PL234897B1 - Tworzywo sztuczne i pojemnik z tworzywa sztucznego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem niniejszego wynalazku są pojemnik z tworzywa sztucznego i samo tworzywo sztuczne, przeświecalne dla światła widzialnego i zawierające w swej masie nanocząstki metalu, takie jak nanocząstki srebra, miedzi lub tlenku cynku.

Nanocząstki definiuje się jako struktury, których wymiary zawierają się w zakresie od 1 do kilkuset nanometrów. Metale i ich związki, takie jak srebro, złoto, tlenek cynk u czy miedź, pozyskane w skali nano wykazują różnice we właściwościach fizycznych, w porównaniu z ich formam i makroskalowymi. Nanoncząstki metali charakteryzują między innymi specyficzną strukturą geometryczną o wysokim stosunku powierzchni do objętości, co wpływa na wzrost aktywności formy nanocząsteczkowej, w tym zwiększoną aktywność absorpcyjną oraz reaktywność. Przykładowo nanocząstki srebra wykazują właściwości biobójcze, nanocząstki złota - właściwości lecznicze, nanocząstki tlenku cynku wykazują właściwości antybakteryjne, zaś nanocząstki miedzi - właściwości grzybobójcze. Z tego powodu nanocząstki metali wprowadza się w określonej ilości do różnego rodzaju produktów takich jak kosmetyki, materiały budowlane a nawet tworzywa sztuczne, celem nadania produktom wykonanym z takich tworzyw określonych właściwości, na przykład antybakteryjności czy grzybobójczości.

Z literatury patentowej znane są elementy z tworzyw sztucznych zawierające w masie tworzywowej nanocząstki metali oraz sposoby ich wytwarzania.

Przykładowo, z opisu polskiego zgłoszenia patentowego PL400067A1 znany jest sposób wytwarzania elementów siedzeniowych przyrządów toaletowych z surowca w postaci granulatu poliolefinowego, korzystnie polipropylenowego lub polietylenowego, w procesie formowania wtryskowego. Sposób ten charakteryzuje się tym, że formowaniu wtryskowemu poddaje się mieszaninę zawierającą granulat uszlachetniony i granulat surowy w proporcji 1:10. Granulat uszlachetniony przygotowuje się w ten sposób, że do surowego granulatu implantuje się nanocząstki srebra poprzez poddawanie granulatu naprzemiennie operacjom powlekania roztworem koloidalnym, zawierającym: węglowodór o temperaturze wrzenia poniżej 700°C - od 98% do 99,6% wagowo, środek powierzchniowo czynny obniżający napięcie powierzchniowe - od 0,1% do 0,5% wagowo, środek adhezyjny - od 0,1% do 0,5% wagowo, dyspergator - od 0,1% do 0,5% wagowo, modyfikator lepkości - od 0,1% do 0,5% wagowo, oraz nanocząstki srebra w otoczce z rodziny parafin, o rozmiarze od 3 do 8 nm, w stężeniu 50000 ppm wagowo, i suszenia powleczonego roztworem granulatu w temperaturze poniżej 70°C, aż do uzyskania stężenia nanocząstek srebra w granulacie na poziomie od 500 do 1000 ppm.

Elementy z tworzyw sztucznych, takie jak pojemniki zawierające w masie tworzywa dodatek w postaci nanometalu, zapewniający uzyskanie przez pojemnik określonych właściwości na przykład bakterio- lub grzybobójczych, wizualnie nie różnią się od pojemników wykonanych z tworzywa bez takiego dodatku.

W celu stwierdzenia czy pojemnik zawiera dodatek określonych nanocząstek metalu należałoby przeprowadzić stosunkowo czasochłonne i kosztowne badania laboratoryjne, stąd pojemniki z dodatkiem nanocząstek metalu oznakowuje się poprzez umieszczenie - bezpośrednio na pojemniku - etykiety informującej o zawartości nanocząstek odpowiedniego metalu w masie tworzywa, z którego wykonany jest pojemnik. Wadą takiego znakowania pojemników jest konieczność stałego monitorowania czy etykieta cały czas znajduje się na pojemniku, zarówno w trakcie transportu do odbiorców jak i w trakcie przechowywania pojemników w miejscach sprzedaży czy w magazynach, ponieważ w przypadku mechanicznego uszkodzenia etykiety lub jej odczepienia się od pojemnika nie jest możliwe, na podstawie tylko oceny wizualnej, stwierdzenie czy pojemnik zawiera dodatek nanometalu czy też nie.

