Результат интеллектуальной деятельности: Способ антимикробной обработки ткани

Изобретение относится к области текстильной промышленности, а именно к технологии получения ткани с антимикробными свойствами.

Ткани с антимикробными свойствами могут быть использованы для внутренней поверхности обуви.

Такая обувь может быть востребована и необходима для различных групп населения: военнослужащие, работники горячих цехов, нефтяники, горняки, геологи, спортсмены.

Например, работники МЧС и скорой помощи в холодное время носят одну и ту же обувь на морозе и при комнатной температуре.

Всепогодную обувь подобрать невозможно. Если обувь используют там, где тепло и влажно, то это идеальные условия для размножения грибов и вредоносных бактерий.

Благодаря антимикробной обработке подкладочной ткани обуви происходит предотвращение распространения бактерий и возникновения грибковых заболеваний ног.

Известен способ антимикробной обработки внутренней поверхности обуви при помощи Устройства «ТИМСОН» (Проблемы медицинский экологии, 2007, т. 9 №2 УДК 616.992. «Эффективность воздействия устройства для противогрибковой обработки обуви «Тимсон»»).

Это устройство производит ООО «Тимсон», Россия. Артикул 40005720. Устройство помещают внутрь обуви и включают в электросеть. Обработка внутренней поверхности обуви производится при повышенной температуре за счет ультрафиолетового излучения. Благодаря ультрафиолету и теплу происходит противогрибковая и антимикробная обработка.

Однако этот способ имеет следующие недостатки: расход значительного количества электроэнергии, т.к. обработка занимает 4-6 часов, а также известно, что ультрафиолетовое излучение вредно для глаз.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является «Способ антимикробной обработки полушерстяной ткани» (Пат. РФ №2491377, кл. D06M 10/10, D06M 16/00, 2011 г. ).

Известный способ антимикробной отделки полушерстяной ткани включает обработку ткани при комнатной температуре составом, содержащим в г/л: полигексаметиленгуанидин гидрохлорид 15-25; ацетат меди или ацетат цинка 4-7; уксусную кислоту 4-7 и воду до 1 л, затем ткань термообрабатывают при температуре 130-180°С в течение 1-10 мин, при этом полушерстяную ткань выполняют переплетением основных и уточных нитей из шерстяных и полиэфирных волокон с коэффициентом наполнения ткани по основе и утку, равным 0,9-1,3.

Однако используемый в известном способе антимикробный состав обладает низкой поверхностной активностью, что выражается в недостаточном смачивании и растекании композиции по поверхности ткани.

Кроме того, термообработка при температуре 130-180°С может применяться для ограниченного ассортимента тканей.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является расширение спектра антимикробной активности и расширения ассортимента обрабатываемых тканей.

Для решения технической задачи в способе антимикробной обработки ткани, включающем обработку ткани антимикробным составом при комнатной температуре с последующей термообработкой, обработку ткани производят распылением антимикробного состава с последующей термообработкой при температуре 30-50°С при следующем соотношении компонентов антимикробного состава в масс. %:

Сущность изобретения поясняется следующим образом. Антимикробный раствор наносят методом распыления на поверхность ткани, потом осуществляют сушку материала при температуре 30-50°С в зависимости от типа и плотности материала. Если ткань используется в качестве подкладки для специальной обуви, то для усиления действия, можно предусмотреть повторное нанесение антимикробного раствора и повторную сушку.

Для осуществления метода распыления в предлагаемом изобретении используют распылитель высоконапорный марки INOX PLUS производства Германии. При этом для распыления антимикробного раствора используется форсунка с фильтром тонкой очистки, углом распыления - 80 градусов и щелевым отверстием - 0,2 мм.

Кроме того, в отличие от прототипа, в котором используется метод замачивания, при распылении достигается экономия антимикробного средства, т.к. используется малые объемы антимикробного средства.

После обработки ткани антимикробным составом используют сушку, которая осуществляется в сушильной камере горячим воздухом, подаваемым вентиляторами, при температуре 30-50°С в зависимости от типа и плотности материала. Эту операцию проводят для ускорения процесса антимикробной обработки ткани.

