PL248013B1

PL248013B1 - Sposób modyfikacji włókna naturalnego lub sztucznego z wykorzystaniem nanocząstek srebra lub złota jako czynnika biobójczego

Info

Publication number: PL248013B1
Application number: PL443467A
Authority: PL
Inventors: Paweł Uznański; Krzysztof Jankowski
Original assignee: Akademia Im Jakuba Z Paradyza; Centrum Badan Molekularnych I Makromolekularnych Polskiej Akademii Nauk
Priority date: 2023-01-13
Filing date: 2023-01-13
Publication date: 2025-09-29
Also published as: PL443467A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób modyfikacji włókna naturalnego lub sztucznego z wykorzystaniem nanocząstek srebra lub złota jako czynnika biobójczego do wytwarzania materiałów tekstylnych o właściwościach antyseptycznych. Sposób modyfikacji tkanin bawełnianych z wykorzystaniem nanocząstek srebra lub złota, polega na tym, że w pierwszym etapie do krystalizatora wprowadza się 1 L wody destylowanej, w którym umieszcza się w uchwytach elektrody srebrne lub złote i zanurza w wodzie destylowanej, następnie elektrody ustawia się w odległości 1,2 mm od siebie i doprowadza napięcie 600 - 2300 V, o natężeniu prądu 0,5 - 10 A, przy zastosowaniu elektrod o średnicy 2 mm i długości 30 mm, dalej prowadzi się wyładowanie łukowe do wytworzenia nanocząstek srebra lub złota w wodzie destylowanej o średnicach odpowiednio od 1 - 8 do 3 - 15nm, przy czym proces prowadzi się w czasie 15 - 25 minut, dalej całość pozostawia się do ostygnięcia do temperatury pokojowej, w drugim etapie czystą tkaninę bawełnianą zanurza się w naczyniu z nanocząstkami srebra lub złota o stężenie roztworu 100 - 250 ppm, temperaturze 40 - 80°C, w trzecim etapie, bezpośrednio po moczeniu mokry materiał wprowadza się do przestrzeni pomiędzy wałkami magla, gdzie wałki magla mają temperaturę 120 - 250°C, a cykl moczenia i maglowanie powtarza się 3 - 6 razy do uzyskania tkaniny suchej, z nanocząstkami srebra lub złota.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób modyfikacji włókna naturalnego lub sztucznego z wykorzystaniem nanocząstek srebra lub złota jako czynnika biobójczego do wytwarzania materiałów tekstylnych o właściwościach antyseptycznych.

Nanocząstki to struktury o wymiarach w zakresie 1-100 nm. Wykazują one wyjątkowe i znacznie różniące się od ich form makroskalowych właściwości fizyczne, chemiczne oraz biologiczne. Nanocząstki charakteryzują się specyficzną strukturą geometryczną, wysokim stosunkiem powierzchni do objętości, który jest tym większy im mniejsza jest średnica cząstek. Powoduje to znaczny wzrost aktywności formy nanostrukturalnej oraz wpływa na właściwości absorpcyjne i reaktywność. Dla porównania srebro nierozdrobnione topi się w temperaturze 960°C a nanocząstki srebra o średnicy 2,4 nm posiadają temperaturę topnienia równą 360°C. Zmiany właściwości obserwowane są również w innych wielkościach fizycznych takich jak: przewodnictwo cieplne, elektryczne i magnetyczne.

Znane są sposoby modyfikacji tkanin bawełnianych nanostrukturami TiO2 w celu nadania im właściwości fotokatalitycznych. Modyfikację włókna bawełnianego nanocząstkami srebra przeprowadza się w celu nadania im właściwości antyseptycznych. Tak zmodyfikowane materiały są używane do wytwarzania m.in. bandaży, środków opatrunkowych, itp. Problemem, który w dużej mierze niweluje niniejszy wynalazek jest trwałość modyfikacji nanostrukturami. Metody oparte tylko na zanurzeniu tkaniny w koloidzie zawierającym określone stężenie nanocząstek powodują ich modyfikację, ale nietrwałą.

Znane są rozwiązania dotyczące modyfikacji tkanin bawełnianych za pomocą nanocząstek srebra, m.in. z opisów zgłoszeń patentowych nr US2021062411A1 (WO2021041661A1), nr WO2018216855A1, nr WO2019211876A1, nr CN107385893A, nr CN104313874A. Autorzy wykorzystali rozwiązanie polegające na odtłuszczeniu włókien bawełny i namaczaniu w wodnym roztworze azotanu srebra (AgNO3), a następnie odwirowaniu, prasowaniu i suszeniu w temperaturach od 120°C do 160 °C przez 40 do 60 minut. W podobny sposób, in situ, nasączano włókna bawełniane lub celulozę w wodnym roztworze azotanu srebra (AgNO3) w obecności winianu sodowo-potasowego (NaKC4H4O6) oraz amoniaku (NH3) z ekspozycją na światło albo przy działaniu temperatury (30°C do 100°C, do 24 godzin). Po reakcji powierzchnia materiałów była domieszkowana nanocząstkami srebra. W podanych przykładach syntezowanie nanocząstek srebra oraz powlekanie tkanin obydwa się na drodze reakcji chemicznych.

