WO2018038627A1 - Трехмерный антибактериальный материал, способ его получения (варианты), установка для реализации способа - Google Patents

Трехмерный антибактериальный материал, способ его получения (варианты), установка для реализации способа Download PDF

Info

Publication number
WO2018038627A1
WO2018038627A1 PCT/RU2016/000567 RU2016000567W WO2018038627A1 WO 2018038627 A1 WO2018038627 A1 WO 2018038627A1 RU 2016000567 W RU2016000567 W RU 2016000567W WO 2018038627 A1 WO2018038627 A1 WO 2018038627A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
unit
nanoparticles
impregnation
reagent
titanium
Prior art date
Application number
PCT/RU2016/000567
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Анна Владимировна КАМЛЕР
Андрей Константинович БАРИНОВ
Original Assignee
Анна Владимировна КАМЛЕР
Андрей Константинович БАРИНОВ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Анна Владимировна КАМЛЕР, Андрей Константинович БАРИНОВ filed Critical Анна Владимировна КАМЛЕР
Priority to EP16914318.7A priority Critical patent/EP3505166A4/en
Priority to EA201892723A priority patent/EA036413B1/ru
Priority to PCT/RU2016/000567 priority patent/WO2018038627A1/ru
Publication of WO2018038627A1 publication Critical patent/WO2018038627A1/ru

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
    • D06M11/32—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with oxygen, ozone, ozonides, oxides, hydroxides or percompounds; Salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond
    • D06M11/36—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with oxygen, ozone, ozonides, oxides, hydroxides or percompounds; Salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond with oxides, hydroxides or mixed oxides; with salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond
    • D06M11/38—Oxides or hydroxides of elements of Groups 1 or 11 of the Periodic Table
    • D06M11/42—Oxides or hydroxides of copper, silver or gold
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/70—Web, sheet or filament bases ; Films; Fibres of the matrix type containing drug
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K33/00—Medicinal preparations containing inorganic active ingredients
    • A61K33/24—Heavy metals; Compounds thereof
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K33/00—Medicinal preparations containing inorganic active ingredients
    • A61K33/06—Aluminium, calcium or magnesium; Compounds thereof, e.g. clay
    • A61K33/08—Oxides; Hydroxides
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P31/00—Antiinfectives, i.e. antibiotics, antiseptics, chemotherapeutics
    • A61P31/04—Antibacterial agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y5/00—Nanobiotechnology or nanomedicine, e.g. protein engineering or drug delivery
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06B—TREATING TEXTILE MATERIALS USING LIQUIDS, GASES OR VAPOURS
    • D06B13/00—Treatment of textile materials with liquids, gases or vapours with aid of vibration
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06B—TREATING TEXTILE MATERIALS USING LIQUIDS, GASES OR VAPOURS
    • D06B15/00—Removing liquids, gases or vapours from textile materials in association with treatment of the materials by liquids, gases or vapours
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M10/00—Physical treatment of fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, e.g. ultrasonic, corona discharge, irradiation, electric currents, or magnetic fields; Physical treatment combined with treatment with chemical compounds or elements
    • D06M10/02—Physical treatment of fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, e.g. ultrasonic, corona discharge, irradiation, electric currents, or magnetic fields; Physical treatment combined with treatment with chemical compounds or elements ultrasonic or sonic; Corona discharge
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M10/00—Physical treatment of fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, e.g. ultrasonic, corona discharge, irradiation, electric currents, or magnetic fields; Physical treatment combined with treatment with chemical compounds or elements
    • D06M10/04—Physical treatment combined with treatment with chemical compounds or elements
    • D06M10/06—Inorganic compounds or elements
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
    • D06M11/32—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with oxygen, ozone, ozonides, oxides, hydroxides or percompounds; Salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond
    • D06M11/36—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with oxygen, ozone, ozonides, oxides, hydroxides or percompounds; Salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond with oxides, hydroxides or mixed oxides; with salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond
    • D06M11/44—Oxides or hydroxides of elements of Groups 2 or 12 of the Periodic Table; Zincates; Cadmates
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
    • D06M11/32—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with oxygen, ozone, ozonides, oxides, hydroxides or percompounds; Salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond
    • D06M11/36—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with oxygen, ozone, ozonides, oxides, hydroxides or percompounds; Salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond with oxides, hydroxides or mixed oxides; with salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond
    • D06M11/46—Oxides or hydroxides of elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table; Titanates; Zirconates; Stannates; Plumbates
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
    • D06M11/32—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with oxygen, ozone, ozonides, oxides, hydroxides or percompounds; Salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond
    • D06M11/36—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with oxygen, ozone, ozonides, oxides, hydroxides or percompounds; Salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond with oxides, hydroxides or mixed oxides; with salts derived from anions with an amphoteric element-oxygen bond
    • D06M11/47—Oxides or hydroxides of elements of Groups 5 or 15 of the Periodic Table; Vanadates; Niobates; Tantalates; Arsenates; Antimonates; Bismuthates
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
    • D06M11/83—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with metals; with metal-generating compounds, e.g. metal carbonyls; Reduction of metal compounds on textiles
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M16/00—Biochemical treatment of fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, e.g. enzymatic
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M23/00—Treatment of fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, characterised by the process
    • D06M23/08—Processes in which the treating agent is applied in powder or granular form
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06B—TREATING TEXTILE MATERIALS USING LIQUIDS, GASES OR VAPOURS
    • D06B3/00—Passing of textile materials through liquids, gases or vapours to effect treatment, e.g. washing, dyeing, bleaching, sizing, impregnating
    • D06B3/10—Passing of textile materials through liquids, gases or vapours to effect treatment, e.g. washing, dyeing, bleaching, sizing, impregnating of fabrics
    • D06B3/18—Passing of textile materials through liquids, gases or vapours to effect treatment, e.g. washing, dyeing, bleaching, sizing, impregnating of fabrics combined with squeezing, e.g. in padding machines
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M2101/00—Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
    • D06M2101/02—Natural fibres, other than mineral fibres
    • D06M2101/04—Vegetal fibres
    • D06M2101/06—Vegetal fibres cellulosic
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M2400/00—Specific information on the treatment or the process itself not provided in D06M23/00-D06M23/18
    • D06M2400/02—Treating compositions in the form of solgel or aerogel

