PL244908B1 - Sposób otrzymywania kompozycji zawierającej nanocząstki srebra oraz zastosowanie kompozycji otrzymanej tym sposobem - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób otrzymywania kompozycji zawierającej nanocząstki srebra z wykorzystaniem azotanu (V) srebra i kwasu askorbinowego jako reduktora, który polega na tym, że polialkohol winylowy w ilości od 2,5 do 5,0% wagowych całkowitej masy kompozycji i poliwinylopirolidon w ilości od 3,0% do 8,0% wagowych całkowitej masy kompozycji rozpuszcza się w wodzie w temperaturze od 40°C do 85°C, następnie do powstałego roztworu wprowadza się wodny roztwór azotanu (V) srebra o stężeniu od 1,5 x 10^-2 mol/dm³ do 4,0 x 10^-2 mol/dm³, po czym dodaje się wodny roztwór kwasu askorbinowego o stężeniu od 1,4 x 10^-2 mol/dm³ do 3,8 x 10^-2 mol/dm³. Przedmiotem wynalazku jest także sposób nanoszenia tej kompozycji na filtr HEPA.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania kompozycji zawierającej nanocząstki srebra, przeznaczonej w szczególności do nanoszenia na filtr HEPA, oraz zastosowanie kompozycji otrzymanej tym sposobem.

Patogenne aerozole będące biologicznym zanieczyszczeniem powietrza wywołują szereg chorób alergicznych. Suche i czyste powietrze nie sprzyja rozmnażaniu mikroorganizmów, jednakże w takim środowisku mogą one pozostać w uśpieniu. Najpopularniejszą metodą oczyszczania powietrza jest filtracja. W praktyce technologia filtracji powietrza jest najszerzej stosowaną metodą usuwania drobnoustrojów z powietrza. Niestety ze względu na wilgoć zawartą w powietrzu oraz różnego typu zanieczyszczenia, filtr powietrza stosowany w oczyszczaczach powietrza staje się doskonałą pożywką oraz środowiskiem rozwoju mikroorganizmów. Bakterie namnażające się w systemie klimatyzacji/oczyszczania powietrza powodują wtórne zanieczyszczenie powietrza, stanowiąc ogromne zagrożenie dla zdrowia ludzi. Szczególnie niebezpieczna jest proliferencja bakterii i pleśni w pomieszczeniach, w których przechowywana jest żywność. Pomimo, że systemy filtracyjne są w stanie usunąć mikroorganizmy z powietrza, to mikroorganizmy te dalej rozwijają się na powierzchni filtra, co w efekcie prowadzi do ich reprodukcji i wtórnego zanieczyszczenia powietrza. W wyniku procesów metabolicznych drobnoustrojów rozwijających się na filtrze powstają lotne związki organiczne (MVOC), które również wprowadzane są do powietrza, a następnie wdychane przez ludzi. Ponadto, namnażanie mikroorganizmów na filtrze prowadzi do zmniejszenia jego skuteczności.

W związku z tym, że filtry powietrza są doskonałym środowiskiem do namnażania drobnoustrojów, wymagane jest zastosowanie właściwych metod walki z mikroorganizmami, np. naświetlania powierzchni namnażania drobnoustrojów światłem ultrafioletowym. Coraz bardziej popularną metodą walki z mikroorganizmami namnażającymi się na filtrach jest zabezpieczenie powierzchni filtra odpowiednią powłoką. W opisie zgłoszenia patentowego US20060021302A1 podano, iż powłoki tego typu mogą zawierać nieorganiczną sól zawierającą metal (np. srebro, złoto, miedź i cynk) lub rozpuszczalne w oleju koenzymy, surfaktanty typu aminokwasowego, ekstrakt roślinny otrzymany z Alium cepa i antybiotyki.

Znany jest, na przykład z opisu zgłoszenia patentowego US5840245A, filtr powietrza pokryty żywicą fenolową zawierającą czynniki biobójcze w postaci azotanu srebra, siarczanu srebra, azotanu miedzi lub siarczanu miedzi.

W opisie zgłoszenia patentowego CN101589854A opisano sposób otrzymywania celulozowego filtra powietrza, który w celu nadania mu właściwości biobójczych, moczy się w zawiesinie nanosrebra i następnie suszy. Autorzy podają, iż filtr może być stosowany do wytwarzania masek twarzowych, a produkt wykazuje wysoką aktywność bakteriobójczą.