Температурный режим сушки выбран экспериментально на основании многочисленных опытов. В случает снижения температуры сушки ниже 30°С произойдет увеличение времени операции. Температурный режим выше 50°С ограничивает ассортимент обрабатываемых тканей.

В предлагаемом способе количество компонентов в антимикробном составе является величиной оптимальной и выявлено на основании многочисленных экспериментов.

В качестве антимикробных компонентов используют полигексаметиленгуанидин хлорид (ПГМГ хлорид) или синтетическую смесь полигексаметиленгуанидин хлорида с диметилбензилдодециламмоний сульфатом (ДБДА сульфатом).

Основной компонент антимикробного состава ПГМГ хлорид - химическое соединение, обладающее высокой стабильностью, низкой токсичностью, обладает антимикробным действием в отношении грамотрицательных и грамположительных бактерий, микробактерий туберкулеза, грибов, вирусов, обладает пролонгированным бактерицидным действием. Гидрофобные углеводные фрагменты цепи ПГМГ хлорида, соединяющие гуанидиновые группировки, способствуют адсорбции ПГМГ хлорида на цитоплазматических мембранах клеток. Гуанидиновые группировки, входящие в состав ПГМГ хлорида, проникают в оболочку бактериальной клетки и блокируют дыхание, питание, транспорт метаболитов через клеточную стенку бактерии, что, в конечном счете, приводит к гибели бактериальной клетки.

ПГМГ хлорид - хорошо растворимый в воде синтетический органический полимер, он не летуч, не придает раствору и материалам запаха и окраски. ПГМГ хлорид изготавливает Региональная общественная организация - Институт эколого-технологических проблем (РОО ИЭТП) в соответствии с ТУ 932-008-41547288-2000 с Изв. об изм. №1.

В качестве второго дезинфицирующего агента используют четвертичное аммониевое соединение (ЧАС) диметилбензилдодециламмоний сульфат (ДБДА сульфат), которое имеет следующую формулу: (C₆H₅CH₂N(CH₃)₂(CH₂)₁₁(CH₃)₂SO₄ и молекулярную массу 704.

Диметилбензилдодециламмоний сульфат получают следующим образом.

На первой стадии получают диметилбензилдодециламмоний бромид. В круглодонной колбе с обратным холодильником смешивают 10 мл (66,6 ммоль) N,N-диметилбензиламина, 16 мл (66,8 ммоль) н-бромдодекана, 0,5 мл диметилформамида, затем раствор перемешивают при 45-50°С. В результате реакции вещество закристаллизовывается в светло-желтую кристаллическую гигроскопическую массу. Полученное вещество измельчают шпателем, заливают 30 мл диэтилового эфира, перемешивают в течение 1 часа, после чего эфир сливают. Кристаллический остаток высушивают в вакууме, получая 25 г (98%) диметилбензилдодециламмоний бромида.

На второй стадии в химический стакан объемом 50 мл вносят 2,00 г диметилбензилдодециламмония бромида и 30 мл воды. Смесь перемешивают при комнатной температуре до полного растворения вещества и образования прозрачного раствора.

Отдельно готовят оксид серебра. 2, 65 г. нитрата серебра растворяют в 20 мл воды и подщелачивают 30%-ным водным раствором гидроксида натрия. Суспензию перемешивают в темноте 10 мин, осадок оксида серебра отфильтровывают и промывают 30 мл дистиллированной воды. Осадок оксида серебра переносят в колбу объемом 50 мл и приливают раствор диметилбензилдодециламмония бромида в воде. Суспензию перемешивают в темноте в течение 1 часа, затем фильтруют. Раствор основания нейтрализуют 15%-ной серной кислотой до pH 6-7, разбавляют водой до объема 50 мл, получая 3, 6%-ный водный раствор диметилбензилдодециламмония сульфата.

Синтез диметилбензилдодециламмония сульфата осуществлен в ООО «ЮрДэкс-Эко».