Definitions

  • Three-dimensional antibacterial material method for its preparation (options), installation for implementing the method.
  • the invention relates to a new antibacterial material, a method for its preparation, presented in the options, as well as to an installation for implementing the aforementioned method.
  • the invention is directed to the development of processes for applying persistent nanocoatings with antibacterial properties to textiles, which can be used to prevent nosocomial infections.
  • nosocomial infections are infections acquired during treatment or work in a medical facility. According to the international classification, nosocomial infections are divided into 13 classes and 50 types based on clinical and biological criteria. Microorganisms that are commonly associated with nosocomial infections include streptococci, Acinetobacter SPP, Enterococci, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus coagulase, Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Legionella and Enterobacteriaceae, Proteus mirabeliella palisella, Mariella tuberculis, Paliocerebella palisella, Mariella tuberculis, Paliocerebella palisella, Mariella tuberculis, Paliocera mollissis, Mariella tuberculis, Paliocerebella palisella, Mariella bacilliella
  • the causative agents of nosocomial infections can be transmitted from person to person, through the environment or
  • a coating is known in which a layer of particles of at least one nanoscale photocatalytic material is deposited on a primary porous layer of inorganic or inorganic-organic material, with particles of medium size from 2 to 150 nm located at a distance of 1 to 50 nm from each other on the surface primary layer.
  • the primary coating layer can be made of Si02, ZrO, A1203, as well as mixed oxides of these elements or modified organic compounds of these elements.
  • a similar coating can be applied to synthetic materials, textiles, ceramics, wood, metal or varnish. (DE 101 58 433 B4 2006.05.18).
  • Also known (DE 10 2006 053 326 A1 2008.05.15) is a method for producing a coating for hydrophobic or oleophobic surface treatment, in which a dispersion medium, active particles dispersed in it with hydrophobic or oleophobic surface groups, and a binder are used.
  • a dispersion medium active particles dispersed in it with hydrophobic or oleophobic surface groups, and a binder are used.
  • particles with hydro- or oleophobic surface groups for activation are placed in a dispersion medium for grinding, and the binder is added before or after activation.
  • Such a coating leads to a noticeable improvement in the physical properties of the transparent layer with good hydro- or oleophobic properties. It is applicable for application on any surface, especially on fibers and any textiles, on glass, ceramics, metal, wood and synthetic substances.
  • the method describes various types of particle grinding in a dispersion medium (both chemical and physical).
  • the particles themselves can be metal oxides and combinations of them (including pure Ti2).
  • the coating itself to impart hydrophobic or odeophobic properties to surfaces, which contains a dispersion medium, hydrophobic or oleophobic particles dispersed in it, and a binder.
  • a prior art device for impregnating a moving web (RF patent N ° 2157868).
  • the device comprises a bath for impregnating liquid, two or more transporting drums arranged sequentially in the direction of movement of the impregnated web in the bath, two endless belts for transporting the web, placed on tape guides and made in the form of grids, as well as plates immersed in the bath and installed as above the plane of movement of the canvas, and under it.
  • the plates are oriented at an angle to the plane of movement of the canvas and installed with the ability to change the aforementioned angle and depth of immersion, which allows you to select the optimal mode of wetting the canvas by regulating the processes of wave formation in the layers adjacent to the tapes, and the surface layer of water.
  • a textile material and the method of its formation described in the patent application for the invention of the People's Republic of China No. 200610049069.6 is provided: at normal temperature, under stirring conditions, titanium (IV) chloride is added to an ethanol solution containing triethinolamine to form a pasty complex compound. Deionized water is added to the dissolution complex at about 30 ° C., and a clear solution is obtained.
  • the prepared solution with stirring or ultrasonic dispersion is mixed with a 1–5% solution of the AMP-95 amino alcohol (2-amino-methyl-1-propanol) in water and the textile material, which should be completely saturated with the solution, adjust the pH.
  • AMP-95 amino alcohol (2-amino-methyl-1-propanol)
  • the textile material which should be completely saturated with the solution, adjust the pH.
  • nanoscale particles of titanium oxide (IV) are formed in the fibers of the fabric of the textile material in situ.
  • the substance of titanium (IV) chloride and triethinolamine is taken in a quantitative ratio of 1: 2, ethanol is used as a solvent, in a volume three times the volume of triethinolamine.
  • the hybrid system is loaded into a hydrothermal autoclave for processing using the hydrothermal method; at a reaction temperature of 145–200 ° C, nanosized particles of titanium oxide (IV) in anatase crystalline form are created in fibers.
  • titanium (IV) ion Ti + Due to the sufficiently strong positive electric charge of the titanium (IV) ion Ti + , at normal temperature, there is rapid hydrolysis with the formation of titanium hydroxide, from which titanium (IV) oxide is obtained after firing. When a stable complex compound is formed by triethanolamine and titanium ions Ti + , the positive electric charge Ti 4+ is neutralized, which reduces the rate of hydrolysis.
  • the first possible method of hydrolysis involves the destruction of all four Ti — O bonds during the hydrolysis with the formation of titanium hydroxide.
  • Another possible method involves the destruction of only part of the Ti – O bonds during hydrolysis with the subsequent formation of Ti0 2 directly upon separation from the triethanolamine molecule.
  • the method of in situ formation of inorganic nanosized particles of TU 2 or Si0 2 in a textile material increases the dispersion characteristics and the adhesion of nanoparticles in the fabric in order to improve the characteristics of textiles in terms of protection against ultraviolet radiation and bacteria.
  • the method allows to obtain antibacterial material only coated with nanoparticles of titanium dioxide or silicon oxide. This limits the use of various compositions of titanium oxide and other metal oxides (such as MgO, ZnO, CuO, Ce02), and as a result, limits the expansion of market segments.
  • the objective of the invention is to obtain a more effective antibacterial material based on available metal oxides and their compositions and the development of textile processing technology.
  • a new three-dimensional antibacterial material intended for the production of dressings for the treatment of wounds or textiles with antibacterial properties, which is a microfiber matrix with chemically or physically attached nanoparticles to its fibers, as nanoscale compositions containing titanium oxide nanoparticles (TU2), or compositions containing nanoparticles of titanium oxide and nanoparticles of oxides of other metals or their compounds, the content on ochastits in material structure obeys the following inequality:
  • the number of nanosized particles in it is from 0.1 to 30% (mass).
  • the size of the nanoparticles in the material is from 1 to 500 nm.
  • the three-dimensional antibacterial material contains ZnO, CuO, MgO, Ce0 2 .
  • Y i provides the content of titanium oxide nanoparticles Ti 2 more than the total concentration of other metals or their compounds.
  • the upper bound in inequality 100 limits the minimum content of other metals compared with titanium oxide nanoparticles Ti0 2 in the range of 1%.
  • the problem is solved by the method of obtaining three-dimensional antibacterial textile material, proposed in the options for execution.
  • a titanium-containing solution or solution is preliminarily prepared containing, in addition to titanium-containing compounds, compounds of other metals (Zn, Cu, Mg, Ce, etc.) that serve as the starting materials for the formation of nanoparticles of oxides of these metals.
  • the textile material is impregnated with the prepared solution in the presence of ultrasonic vibrations at a frequency of 10 to 100 kHz until the fibers are completely wetted and impregnated with the prepared solution.
  • Subsequent formation of the sol from the stock solution is carried out. For this, heating, pre-drying, steam treatment, the addition of a substance that regulates / changes pH or other reagents can be used. Form a gel. After washing the material with water, thermostating is carried out at a temperature of from 80 to 200 degrees Celsius.
  • the second variant of the method for producing three-dimensional antibacterial textile material involves pre-impregnating the textile material with a reagent having a pH different from neutral, preparing a titanium-containing solution (the solution, in addition to titanium-containing compounds, may contain compounds of other metals (Zn, Cu, Mg, Ce, etc.), which serve as initial for the formation of nanoparticles of oxides of these metals); the textile material is impregnated with the prepared solution in the presence of ultrasonic vibrations at a frequency of 10 to 100 kHz, which ensures complete wetting and complete impregnation of the fibers with the prepared solution, while due to the excellent pH (provided by preliminary impregnation), nano-sol and gel on the fibers, washing the material with water and final drying of the material at a temperature of 80 to 200 degrees Celsius.
  • a titanium-containing solution the solution, in addition to titanium-containing compounds, may contain compounds of other metals (Zn, Cu, Mg, Ce, etc.), which serve as initial for the formation of nanop
  • the formation of nanoparticles occurs directly in the fibers of textile materials.
  • the main component of the three-dimensional antibacterial structure is metal oxide.
  • nanoscale particles are chemically bonded to textile fibers.
  • Cotton or cotton-containing material was used as a textile, a chemical bond is formed between the cellulose molecules that make up the cotton and nanoparticles of titanium oxide or other metals.
  • the sizes of nanoparticles are from 1 nm to 1000 nm.
  • the spatial arrangement of nanoparticles relative to each other is determined by the geometry of the textile fibers, since a bond is formed with cellulose molecules. Thus, uniform distribution of nanoparticles throughout the material is achieved.