Istotą wynalazku jest sposób modyfikacji tkanin bawełnianych z wykorzystaniem nanocząstek srebra lub złota, który polega na tym, że w pierwszym etapie do krystalizatora wprowadza się 1 L wody destylowanej, w którym umieszcza się w uchwytach elektrody srebrne lub złote i zanurza w wodzie destylowanej, następnie elektrody ustawia się w odległości 1,2 mm od siebie i doprowadza napięcie 600-2300 V o natężeniu prądu 0,5-10 A, przy zastosowaniu elektrod o średnicy 2 mm i długości 30 mm, dalej prowadzi się wyładowanie łukowe do wytworzenia nanocząstek srebra lub złota w wodzie destylowanej o średnicach odpowiednio od 1-8 do 3-15 nm, przy czym proces prowadzi się w czasie 15-25 minut, dalej całość pozostawia się do ostygnięcia do temperatury pokojowej, w drugim etapie czystą tkaninę bawełnianą zanurza się w naczyniu z nanocząstkami srebra lub złota o stężeniu w roztworze 100-250 ppm, temperaturze 40-80°C, w trzecim etapie, bezpośrednio po moczeniu mokry materiał wprowadza się do przestrzeni pomiędzy wałkami magla, gdzie wałki magla mają temperaturę 120250°C, a cykl moczenia i maglowanie powtarza się 3-6 razy do uzyskania tkaniny suchej, z nanocząstkami srebra lub złota.

Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskano następujące efekty technicznoużytkowe:

• wszystkie etapy procesu modyfikacji tkanin pochodzenia naturalnego lub sztucznego z wykorzystaniem nanocząstek srebra lub złota prowadzi się w procesach fizycznych, • możliwość uzyskania modyfikacji tkanin polegającej na trwałym połączeniu nanocząstka struktura włókna, • skuteczne i trwałe domieszkowanie włókna naturalnego (np. bawełny) lub sztucznego (np. poliester) ze strukturami metalicznymi w skali nanometrycznej, • uzyskanie materiałów tekstylnych o właściwościach antyseptycznych.

Wynalazek ilustrują poniższe przykłady:

Przykład 1

Modyfikacja cząstkami srebra. Proces modyfikacji prowadzi się w trzech etapach. W pierwszym etapie do krystalizatora wprowadza się 1000 ml wody destylowanej. Elektrody srebrne umieszcza się w uchwytach i zanurza pod powierzchnię lustra wody, a następnie śrubą mikrometryczną ustawia się w odległości 1,2 mm od siebie i doprowadza napięcie 600 V, przy czym natężenie prądu przy zastosowaniu elektrod o średnicy 2 mm i długości 30 mm wynosi 0,5 A. Wyładowanie łukowe, stwarzając wysoką punktową temperaturę, prowadzi do wytworzenia nanocząstek srebra w wodzie destylowanej o średnicy od 1-8 nm. Proces prowadzi się w czasie 15 minut i pozostawia do ostygnięcia do temperatury pokojowej. W drugim etapie czystą tkaninę bawełnianą zamacza się w naczyniu, gdzie naczynie i ilość koloidu srebra dobiera się w zależności od wielkości tkaniny - zachowując przy tym stężenie 100 ppm w dobieranej objętości. W trzecim etapie bez suszenia, bezpośrednio po moczeniu, materiał wprowadza się do przestrzeni pomiędzy wałkami magla. Wałki magla mają temperaturę 120°C. Moczenie i maglowanie powtarza się 3 razy.

Przykład 2

Modyfikacja cząstkami srebra. Proces modyfikacji prowadzi się w trzech etapach. W pierwszym etapie do krystalizatora wprowadza się 1 L wody destylowanej. Elektrody srebrne umieszcza się w uchwytach i zanurza pod powierzchnię lustra wody. Elektrody ustawia się w odległości 1,2 mm od siebie i doprowadza napięcie 2300 V, przy czym natężenie prądu przy zastosowaniu elektrod o średnicy 2 mm i długości 30 mm wynosi 10 A. Wyładowanie łukowe (wysoka punktowa temperatura) prowadzi do wytworzenia nanocząstek srebra w wodzie destylowanej o średnicy od 3-15 nm. Proces prowadzi się w czasie 25 minut i pozostawia do ostygnięcia do temperatury pokojowej. W drugim etapie czystą tkaninę bawełnianą zamacza się w naczyniu (naczynie i ilość koloidu srebra dobiera się w zależności od wielkości tkaniny - zachowując przy tym stężenie 250 ppm w dobieranej objętości). W trzecim etapie, bez suszenia, bezpośrednio po moczeniu, materiał wprowadza się do przestrzeni pomiędzy wałkami magla. Wałki magla mają temperaturę 250°C. Moczenie i maglowanie powtarza się 6 razy.