Диметилбензилдодециламмоний сульфат обладает широким спектром антимикробной активности в отношении бактерий, грибов и вирусов, сохраняет свою активность в широком диапазоне pH.

Использование в качестве активнодействующих веществ ПГМГ хлорида и ДБДА сульфата, характеризующихся различающимися механизмами антимикробного действия, приводит к получению состава с высокой антимикробной активностью. При взаимодействии их между собой наблюдается синергетический эффект.

Соотношение компонентов синергетической смеси выбрано экспериментально. В случае если это соотношение будет ниже 1:0,01, то это приведет к снижению реологических свойств состава.

Если это соотношение будет более 1:0,02, то это приведет к ухудшению потребительских характеристик обрабатываемого изделия.

Полиэтиленгликоль ПЭГ-40 - гидрогенизированное касторовое масло по ТУ 6-09-2434-81 введен в состав как поверхностно-активное вещество, улучшающее растворение активных компонентов в составе и адгезию к поверхности ткани.

ПЭГ-40 в составе для способа антимикробной обработки ткани усиливает антимикробный эффект, улучшает стабильность состава во времени, повышает смачивающую и регенерирующую способность состава.

Применение в способе антимикробной обработки ткани полиэтиленгликоля марки ПЭГ-40 способствует равномерному поверхностному распределению действующих антимикробных компонентов и их проникновению вглубь поверхности обрабатываемой ткани.

Сульфоэтоксилат натрия, введенный в антимикробный состав способа антимикробной обработки ткани, представляет собой анионный ПАВ с высокой поверхностной активностью.

Оказывает смачивающее действие и способствует более глубокому проникновению антимикробных компонентов на поверхности обрабатываемой ткани.

Антимикробный состав с содержанием сульфоэтокилата натрия легко наносится и распыляется по поверхности ткани. В способе антимикробной обработки ткани используется сульфоэтокилат натрия марки Texapon S 70 производства концерна BASF.

Процентное содержание ингредиентов в антимикробном составе выбрано на основании многочисленных экспериментов.

В случае содержания в составе синергетической смеси антимикробных компонентов ПГМГ хлорида и ДБДА сульфата менее 0,5 мас. % ухудшается антимикробное действие состава. Если содержание смеси антимикробных компонентов будет выше 3,0 мас. %, это приведет к ухудшению технологических свойств антимикробного состава.

Содержание ПЭГ-40 в антимикробном составе в количестве менее 0,5 мас. % способствует снижению покрывающей способности состава, а увеличение ПЭГ-40 выше 1,5 мас. % способствует загущению состава и ухудшению технологических характеристик антимикробного состава.

Введение сульфоэтоксилата натрия в состав выше 1,0 мас. % ведет к повышению пенообразования, что приводит к неудобствам при распылении и экономически нецелесообразно, а ниже 0,1 мас. % не дает необходимый уровень адгезии, обеспечивающий удержание состава на поверхности ткани, подвергаемой обработке.

Способ антимикробной обработки ткани осуществляют следующим образом.

Процесс приготовления антимикробного состава включает подготовку сырья и оборудования, взвешивание компонентов. Отдельно готовят раствор антимикробных компонентов ПГМГ хлорида и ДБДА сульфата путем растворения в воде.

Далее в реактор закачивают воду и добавляют сульфоэтоксилат натрия и ПЭГ-40. После этого включают режим перемешивания на 10 минут до полной гомогенизации раствора при температуре 30-35°С. Скорость перемешивания 70 об/мин.

При работающей мешалке через люк добавляют раствор антимикробных компонентов ПГМГ хлорида и ДБДА сульфата и недостающее количество воды в соответствии с рецептурой.

Полученную смесь перемешивают в течение 5 мин, после чего производят отбор проб для проверки показателей на соответствие ТУ.

Для изготовления опытной партии ткани с антимикробный обработкой использовали распылитель высоконапорный марки INOX PLUS 3595 Р производства Германии. При этом для распыления антимикробного раствора использовали форсунку с фильтром тонкой очистки, углом распыления - 80 градусов и щелевым отверстием - 0,2 мм.