  • the uniform distribution of nanoparticles on the fibers is also achieved by ultrasonic treatment with a frequency of 10 - 100 kHz at the stage of impregnation of tissue fibers with a liquid titanium-containing solution. It is ultrasound that facilitates the penetration of substances into the fibers and makes it possible to form a three-dimensional structure instead of a surface coating.
  • the first stage of the method for producing a three-dimensional antibacterial textile material involves preparing the initial solution and impregnating the textile material with this solution in the presence of ultrasonic vibrations.
  • a pre-cavitation mode which is an undoubted advantage of the method compared to the technology described in [Materials Letters 96 (2013) 121-124], since it will reduce the power consumption of the installation and the effect on textiles (that is, it will allow to preserve the strength of the material) .
  • the chemical and mechanical strength of the application is achieved.
  • secondary processing of the textile material in particular thermal, in particular steam, during which hydrolysis and formation of the sol occurs.
  • the process can be controlled by adjusting the temperature of the steam.
  • the sol is transferred to a gel when part of the water is removed from it by heating or extraction with an appropriate solvent. Heated air can be used for this. Solid particles of the gel form a loose spatial network that contains a liquid dispersion medium in its cells, depriving the fluidity of the system as a whole.
  • the textiles are washed in water and then dried at temperatures up to 200 degrees Celsius. During the final drying, the gel finally solidifies, and the formation of a porous structure chemically attached to the fiber with antibacterial properties is completed.
  • a sol without using steam, but simply by heating to a threshold temperature. Heating can also be carried out due to ultrasonic vibrations, while before reaching the threshold temperature, ultrasound is used to impregnate the material. When the threshold temperature is reached in the vicinity of the fibers, the formation of sol, then gel, begins. In this case, ultrasonic vibrations in the zone of formation of sol and gel prevent the agglomeration of nanoparticles, which contributes to a more uniform distribution of nanoparticles. Finally, a three-dimensional structure is fixed at the drying stage.
  • steam is also not used.
  • Another pre-impregnation step is added.
  • the formation of a sol begins by creating a certain pH in the vicinity of the fibers by pre-impregnating the textile with a reagent with a pH other than neutral.
  • the second variant of the method for producing a three-dimensional antibacterial textile material involves impregnating the textile material with a titanium-containing reagent, in which the textile material is pre-impregnated with a reagent having a pH other than neutral, then the textile is treated with a titanium-containing reagent in the presence of ultrasonic vibrations at a frequency from 10 to 100 kHz to full wetting and impregnating the fibers, form a nanosol and gel on the fibers, wash the material, mainly with water, and dry it and temperature from 80 to 200 degrees Celsius.
  • the method allows the use of any metals and their compositions; compositions based on titanium dioxide, oxides of copper, zinc and manganese. These compounds are an alternative to silver, which significantly reduces the cost of technology. As an antibacterial agent, metal oxides are used, which have a low cost compared to silver used.
  • the antibacterial coating is resistant and can withstand at least 100 washings; during operation, the coating does not separate onto the skin or into the water during washing.
  • the antibacterial activity of a material containing titanium dioxide or its composition after washing can be increased by treatment with sunlight before use.
  • the pre-cavitation mode allows to reduce energy consumption and impact on the strength of the material.
  • the strength of the new textile material is not lower than the strength of the material without antibacterial properties.
  • a device for producing three-dimensional antibacterial material comprises a reagent preparation unit, an impregnation unit,
  • the reagent preparation unit contains a container equipped with taps for adding liquid components, as well as dispensers for adding powder components, a mixing unit, as well as sensors for measuring temperature, a temperature control unit for monitoring and maintaining the temperature below the temperature at which nanoparticle formation begins,
  • the device further comprises a washing unit and a drying unit, the textile washing unit contains a mechanism forming a fluid sparging.
  • the reagent preparation unit is equipped with a container for storing the initial liquid reagents.
  • the device further comprises a secondary processing unit containing a steam treatment module, or a liquid reagent impregnation module, or a washing machine in a specialized medium, containing a container and a tape drive mechanism, or a pre-drying module at a lower temperature.
  • a secondary processing unit containing a steam treatment module, or a liquid reagent impregnation module, or a washing machine in a specialized medium, containing a container and a tape drive mechanism, or a pre-drying module at a lower temperature.
  • the device further comprises a pre-impregnation unit located in front of the impregnation unit, wherein the pre-impregnation unit contains a container for impregnation and a tape drive for pulling textile material.
  • the device is an automated production line for creating in a textile material containing 30% - 100% cotton, a composition of metal oxide nanoparticles containing a block system including a block for preparing the initial solution (containing, in addition to titanium-containing compounds, compounds of other metals (Zn, Cu, g etc.), which serve as the initial ones for the formation of nanoparticles of oxides of these metals), an impregnation unit for textile material containing a structure for drawing textile material 50-500 cm wide, ultrasound emitters of a cylindrical or flat shape, a secondary processing unit for textile material containing a secondary processing tank (heating, steam treatment, or adding an additional reagent that contributes to the precipitation of nanoparticles), a washing unit for textile materials with water and a drying unit at a temperature of 80-200 degrees Celsius, ultrasonic emitters to ensure uniformity of impregnation of textile material with the initial solution, which are located with the possibility of ensuring the passage of each section of textiles in the area of mechanical vibrations at a frequency of 10-100
  • the device instead of the secondary tank, contains a tank for pre-impregnating the textile with a reagent with an excellent pH.
  • the device operates as follows.
  • Fig.1 shows a diagram of the passage of material in the following blocks:
  • Blocks 4 and 6 can be used optionally.
  • the reagent is prepared in the reagent preparation unit 1.
  • a mixing tank of reagents made of stainless steel with a volume of 20–40 liters can be used. This tank may contain taps for adding liquid reagents, as well as a dispenser for adding powdered reagents.
  • the reagent preparation unit 1 contains a mixing device, and may also contain sensors for measuring temperature, pH, and other values.
  • Block 2 contains a temperature control device for controlling and maintaining the temperature below the temperature at which nanoparticle formation begins.
  • the unit may contain tanks for storing the original liquid reagents (before mixing). The reagent mixing tank is closed, preventing the formation of vapors and their release into the environment.
  • the impregnation unit 3 in addition to the impregnation tank may include a temperature control device to maintain the required process temperature.
  • the reagent prepared in the reagent preparation unit 1 can pass through a heating device in order to bring the reagent temperature closer to the threshold temperature for the formation of metal oxide nanoparticles. In this case, the temperature before impregnation is kept below the threshold.
  • Ultrasonic emitters can be used to finally increase the temperature of the reagent after the fabric has been impregnated.
  • the width of the impregnation tank is 500 - 3000 mm.
  • a temperature control sensor is installed in the impregnation tank.
  • Secondary treatment may include: treatment with steam or heated air, additional heating, washing in an alkaline solution or a solution of excellent pH. Secondary processing is necessary to complete the formation of sol and gel (i.e., the formation of nanoparticles) in the event that this does not occur in the impregnation tank when the temperature of the solution reaches a threshold value.
  • the last stage of processing is water washing and drying.
  • An example of a structure for washing and drying is shown in FIG. 3:
  • Textiles go through the washing tank, where they pass through water, and bubbling can be arranged.
  • the sink tank is an open tank with a width of up to 3000 mm. After washing, the textile passes between two rollers for spinning. After this textile extends over a metal surface to a temperature of 200 degrees Celsius.
  • a tape drive mechanism is used to pull the fabric.
  • the inventive device allows for the application of antibacterial compositions to the fibers in a continuous mode.
  • the performance of the device can be at least 1.5 m / min.
  • the claimed invention allows to obtain a new, more effective antibacterial material based on available metal oxides and their compositions.
  • a textile processing technology is also proposed.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Communicable Diseases (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Oncology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
  • Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к новому антибактериальному материалу, способу его получения, представленному в вариантах, а также к установке для реализации вышеназванного способа. Трехмерный антибактериальный материал представляет собой микроволокнистую матрицу с химически или физически закрепленными на ее волокнах наноразмерными композициями, к котором в качестве наноразмерных композиций он содержит наночастицы оксида титана (TiO2), либо композиции, содержащие наночастицы оксида титана и наночастицы оксидов других металлов или их соединений. Изобретение направлено на разработку процессов нанесения стойких нанопокрытйй с антибактериальными свойствами на текстиль, который может быть использован для профилактики внутрибольничных инфекций.