Znakowanie pojemników z dodatkiem nanometalu ma duże znaczenie dla użytkowników końcowych pojemników, gdzie etykieta informacyjna jest w szczególności narażona na uszkodzenie, lub też etykietę usuwa się z opakowania ze względów estetycznych, uniemożliwiając tym samym weryfikację zawartości nanocząstek metalu w masie pojemnika na późniejszym etapie jego użytkowania.

Celowe bądź przypadkowe usunięcie etykiety informacyjnej z pojemnika zawierającego dodatek nanometalu odgrywa także istotną rolę w przypadku alergików, to jest osób uczulonych na różnego rodzaju związki chemiczne, uniemożliwiając osobom takim weryfikację składu chemicznego tworzywa, z którego wykonany jest pojemnik. Dodatkowo, także w warunkach domowych, w przypadku wspólnego składowania większej liczby pojemników o zbliżonym wyglądzie lub konstrukcji, brak etykiet może uniemożliwić rozróżnienie pojemników zawierających dodatek nanometalu od pojemników nie zawierających takiego dodatku, przy czym pojemniki z dodatkiem nanocząstek metali są pojemnikami typowo

PL 234 897 B1 funkcyjnymi, to znaczy przeznaczonymi w szczególności do przechowywania określonych produktów na przykład leków czy żywności.

Celowym było zatem opracowanie takiego tworzywa sztucznego z dodatkiem nanocząstek metalu, które umożliwiałoby łatwe i szybkie odróżnienie pojemnika z dodatkiem nanocząstek od pojemników nie zawierających tego typu dodatków, nawet w przypadku uszkodzenia lub zerwania etykiety informacyjnej pojemnika.

Przedmiotem wynalazku jest tworzywo sztuczne, przeświecalne dla światła widzialnego i zawierające w swej masie nanocząstki metalu, charakteryzujące się tym, że ma w swej masie rozproszone płatki znacznikowe o wymiarach makroskopowych w zakresie 0,1-3 mm² z materiału nieprzepuszczającego światła widzialnego.

Korzystnie, stężenie nanocząstek metalu jest nie mniejsze niż 1 ppm.

Korzystnie, stężenie nanocząstek metalu zawiera się w przedziale 1-100 ppm.

Korzystnie, na każdy 1 ppm nanocząstek metalu w masie tworzywa przypada 0,75-1,00 g płatków znacznikowych.

Korzystnie, kolor płatków znacznikowych odpowiada kolorowi makroskopowej formy metalu znajdującego się w tworzywie w postaci nanocząstek.

Korzystnie, nanocząstki wybrane są z grupy zawierającej nanosrebro, nanomiedź i nanotlenek cynku.

Korzystnie, tworzywo sztuczne zawiera płatki znacznikowe z aluminium i/lub miedzi.

Przedmiotem wynalazku jest ponadto pojemnik z tworzywa sztucznego przeświecalnego dla światła widzialnego, posiadający dno i ściany boczne, charakteryzujący się tym, że tworzywo sztuczne zawiera w swej masie nanocząstki metalu oraz rozproszone płatki znacznikowe o wymiarach makroskopowych w zakresie 0,1-3 mm² z materiału nieprzepuszczającego światła widzialnego.

Korzystnie, pojemnik posiada uchwyty wykonane z tworzywa sztucznego innego niż przeświecalne.

Korzystnie, kolor uchwytów odpowiada kolorowi makroskopowej formy metalu znajdującego się w tworzywie w postaci nanocząstek.

Korzystnie, płatki znacznikowe znajdują się w dnie pojemnika.

Korzystnie, płatki znacznikowe znajdują się w ścianach bocznych pojemnika.