Niestety w wielu przypadkach substancje działające niszcząco na mikroorganizmy mogą mieć również negatywny wpływ na zdrowie człowieka. Innym problemem może być uwalnianie czynnika bójczego z powierzchni filtra w trakcie jego eksploatacji. Dlatego też zasadnym jest naniesienie na filtr powłoki bezpiecznej dla człowieka, charakteryzującej się szerokim spektrum biobójczym. Takie cechy wykazuje trwała powłoka na bazie związków polimerowych, zawierająca nanocząstki srebra.

Z opisu zgłoszenia patentowego CN109570524A znany jest sposób wytwarzania samoorganizującej się struktury nanosrebra w kształcie kwiatu o działaniu przeciwbakteryjnym. Sposób polega na wykorzystaniu metody hydrotermalnej, gdzie w obecności polialkoholu winylowego i glikolu polietylenowego, AgNO3 jest redukowany za pomocą kwasu askorbinowego.

Z opisu zgłoszenia patentowego CN109382512A znany jest sposób wytwarzania samoorganizującej się struktury z nanosrebrem w postaci proszku w kształcie kwiatu. Sposób polega na wykorzystaniu metody hydrotermalnej, gdzie w obecności poliwinylopirolidonu, AgNO3 jest redukowany za pomocą kwasu askorbinowego.

Z opisu zgłoszenia patentowego CN107275649A znany jest sposób otrzymywania pustych nanokwiatków ze stopów platynowo-srebrnych. Sposób ten polega na zastosowaniu stabilizatora w postaci poliakrylanu sodu i kwasu askorbinowego jako reduktora.

Z opisu zgłoszenia patentowego CN109482899A znany jest sposób modyfikacji powierzchni włókien nanosrebra. Sposób polega na wykorzystaniu metody hydrotermalnej, gdzie w obecności alkoholu poliwinylowego i siarczanu żelaza (III), AgNO3 jest redukowany za pomocą kwasu askorbinowego.

Nieoczekiwanie okazało się, że możliwe jest opracowanie metody otrzymywania kompozycji zawierających nanosrebro, która nie jest czasochłonna i nie wymaga stosowania wysokich temperatur powyżej 100°C.

Sposób otrzymywania kompozycji zawierającej nanocząstki srebra z wykorzystaniem azotanu (V) srebra i kwasu askorbinowego jako reduktora według wynalazku charakteryzuje się tym, że polialkohol winylowy w ilości od 2,5 do 5,0% wagowych całkowitej masy kompozycji i poliwinylopirolidon w ilości od 3,0% do 8,0% wagowych całkowitej masy kompozycji rozpuszcza się w wodzie w temperaturze od 40°C do 85°C, następnie do powstałego roztworu wprowadza się wodny roztwór azotanu (V) srebra o stężeniu od 1,5 χ 10² mol/dm³ do 4,0 χ 10² mol/dm³, po czym dodaje się wodny roztwór kwasu askorbinowego o stężeniu od 1,4 χ 10² mol/dm³ do 3,8 χ 10² mol/dm³.

Korzystnie stosunek masowy polialkoholu winylowego do poliwinylopirolidonu wynosi od 0,4:1,0 do 0,8:1,0.

Korzystnie wraz polialkoholem winylowym i poliwinylopirolidonem rozpuszcza się poliakrylan sodu w ilości do 0,3% wagowych całkowitej masy kompozycji.

Korzystnie stosunek masowy poliakrylanu sodu do poliwinylopirolidonu wynosi od 0,01:1,00 do 0,03:1,00.

Korzystnie zawartość wody w kompozycji wynosi od 83% (m/m) do 97% (m/m).

Korzystnie stosunek molowy kwasu askorbinowego do jonów srebra wynosi od 0,5:1,0 do 1,5:1,0.

Korzystnie reagenty miesza się ze sobą od 5 min do 40 min.

Korzystnie reagenty miesza się ze sobą mieszadłem o obrotach od 400 obr./min. do 1000 obr./min.

Przedmiotem wynalazku jest także zastosowanie kompozycji zawierającej nanocząstki srebra, otrzymanej sposobem opisanym powyżej, do osadzania nanocząstek srebra na filtrze HEPA, przy czym kompozycję nanosi się na filtr HEPA za pomocą urządzenia natryskowego o wydajności pompy od 1 dm³/min. do 3 dm³/min. i o rozmiarze dyszy od 0,1 mm do 0,9 mm. Korzystnie ciśnienie robocze powietrza w urządzeniu natryskowym wynosi od 3 barów do 9 barów.