Description

Трехмерный антибактериальный материал, способ его получения (варианты), установка для реализации способа.
Изобретение относится к новому антибактериальному материалу, способу его получения, представленному в вариантах, а также к установке для реализации вьппеназванного способа. Изобретение направлено на разработку процессов нанесения стойких нанопокрытий с антибактериальными свойствами на текстиль, который может быть использован для профилактики внутрибольничных инфекций.
Внутрибольничные инфекции - это инфекции, приобретённые в ходе прохождения лечения или работы в медицинском учреждении. Согласно международной классификации внутрибольничные инфекции делятся на 13 классов и 50 типов на основе клинических и биологических критериев. Микроорганизмы, которые обычно ассоциируют с внутрибольничными инфекциями, включают стрептококки, Acinetobacter SPP, Энтерококки, синегнойную палочку, коагулазо стафилококки, золотистый стафилококк, Bacillus Cereus, Legionella и Enterobacteriaceae а именно, Proteus mirablis, клебсиеллу пневмонии, кишечную палочка, Serratia marcescens. Возбудители внутрибольничных инфекций могут передаваться от человека к человеку, через окружающую среду или загрязненную воду и пищу, через кожу или загрязненные предметы медицинского персонала или через общие предметы и поверхности, главным образом, текстиль. Чрезмерное и неправильное использование антибиотиков широкого спектра действия, особенно в медицинских учреждениях, усугубляет проблему внутрибольничных инфекций, которые не помимо вреда здоровью наносят большой экономический ущерб. Неправильное использование антибиотиков часто приводит к эволюции микроорганизмов, которые становятся с устойчивыми к лекарствам. Такие организмы включают внутрибольничные метициллин-устойчивый золотистый стафилококк, ванкомицин- устойчивые энтерококки, синегнойную палочка и Klebsiella пневмонии [Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine, Volume 5, Issue 7, July 2015, pp. 509-514].
Современный рынок бактерицидных текстильных материалов в Европе ограничен вследствие их дороговизны. Это частично связано с тем что, при производстве коммерчески доступных в настоящее время антибактериальных текстильных материалов в качестве антибактериального агента используется, главным образом, серебро. Известно покрытие, в котором на первичный пористый слой из неорганического или неорганически-органического материала наносится слой частиц из не менее одного наноразмерного фотокаталитического материала, при этом частицы среднего размера от 2 до 150 нм располагаются друг от друга на расстоянии от 1 до 50 нм на поверхности первичного слоя. Первичный слой покрытия может быть выполнен из Si02, ZrO, А1203, а так же из смешанных оксидов этих элементов или модифицированных органических соединений этих элементов. Подобное покрытие может наноситься на синтетические материалы, текстиль, керамику, дерево, метал или лак.( DE 101 58 433 В4 2006.05.18).
Так же известен (DE 10 2006 053 326 А1 2008.05.15) способ производства покрытия для гидрофобной или олеофобной отделки поверхностей, в котором применяются дисперсионная среда, диспергированные в ней активные частицы с гидрофобными или олеофобными поверхностными группами, и связующего вещества. При этом частицы с гидро- или олеофобными поверхностными группами для активации помещаются в дисперсионную среду для размельчения, а связующее вещество добавляется до или после активации.
Подобное покрытие приводит к заметному улучшению физических свойств прозрачного слоя при хороших гидро- или олеофобных свойствах. Оно применимо для нанесения на любые поверхности, в особенности на волокна и любой текстиль, на стекло, керамику, метал, дерево и синтетические вещества.
В способе описываются различные виды измельчения частиц в дисперсионной среде (как химические, так и физические). При этом сами частицы могут быть оксидами металлов и комбинациями из них (в том чисто ТЮ2).
Здесь же запатентовано само покрытие для придания гидрофобных или одеофобных свойств поверхностям, которое содержит дисперсионную среду, диспергированные в ней гидрофобные или олеофобные частицы и связующее вещество.
Из уровня техники известно устройство для пропитки движущегося полотна (патент РФ N° 2157868). Устройство содержит ванну для пропитывающей жидкости, два или более транспортирующих барабана, расположенных последовательно по ходу движения пропитываемого полотна в ванне, две бесконечные ленты для транспортировки полотна, размещенные на лентоведущих валах и выполненные в виде сеток, а также пластины, погруженные в ванну и установленные как над плоскостью перемещения полотна, так и под ней. Пластины ориентированы под углом к плоскости перемещения полотна и установлены с возможностью изменения упомянутого угла и глубины погружения, что позволяет подбирать оптимальный режим увлажнения полотна за счет регулирования процессов волнообразования в слоях, прилегающих к лентам, и поверхностном слое воды.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является текстильный материал и способ его формирования, описанной в патентной заявке на изобретение КНР No 200610049069.6. Согласно данному изобретению, предложен способ получения in situ неорганических наноразмерных частиц оксида титана (IV) в текстильном материале: при нормальной температуре, в условиях перемешивания, хлорид титана (IV) добавляют в содержащий триэтиноламин раствор этанола с образованием пастообразного комплексного соединения. В вьщержанное при температуре около 30 °С комплексное соединение для растворения добавляют деионизированную воду, при этом получается прозрачный раствор. Готовый раствор при перемешивании или ультразвуковом диспергировании смешивают с 1— 5 % раствором аминоспирта АМП-95 (2-амино-метил- 1-пропанол) в воде и текстильным материалом, который должен полностью пропитаться раствором, производят регулировку рН. При использовании ультразвукового или гидротермального метода в волокнах ткани текстильного материала in situ формируются наноразмерные частицы оксида титана (IV).
Вещество хлорида титана (IV) и триэтиноламина берется в количественном отношении 1 : 2, этанол используется в качестве растворителя, в объеме в три раза превышающем объем триэтиноламина.
Гибридную систему загружают в гидротермальный автоклав для обработки с применением гидротермального метода, при температуре реакции 145— 200 °С в волокнах in situ создаются наноразмерные частицы оксида титана (IV) в кристаллической форме анатаза.
Из-за достаточно сильного положительного электрического заряда иона титана (IV) Ti +, при нормальной температуре происходит быстрый гидролиз с образование гидрооксида титана, из которого после обжига получают оксид титана (IV). При образовании триэтаноламином и ионами титана Ti + стабильного комплексного соединения происходит нейтрализация положительного электрического заряда Ti4+, что снижает скорость гидролиза.
Гидролиз может происходить двумя способами:
■*-т 2
Figure imgf000004_0001
Первый возможный способ гидролиза предполагает разрушение в ходе гидролиза всех четырех связей Ti— О с образованием гидрооксида титана. Другой возможный способ предполагает разрушение в ходе гидролиза только части связей Ti— О с образованием в последующем непосредственно Ti02 при отделении от молекулы триэтаноламина.
Способ формирования in situ в текстильном материале неорганических наноразмерных частиц ТЮ2 или Si02 повышает характеристики дисперсности и адгезию наночастиц в ткани с целью улучшения характеристик текстильных изделий с точки зрения защиты от ультрафиолетовго излучения и бактерий.
Однако способ позволяет получать антибакиериальный материал только с покрытием наночастицами двуокиси титана либо оксида кремния. Это ограничивает возможности использования различных композиций оксида титана и других оксидов металла (таких как MgO, ZnO, CuO, Се02), и как следствие, ограничивает расширение сегментов рынка.
Задачей предлагаемого изобретения является получение более эффективного антибактериального материала на основе доступных оксидов метала и их композиций и разработка технологии обработки текстиля.
Поставленная задача решается новым трехмерным антибактериальным материалом, предназначенный для производства повязок для лечения ран либо текстильных изделий с антибактериальными свойствами, представляющим собой микроволокнистую матрицу с химически или физически закрепленными на ее волокнах наноразмерными композициями, в качестве наноразмерных композиций содержащий наночастицы оксида титана (ТЮ2), либо композиции, содержащие наночастицы оксида титана и наночастицы оксидов других металлов или их соединений, при этом содержание наночастиц в структуре материала подчиняется следующему неравенству:
ΣΧ
1,1 <^^< 100 , где
- Xi - суммарная концентрация наночастиц оксида титана Т 2
- Yj - суммарная концентрация наночастиц оксидов других металлов или их соединений,
а количество наноразмерных частиц в нем составляет от 0,1 до 30% (масс). Размер наночастиц в материале составляет от 1 до 500 нм.
В качестве наночастиц оксидов других металлов или их соединений трехмерный антибактериальный материал содержит ZnO, CuO, MgO, Ce02. Нижняя граница 1,1 в неравенстве
1,1 < ^-т < 100
2* Yi обеспечивает содержание наночастиц оксида титана Ti 2 больше, чем суммарная концентрация других металлов или их соединений. Верхняя граница в неравенстве 100 ограничивает минимальное содержание других металлов по сравнению с наночастицами оксида титана Ti02 в интервале 1%.
С целью удешевления разрабатываемого продукта по сравнению с прототипом, а также увеличения антибактериальной активности материала нами были рассмотрены альтернативные материалы, обладающие антибактериальными свойствами. Тем не менее, в ходе анализа акцент был сделан на материалы, обладающие хорошей биологической совместимостью с кожей человека.
Также задача решается способом получения трехмерного антибактериального текстильного материала, предлагаемого в вариантах исполнения.
Кроме того задача решается устройством для реализации вышеописанного способа.
В первом варианте способа получения трехмерного антибактериального материала предварительно подготавливают титансодержащий раствор или раствор, содержащий помимо титансодержащих соединений соединения других металлов (Zn, Си, Mg, Се и др.), служащие исходными для формирования наночастиц оксидов этих металлов. Затем пропитывают текстильный материал, приготовленным раствором в присутствии ультразвуковых колебаний при частоте от 10 до 100 кГц до полного смачивания и пропитки волокон приготовленным раствором. Проводят последующее формирование золя из исходного раствора. Для этого может быть использован нагрев, предварительная сушка, обработка водяным паром, добавление вещества регулирующего/изменяющего рН либо других реагентов. Формируют гель. После промывки материала водой проводят термостатирование при температуре от 80 до 200 градусов Цельсия.
Второй вариант способа получения трехмерного антибактериального текстильного материала включает предварительную пропитку текстильного материала реагентом, имеющим рН, отличный от нейтрального, подготовка титансодержащего раствора (раствор помимо титансодержащих соединений может содержать соединения других металлов (Zn, Си, Mg, Се и др.), служащие исходными для формирования наночастиц оксидов этих металлов); пропитка текстильного материала приготовленным раствором в присутствии ультразвуковых колебаний на частоте от 10 до 100 кГц, обеспечивающих полное смачиванипе и полную пропитку волокон приготовленным раствором, при этом за счет отличного рН (обеспеченного предварительной пропиткой) происходит образование нано-золя и геля на волокнах, промывка материала водой и окончательная сушка материала при температуре от 80 до200 градусов Цельсия.
Согласно заявляемому изобретению формирование наночастиц идет непосредственно в волокнах текстильных материалов. Основным компонентом трехмерной антибактериальной структуры является оксид металла. В текстильном материале наноразмерные частицы химически связанны с волокнами текстиля. В качестве текстиля использован хлопок либо материал с содержанием хлопка, химическая связь образована между молекулами целлюлозы, входящей в состав хлопка, и наночастицами оксида титана или других металлов. Размеры наночастиц составляют от 1 нм до 1000 нм. Пространственное расположение наночастиц друг относительно друга определяется геометрией волокон текстиля, так как образуется связь с молекулами целлюлозы. Таким образом, достигается равномерность расположения наночастиц по всему материалу. Также равномерность распределения наночастиц на волокнах достигается ультразвуковым воздействием с частотой 10 - 100 кГц на стадии пропитки волокон ткани жидким титансодержащим раствором. Именно ультразвук способствует проникновению веществ в волокна и приводит к возможности образование трехмерной структуры вместо поверхностного покрытия.
Таким образом, обеспечивается создание трехмерной структуры текстильного материала, содержащей наночастицы на поверхности и внутри волокон.
Первая стадия способа получения трехмерного антибактериального текстильного материала включает подготовку исходного раствора и пропитку текстильного материала этим раствором в присутствии ультразвуковых колебаний. При этом возможно использование докавитационного режима, что является несомненным преимуществом метода по сравнению с технологией, описанной в [Materials Letters 96 (2013) 121-124], поскольку позволит снизить энергопотребление установки и воздействие на текстиль (т.е. позволит сохранить прочность материала). В результате химического связывания получаемой композиции с молекулами целлюлозы достигается химическая и механическая прочность нанесения. Далее происходит вторичная обработка текстильного материала, в частности термическая, в частности паром, в ходе которой происходит гидролиз и формирование золя. Контроль над процессом можно осуществлять, регулируя температуру пара. Далее золь переводят в гель при удалении из него части воды нагреванием или экстракцией соответствующим растворителем. Для этого может быть применен нагретый воздух. Твердые частицы геля образуют рыхлую пространственную сетку, которая содержит в своих ячейках жидкую дисперсионную среду, лишая текучести систему в целом. После пропитки и вторичной обработки, происходит мойка текстиля в воде и последующая сушка при температуре до 200 градусов Цельсия. В ходе финальной сушки происходит окончательное затвердение геля, и процесс формирования химически пришитой к волокну пористой структуры с антибактериальными свойствами завершается.
Возможно формирование золя без использования пара, а просто за счет нагрева до пороговой температуры. Нагрев может быть осуществлен также за счет ультразвуковых колебаний, при этом до достижения пороговой температуры ультразвук используется для пропитки материала. При достижении пороговой температуры в окрестности волокон начинается формирование золя, далее геля. При этом ультразвуковые колебания в зоне формирования золя и геля препятствуют агломерации наночастиц, что способствует более равномерному распределению наночастиц. Окончательно трехмерная структура закрепляется на стадии сушки.
Во втором варианте способа также не используется пар. Добавляется еще одна стадия предварительной пропитки. Формирование золя начинается за счет создания определенного рН в окрестности волокон за счет предварительной пропитки текстиля реагентом с рН отличным от нейтрального.
Второй вариант способа получения трехмерного антибактериального текстильного материала включает пропитку текстильного материала титансодержащим реагентом, в котором предварительно проводят пропитку текстильного материала реагентом, имеющим рН, отличный от нейтрального, далее обрабатывают текстильный материал титансодержащим реагентом в присутствии ультразвуковых колебаний на частоте от 10 до 100 кГц до полного смачивания и пропитки волокон, формируют нано-золь и гель на волокнах, промывают материал, преимущественно водой, и сушат при температуре от 80 до200 градусов Цельсия.
Заявляемый способ обладает следующими преимуществами по сравнению с прототипом:
• Способ позволяет использовать любые металлы и их композиции; композиции на основе диоксида титана, оксидов меди, цинка и марганца. Эти соединения являются альтернативой серебру, что значительно удешевляет технологию. В качестве антибактериального агента использованы оксиды металлов, обладающие низкой стоимостью по сравнению с применяемым серебром.
• Обеспечивается равномерность распределения наночастиц в материале за счет ультразвуковой пропитки. • Достигается развитая поверхность пористой структуры полученного материала, что позволит увеличить антибактериальную активность заявляемого материала по сравнению с материалом, полученным по способу-прототипу.
• Способ позволяет обеспечить стойкость покрытия химической пришивкой наночастиц. Получается покрытие, устойчивое к истиранию.
Антибактериальное покрытие получается стойким и выдерживает как минимум 100 стирок, в ходе эксплуатации не происходит отделение покрытия на кожу или в воду при стирке.
