PL221352B1 - Sposób wytwarzania bioaktywnych włókien technicznych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest nowy sposób wytwarzania bioaktywnych włókien technicznych, mających szerokie zastosowanie w życiu codziennym, jak też w medycynie jako surowiec do wytwarzania bioaktywnych materiałów tekstylnych.

W związku z coraz intensywniejszym rozwojem cywilizacyjnym i wynikającym z niego odizolowaniem człowieka od potencjalnie szkodliwych lub niebezpiecznych dla zdrowia mikroorganizmów, problem utrzymania sterylności lub przynajmniej stabilności mikrobiologicznej wciąż jest krytycznym czynnikiem w wielu strefach życia ludzkiego.

Przed powstaniem dziedziny nauki, jaką jest mikrobiologia światu nie były znane bakterie lub wirusy powodujące straty w uprawach, hodowli lub powodujące powikłania podczas leczenia różnych schorzeń. Skutkiem takiego stanu były udokumentowane historycznie epidemie i klęski nieurodzaju, podczas których „wyzdrowienie” oznaczało raczej podporządkowanie się naturalnemu procesowi selekcji i doboru naturalnego silniejszych jednostek. Przełom w zwalczaniu tych negatywnych aspektów życia ludzkiego przyniosły odkrycia nowoczesnych leków, na przykład antybiotyków oraz różnego rodzaju szczepionek zarówno dla organizmów ludzkich, jak też dla zwierząt i roślin. Nadal jednak, mimo szerokiej dostępności różnego rodzaju chemicznych substancji zwalczających chorobotwórcze mikroorganizmy, powszechnie dochodzi do strat zarówno ludzkich, jak też materialnych na skutek nie dotrzymywania reżimów sanitarnych.

Takimi potencjalnie narażonymi na powstanie zagrożenia biologicznego miejscami są placówki medyczne oraz poza szpitalne miejsca opieki pooperacyjnej. W tych miejscach najczęściej dochodzi do zakażeń związanych z niedotrzymaniem reżimu higieniczno sanitarnego w obrębie po zabiegowej rany.

Powszechnie znane są środki przeznaczone do zwalczania ognisk zapalnych, jak też samych drobnoustrojów chorobotwórczych. Mogą nimi być przeznaczone do mycia i czyszczenia środowiska przebywania pacjenta preparaty odkażające i sterylizujące powierzchnie kontaktowe. Ich działanie ogranicza się jednak do usunięcia zarodników i szczepów bakterii do czasu ich ponownego wprowadzenia na wymytą powierzchnię, na przykład poprzez dotyk nie dokładnie wysterylizowanym narzędziem chirurgicznym. Wówczas wysoce prawdopodobne jest, iż kontakt z zanieczyszczoną powierzchnią podczas operacji skutkował będzie zakażeniem (tzw. wewnątrzszpitalnym).

W wypadku pooperacyjnej opieki poza szpitalnej problem jałowości lub bakteriostatyczności jest znacznie poważniejszy. W środowisku domowym obecne są bowiem liczne sprzęty, których odkażenie jest niemożliwe. Dlatego istnieje potrzeba skutecznego zabezpieczenia rany lub środowiska, w którym przebywa chory przed wzmożonym rozwojem już obecnych w tym środowisku mikrobów.

Równie poważne zagrożenie dla zdrowia ludzi stwarzają wszelkie instalacje klimatyzacyjne i wentylacyjne, wyposażone w różnego rodzaju filtry, których częścią składową są materiały tekstylne. Na materiałach filtrujących rozwijają się drobnoustroje, które rozprowadzane poprzez instalacje stanowią zagrożenie dla zdrowia ludzi i zwierząt.

Rozwiązaniem tych problemów są znane na przykład z radzieckiego opisu patentowego 469720 materiały tekstylne, powstrzymujące rozwój bakterii. Podczas produkcji tekstylia są wzbogacane o cząstki grup sulfonowych, a następnie napawane roztworem gentomycyny. Proces produkcji oraz czynności pomocnicze zapewniają jednak niewielką zawartość biocydów w strukturze tkaniny.