В зависимости от типа и плотности материала количество антимикробного раствора на 1 кв. м варьировалось от 0,1 до 0,7 л.

Сушка пропитанной антимикробным составом ткани осуществлялась в сушильной камере при температуре 30-50°С горячим воздухом, подаваемым вентиляторами.

Время сушки зависит от толщины обрабатываемого материала. Если ткань используется в качестве подкладки для специальной обуви, то для усиления действия, можно предусмотреть повторное нанесение антимикробного раствора и повторную сушку. Эффект защиты обуви от микроорганизмов и запаха будет высокий.

В таблице №1 представлены материалы, участвующие в эксперименте.

Примеры конкретного применения способа приведены в таблице №2.

При нанесении методом распыления антимикробного состава на ткань раствор, содержащий в своем составе биоцидный полимер и функциональные добавки, диффундирует внутрь ткани. Происходит образование слоя с пролонгированным антимикробным действием, который во время сушки закрепляется на ткани.

Антимикробная обработка ткани по предложенному изобретению характеризуется следующими признаками:

1. Безопасность и экологичность

2. Гарантия долгой гигиены

3. Комфортность в использовании

4. Высокая антимикробная активность против бактерий и грибов.

Для подтверждения антимикробного эффекта образцы тканей, обработанные антимикробным составом по предлагаемому изобретению, были протестированы согласно Указаниям по лабораторной оценке антимикробной активности текстильных материалов, содержащих антимикробные препараты Министерства Здравоохранения СССР (Москва, 1984 г. ) по методу агаровых пластин.

В качестве плотной питательной среды использовали агар Мюллера-Хинтона, который контаминировали микробной взвесью суточных тест-культур (в количестве 10⁵ KOE в 1 мл). В качестве тест-культур использовали основные штаммы микроорганизмов: бактерии Staphylococcus epid., Esherichia Coli и Pseudomonas aeruginosa, грибы Aspergillus niger, Candida albicans и A. Amstelodanum.

Кроме того, для ускорения биохимических реакций, протекающих во время хранения и носки изделий, образцы тканей подвергались воздействию высоких температур 45°С-50°С в термошкафу в течение 15 дней и также были испытаны на антимикробную активность.

Для получения достоверных результатов испытания каждого исследуемого образца тканей проводились в 2 сериях повторностей. В таблице 3 представлены результаты средних значений зоны задержки роста микроорганизмов образцов ткани после обработки по предлагаемому способу, после ускоренных испытаний (воздействующего фактора внешней среды - температуры) - для ускорения биохимических реакций, протекающих во время хранения и носки изделий, а также данные образца по прототипу. Также образцы по примерам конкретного выполнения 2 и 7 подвергались экспериментальной носке в течение 15 дней в виде стелек для обуви.

Данные зоны задержки роста микрофлоры, приведенные в таблице 3, показывают, что все материалы, обработанные по предложенному способу антимикробной обработки ткани, обладают высокими показателями антимикробной активности, при этом дополнительное ужесточение воздействия испытательных факторов - старения в термошкафу и носки изделия незначительно изменяют показатели антимикробной активности. По отношению к грамотрицательной микрофлоре (Pseudomonas aeruginosa) все образцы, обработанные по предложенному способу, а также и образцы по прототипу, обладали бактериостатической активностью, т.е не было роста микроорганизмов под образцами. Образец по прототипу также обладал бактериостатической активностью, т.е. не было роста микроорганизмов под образцами, в отношении бактерии Staphylococcus epid., в то время как образцы, обработанные по предложенному способу, обладали высокой антимикробной активностью.

Таким образом, предложенный способ антимикробной обработки ткани позволяет осуществлять обработку широкого ассортимента тканей распылением антимикробного состава, при этом обработанные ткани обладают высоким антибактериальным и противогрибковым эффектом, что позволяет использовать их в качестве подкладки, в том числе для специальной обуви.