PL233220B1

PL233220B1 - Sposób usuwania żywic akrylowych z powierzchni powlekanych wyrobów włókienniczych metodą biotechnologiczną

Info

Publication number: PL233220B1
Application number: PL422380A
Authority: PL
Inventors: Marcin H. Struszczyk; Magdalena Olejnik; Michał Miklas; Olga Marchut-Mikołajczyk; Olga Marchutmikołajczyk; Tadeusz Antczak; Mirosława Szczęsna-Antczak; Katarzyna Struszczyk-Świta; Piotr Drożdżyński
Original assignee: Instytut Tech Bezpieczenstwa Moratex; Instytut Technologii Bezpieczenstwa Moratex; Politechnika Lodzka; Politechnika Lódzka
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2019-09-30
Also published as: PL422380A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób usuwania żywic akrylowych z powierzchni powlekanych wyrobów włókienniczych metodą biotechnologiczną z udziałem szczepu bakterii Gordonia alkanivorans S7.

Tkaniny i dzianiny wykonane z przędzy poliestrowej są szeroko stosowane do produkcji odzieży, jak również technicznych wyrobów włókienniczych. Znajdują zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym jako pasy bezpieczeństwa, wzmocnienie opon, obicia tapicerki, jak również używane są do produkcji plandek czy folii izolacyjnych. W celu podniesienia trwałości wyrobów poliestrowych stosuje się różne związki syntetyczne, zwłaszcza żywice poliakrylowe. Powlekanie poliestrowych wyrobów włókienniczych wpływa na zwiększenie trwałości koloru czy też odporności na czynniki środowiskowe. Szerokie zastosowanie wyżej wymienionych wyrobów generuje znaczne ilości odpadów poprodukcyjnych oraz po utracie właściwości użytkowych, wyrobów przeznaczonych do utylizacji. Powlekanie związkami syntetycznymi czyni odpad opornym na degradację oraz uniemożliwia zawrócenie skrawków materiału do ponownej obróbki. Usunięcie żywicy poliakrylowej z powierzchni włókien mogłoby stworzyć możliwość ponownego wykorzystania materiału, a w konsekwencji zmniejszyć ilości odpadów, co z ekologicznego punktu widzenia jest niezmiernie istotne.

W artykule zamieszczonym w czasopiśmie Journal of the Chilean Chemical Society z roku 2007, w tomie 52, numerze 4, na stronach 1314-1317 oraz w wynalazku opisanym w US Patent 3,843,321 z 1974 roku opisano degradację żywić akrylowych przy użyciu metod chemicznych. W czasopiśmie Polymer Degradation and Stability z roku 2006, w tomie 91, numerze 2, na stronach 255-261 opisano degradację termiczną i odporność ogniową nienasyconego poliestru, zmodyfikowanych żywic akrylowych i ich kompozytów z włóknami naturalnymi.

Obie z przytoczonych metod są uciążliwe dla środowiska naturalnego i mogą powodować generowanie toksycznych związków.

Alternatywą dla metod chemicznych i termicznych są metody biotechnologiczne w tym biodegradacja zachodząca pod wpływem enzymów wytwarzanych przez mikroorganizmy. Biodegradacja w szerokim znaczeniu to procesy rozkładu związków organicznych do prostych związków nieorganicznych, docelowo do dwutlenku węgla i wody, prowadzonych przez mikroorganizmy. Procesy te są prowadzone najczęściej przez dwie grupy mikroorganizmów bakterie i grzyby. Szeroki aparat enzymatyczny mikroorganizmów pozwala na degradację wielu grup związków.

W przypadku żywic akrylowych zjawisko biodegradacji rozpatrywane jest w literaturze z punktu widzenia biodeterioracji, a więc negatywnego aspektu oddziaływania mikroorganizmów na te związki m.in. w stomatologii co opisano w czasopiśmie Trends in Biotechnology z roku 2006, w tomie 24, zeszycie 8, na stronach 350-354 i w czasopiśmie Dental Materials z 2010 roku, w tomie 26, rozdziale 5, na stronach 171-180.