W podobny sposób wprowadzane są substancje bioaktywne do materiału tekstylnego, którego opis zawarty jest w polskim opisie patentowym 179483. Materiał tekstylny jest szczepiony kwasowymi grupami karboksylowymi, po czym podobnie jak w patencie radzieckim wprowadzane są w jego strukturę mieszaniny antybiotyków o zasadowych właściwościach.

Innym przykładem wytwarzania włókien o właściwościach antybakteryjnych jest polski opis patentowy 174680. Włókna syntetyczne tworzące tkaninę medyczną są wstępnie spęczniane, a następnie poddawane kąpieli w wodnym roztworze biocydu, przez co uzyskują swoje specyficzne właściwości.

Z kolei Patent US 419656 ujawnia sposób utrwalania substancji aktywnej na nylonowej tkaninie za pomocą strumienia gorącej pary oraz kąpieli w wodnym roztworze oleju i substancji bioaktywnej.

Obecnie stosuje się także mniej skomplikowane techniki wytwarzania włókien bioaktywnych, polegające na zmieszaniu cząsteczek substancji czynnej z substancją włóknotwórczą, na przykład poliestrem, przez co podczas normalnego procesu produkcyjnego włókna uzyskują właściwości bakteriostatyczne. Należy jednak zauważyć, iż na skutek zatopienia w poliestrze znaczna część cząstek antyPL 221 352 B1 biotyku nie może mieć kontaktu ze strefą obecności mikrobów, w wyniku czego znaczna część substancji aktywnej jest bezpowrotnie tracona już na etapie dodawania do poliestru.

Innym przykładem tkaniny o właściwościach antyseptycznych są obecne na rynku tkaniny typu TREVIRA, charakteryzujące się bardzo dobrymi właściwościami przeciwbakteryjnymi. Jedna z takich tkanin opisana została w patencie MX3009085. Podczas produkcji materiał tekstylny nasycany jest związkami fosforu, przez co zyskuje właściwości antybakteryjne i antygrzybiczne, przy jednoczesnym zachowaniu przewiewności wykonanego z niej opatrunku lub odzieży. Jednak w sytuacjach, w których dostęp powietrza jest niepożądany konieczne jest stosowanie innych substancji izolujących chroniony obiekt lub miejsce od źródła potencjalnego zakażenia.

Powszechnie stosuje się w tym celu tworzywa sztuczne, jak na przykład tzw. folię spożywczą. Dodatkowo jak donoszą fachowe czasopisma naukowe, na przykład Journal of Agricultural and Chemistry, dostępne są na rynku folie o właściwościach podobnych do standardowych tkanin medycznych. Właściwości takie posiada przykładowo folia wyprodukowana przez Departament Rolnictwa USA i Uniwersytet w Ueidzie (Hiszpania) na bazie naturalnego przecieru jabłkowego oraz oleju cynamonowego. Ta ostatnia substancja odpowiedzialna jest za właściwości antybakteryjne, a zastosowanie naturalnych owoców zapobiega zatruciom w wypadku spożycia produktu żywnościowego razem z jabłkową folią.

W wypadku opatrunków stosowane są natomiast folie, jak przedstawiona w opisie patentowym

WO01/51548 (polskie zgłoszenie p-355941). W zależności od rodzaju wykonania, folia według opisu posiada lub nie pory przepuszczające parę wodną, a wielkość tych porów stanowi barierę dla bakterii obecnych w środowisku szpitalnym. Zastosowanie folii wynika z faktu, iż jest ona odporna na działanie większości bakterii, ale sama w sobie nie ma właściwości bakteriobójczych lub bakteriostatycznych. Pseudo bakteriostatyczność wynika z wielkości wykonanej w niej otworów (porów), bez których nie byłaby ona paroprzepuszczalna.

