Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения текстильного материала с антибактериальными свойствами для спецодежды

Изобретение относится к антимикробным текстильным материалам, которые могут быть использованы для пошива одежды специального назначения для энергетического, строительного, нефтехимического и оборонно-промышленного комплекса, обладающие улучшенными эксплуатационными и защитными свойствами.

В настоящее время среди технических текстильных материалов выделяют перспективный вид, создание которого связано с развитием нано- и биотехнологий и использованием последних достижений физики и химии. Это так называемый функционально активный текстиль, каждый конкретный вариант которого разрабатывается в соответствии с определенным назначением, которое определяет, какие модифицирующие компоненты используются для придания текстилю тех или иных свойств.

Согласно официально принятым стандартам качества, основными требованиями, предъявляемыми к спецодежде, являются: износостойкость, защита от повышенных и пониженных температур, защита от морской воды, кислот и щелочей, нефтепродуктов. Спецодежда при носке должна обладать антибактериальным эффектом, поскольку работник находится в ней длительное время. Подавление роста патогенных микроорганизмов в пододежном пространстве приводит к уменьшению неприятного запаха, что позволяет использовать изделие без стирки более длительный промежуток времени.

Для придания антибактериальных свойств текстильные материалы пропитывают различными бактерицидными агентами.

Известны способы получения антибактериальных материалов и изделий из них, в которых в качестве бактерицидного агента используют ионы серебра (патенты RU 74774, RU 86598); повидон-йод, фурацилин, хлоргексидин, биглюконат или фурагин (патент RU 2502524); бактерицидную добавку «ДЕЗАНТ» (патент RU 126007), раствор йодпирона (патент RU 2015233).

Недостатком известных материалов является отсутствие стойкости к агрессивным средам, что не позволяет использовать их для пошива спецодежды.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ получения антибактериального материала («Получение антибактериальных текстильных материалов методом нанесения наночастиц серебра в условиях плазмы высокочастотного индукционного разряда пониженного давления» / Ю.А. Тимошина, Е.А.Сергеева // Вестник Казанского технологического университета. - 2014. - №2. - С. 106-108). Способ включает обработку текстильного материала неравновесной низкотемпературной плазмой высокочастотного индукционного (ВЧИ) разряда пониженного давления при давлении в рабочей камере 26,6 Па, мощности разряда 1,4 кВт (напряжение на аноде 4 кВ, сила тока на аноде 1 А) в среде плазмообразующего газа аргона с расходом 0,04 г/с в течение 60 с, последующую пропитку коллоидным водным раствором наночастиц серебра с концентрацией 0,1-1,0 г/дм³ и сушку материала.

Однако полученные антибактериальные материалы рекомендованы для изготовления одноразовой медицинской одежды и белья, а также медицинских одноразовых средств индивидуальной защиты. Антибактериальный эффект полученных материалов значительно снижается после 5 стирок. Также авторами не приведены сведения о стойкости материалов к агрессивным средам. Используемый в прототипе ВЧИ разряд плазменной обработки позволяет обработать лишь поверхность материала.

Задачей заявляемого изобретения является разработка способа получения текстильного материала для спецодежды, обладающего стойкостью к агрессивным средам (кислота, щелочь, нефть, морская вода) и антибактериальными свойствами, сохраняющимися длительное время.

Задача решается способом получения текстильного материала с антибактериальными свойствами для спецодежды, включающим обработку текстильного материала низкотемпературной плазмой высокочастотного емкостного (ВЧЕ) разряда пониженного давления в вакуумной камере при давлении 26,6 Па, мощности разряда 3,5-4,0 кВт в среде плазмообразующего газа воздуха с расходом 0,04 г/с в течение 120 с, последующую пропитку коллоидным водным раствором наночастиц серебра с концентрацией 0,05-0,1 г/дм³ и сушку.

Решение технической задачи обеспечивает получение текстильного материала для спецодежды, обладающего стойкостью к действию агрессивных сред при сохранении и увеличении физико-механических и гигиенических характеристик, а также антибактериальными свойствами, сохраняющимися длительное время (антибактериальный эффект сохраняется после 10 стирок).

В предлагаемом способе в отличие от прототипа для плазменной обработки используют ВЧЕ разряд, за счет чего происходит как поверхностная, так и объемная модификация волокон текстильного материала. В результате увеличиваются физико-механические и гигиенические свойства, стойкость материала к агрессивным средам. Благодаря плазменной обработке увеличивается адгезия материала к ионам серебра, что позволяет закрепить наночастицы серебра по всему объему материала и способствует сохранению антибактериального эффекта длительное время после неоднократных стирок.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Использовали следующие ткани, применяемые для пошива одежды специального назначения:

ткань 1 - суровье арт. 18422 Премьер Комфорт 250 с пропиткой (состав 80% - хлопок + 20% п/э);

ткань 2 - суровье артукул 10408 «Премьер Cotton 300» с пропиткой (состав 100% - хлопок);

ткань 3 - суровье арт. 18422а/Х-М «Премьер Комфорт 250А» с пропиткой (состав 80% - хлопок + 20% - п/э + антистатическая нить);

ткань 4 - суровье арт. 10202AM «Премьер FR-350» с пропиткой (состав 100% - хлопок + антистатическая нить).