Dzięki zastosowaniu wynalazku nanocząstki srebra powstają in situ podczas procesu otrzymywania kompozycji powłokotwórczej. Nanocząstki srebra otrzymywane są w oparciu o metodę redukcji chemicznej z użyciem kwasu askorbinowego jako środka redukującego. PVA i PVP w tym procesie odgrywają rolę stabilizatorów. Poliakrylan sodu zapobiega oddzielaniu wody, utrzymuje stabilność systemu powłokowego oraz zwiększa lepkość kompozycji, co poprawia jej właściwości adhezyjne. Technologia jest bezściekowa i bezodpadowa.

Osadzanie nanocząstek srebra na filtrze HEPA z wykorzystaniem kompozycji według wynalazku odbywa się poprzez nanoszenie kompozycji z fazy ciekłej z wykorzystaniem sprężonego gazu (powietrza). W tym celu stosuje się urządzenie przystosowane do ciśnieniowego natryskiwania zawiesin, emulsji lub roztworów charakteryzujących się wysoką lepkością. Korzystnie powinno to być urządzenie natryskowe dużej mocy, wyposażone w pistolet natryskujący, silnik z regulacją prędkości oraz panel sterujący, umożliwiający stały strumień natrysku niezależnie od ciśnienia. Urządzenie powinno się charakteryzować wysoką wydajnością pompy (min. 2 dm³/min), wysokim ciśnieniem roboczym (min. 3 bary), wysokim ciśnieniem powietrza (min. 5 bar) i niewielkim rozmiarem dyszy (max. 0,5 mm).

Natryskiwanie kompozycji sprężonym powietrzem prowadzi do powstawania aerozolu, tj. cząstek kompozycji zawieszonej w ośrodku rozpraszającym (powietrzu), które zostają ciśnieniowo nałożone na powierzchnię filtra. Pozwala to na rozprowadzenie na nim cienkiej i równomiernej warstwy kompozycji z nanocząstkami srebra.

Filtr z naniesioną powłoką pozostawia się do wyschnięcia na powietrzu bez dostępu światła lub suszy się w temperaturze do 95°C.

Wynalazek ilustrują poniższe przykłady:

Przykład 1

1,20 kg polialkoholu winylowego i 1,80 kg poliwinylopirolidonu umieszcza się w zbiorniku, do którego następnie wprowadza się 55,0 dm³ wody dejonizowanej. Całość miesza się w temperaturze 70°C do rozpuszczenia obu składników. Obroty mieszadła wynoszą 600 rpm. Następnie do roztworu wprowadza się kolejno 4,5 dm³ wodnego roztworu azotanu srebra o stężeniu 3,60 χ 10^-2 mol/dm³ oraz 0,5 dm³ wodnego roztworu kwasu askorbinowego o stężeniu 3,26 χ 10^-1 mol/dm³. Utrzymując temperaturę 70°C, mieszaninę miesza się przez 10 min. Otrzymuje się kompozycję, której gęstość wynosi 1,006 g/cm³ i która zawiera nanocząstki srebra w stężeniu 277 mg/kg. Nanocząstki srebra osadza się na filtrze HEPA poprzez naniesienie kompozycji z fazy ciekłej z wykorzystaniem sprężonego gazu (powietrza). W tym celu stosuje się urządzenie natryskowe, którego wydajność pompy wynosi 2 dm ³/min. Filtry HEPA natryskuje się równomiernie od strony włókna szklanego przez 8,97χ 10^-2 · M [min] (M - sumaryczna masa filtrów bez ram [kg]). Filtr z naniesioną powłoką pozostawia się do wyschnięcia na powietrzu bez dostępu światła. Otrzymuje się zmodyfikowany filtr HEPA, w którym stężenie srebra wynosi 50 mg/kg.