Stosowanie materiałów zapobiegających przenikaniu mikrobów do osłoniętego nimi obszaru, a w szczególności pokrytych substancjami bakteriobójczymi lub bakteriostatycznymi folii lub tkanin, przynosi oczywiste efekty w postaci spadku liczby zakażeń i liczby potencjalnych ognisk zakażenia, jednak wytwarzane dotychczas materiały powodują konieczność przestrzegania pewnych reżimów, zarówno podczas produkcji, jak też przy użytkowaniu.

Na etapie produkcji, wymagania te dotyczą sposobu nanoszenia bioaktywnych komponentów na tkaninę lub folię, a także końcowej obróbki wymagającej zastosowania dodatkowych substancji lub urządzeń odkażających dla usunięcia pomocniczych środków produkcji. Z kolei podczas użytkowania takiego wyrobu należy mieć świadomość faktu, iż nie cała substancja bioaktywna jest w kontakcie ze strefą potencjalnego zakażenia, a co wynika z tego faktu, strefa ta nie jest chroniona tak jak powinna być.

Rozwiązaniem tych problemów są włókna techniczne pokryte substancją bioaktywną wykonane sposobem według wynalazku, który nie tylko zapewnia poprawienie bakteriostatycznych i/lub bakteriobójczych właściwości wyrobu finalnego np. tkaniny, ale także pozwala obniżyć koszty wytworzenia, poprawiając znacznie rentowność wytworzonego tym sposobem materiału technicznego.

Sposób według wynalazku polega na naniesieniu i utrwaleniu substancji aktywnej, korzystnie o właściwościach antyseptycznych lub antybakteryjnych na powierzchni materiału o właściwościach folii, a następnie na wytworzeniu z niej włókien.

Dla równomiernego i trwałego powiązania substancji aktywnej z materiałem, przemieszcza się go za pomocą przenośnika szczeblakowego nad i/lub pod polem, w którym powierzchnia materiału jest ładowana elektrostatycznie. Ładowanie to odbywa się dowolną znaną techniką, korzystnie ulotem lub przez pocieranie rodzajem szczotek, umieszczających ładunki elektrostatyczne na powierzchni materiału. Ładowanie elektrostatyczne odbywa się w wypadku, gdy substancja bioaktywna wykazuje podatność na działanie pola elektrostatycznego. Korzystnie, kiedy elektroda ładująca powierzchnie materiału to elektroda strunowa.

Następnie obrabiany materiał przeprowadzany jest przez obszar, w którym następuje pokrywanie go, korzystnie przez napylanie, co najmniej jednostronne, korzystnie obustronnie, aktywną biologicznie substancją. Korzystnie, gdy właściwości nanoszonej substancji pozwalają zwalczać lub powstrzymywać rozwój bakterii oraz wirusów. Korzystnie, gdy substancja ta ma postać nano lub mikro proszku, o wielkości cząsteczek z przedziału od 10^-6 do 10^-9 m.

Bezpośrednio po napyleniu powierzchni materiału aktywną substancją, materiał przechodzi przez obszar podwyższonej temperatury. Korzystnie, gdy właściwą temperaturę uzyskuje się za po4

PL 221 352 B1 mocą promiennika podczerwieni. Korzystnie, kiedy wysokość temperatury odpowiada temperaturze mięknienia materiału, korzystnie, gdy nie jest ona wyższa niż temperatura destrukcji obrabianego materiału. Na skutek działania ciepła, oraz korzystnie na skutek zastosowania dodatkowych kalandrów, korzystnie wałowych aktywna substancja dociskana jest do powierzchni materiału, korzystnie folii. Korzystnie, kiedy dociskowi towarzyszy jednoczesne chłodzenie powierzchni lub gdy chłodzenie następuje bezpośrednio po opuszczeniu przez materiał, korzystnie folię obszaru kalandrów wałowych.