Плазменную обработку тканей проводили на высокочастотной вакуумной плазменной установке (ВВПУ) для модификации тканей «ВАТТ 1500 Р/Р - Плазма 3».

Пропитку осуществляли посредством полного погружения каждого образца в коллоидный раствор наночастиц серебра, время пропитки составляло от 10 до 20 минут, температура раствора 20-24°С. После пропитки образцы материала извлекали из раствора, сушили в подвешенном состоянии без прямого попадания солнечных лучей до полного высыхания. Раствор необходимой концентрации получали путем разбавления исходного раствора наночастиц серебра с концентрацией 10 г/л дистиллированной водой в соответствии с ГОСТ 6709-72.

Пример 1

Образец ткани 1 помещали в рабочую камеру установки ВВПУ, вакуумировали, затем в камеру подавали плазмообразующий газ-воздух с расходом G_возд=0,04 г/с до установления рабочего давления Р_к=26,6 Па, устанавливали напряжение и силу тока на электродах до мощности W_p=4,0 кВт. Обработку проводили в течение 120 с. Образец извлекали из вакуумной камеры, пропитывали коллоидным раствором наночастиц серебра с концентрацией 0,05 г/дм³ и высушивали.

Примеры 2-12 аналогичны примеру 1. Виды тканей, режимы обработки и свойства обработанных тканей в сравнении с необработанными приведены в таблице.

У обработанного и контрольного (необработанного) образцов определяли следующие физико-механические характеристики:

- разрывную нагрузку и относительное разрывное удлинение по ГОСТ 29104.4-91;

- стойкость к истиранию - ГОСТ 9913-90;

- жесткость при изгибе - ГОСТ 10550-93;

- водоупорность - ГОСТ Р 51553-99;

- стойкость к морской воде - ГОСТ 9733.9-83;

- стойкость к нефти - ГОСТ 12.4.220-2002;

- стойкость к щелочи - ГОСТ 12.4.220-20024;

- стойкость к кислоте - ГОСТ 12.4.220-2002.

Для оценки антибактериальной активности полученных текстильных материалов использовали стандартный метод исследования чувствительности микроорганизмов к действию антибиотиков и антисептиков на твердых питательных средах (диффузионный метод бумажных дисков) в модификации.

Метод основан на диффузии антисептика в толщу агара и образовании так называемых зон ингибиции. Антимикотическую и антибактериальную активность образцов исследовали на тест-культурах патогенной и условно-патогенной микрофлоры. В работе использовали штаммы: Escherichia coli 055, Salmonella paratyphi В, Pseudomonas aeruginosa АТСС - 9027, Staphylococcus aureu 6538-Ps, Candida albicans. Используемые в данном исследовании тест-культуры традиционно являются модельными, имеют общие происхождение, механизмы хранения и реализации наследственной информации, а также схожесть метаболизма с микроорганизмами, присутствующими в микрофлоре человека. Показателем антибактериального эффекта является размер зоны задержки роста микроорганизмов (зоны ингибиции).

Зоны ингибиции определяли у обработанных образцов до и после 10 циклов промывки, имитирующих циклы стирки в обычных условиях эксплуатации изделия. Промывку образцов производили в течение 20 минут в среде водопроводной воды с добавлением ПАВ при температуре воды 40°С. После каждой промывки образцы высушивали при комнатной температуре. Результаты исследования представлены в таблице.

Анализ табличных данных показывает, что обработка материала в режимах Р_к=26,6 Па, W_p=3,5-4kBt, G_возд=0,04 г/с является оптимальной. При обработке материалов плазмой мощностью менее 3,5 кВт и более 4 кВт стойкость обработанных образцов к агрессивным средам по сравнению с необработанными образцами не изменяется или изменяется незначительно. При времени обработки менее 120 секунд физико-механические и гигиенические свойства (гигроскопичность) обработанных образцов по сравнению с необработанными практически не изменяются. При времени обработки более 120 с физико-механические и гигиенические свойства материала снижаются. Температура плазменной обработки текстильных материалов не должна превышать 80°С, поэтому рабочее давление в камере составляет Р=26,6 Па, так как при таком давлении обеспечивается оптимальный температурный режим обработки.

Из таблицы видно, что разрывная нагрузка обработанных образцов текстильных материалов повышается на 20-80%, относительное удлинение 5-20%, стойкость к истиранию 5-50%, жесткость при изгибе 5%, водоупорность на 5%, гигроскопичность на 5-30% по сравнению с контрольными образцами в зависимости от состава ткани.

Исследования, проведенные на модельных тест-культурах, показывают, что зоны ингибиции обработанных образцов составляют от 22-25 мм и сохраняются после 10 стирок. Зоны ингибиции контрольных образцов отсутствуют. Следовательно, полученные предлагаемым способом текстильные материалы обладают антибактериальными свойствами по отношению к патогенной микрофлоре и сохраняются в течение длительного времени.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить текстильный материал для спецодежды, обладающий стойкостью к действию агрессивных сред при сохранении и увеличении физико-механических и гигиенических характеристик, а также антибактериальными свойствами, сохраняющимися длительное время. Предлагаемый способ может быть использован как для обработки текстильных материалов, так и для обработки готовых изделий.