Антибактериальная активность материала, содержащего диоксид титана или его композиции, после стирки может быть увеличена путем обработки солнечным светом перед использованием.
• Обеспечивается высокая скорость процесса за счет высокой скорости реакции.
• Докавитационный режим позволяет снизить энергопотребление и воздействие на прочность материала.
Прочность нового текстильного материала не ниже прочности материала без антибактериальных свойств.
Следует отметить, что антибактериальные свойства материала составляют не ниже А=4 для наиболее распространенных бактерий (антибактериальная активность в данном случае описывается показателем А, который вводится следующим образом: А=1 при уменьшении количества бактерий на 90%; А=2 при уменьшении количества бактерий на 99%; А=3 при уменьшении количества бактерий на 99,9% и т. д.).
Устройство для получения трехмерного антибактериального материала содержит блок подготовки реагентов, блок пропитки,
при этом блок подготовки реагентов содержит емкость, снабженную кранами для добавления жидких компонентов, а также дозаторами для добавления порошкообразных компонентов, узел перемешивания, а также сенсоры для измерения температуры, узел термостатирования для контроля и поддержания температуры ниже температуры начала формирования наночастиц,
блок пропитки содержит емкость для пропитки, узел подогрева реагента, датчик контроля температуры, ультразвуковые излучатели цилиндрической либо плоской формы, обеспечивающие равномерное облучение протягиваемого текстиля с обеих сторон механическими колебаниями частотой 10-100 кГц, питаемые ультразвуковыми генераторами, лентопротяжный механизм для протяжки текстильного материала, при этом блок пропитки содержит четное количество ультразвуковых излучателей, сдвинутых друг относительно друга таким образом, чтобы максимум поперечного излучения излучателя номер п совпадал с минимумом поперечного излучения излучателя номер п+1, где п=1,2,3 . Устройство дополнительно содержит блок мойки и блок сушки, блок мойки текстиля содержит механизм, образующий барботаж жидкости.
В заявляемом устройстве блок подготовки реагентов снабжен емкостью для хранения исходных жидких реагентов.
Кроме того устройство дополнительно содержит блок вторичной обработки, содержащий модуль обработки паром, либо модуль пропитки жидким реагентом либо мойки в специализированной среде, содержащий емкость и лентопротяжный механизм, либо модуль предварительной сушки при более низкой температуре.
Также устройство дополнительно содержит блок предварительной пропитки, расположенный перед блоком пропитки, при этом блок предварительной пропитки содержит емкость для пропитки и лентопротяжный механизм для протяжки текстильного материала.
Устройство представляет собой автоматизированную технологическую линию для создания в текстильном материале, содержащем 30%- 100% хлопка, композиции наночастиц на базе оксида металла, содержащим систему блоков, включающую блок подготовки исходного раствора (содержащего помимо титансодержащих соединений соединения других металлов (Zn, Си, g и др.), служащие исходными для формирования наночастиц оксидов этих металлов), блока пропитки текстильного материала, содержащим конструкцию для протяжки текстильного материала шириной 50-500 см, ультразвуковые излучатели цилиндрической либо плоской формы, блока вторичной обработки текстильного материала, содержащего бак для вторичной обработки (нагрева, обработки паром, либо добавления дополнительного реагента, способствующего выпадению наночастиц), блока мойки текстильного материала водой и блока сушки при температуре 80-200 градусов Цельсия, ультразвуковые излучатели для обеспечения равномерности пропитки текстильного материала исходным раствором, которые расположены с возможностью обеспечения прохождения каждого участка текстиля в зоне механических колебаний на частоте 10-100 кГц и питаемые ультразвуковыми генераторами.
В случае реализации способа по второму варианту вместо бака вторичной обработки устройство содержит бак предварительной пропитки текстиля реагентом с отличным рН. Устройство работает следующим образом. На фиг.1 приведена схема прохождения материалом по следующим блокам:
1- блок подготовки реагента
2- блок термостатирования
3- блок пропитки
4- блок вторичной обработки
5- блок мойки и сушки
6- блок предварительной пропитки
Блоки 4 и 6 могут быть использованы дополнительно.
На первом этапе происходит подготовка реагента в блоке подготовки реагента 1. Для этого может быть использован бак смешивания реагентов из нержавеющей стали объемом 20-40 литров. Данный бак может содержать краны для добавления жидких реагентов, а также дозатор для добавление порошкообразных реагентов. Кроме того, блок подготовки реагента 1 содержит устройство перемешивания, а также может содержать сенсоры для измерения температуры, рН и других величин. Блок 2 содержит устройство термостатирования для контроля и поддержания температуры, ниже температуры начала формирования наночастиц. Помимо этого блок может содержать баки для хранения исходных жидких реагентов (до смешивания). Бак смешивания реагентов закрытый, препятствующий возникновению паров и их выбросу в окружающую среду.
Блок пропитки 3 помимо бака пропитки может содержать устройство термостатирования для поддержания необходимой температуры процесса. Реагент, подготовленный в блоке подготовки реагента 1 может проходить через устройство нагрева, чтобы приблизить температуру реагента к пороговой температуре формирования наночастиц оксидов металлов. При этом температура до пропитки сохраняется ниже пороговой. Ультразвуковые излучатели могут быть использованы для окончательного увеличения температуры реагента уже после пропитки ткани.
Блок пропитки 3 содержит ультразвуковые излучатели, питаемые ультразвуковыми генераторами (несколькими либо одним многоканальным). Текстиль (возможно после предварительной пропитки) подается в бак пропитки и проходит между ультразвуковыми излучателями таким образом, чтобы обеспечить равномерное облучение текстиля с обеих сторон. В связи с этим используется четное количество ультразвуковых излучателей, сдвинутых друг относительно друга таким образом, чтобы максимум поперечного излучения излучателя п совпадал с минимумом поперечного излучения излучателя п+1 (п=1,2,3,...). Для этого используется лентопротяжный механизм. Бак пропитки закрыт во избежание попадания каких-либо паров в окружающую среду. Бак пропитки может быть И
изготовлен из нержавеющей стали. Ширина бака пропитки 500 - 3000 мм. В баке пропитки установлен датчик контроля температуры.
Пример исполнения системы блок подготовки реагента- блок пропитки представлен на фиг.2:
1 - бак пропитки
2 - насос (для подачи реагента в блок пропитки через устройство термостатирования 6)
3 - кран для залив реагента
4 - кран для слива реагента
5 - блок подготовки реагента (краны не показаны)
6 - устройство термостатирования.
После пропитки текстиль проходит между двумя роликами для отжима и далее может подаваться в блок вторичной обработки 4 соответственно на фиг.1 (если необходимо). Вторичная обработка может включать в себя: обработку паром или нагретым воздухом, дополнительный нагрев, мойку в щелочном растворе или растворе отличного рН. Вторичная обработка необходима для завершения формирования золя и геля (т. е. формирования наночастиц) в том случае, если это не происходит в баке пропитки при переходе температуры раствора порогового значения.
Последний этап обработки - мойка водой и сушка. Пример конструкции для мойки и сушки представлен на фиг.З:
1 - бак;
2 - рама;
3 - ролик;
4 - направляющий ролик;
5 - термометр;
6 - механизм отжима;
7 - возможны устройства нагрева воды;
8 - нагреватели;
9 - ролик;
10 - вращающий двигатель,
11 - корзина для сбора ткани.
Текстиль проходит бак мойки, где он проходит через воду, при этом может быть организован барботаж. Бак мойки представляет собой открытый бак шириной до 3000 мм. После мойки текстиль проходит между двумя роликами для отжима. После этого текстиль протягивается по металлической поверхности температуры до 200 градусов Цельсия. Для протяжки ткани используется лентопротяжный механизм.
Заявляемое устройство позволяет обеспечить нанесение антибактериальных композиций на волокна в непрерывном режиме. Производительность устройства может составлять не менее 1,5 м/мин.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет получить новый более эффективный антибактериальный материал на основе доступных оксидов метала и их композиций. Предложена также технология обработки текстиля.