Po przejściu przez strefę kalandrująco - dociskającą materiał, korzystnie folia, kierowany jest na znane urządzenia do fibrylizacji lub kapilaryzacji, albo fibrylizacji i kapilaryzacji jednocześnie. Korzystnie, kiedy konstrukcja strefy kalandrującej zapewnia spełnienie także tych funkcji. Korzystnie, gdy podczas przechodzenia przez strefę fibrylizacji materiał, korzystnie folia z naniesioną na co najmniej jedną powierzchnię substancją aktywną, obrabiana jest za pomocą co najmniej jednego fibrylizatora igłowego. Po opuszczeniu strefy fibrylizacji materiał, korzystnie folia, rozszarpywana jest na wąskie włókna przy użyciu szarpacza. Powstały w ten sposób produkt końcowy stanowią techniczne włókna bioaktywne. Włókna te mogą stanowić surowiec dla kolejnego etapu produkcyjnego - tworzenia włókniny. Odbywa się to dowolną znaną techniką, a właściwości bakteriostatyczne surowca, jakim są włókna, wykluczają dodatkowe operacje odkażające lub nadające właściwości bakteriobójcze i bakteriostatyczne.

Z wyrobu finalnego można wytwarzać różne produkty, poczynając od technicznych, jak na przykład pokrowce przeznaczone do zabezpieczania obszarów operacyjnych do odzieży personelu medycznego, czy materiały filtracyjne filtrów powietrza dla sal operacyjnych. Wszystkie one w miarę upływu czasu zachowują swoje właściwości, a trwałe związanie cząstek substancji aktywnej jedynie z powierzchnią włókien, zapewnia kontakt 100% tej substancji z potencjalnym źródłem zakażenia.

Przedmiot według wynalazku został schematycznie przedstawiony na rysunku, na którym Fig. 1 pokazuje przebieg całego procesu wytwarzania włókien bioaktywnych.

Zasadniczym składnikiem gotowego wyrobu jest pokryty aktywną biologicznie substancją materiał i wykonane z niego włókna. Dla równomiernego i wstępnego powiązania substancji aktywnej z obrabianym materiałem, dociśnięty przez wałki podzwojowe 1 materiał 2, znajdujący się w strefie I przemieszcza się za pomocą przenośnika szczeblakowego 3 nad i/lub pod polem, w którym powierzchnie materiału są ładowane elektrostatycznie przez elektrodę strunową 4 do strefy II. Ładowanie to odbywa się ulotem lub w innym przykładzie wykonania przez pocieranie rodzajem szczotek, umieszczających ładunki elektrostatyczne na powierzchni materiału. Następnie materiał 2 przeprowadzany jest przez obszar, w którym jest na niego nanoszona poprzez napylanie aktywna biologicznie substancja za pomocą proszkownicy z dozownikiem 5. Właściwości nanoszonej substancji pozwalają zwalczać i/lub powstrzymywać rozwój bakterii oraz wirusów. Substancja ta ma postać nano lub mikro proszku, o wielkości cząsteczek z przedziału od 10^-6 do 10^-9 m.

Bezpośrednio po napyleniu powierzchni materiału 2 aktywną substancją, materiał 2 przechodzi do strefy III, w której znajduje się obszar podwyższonej temperatury. Właściwą temperaturę uzyskuje się za pomocą promiennika podczerwieni 6. Wysokość temperatury odpowiada początkowej temperaturze mięknienia materiału 2 i nie jest ona wyższa niż temperatura destrukcji materiału 2. Na skutek działania ciepła, oraz na skutek zastosowania dodatkowych kalandrów 7, będących kalandrami wałowymi aktywna substancja dociskana jest do powierzchni materiału 2. Temu dociskowi towarzyszy jednoczesne chłodzenie powierzchni, które następuje bezpośrednio po opuszczeniu przez materiał 2 obszaru kalandrów wałowych 7.