Korzystnie, pojemnik posiada pokrywę, w której znajdują się płatki znacznikowe.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pojemnik według wynalazku z pokrywą płaską, zaś fig. 2 przedstawia pojemnik według wynalazku z pokrywą z rączką.

P r z y k ł a d I

Tworzywo sztuczne, przeświecalne dla światła widzialnego, zawiera dodatek funkcyjny w postaci nanocząstek miedzi o stężeniu w masie tworzywa pojemnika wynoszącym 1 ppm, przy czym na 1 ppm nanocząstek przypada 1 g płatków znacznikowych 14 wykonanych z folii miedzianej o średniej powierzchni płatka 1 mm², równomiernie zdyspergowanych w masie tworzywa pojemnika.

W swojej masie tworzywo zawiera nanocząstki metalu o stężeniu wynoszącym co najmniej 1 ppm, korzystnie o stężeniu wynoszącym od 1 do 100 ppm, a najkorzystniej od 1 do 10 ppm lub od 1 do 2 ppm. Stężenie w/w nanocząstek jest zależne m.in. od pożądanej intensywności ich działania, przy czym mogą to być nanocząstki metalu jednego rodzaju, lub też nanocząstki różnych metali, tj. nanocząstki srebra i/lub miedzi i/lub tlenku cynku (ZnO), o sumarycznym stężeniu w tworzywie wynoszącym od 1 do 2 ppm. Cząsteczki metalu w rozmiarze nano, pomimo przeświecalności tworzywa z którego wykonany jest pojemnik, nie są widoczne nieuzbrojonym okiem, a zatem nie są widoczne dla użytkownika, ze względu na niewielkie rozmiary (skala nano) oraz stosunkowo małe stężenie w masie samego tworzywa.

W masie tworzywa znajdują się płatki znacznikowe 14 o rozmiarach makro (przedstawione na rysunku schematycznie), które są widoczne okiem nieuzbrojonym ze względu na przeświecalność samego tworzywa sztucznego. Mają one rozmiary makroskopowe, na przykład grubość od 10 mikrometrów do 1 milimetra i powierzchnię od 0,1 do 3 mm². Płatki 14 zawarte w masie tworzywa mogą mieć jednakowe lub zbliżone kształty, lub też, w zależności od potrzeb, mogą się znacznie różnić. Tak więc są one okrągłe, prostokątne (w tym wydłużone, przypominające nitki), bądź też wielokątne, na przykład sześciokątne, lub też może to być mieszanka elementów różnym kształcie.

Płatki 14 nie przepuszczają światła widzialnego, bowiem wykonane są metalu, najczęściej w postaci folii. Ich kolor jest dobrany do koloru makroskopowej formy metalu znajdującego się w tworzywie

PL 234 897 B1 w postaci nanocząstek. Tym samym w masie tworzywa mogą znajdować się płatki 14 (np. metalu) o kolorze srebrnym lub złotym, albo też w masie tworzywa mogą znajdować się płatki 14 wielokolorowe, na przykład płatki w kolorze srebrnym i/lub złotym i/lub miedzianym.

Tworzywem w sensie budowy chemicznej może być polipropylen (PP), polietylen (PE), poli(tereftalan etylenu) (PET), czy też polistyren (PS).

Tworzywo nadaje się do wytwarzania pojemników wykazujących właściwości przeciwgrzybicze.

P r z y k ł a d II

Konstrukcję pojemnika według wynalazku przedstawia fig. 1 w widoku ogólnym. Pojemnik 10 ma prostokątne dno 11 i cztery ściany boczne 12 oraz opcjonalnie uchwyty 13, przykładowo dwa, usytuowane w naprzeciwległych ściankach bocznych 12 pojemnika 10, przy górnych krawędziach tychże ścian