Claims

Формула изобретения
1. Трехмерный антибактериальный материал, представляющий собой микроволокнистую матрицу с химически или физически закрепленными на ее волокнах наноразмерными композициями, который в качестве наноразмерных композиций содержит наночастицы оксида титана (ТЮ2), либо композиции, содержащие наночастицы оксида титана и наночастицы оксидов других металлов или их соединений, при этом содержание наночастиц в структуре материала подчиняется следующему неравенству:
Υχ
, где
- Xi - суммарная концентрация наночастиц оксида титана ТЮ2
- Yj - суммарная концентрация наночастиц оксидов других металлов или их соединений,
а количество наноразмерных частиц в нем составляет от 0,1 до 30% (масс), размер наночастиц в материале составляет от 1 до 1000 нм.
2. Трехмерный антибактериальный материал по п. 1, отличающийся тем, что в качестве наночастиц оксидов других металлов или их соединений он содержит ZnO, CuO, MgO, Ce02.
3. Способ получения трехмерного антибактериального материала, включающий пропитку текстильного материала титансодержащим реагентом, отличающийся тем, что предварительно подготавливают раствор титансодержащего реагента, затем пропитывают текстильный материал приготовленным раствором в присутствии ультразвуковых колебаний при частоте от 10 до 100 кГц до полного смачивания и пропитки волокон, проводят последующее формирование золя из исходного раствора, формируют гель, а после промывки материала, преимущественно водой, проводят термическую обработку при температуре от 80 до 200 градусов Цельсия.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что формирование золя из исходного раствора осуществляют нагревом или предварительной сушкой.
5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что формирование золя из исходного раствора осуществляют обработкой водяным паром.
6. Способ по п. 3, отличающийся тем, что формирование золя из исходного раствора осуществляют добавлением вещества, регулирующего/изменяющего рН.
7. Способ по п. 3, отличающийся тем, что формирование золя из исходного раствора осуществляют путем достижения в окрестности волокон пороговой температуры в ходе пропитки материала в присутствии ультразвуковых колебаний, обеспечивающих нагрев области формирования золя.
8. Способ получения трехмерного антибактериального текстильного материала, включающий пропитку текстильного материала титансодержащим реагентом, отличающийся тем, что предварительно проводят пропитку текстильного материала реагентом, имеющим рН, отличный от нейтрального, далее обрабатывают текстильный материал титансодержащим реагентом в присутствии ультразвуковых колебаний на частоте от 10 до 100 кГц до полного смачивания и пропитки волокон, при этом формируют нано-золь и гель на волокнах, промывают материал, преимущественно водой, и сушат при температуре от 80 до200 градусов Цельсия.
9. Способ по любому из п.п. 3 - 8, отличающийся тем. что титансодержащий реагент помимо титансодержащих соединений содержит соединения других металлов (Zn, Си, Mg, Се и др.), служащих исходными для формирования наночастиц оксидов этих металлов.
10. Устройство для получения трехмерного антибактериального материала, содержащее блок подготовки реагентов, блок пропитки,
при этом блок подготовки реагентов содержит емкость, снабженную кранами для добавления жидких компонентов, а также дозаторами для добавления порошкообразных компонентов, узел перемешивания, а также сенсоры для измерения температуры, узел термостатирования для контроля и поддержания температуры ниже температуры начала формирования наночастиц,
блок пропитки содержит емкость для пропитки, узел подогрева реагента, датчик контроля температуры, ультразвуковые излучатели цилиндрической либо плоской формы, обеспечивающие равномерное облучение протягиваемого текстиля с обеих сторон механическими колебаниями частотой 10-100 кГц, питаемые ультразвуковыми генераторами, лентопротяжный механизм для протяжки текстильного материала, при этом блок пропитки содержит четное количество ультразвуковых излучателей, сдвинутых друг относительно друга таким образом, чтобы максимум поперечного излучения излучателя номер п совпадал с минимумом поперечного излучения излучателя номер п+1, где п= 1,2,3.
11. Устройство по п. 10, отличающее тем, что оно дополнительно содержит блок мойки и блок сушки.
12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что блок мойки текстиля содержит механизм, образующий барботаж жидкости.
13. Устройство по любому из пунктов п. 10, 11 или 12, отличающееся тем, что блок подготовки реагентов снабжен емкостью для хранения исходных жидких реагентов.
14. Устройство по любому из п. 10-13, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок вторичной обработки, содержащий модуль обработки паром, либо модуль пропитки жидким реагентом либо мойки в специализированной среде, содержащий емкость и лентопротяжный механизм, либо модуль предварительной сушки при более низкой температуре.
15. Устройство по любому из п. 10 - 14, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок предварительной пропитки, расположенный перед блоком пропитки, при этом блок предварительной пропитки содержит емкость для пропитки и лентопротяжный механизм для протяжки текстильного материала.
PCT/RU2016/000567 2016-08-24 2016-08-24 Трехмерный антибактериальный материал, способ его получения (варианты), установка для реализации способа WO2018038627A1 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16914318.7A EP3505166A4 (en) 2016-08-24 2016-08-24 THREE-DIMENSIONAL ANTIBACTERIAL MATERIAL, METHOD FOR PRODUCING IT (VARIANTS) AND UNIT FOR IMPLEMENTING THE METHOD
EA201892723A EA036413B1 (ru) 2016-08-24 2016-08-24 Трехмерный антибактериальный материал, способ его получения (варианты), установка для реализации способа
PCT/RU2016/000567 WO2018038627A1 (ru) 2016-08-24 2016-08-24 Трехмерный антибактериальный материал, способ его получения (варианты), установка для реализации способа

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2016/000567 WO2018038627A1 (ru) 2016-08-24 2016-08-24 Трехмерный антибактериальный материал, способ его получения (варианты), установка для реализации способа

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018038627A1 true WO2018038627A1 (ru) 2018-03-01

Family

ID=61245146

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2016/000567 WO2018038627A1 (ru) 2016-08-24 2016-08-24 Трехмерный антибактериальный материал, способ его получения (варианты), установка для реализации способа