Nie znaleziono literatury dotyczącej wykorzystania procesów biodegradacji do usuwania warstw żywic poliakrylowych z powierzchni włókien poliestrowych.

W opisie patentowym PL206565 ujawniono sposób otrzymywania biopreparatu do degradacji węglowodorów cięższych frakcji ropy naftowej zawierających alkany C14-C23 i węglowodory aromatyczne. Biopreparat zawierający szczepy trzech bakterii Gordonia alkanivorans S7, Pseudomonas fluorescens SI-3 i Bacillus subtilis P-31.2, wyizolowano ze środowiska skażonego węglowodorami ropy naftowej i namnażano w formie mieszaniny w hodowli wstrząsanej w warunkach tlenowych, przy pH 6,5 w temperaturze 30°C w czasie 72 godzin w sterylnej pożywce zawierającej przyswajalne źródło węgla, azotu i fosforu, substancje wzrostowe oraz dodatek cięższych frakcji ropy naftowej w ilości do 0,2% obj. Szczepy bakterii używa się ilości 2-5 ml zawiesiny zawierającej 10⁹ komórek/ml na 1 l pożywki. Jako przyswajalne źródło węgla stosuje się glukozę lub sacharozę, jako źródło azotu - azotan lub siarczan amonu, jako źródło fosforu - wodorofosforan sodu. Korzystnie pożywka zawiera dodatek ekstraktu drożdżowego i ewentualnie makro- i mikroelementów w postaci jonów potasu, magnezu, manganu, żelaza i wapnia. Biodegradację węglowodorów P-30 ropy naftowej prowadzono w formie hodowli na wytrząsarce przy użyciu jako inokulum zawiesiny kultur wymienionych szczepów. Stopień zużycia węglowodorów ogółem, oznaczony metodą wagową, wynosił do 71% a degradacj i węglowodorów aromatycznych do 51%.

W opisie patentowym PL206566 ujawniono sposób otrzymywania biopreparatu do degradacji węglowodorów oleju napędowego, zawierającego szczepy trzech bakterii Gordonia alkanivorans S7, Micrococcus luteus A.32.1 i Pseudomonas circulans Bp, które namnażano w formie mie

PL 233 220 B1 szaniny w hodowli wstrząsanej, w warunkach tlenowych, przy pH 6,5 w temp. 28°C w czasie 72 godzin.

Przy użyciu jako inokulum zawiesiny kultur wymienionych szczepów, stopień zużycia węglowodorów oleju ogółem, oznaczony metodą wagową, wynosił do 92% a degradacji węglowodorów aromatycznych do 68%.

Idea biotechnologicznego sposobu usuwania żywicy akrylowej z odpadów włókienniczych polega na aktywacji wyselekcjonowanego szczepu bakterii o właściwości usuwania żywicy akrylowej z powierzchni powlekanych włókien poliestrowych, zaszczepieniu hodowli wstrząsanej na wysterylizowanym podłożu płynnym zawierającym źródło węgla, azotu, fosforu oraz odpady włókiennicze pokryte żywicą akrylową i prowadzeniu hodowli w warunkach tlenowych, w temperaturze 29-30°C w czasie 7 dni. Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że w procesie usuwania żywicy akrylowej z powierzchni poliestrowych odpadów włókienniczych stosuje się szczep bakterii Gordonia alkanivorans S7 wyizolowany z gruntu skażonego ropopochodnymi, aktywowany na skosach agarowych o składzie określonym odpowiednio w procentach wagowych: 2,5% agaru, 0,2% glukozy, 0,2% ekstraktu drożdżowego, 0,15% fosforanu dwupotasowego (Na2HPO4), 0,25% chlorku amonowego (NH4CI) i 0,001% żywicy akrylowej, sterylizowanych 15 minut w temperaturze 121°C, hodowany na tym podłożu w temperaturze 30°C przez 48 godzin, z którego przygotowywano inokulum poprzez zmycie biomasy ze skosu 0,01% roztworem Tween 80, które zastosowano do zaszczepienia podłoża hodowlanego wysterylizowanego w temperaturze 121°C, w czasie 20 minut zawierającego w procentach wagowych: 0,02% siarczanu magnezowego (MgSO4), 0,002% chlorku wapniowego (CaCb), 0,1% fosforanu monopotasowego (KH2PO4), 0,1% fosforanu dwupotasowego (K2HPO4), 0,1% azotanu amonowego (NH4NO3), 0,005% chlorku żelazowego (FeCb) i wodę do 100%, o wyjściowym pH 6,5, w którym źródłem węgla są żywice akrylowe wprowadzone z odpadami włókienniczymi. Hodowlę produkcyjną enzymów przy równoczesnym usunięciu naniesienia poliakrylowego z odpadów włókienniczych prowadzono w procesie wstrząsanym w temperaturze 30°C przez 7 dni, przy stopniu wypełnienia kolb 10% obj. szybkości obrotowej wytrząsarki 180 min^-1 i amplitudzie 5 cm. Ciecz pohodowlaną oddzielono od oczyszczonych odpadów włókienniczych przez odsączenie na spieku krzemionkowym G2 i zagęszczono w wyparce próżniowej. Oczyszczone tkaniny przemyto dwukrotnie 2 M roztworem wodorotlenku sodu i wysuszono w temperaturze 25°C.