12. Wykonany jest tworzywa sztucznego, przeświecalnego dla światła widzialnego, które zawiera w swej masie dodatek funkcyjny w postaci nanocząstek srebra o stężeniu wynoszącym 1 ppm oraz 1 g płatków znacznikowych wykonanych z folii aluminiowej o średniej powierzchni płatka 1 mm², równomiernie rozłożonych w masie tworzywa, w której znajdują się również płatki znacznikowe 14 o rozmiarach makro (przedstawione na rysunku schematycznie), które są widoczne okiem nieuzbrojonym. Ponieważ płatki 14 są widoczne zarówno na etapach składowania, transportu i ekspozycji sklepowej pojemnika, jak również na etapie użytkowania pojemnika przez odbiorcę końcowego, zapewnia to możliwość szybkiego, wizualnego rozróżnienia czy pojemnik zawiera dodatek w postaci nanometalu nawet w przypadku uszkodzenia lub usunięcia z niego etykiety informacyjnej, a tym samym wykazuje właściwości antybakteryjne.

Dno 11 pojemnika 10 może mieć zarys koła, elipsy, owalu lub wieloboku na przykład trójkąta, kwadratu lub prostokąta. W zależności od kształtu dna 11 pojemnik 10 ma różną ilość oraz różny kształt ścian bocznych 12. Tak więc pojemnik z dnem 11 o kształcie koła ma jedną cylindryczną ścianę boczną 12, ukształtowaną zasadniczo prostopadle do tego dna 11, lub też ścianę boczną 12 w formie stożka, natomiast w przypadku dna o kształcie kwadratu lub prostokąta pojemnik 10 ma cztery ściany boczne 12 (fig. 1 i 2), usytuowane prostopadle lub w nieznacznym odchyleniu względem dna 11. Ściany boczne 12 mogą być płaskie, pofalowane lub zaokrąglone.

Pojemnik 10 może posiadać uchwyty 13 mające postać otworów w ścianie bocznej 12, lub też uchwyty 13 mogą być wykonane jako oddzielny element z tworzywa sztucznego innego rodzaju niż tworzywo pojemnika, na przykład o innych właściwościach przepuszczania światła w tym z tworzywa nieprzeświecalnego. Na fig. 1 przedstawiono pojemnik 10 z uchwytami 13 w formie podłużnych elementów przestrzennych, wykonanych z tworzywa sztucznego o innym kolorze. Pojemnik 10 zawiera dwa uchwyty 13 zamocowane wzdłużnie do naprzeciwległych ścian 12 (wzdłuż ich krawędzi), ale mogą to też być inne ściany pojemnika.

Pojemnik 10 może również zawierać pokrywę 20, 30, jak przedstawiono na fig. 1 i 2. W pokrywie może być zamontowana rączka 31 (fig. 2), która analogicznie do uchwytów 13 pojemnika może być wykonana z tworzywa sztucznego o innym kolorze, lub też o innych właściwościach przepuszczania światła niż materiał pokrywy.

Analogicznie do pojemnika nanocząstki metalu i płatki znacznikowe 14 mogą znajdować się również w pokrywie 30 (fig. 2), ale możliwa też jest pokrywa 20 pozbawiona tychże nanocząstek i płatków znacznikowych (fig. 1). Kolor płatków 14 jest dobrany do koloru makroskopowej formy metalu znajdującego się w tworzywie w postaci nanocząstek, stąd pojemnik zawierający w masie tworzywa nanocząstki miedzi zawiera płatki znacznikowe 14 w kolorze miedzianym, zaś pojemnik zawierający nanocząstki tlenku cynku (ZnO) zawiera płatki 14 w kolorze białym. Płatki znacznikowe 14 mogą być rozmieszczone w masie tworzywa pojemnika zasadniczo równomiernie, ale też w sposób przypadkowy albo odpowiednio dobrany, przy czym mogą się one znajdować zarówno w dnie jak i w ścianach bocznych pojemnika, lub tylko w wybranych jego obszarach, a więc tylko w dnie lub tylko w ścianach bocznych, lub też w dnie i wybranych ścianach bocznych pojemnika.