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3505166A4 (ru)
EA (1) EA036413B1 (ru)
WO (1) WO2018038627A1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110106561A (zh) * 2019-04-23 2019-08-09 英鸿纳米科技股份有限公司 一种抗菌纳米纤维膜的制备方法
CN112384651A (zh) * 2018-05-31 2021-02-19 阿尔贾曼技术有限公司 将化合物应用于天然纤维的方法与系统及由其制得的经处理纤维
CN115125725A (zh) * 2022-07-19 2022-09-30 武汉纺织大学 一种纯棉未煮漂非织造布高耐久性抗菌整理方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU201996U1 (ru) * 2020-02-07 2021-01-26 ООО "Информационно-выставочное агентство "ИнфоМедФарм Диалог" Устройство для нанесения наночастиц на текстиль

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3991236A (en) * 1968-11-22 1976-11-09 Vepa Ag Method for coating a material length with a fluid coating substance
CN1807750A (zh) * 2006-01-13 2006-07-26 浙江理工大学 一种在纺织品中原位生成无机纳米粒子的方法
CN101333788A (zh) * 2008-08-07 2008-12-31 上海交通大学 能净化空气的功能型壁纸材料
RU2412292C2 (ru) * 2009-01-12 2011-02-20 Тахир Хусанович Холматов Способ обработки ткани
CN102182056A (zh) * 2011-05-16 2011-09-14 西安工程大学 在涤纶织物表面制备纳米二氧化钛颗粒复合银镀层的方法
RU2517121C2 (ru) * 2012-08-21 2014-05-27 Государственное научное учреждение Институт экспериментальной ветеринарии Сибири и Дальнего Востока Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ИЭВСиДВ Россельхозакадемии) Способ повышения качества хирургической нити

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1900410A (zh) * 2006-07-07 2007-01-24 陕西师范大学 一种制备具有抗紫外、抗菌性能纤维的方法
CN102277726A (zh) * 2011-09-02 2011-12-14 北京理工大学 一种聚对苯撑苯并二噁唑纤维抗紫外光老化的方法
GB201421497D0 (en) * 2014-12-03 2015-01-14 Univ Coventry Method
CN105113208A (zh) * 2015-09-29 2015-12-02 江苏锦宇环境工程有限公司 一种制作防晒衣专用复合材料的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3991236A (en) * 1968-11-22 1976-11-09 Vepa Ag Method for coating a material length with a fluid coating substance
CN1807750A (zh) * 2006-01-13 2006-07-26 浙江理工大学 一种在纺织品中原位生成无机纳米粒子的方法
CN101333788A (zh) * 2008-08-07 2008-12-31 上海交通大学 能净化空气的功能型壁纸材料
RU2412292C2 (ru) * 2009-01-12 2011-02-20 Тахир Хусанович Холматов Способ обработки ткани
CN102182056A (zh) * 2011-05-16 2011-09-14 西安工程大学 在涤纶织物表面制备纳米二氧化钛颗粒复合银镀层的方法
RU2517121C2 (ru) * 2012-08-21 2014-05-27 Государственное научное учреждение Институт экспериментальной ветеринарии Сибири и Дальнего Востока Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ИЭВСиДВ Россельхозакадемии) Способ повышения качества хирургической нити

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DYTNERSKY JU.I: "Protsessy i apparaty khimicheskoi tekhnology: Uchebnik dlya vuzov. V 2-kh kn.: Chast 1. Teoreticheskie osnovy protsessov khimicheskoi tekhnologii", GIDROMEKHANICHESKIE I TEPLOVYE PROTSESSY I APPARATY. M.: KHIMIYA, vol. 400, 1995, pages 155 - 156, XP9512884 *
See also references of EP3505166A4 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112384651A (zh) * 2018-05-31 2021-02-19 阿尔贾曼技术有限公司 将化合物应用于天然纤维的方法与系统及由其制得的经处理纤维
EP3802940A4 (en) * 2018-05-31 2021-07-14 Argaman Technologies Ltd. METHOD AND SYSTEM FOR APPLYING CHEMICAL COMPOUNDS TO NATURAL FIBERS AND TREATED FIBERS OBTAINED BY SAID PROCESS AND SYSTEM
JP2021532279A (ja) * 2018-05-31 2021-11-25 アルガマン テクノロジーズ リミテッド 天然繊維に化合物を適用する方法及びシステム並びにそれから得られる処理繊維
US11377784B2 (en) 2018-05-31 2022-07-05 Argaman Technologies Ltd Method and system for the application of chemical compounds to natural fibers and treated fibers obtained therefrom
JP7510035B2 (ja) 2018-05-31 2024-07-03 アルガマン テクノロジーズ リミテッド 天然繊維に化合物を適用する方法及びシステム並びにそれから得られる処理繊維
CN110106561A (zh) * 2019-04-23 2019-08-09 英鸿纳米科技股份有限公司 一种抗菌纳米纤维膜的制备方法
CN115125725A (zh) * 2022-07-19 2022-09-30 武汉纺织大学 一种纯棉未煮漂非织造布高耐久性抗菌整理方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3505166A4 (en) 2020-05-13
EP3505166A1 (en) 2019-07-03
EA036413B1 (ru) 2020-11-09
EA201892723A1 (ru) 2019-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018038627A1 (ru) Трехмерный антибактериальный материал, способ его получения (варианты), установка для реализации способа
Eremenko et al. Antibacterial and antimycotic activity of cotton fabrics, impregnated with silver and binary silver/copper nanoparticles
Phan et al. Synthesis and attachment of silver and copper nanoparticles on cellulose nanofibers and comparative antibacterial study
Sadr et al. In situ sonosynthesis of nano TiO2 on cotton fabric
Zille et al. Size and aging effects on antimicrobial efficiency of silver nanoparticles coated on polyamide fabrics activated by atmospheric DBD plasma
Nesic et al. New evidence for TiO2 uniform surfaces leading to complete bacterial reduction in the dark: Critical issues
EP2839070B1 (en) A method for the surface application of chemical compounds to both synthetic and natural fibers
KR100813427B1 (ko) 셀룰로즈성 창상 드레싱 및 이의 제조방법
Koga et al. In situ synthesis of silver nanoparticles on zinc oxide whiskers incorporated in a paper matrix for antibacterial applications
CN104452268B (zh) 负载纳米二氧化钛的纤维的制备方法及其得到的纤维
JP2017533188A (ja) デブリードマンのための多孔質デバイス、キット、及び方法
CN106489937A (zh) 一种抗菌剂及用该抗菌剂处理的纤维
Sales et al. Synthesis of silver-cerium titanate nanotubes and their surface properties and antibacterial applications
EP3402751B1 (en) Substrates with metal nanoparticles, related articles, and a continuous process for making same
Behzadnia et al. In-situ sonosynthesis of nano N-doped ZnO on wool producing fabric with photo and bio activities, cell viability and enhanced mechanical properties
CN107407039A (zh) 用于通过纳米颗粒浸渍来生产抗微生物纱线和织物的方法
Długosz et al. Hybrid calcium carbonate/polymer microparticles containing silver nanoparticles as antibacterial agents
Khani et al. In vitro bactericidal effect of ultrasonically sol–gel-coated novel CuO/TiO2/PEG/cotton nanocomposite for wound care
Rivero et al. Sol-gel technology for antimicrobial textiles
da Silva et al. Bactericidal activity of cotton fabrics functionalized by ZnO and Cu via microwave
JPH09273062A (ja) 抗菌性複合不織布及びその製造方法
CN104711763A (zh) 超薄抗菌水刺手术擦拭材料的生产工艺
Gazvoda et al. Antimicrobial activity of piezoelectric polymer: piezoelectricity as the reason for damaging bacterial membrane
Tessier et al. Antimicrobial fabrics coated with nano-sized silver salt crystals
Arputharaj et al. Ionic liquid mediated application of nano zinc oxide on cotton fabric for multi-functional properties

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16914318

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016914318

Country of ref document: EP

Effective date: 20190325