Przykład 3

Modyfikacja cząstkami złota. Proces modyfikacji prowadzi się w trzech etapach. W pierwszym etapie do krystalizatora wprowadza się 1 L wody destylowanej. Elektrody złote umieszcza się w uchwytach i zanurza pod powierzchnię lustra wody. Elektrody srebrne umieszcza się w uchwytach i zanurza pod powierzchnię lustra wody. Elektrody, śrubą mikrometryczną ustawia się w odległości 1,2 mm od siebie i doprowadza napięcie 600 V, gdzie natężenie prądu przy zastosowaniu elektrod o średnicy 2 mm i długości 30 mm wynosi 0,5 A. Wyładowanie łukowe (wysoka punktowa temperatura) prowadzi do wytworzenia nanocząstek złota w wodzie destylowanej o średnicy od 1-8 nm. Proces prowadzi się w czasie 15 minut i pozostawia do ostygnięcia do temperatury pokojowej. W drugim etapie czystą tkaninę bawełnianą zamacza się w naczyniu (naczynie i ilość koloidu złota dobiera się w zależności od wielkości tkaniny - zachowując przy tym stężenie 100 ppm w dobieranej objętości). W trzecim etapie bez suszenia, bezpośrednio po moczeniu, materiał wprowadza się do przestrzeni pomiędzy wałkami magla. Wałki magla mają temperaturę 120°C. Moczenie i maglowanie powtarza się 3 razy.

Przykład 4

Modyfikacja cząstkami złota. Proces modyfikacji prowadzi się w trzech etapach. W pierwszym etapie do krystalizatora wprowadza się 1 L wody destylowanej. Elektrody złote umieszcza się w uchwytach i zanurza pod powierzchnię lustra wody. Elektrody, śrubą mikrometryczną ustawia się w odległości 1,2 mm od siebie i doprowadza napięcie 2300 V, przy czym natężenie prądu przy zastosowaniu elektrod o średnicy 2 mm i długości 30 mm wynosi 10 A. Wyładowanie łukowe (wysoka punktowa temperatura) prowadzi do wytworzenia nanocząstek złota w wodzie destylowanej o średnicy od 3-15 nm. Proces prowadzi się w czasie 25 minut i pozostawia do ostygnięcia do temperatury pokojowej. W drugim etapie czystą tkaninę bawełnianą zamacza się w naczyniu, gdzie naczynie i ilość koloidu srebra dobiera się w zależności od wielkości tkaniny - zachowując przy tym stężenie 250 ppm w dobieranej objętości). W trzecim etapie, bez suszenia, bezpośrednio po moczeniu, materiał wprowadza się do przestrzeni pomiędzy wałkami magla. Wałki magla mają temperaturę 250°C. Moczenie i maglowanie powtórzą się 6 razy.

Claims

Zastrzeżenie patentowe

1. Sposób modyfikacji tkanin bawełnianych z wykorzystaniem nanocząstek srebra lub złota, znamienny tym, że w pierwszym etapie do krystalizatora wprowadza się 1 L wody destylowanej, w którym umieszcza się w uchwytach elektrody srebrne lub złote i zanurza w wodzie destylowanej, następnie elektrody ustawia się w odległości 1,2 mm od siebie i doprowadza napięcie 600-2300 V, o natężeniu prądu 0,5-10 A, przy zastosowaniu elektrod o średnicy 2 mm i długości 30 mm, dalej prowadzi się wyładowanie łukowe do wytworzenia nanocząstek srebra lub złota w wodzie destylowanej o średnicach odpowiednio od 1-8 do 3-15 nm, przy czym proces prowadzi się w czasie 15-25 minut, dalej całość pozostawia się do ostygnięcia do temperatury pokojowej, w drugim etapie czystą tkaninę bawełnianą zanurza się w naczyniu z nanocząstkami srebra lub złota o stężenie roztworu 100-250 ppm, temperaturze 40-80°C, w trzecim etapie, bezpośrednio po moczeniu mokry materiał wprowadza się do przestrzeni pomiędzy wałkami magla, gdzie wałki magla mają temperaturę 120-250°C, a cykl moczenia i maglowanie powtarza się 3-6 razy do uzyskania tkaniny suchej, z nanocząstkami srebra lub złota.