Przykład 2

2,12 kg polialkoholu winylowego i 3,18 kg poliwinylopirolidonu umieszcza się w zbiorniku, do którego następnie wprowadza się 52,7 dm³ wody dejonizowanej. Całość miesza się w temperaturze 70°C do rozpuszczenia obu składników. Obroty mieszadła wynoszą 600 rpm. Następnie do roztworu wprowadza się kolejno 4,5 dm³ wodnego roztworu azotanu srebra o stężeniu 3,60 χ 10^-2 mol/dm³ oraz 0,5 dm³ wodnego roztworu kwasu askorbinowego o stężeniu 3,26 χ 10^-1 mol/dm³. Utrzymując temperaturę 70°C, mieszaninę miesza się przez 10 min. Otrzymuje się kompozycję, której gęstość wynosi 1,016 g/cm³ i która zawiera nanocząstki srebra w stężeniu 277 mg/kg. Nanocząstki srebra osadza się na filtrze HEPA poprzez naniesienie kompozycji z fazy ciekłej z wykorzystaniem sprężonego gazu (powietrza). W tym celu stosuje się urządzenie natryskowe, którego wydajność pompy wynosi 2 dm³/min. Filtry HEPA natryskuje się równomiernie od strony włókna szklanego przez 8,88 χ 10^-2 · M [min] (M - sumaryczna masa filtrów bez ram [kg]). Filtr z naniesioną powłoką pozostawia się do wyschnięcia na powietrzu bez dostępu światła. Otrzymuje się zmodyfikowany filtr HEPA, w którym stężenie srebra wynosi 50 mg/kg.

P rzy kła d 3

1,884 kg polialkoholu winylowego, 2,827 kg poliwinylopirolidonu i 0,056 kg poliakrylanu sodu umieszcza się w zbiorniku, do którego następnie wprowadza się 46,844 dm³ wody dejonizowanej. Całość miesza się w temperaturze 70°C do rozpuszczenia obu składników. Obroty mieszadła wynoszą 600 rpm. Następnie do roztworu wprowadza się kolejno 4,000 dm³ wodnego roztworu azotanu srebra o stężeniu 3,60 χ 10^-2 mol/dm³ oraz 0,443 dm³ wodnego roztworu kwasu askorbinowego o stężeniu 3,26 χ 10^-1 mol/dm³. Utrzymując temperaturę 70°C, mieszaninę miesza się przez 10 min. Otrzymuje się kompozycję, której gęstość wynosi 1,034 g/cm³ i która zawiera nanocząstki srebra w stężeniu 277 mg/kg. Stężenie poliakrylanu sodu w kompozycji wynosi 0,1%. Nanocząstki srebra osadza się na filtrze HEPA poprzez naniesienie kompozycji z fazy ciekłej z wykorzystaniem sprężonego gazu (powietrza). W tym celu stosuje się urządzenie natryskowe, którego wydajność pompy wynosi 2 dm³/min. Filtry HEPA natryskuje się równomiernie od strony włókna szklanego przez 8,73 χ 10^-2 · M [min] (M - sumaryczna masa filtrów bez ram [kg]). Filtr z naniesioną powłoką pozostawia się do wyschnięcia na powietrzu bez dostępu światła. Otrzymuje się zmodyfikowany filtr HEPA, w którym stężenie srebra wynosi 50 mg/kg.

P rzy kła d 4

1,884 kg polialkoholu winylowego, 2,827 kg poliwinylopirolidonu i 0,056 kg poliakrylanu sodu umieszcza się w zbiorniku, do którego następnie wprowadza się 46,844 dm³ wody dejonizowanej. Całość miesza się w temperaturze 70°C do rozpuszczenia obu składników. Obroty mieszadła wynoszą 600 rpm. Następnie do roztworu wprowadza się kolejno 4,000 dm³ wodnego roztworu azotanu srebra o stężeniu 1,79 χ 10^-2 mol/dm³ oraz 0,443 dm³ wodnego roztworu kwasu askorbinowego o stężeniu 1,61 χ10^-1 mol/dm³. Utrzymując temperaturę 70°C, mieszaninę miesza się przez 10 min. Otrzymuje się kompozycję, której gęstość wynosi 1,035 g/cm³ i która zawiera nanocząstki srebra w stężeniu 138 mg/kg. Stężenie poliakrylanu sodu w kompozycji wynosi 0,1%. Nanocząstki srebra osadza się na filtrze HEPA poprzez naniesienie kompozycji z fazy ciekłej z wykorzystaniem sprężonego gazu (powietrza). W tym celu stosuje się urządzenie natryskowe, którego wydajność pompy wynosi 2 dm³/min. Filtry HEPA natryskuje się równomiernie od strony włókna szklanego przez 8,75 χ 10^-2 · M [min] (M - sumaryczna masa filtrów bez ram [kg]). Filtr z naniesioną powłoką pozostawia się do wyschnięcia na powietrzu bez dostępu światła. Otrzymuje się zmodyfikowany filtr HEPA, w którym stężenie srebra wynosi 25 mg/kg.