Pojemnik 10 może również mieć uchwyty dostosowane kolorem do rodzaju wprowadzonych do tworzywa nanocząstek metalu. Tak więc pojemnik zawierający w masie tworzywa nanocząstki srebra może mieć uchwyty w kolorze srebrnym, wykonane z tworzywa przeświecaInego lub nieprzeświecalnego, co umożliwia szybsze wizualne rozróżnienie jaki metal o wymiarach nano znajduje się w masie tworzywa jako dodatek funkcyjny.

Pojemnik 10 według wynalazku może być wytworzony za pomocą różnych znanych ze stanu techniki metod przetwórczych, na przykład wtryskiwania czy wytłaczania. Pojemnik tego typu można

PL 234 897 B1 wykonać w ten sposób, że do 0,5 kg granulatu poroforu Hydrocerol CT 550 dodaje się 250 ml koloidalnego roztworu nanosrebra w wodzie o koncentracji 250 ppm i miesza się do całkowitego zwilżenia granulatu. Następnie pozostawia się do wysuszenia w temperaturze 45°C przez 24 h, po czym 100 g poroforu z naniesionymi nanocząstkami srebra dodaje się do 10 kg granulatu polipropylenowego, do którego dodaje się również 1 g płatków znacznikowych wykonanych z folii aluminiowej o średniej powierzchni płatka 1 mm², i z takiej mieszanki wykonuje się pojemnik metodą formowania wtryskowego.

Pojemnik 10 jest w całości wykonany w jednym procesie wytwórczym, i w zależności od potrzeb, oraz docelowej konstrukcji, może mieć różne elementy, to jest dno, ścianki boczne oraz uchwyty, wykonane np. w kilku etapach przetwórczych, następnie odpowiednio zamocowane na pojemniku poprzez zgrzewanie, klejenie czy nakładanie.

Budowa pojemnika według wynalazku umożliwia wizualną ocenę czy dany pojemnik zawiera nanocząstki, ze względu na obecność w masie tworzywa płatków znacznikowych 14 wykonanych z materiału (metalu) o kolorze odpowiadającym kolorowi makroskopowej formy metalu znajdującego się w tworzywie w postaci nanocząstek, zwłaszcza w przypadku uszkodzenia lub usunięcia etykiety informacyjnej z pojemnika.

Pojemniki według wynalazku mogą pełnić różne funkcje w zależności od rodzaju nanocząstek metalu zawartego w tworzywie. Przykładowo, pojemniki zawierające w tworzywie nanocząstki srebra w stężeniu od 1 do 2 ppm (oznaczone aluminiowymi płatkami znacznikowymi) wykazują właściwości antybakteryjne i przeznaczone są do przechowywania żywności bądź leków w przedszkolach, szkołach, szpitalach czy innych instytucjach publicznych.

Płatki znacznikowe 14 wprowadza się do masy tworzywa, z którego wytworzony jest pojemnik, przed lub w trakcie jego uplastyczniania za pomocą podajnika ślimakowego, co zapewnia dobre wymieszanie płatków 14 z tworzywem podczas wytwarzania pojemnika oraz równomierny ich rozkład w wyrobie gotowym. Przykładowo, pojemnik 10 ma nanocząstki metalu wprowadzone do tworzywa na nośniku w postaci poroforu, będącego substancją, która w temperaturze pokojowej i w środowisku obojętnym jest trwała, zaś w temperaturze podwyższonej rozkłada się z wydzielaniem dużej ilości gazu. Jako nośnik nanocząstek metalu zastosowano substancję - porofor w postaci nasiąkliwego granulatu o temperaturze rozkładu poniżej temperatury przetwarzania samego tworzywa, przykładowo: Hydrocerol CT 550 lub Hydrocerol ITP 822-TDS.

Wprowadzenie do tworzywa sztucznego (na pojemniki) nanocząstek metalu na nośniku w postaci poroforu polega na tym, że do granulatu tworzywa dodaje się porofor nasączony koloidalnym roztworem nanocząstek metalu, przykładowo srebra lub miedzi, po czym porofor z zaimplementowanymi nanocząstkami metalu dodaje się do granulatu tworzywa w ilości zgodnej z zaleceniami producenta.