W wyniku procesu oczyszczania biotechnologicznego uzyskano wydajności na poziomie nie mniejszym niż 12% wag. co zostało przedstawione w porównaniu do metody standardowej na wykresie Fig. 1, gdzie A - odpowiada próbce tkaniny powlekanej niepoddanej procesowi degradacji, B - próbce tkaniny powlekanej poddanej działaniu nadtlenku wodoru, zaś C - próbce tkaniny powlekanej po procesie biodegradacji metodą według wynalazku, natomiast Fig. 2 przedstawia widmo FTIR próbek tkanin powlekanych żywicą akrylową przed i po procesie degradacji.

Przedmiot wynalazku ilustrują poniższe przykłady.

P r z y k ł a d 1

Szczep bakterii Gordonia alkanivorans S7 wyizolowany z gruntu skażonego ropopochodnymi, aktywowano na skosach agarowych o składzie określonym w procentach wagowych: 2,5% agaru, 0,2% glukozy, 0,2% ekstraktu drożdżowego, 0,15% Na2HPO4, 0,25% NH4CI, 0,001% żywicy akrylowej w postaci pudru, sterylizowanych 15 minut w temperaturze 121°C. Aktywację prowadzono w temperaturze 30°C przez 48 godzin po czym biomasę zmyto ze skosu 0,01% roztworem Tween 80 o objętości 10 cm³. Stosując zawiesinę komórek bakteryjnych w ilości 5% v/v szczepiono umieszczone w kolbach 500 cm³, wysterylizowane w temperaturze 121°C w czasie 20 minut podłoże hodowlane o objętości 50 cm³ zawierające w procentach wagowych: 0,02% MgSO4, 0,002% CaCb, 0,1% KH2PO4, 0,1% K2HPO4, 0,1% NH4NO3, 0,005% FeCb i wodę do 100%, o wyjściowym pH 6,5, w którym źródłem węgla są żywice akrylowe wprowadzone z odpadami włókienniczymi w ilości 1% w postaci 5 fragmentów tkaniny o wymiarach 2x2 cm. Hodowlę produkcyjną enzymów przy równoczesnym usunięciu powłoki poliakrylowej z tkanin prowadzono w procesie wstrząsanym w temperaturze 30°C przez 7 dni, przy 10% stopniu wypełnienia kolb, szybkości obrotowej wytrząsarki 180 min^-1 i amplitudzie 5 cm. Ciecz pohodowlaną oddzielono od oczyszczonych tkanin przez odsączenie na spieku krzemionkowym G2 i zagęszczono w wyparce próżniowej. Oczyszczone tkaniny przemyto dwukrotnie 2 M roztworem wodorotlenku sodu w ilości 30 cm³, a następnie wodą destylowaną w ilości 30 cm³ i suszono w temperaturze 25°C. Otrzymano 10 cm³ zagęszczonego preparatu enzymatycznego zawierającego mieszaninę enzymów hydrolitycznych i oksydoredukcyjnych przydatnych w procesie usuwania żywicy akrylowej z powierzchni odpadów włókienniczych.

