieszczone są napełniacze submikro/nanocząsteczkowe w postaci submikrokul ceramicznych SiO2, na których powierzchni są trwale osadzone i zwijane absorpcyjnie nanocząstki srebra Ag lub/i miedzi Cu, znamienny tym, że z submikroproszków SiO2/Ag lub/i SiO2/Cu sporządza się homogeniczną, nanocząstkową zawiesinę wodną lub w rozpuszczalnikach organicznych, przy czym homogenizację zawiesiny przeprowadza się w homogenizatorze ultradźwiękowym, pracującym w obszarze częstotliwości 20-30 kHz w czasie 10-60 minut w temperaturze 18-30°C, a następnie tak uzyskaną dyspersję submikrocząstek SiO2/Ag lub/i SiO2/Cu, w przypadku błon hydrofobowych, wprowadza się powoli do tworzywa błony w początkowym etapie jej tworzenia, czyli do stanowiącej pastę powlekającą emulsji, przy czym wprowadzanie homogenicznej zawiesiny odbywa się przy ciągłym mieszaniu z wykorzystaniem sił ścinających, przy obrotach mieszadła 600-1200 obr/min w czasie 15-45 minut, a następnie, po naniesieniu pasty na pośredni nośnik papierowy lub bezpośrednio na nośnik włókienniczy, prowadzi się wieloetapowe suszenie w czasie 1-5 minut w temperaturze 40-130°C, a w końcowym etapie w czasie 30-60 sekund w temperaturze 160-180°C lub w przypadku bł on hydrofilowych, suszenie przeprowadza się w temperaturze 70-130°C w czasie 1-5 minut.
2. 2. Sposób produkcji antybakteryjnego i antyalergicznego materiału włókienniczego, według zastrz. 1, znamienny tym, że homogenizację zawiesiny submikroproszków SiO2/Ag lub/i SiO2/Cu prowadzi się najpierw w homogenizatorze ultradźwiękowym, pracującym w obszarze częstotliwości 20-30 kHz w czasie 10-60 minut w temperaturze 18-30°C, a następnie mieszalniku mechanicznym w czasie do 30 minut przy obrotach mieszadła 18000-24000 obr/min.
3. 3. Sposób produkcji antybakteryjnego i antyalergicznego materiału włókienniczego, według zastrz. 1, znamienny tym, że w przypadku błon hydrofobowych zawartość wody w stanowiącej pastę powlekającą emulsji wynosi 27-34%, zaś resztę stanowią nieusieciowany polimer i rozpuszczalnik organiczny.