Porofor nasącza się koloidalnym roztworem nanocząstek metalu w ten sposób, że granulat poroforu miesza się z koloidalnym roztworem nanocząstek metalu, przy czym stosuje się koloidalne roztwory na bazie rozpuszczalnika, który wykazuje dobrą zwilżalność poroforu, przykładowo na bazie wody, lecz również innych rozpuszczalników odpowiednich dla danego poroforu. Roztwór koloidalny dodaje się w takiej ilości, aby uzyskać pożądane stężenie nanocząstek metalu w produkcie końcowym, przykładowo od 1 ppm do 100 ppm. Następnie suszy się porofor korzystnie w temperaturze otoczenia lub podwyższonej, przykładowo w zakresie 25-60°C.

Uzyskany w ten sposób porofor, z immobilizowanymi na nim nanocząstkami metalu, miesza się z płatkami znacznikowymi 14, uzyskując oznakowany płatkami koncentrat nanocząstek metalu. Koncentrat ten miesza się następnie z granulatem tworzywa sztucznego, po czym mieszankę uplastycznia się i w wybranym procesie przetwórczym, tj., wtryskiwania lub wytłaczania, formuje się z niej pojemnik i jego elementy. Płatki znacznikowe 14 można również dodać na etapie mieszania poroforu z granulatem tworzywa sztucznego. Zastosowanie poroforu z immobilozowanymi nanocząstkami metalu zapewnia równomierny rozkład nanocząstek metalu w masie tworzywa.

Claims (13)

Zastrzeżenia patentowe

1. Tworzywo sztuczne, przeświecalne dla światła widzialnego i zawierające w swej masie nanocząstki metalu, znamienne tym, że ma w swej masie rozproszone płatki znacznikowe (14) o wymiarach makroskopowych w zakresie 0,1-3 mm² z materiału nieprzepuszczającego światła widzialnego.

PL 234 897 B1

2. Tworzywo sztuczne według zastrz. 1, znamienne tym, że stężenie nanocząstek metalu jest nie mniejsze niż 1 ppm.

3. Tworzywo sztuczne według zastrz. 2, znamienne tym, że stężenie nanocząstek metalu zawiera się w przedziale 1-100 ppm.

4. Tworzywo sztuczne według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienne tym, że na każdy 1 ppm nanocząstek metalu w masie tworzywa przypada 0,75-1,00 g płatków znacznikowych (14).

5. Tworzywo sztuczne według zastrz. 1 albo 4, znamienne tym, że kolor płatków znacznikowych (14) odpowiada kolorowi makroskopowej formy metalu znajdującego się w tworzywie w postaci nanocząstek.

6. Tworzywo sztuczne według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4 albo 5, znamienne tym, że nanocząstki wybrane są z grupy zawierającej nanosrebro, nanomiedź i nanotlenek cynku.

7. Tworzywo sztuczne według zastrz. 5 albo 6, znamienne tym, że zawiera płatki znacznikowe (14) z aluminium i/lub miedzi.

8. Pojemnik z tworzywa sztucznego przeświecanego dla światła widzialnego, posiadający dno i ściany boczne, znamienny tym, że tworzywo sztuczne zawiera w swej masie nanocząstki metalu oraz rozproszone płatki znacznikowe (14) o wymiarach makroskopowych w zakresie 0,1-3 mm² z materiału nieprzepuszczającego światła widzialnego.

9. Pojemnik według zastrz. 8., znamienny tym, że posiada uchwyty (13) wykonane z tworzywa sztucznego innego niż przeświecalne.

10. Pojemnik według zastrz. 9, znamienny tym, że kolor uchwytów (13) odpowiada kolorowi makroskopowej formy metalu znajdującego się w tworzywie w postaci nanocząstek.

11. Pojemnik według zastrz. 8, znamienny tym, że płatki znacznikowe (14) znajdują się w dnie (11) pojemnika (10).

12. Pojemnik według zastrz. 8, znamienny tym, że płatki znacznikowe (14) znajdują się w ścianach bocznych (12) pojemnika (10).

13. Pojemnik według zastrz. 8, znamienny tym, że posiada pokrywę (30), w której znajdują się płatki znacznikowe (14).