PL 233 220 B1

P r z y k ł a d 2

Do usuwania żywic akrylowych z powierzchni wyrobów włókienniczych zastosowano preparat enzymów bakterii Gordonia alkanivorans S7 otrzymany jak w przykładzie 1.

Proces prowadzono w kolbach o objętości 500 cm³, do których wprowadzono 5 g odpadów włókienniczych pokrytych żywicami akrylowymi, w postaci fragmentów tkaniny o wymiarach 2x2 cm, 100 ml wody destylowanej i 5 cm³ preparatu enzymów Gordonia alkanivorans S7. Proces prowadzono w temperaturze 30°C, szybkości obrotowej wytrząsarki 120 min^-1 i amplitudzie 5 cm, przez 7 dni. Odpady włókiennicze oddzielono na spieku krzemionkowym G2 i przemyto dwukrotnie 2 M roztworem wodorotlenku sodu w ilości 30 cm³, a następnie wodą destylowaną w ilości 30 cm³ i wysuszono w temperaturze 25°C.

Uzyskano 60% ubytek preparacji z powierzchni fragmentów materiału.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób usuwania żywicy akrylowej z powierzchni powlekanych wyrobów włókienniczych metodą biotechnologiczną, polegający na aktywacji wyselekcjonowanego szczepu bakterii i następnym zaszczepieniu hodowli wstrząsanej na wysterylizowanym podłożu płynnym zawierającym pożywkę w postaci wodnego roztworu związków stanowiących źródło azotu, fosforu i węgla oraz korzystnie dodatek ekstraktu drożdżowego jak również makro- i/lub mikroelementów, znamienny tym, że usuwanie żywicy prowadzi się w formie hodowli w procesie wstrząsanym w temperaturze 28-32°C przez 7 dni, przy 10% stopniu wypełnienia kolb, szybkości obrotowej wytrząsarki 120-180 obr./min i amplitudzie 5 cm, na podłożu produkcyjnym o wyjściowym pH 6,5, zawierającym 0,02% wag. siarczanu magnezowego (MgSO4), 0,002% wag. chlorku wapniowego (CaCb), 0,1% wag. fosforanu monopotasowego (KH2PO4), 0,1% wag. fosforanu dwupotasowego (K2HPO4), 0,1% wag. azotanu amonowego (NH4NO3), 0,005% wag. chlorku żelaza (FeCb) i wody, w którym źródłem węgla jest żywica akrylowa wprowadzona z odpadami włókienniczymi w ilości 0,5-2,0%, z udziałem 10% v/v inokulum w postaci szczepu bakterii Gordonia alkanivorans S7 uaktywnionego na wysterylizowanym w temperaturze 118-122°C w czasie 15 minut podłożu stałym zawierającym 2,5% agaru, 0,2% glukozy, 0,2% ekstraktu drożdżowego, 0,15% fosforanu dwupotasowego (Na2HPO4), 0,25% chlorku amonowego (NH4CI), 0,01-0,001% żywicy akrylowej w postaci pudru, w temperaturze 28-32°C w czasie 2-4 dni, zaś po zakończeniu procesu ciecz pohodowlaną odsącza się a oczyszczoną tkaninę przemywa dwukrotnie 2 M roztworem wodorotlenku sodu, następnie wodą i suszy.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że usuwanie żywic akrylowych z powierzchni wyrobów włókienniczych prowadzi się z użyciem preparatu enzymów bakterii Gordonia alkanivorans S7 w mieszaninie wody destylowanej i enzymu wprowadzonego w ilości 0,1-5%, przy pH 5-8, w temp. 28-32°C przy szybkości mieszania 60-120 obr./min.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ciecz pohodowlaną oddziela się przez odsączenie na spieku krzemionkowym G2 i zagęszcza w wyparce próżniowej.