P rzy kła d 5

1,884 kg polialkoholu winylowego, 2,827 kg poliwinylopirolidonu i 0,110 kg poliakrylanu sodu umieszcza się w zbiorniku, do którego następnie wprowadza się 46,844 dm³ wody dejonizowanej. Całość miesza się w temperaturze 70°C do rozpuszczenia obu składników. Obroty mieszadła wynoszą 600 rpm. Następnie do roztworu wprowadza się kolejno 4,000 dm³ wodnego roztworu azotanu srebra o stężeniu 1,79 χ 10^-2 mol/dm³ oraz 0,443 dm³ wodnego roztworu kwasu askorbinowego o stężeniu 1,61 χ 10^-1 mol/dm³. Utrzymując temperaturę 70°C, mieszaninę miesza się przez 10 min. Otrzymuje się kompozycję, której gęstość wynosi 1,036 g/cm³ i która zawiera nanocząstki srebra w stężeniu 138 mg/kg. Stężenie poliakrylanu sodu w kompozycji wynosi 0,1%. Nanocząstki srebra osadza się na filtrze HEPA poprzez naniesienie kompozycji z fazy ciekłej z wykorzystaniem sprężonego gazu (powietrza). W tym celu stosuje się urządzenie natryskowe, którego wydajność pompy wynosi 2 dm³/min. Filtry HEPA natryskuje się równomiernie od strony włókna szklanego przez 1,75 χ 10^-1 · M [min] (M - sumaryczna masa filtrów bez ram [kg]). Filtr z naniesioną powłoką pozostawia się do wyschnięcia na powietrzu bez dostępu światła. Otrzymuje się zmodyfikowany filtr HEPA, w którym stężenie srebra wynosi 50 mg/kg.

Claims (10)

1. Sposób otrzymywania kompozycji zawierającej nanocząstki srebra z wykorzystaniem azotanu (V) srebra i kwasu askorbinowego jako reduktora, znamienny tym, że polialkohol winylowy w ilości od 2,5 do 5,0% wagowych całkowitej masy kompozycji i poliwinylopirolidon w ilości od 3,0% do 8,0% wagowych całkowitej masy kompozycji rozpuszcza się w wodzie w temperaturze od 40°C do 85°C, następnie do powstałego roztworu wprowadza się wodny roztwór azotanu (V) srebra o stężeniu od 1,5 χ 10^-2 mol/dm³ do 4,0 χ10^-2 mol/dm³, po czym dodaje się wodny roztwór kwasu askorbinowego o stężeniu od 1,4 χ 10^-2 mol/dm³ do 3,8 χ 10^-2 mol/dm³.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek masowy polialkoholu winylowego do poliwinylopirolidonu wynosi od 0,4:1,0 do 0,8:1,0.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wraz polialkoholem winylowym i poliwinylopirolidonem rozpuszcza się poliakrylan sodu w ilości do 0,3% wagowych całkowitej masy kompozycji.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że stosunek masowy poliakrylanu sodu do poliwinylopirolidonu wynosi od 0,01:1,00 do 0,03:1,00.

5. Sposób według zastrz. 1-4, znamienny tym, że zawartość wody w kompozycji wynosi od 83% (m/m) do 97% (m/m).

6. Sposób według zastrz. 1-5, znamienny tym, że stosunek molowy kwasu askorbinowego do jonów srebra wynosi od 0,5:1,0 do 1,5:1,0.

7. Sposób według zastrz. 1-6, znamienny tym, że reagenty miesza się ze sobą od 5 min do 40 min.

8. Sposób według zastrz. 1-7, znamienny tym, że reagenty miesza się ze sobą mieszadłem o obrotach od 400 obr./min. do 1000 obr./min.

9. Zastosowanie kompozycji zawierającej nanocząstki srebra, otrzymanej sposobem określonym w zastrz. 1-8, do osadzania nanocząstek srebra na filtrze HEPA, przy czym kompozycję nanosi się na filtr HEPA za pomocą urządzenia natryskowego o wydajności pompy od 1 dm ³/min. do 3 dm³/min. i o rozmiarze dyszy od 0,1 mm do 0,9 mm.

10. Zastosowanie według zastrz. 9, znamienne tym, że ciśnienie robocze powietrza w urządzeniu natryskowym wynosi od 3 barów do 9 barów.