Po przejściu przez strefę kalandrująco - dociskającą IV materiał 2 kierowany jest na znane urządzenia do fibrylizacji 8 do strefy V. Urządzeniem do fibrylizacji 8 jest fibrylizator igłowy. Po opuszczeniu strefy V materiał 2 rozszarpywany jest na wąskie włókna przy użyciu szarpacza 9 w strefie VI. Powstałe włókna 10 wpadają do pojemnika 11 i stanowią produkt końcowy w postaci technicznych włókien bioaktywnych. Włókna te mogą stanowić surowiec innych procesów włókienniczych, na przykład tworzenia włókniny. Odbywać się to może dowolną znaną techniką, a właściwości bakteriostatyczne surowca, jakim są włókna, wykluczają dodatkowe operacje odkażające lub nadające właściwości bakteriobójcze i bakteriostatyczne.

Claims (16)

1. Sposób wytwarzania bioaktywnych włókien technicznych, znamienny tym, że w strefie I dociska się materiał 2 przemieszczając go do strefy II, gdzie jego powierzchnię ładuje się elektrostatycznie za pomocą elektrody (4), po czym na powierzchnię materiału 2 o właściwościach folii nanosi się i utrwala w strefie podwyższonej temperatury III substancję bioaktywną, następnie materiał 2 poddaje się kalandrowaniu w strefie IV i fibrylizacji w strefie V po czym rozszarpuje się go do postaci włókien 10.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że taśmę lub arkusz materiału 2 przemieszcza się za pomocą przenośnika szczeblakowego 3 nad i/lub pod polem II, w którym powierzchnia/e materiału 2 są ładowane elektrostatycznie

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że elektroda 4 ładująca elektrostatycznie powierzchnie materiału 2 to elektroda strunowa.

4. Sposób według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że materiał 2 w obszarze/strefie II, pokrywany jest substancją aktywną biologicznie co najmniej jednostronnie.

5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że właściwości nanoszonej substancji pozwalają zwalczać lub powstrzymywać rozwój bakterii oraz wirusów.

6. Sposób według zastrz. 4 albo 5, znamienny tym, że substancja ta ma postać nano lub mikro proszku, o wielkości cząsteczek z przedziału od 10^-6 do 10^-9 m.

7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że bezpośrednio po pokryciu powierzchni materiału 2 aktywną substancją, materiał 2 przechodzi przez obszar III podwyższonej temperatury.

8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że właściwą temperaturę uzyskuje się za pomocą promiennika podczerwieni.

9. Sposób według zastrz. 7 albo 8, znamienny tym, że wysokość temperatury odpowiada początkowej temperaturze mięknienia materiału 2.

10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że substancja bioaktywna dociskana jest do powierzchni materiału 2 za pomocą kalandrów 7 lub gdy chłodzenie następuje bezpośrednio po opuszczeniu przez materiał 2 obszaru kalandrów wałowych 7.

11. Sposób według zastrz. 9 albo 10, znamienny tym, że dociskowi kalandrów 7 towarzyszy jednoczesne chłodzenie powierzchni materiału 2.

12. Sposób według zastrz. 9 albo 10, znamienny tym, że chłodzenie następuje bezpośrednio po opuszczeniu przez materiał 2 obszaru kalandrów wałowych 7.

13. Sposób według zastrz. 11 albo 12, znamienny tym, że po przejściu przez strefę kalandrująco - dociskającą IV materiał 2 kierowany jest na znane urządzenia do fibrylizacji i/lub kapilaryzacji 8.

14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że podczas przechodzenia przez strefę fibrylizacji V materiał 2 z naniesioną na co najmniej jedną powierzchnię substancją aktywną obrabiana jest za pomocą co najmniej jednego fibrylizatora igłowego 8.

15. Sposób według zastrz. 13 albo 14, znamienny tym, że po opuszczeniu strefy fibrylizacji V materiał 2 rozszarpywany jest na wąskie włókna 10 przy użyciu szarpacza 9.

16. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4 albo 5 albo 8 albo 10 albo 11 albo 12 albo 13 albo 14 albo 15, znamienny tym, że materiałem 2 jest folia.