Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения трикотажного материала с антибактериальными свойствами

Настоящее изобретение относится к трикотажным материалам для изготовления спортивной одежды и термобелья, а именно к способу получения трикотажных материалов с устойчивыми антибактериальными свойствами.

Основными функциями текстильных материалов, предназначенных для спортивной одежды и термобелья, является уменьшение развития патогенной микрофлоры в пододежном пространстве и транспорт паров влаги от поверхности кожи человека к внешней поверхности материала, что обеспечивает поддержание нормальных функций терморегуляции человеческого тела.

Один из подходов модификации текстильных материалов для придания им антибактериальных свойств заключается в применении для их пропитки антибактериальных препаратов (биоцидов).

Известен способ получения антибактериальных текстильных материалов путем погружения материала в водный или водно-спиртовой раствор, содержащий ионы серебра (патент ЕР 2274470, МПК D06M 13/12, 11/42, 11/65, 11/83, 23/08, опубл. 19.01.2011). Процесс предполагает реакцию восстановления наночастиц серебра из нитрата серебра непосредственно в присутствии текстильных материалов. Недостатком данного способа является возможность деструкции поверхностных слоев материала в процессе реакции.

Один из способов представляет собой обработку ткани водным антимикробным составом, содержащим уксусную кислоту, полигексаметиленгуанидин гидрохлорид, ацетат меди или ацетат цинка (патент RU 2491377, МПК D06M 10/10, D06M 16/00, опубл. 27.08.2013). В результате нанесения на ткань водный состав пропитывает ее, диффундирует внутрь волокна, происходит образование трудно растворимого комплексного соединения, которое закрепляется на материале под действием термообработки. Недостатком данного способа является температура процесса термообработки равная 130-180°С, что ограничивает его применение для синтетических текстильных материалов.

Также известен способ получения текстильных материалов с комплексом светостабилизирующих, антимикробных и антитоксических свойств, включающий последовательное получение водного состава модифицирующего препарата, включающего катионы серебра, эмульгатор, восстановитель катионов серебра из группы органических пищевых кислот и стабилизатор из группы высокомолекулярного гидроксилсодержащего полимера, и его нанесение на окрашенную поверхность текстильных материалов путем их пропитки (патент RU 2640925, МПК A61K 33/38, В82В 3/00, A61K 31/60, A61L 15/48, B01D 39/08, опубл. 12.01.2018). Недостатком способа является необходимость приготовления антибактериального состава для пропитки непосредственно перед процессом пропитки.

В способе описано получение гидрофильных текстильных материалов с антимикробными свойствами, включающее обработку материала гидрозолем серебра и последующую пропитку целевым раствором таннидов (патент RU 2456995, МПК A61K 33/38, A61L 15/46, A01N 59/00, В82В 3/00, опубл. 27.07.2012). Но данный способ не может быть применим для получения текстильных материалов светлых цветов, так как танниды не обладают осветляющим эффектом и придают тканям розовато-коричневый оттенок.

Известно, что для повышения эффективности пропитки натуральных и синтетических текстильных материалов различными составами могут быть применены методы предварительной активации их поверхности, к которым относятся плазменные методы модификации материалов.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ получения текстильного материала с антибактериальными свойствами для спецодежды (патент RU 2619704, МПК D06M 10/00, A61L 2/00, опубл. 17.05.2017). Способ включает обработку текстильного материала низкотемпературной плазмой высокочастотного разряда пониженного давления, последующую пропитку коллоидным водным раствором наночастиц серебра и сушку. Плазменную обработку проводят в течение 120 с в среде плазмообразующего газа воздуха с расходом 0,04 г/с, при давлении в рабочей камере 26,6 Па и мощности разряда 3,5-4,0 кВт, пропитку ведут коллоидным водным раствором наночастиц серебра с концентрацией 0,05-0,1 г/дм³.

Данный способ разработан для суровых тканей, содержащих в своем составе не менее 80% хлопка, и не может быть использован для синтетических текстильных материалов, так как мощность разряда плазменной модификации 3,5-4,0 кВт приводит к деструкции поверхностных слоев синтетических волокон и как следствие падению физико-механических характеристик. Кроме того, в данном способе устойчивое закрепление наночастиц серебра обеспечивается наличием технологических примесей на поверхности суровых тканей. Авторами не учтено, что при подготовке суровых тканей для пошива швейных изделий в ходе ряда технологических обработок (расшлихтовки, беления, крашения) происходит полное удаление технологических примесей, а вместе с ними вымывание наночастиц с поверхности материала и снижение антибактериальных свойств.

Технической проблемой заявляемого изобретения является разработка способа получения трикотажного материала с устойчивыми антибактериальными свойствами, применяемыми для спортивной одежды и термобелья.

Техническая проблема решается способом получения трикотажного материала с антибактериальными свойствами, в котором сначала материал обрабатывают высокочастотной емкостной (ВЧЕ) плазмой пониженного давления при мощности разряда 1,2-1,8 кВт, давлении в рабочей камере 30 Па, расходе плазмообразующего газа аргона 0,04 г/с в течение 180 с, затем пропитывают коллоидным водным раствором наночастиц серебра с концентрацией 0,03 г/дм³ в течение 600 с, высушивают и повторно обрабатывают ВЧЕ плазмой пониженного давления при мощности разряда 1,6 кВт, давлении в рабочей камере 30 Па, расходе плазмообразующей смеси газов аргон/пропан-бутан 0,04 г/с в течение 180 с.

Технический результат заключается в получении трикотажного материала, обладающего антибактериальными свойствами, сохраняющимися после многократных стирок. Кроме того, предлагаемый способ не приводит к ухудшению гигиенических свойств материалов.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Предварительная плазменная обработка трикотажных материалов в среде аргона приводит к гидрофилизации их поверхности за счет физического распыления механических примесей и компонентов замасливателя. При выбранных параметрах предварительной плазменной обработки (мощность разряда 1,2-1,8 кВт, давление в рабочей камере 30 Па, расход плазмообразующего газа аргона 0,04 г/с, продолжительность обработки 180 с) устанавливается оптимальная энергия и интенсивность ионного потока, обеспечивающая изменение поверхностных свойств материалов, но не приводящая к их деструкции. При уменьшении значений параметров мощности разряда и продолжительности обработки происходит снижение эффекта плазменной модификации. При увеличении значений параметров плазменной обработки выше оптимальных значений наблюдается снижение физико-механических характеристик материалов. Предварительную плазменную обработку проводят в плазмообразующем газе аргоне, который в отличие от воздуха (как в способе-прототипе), не приводит к процессам окисления поверхности волокна и нарушению поверхностного слоя. Кроме того, увеличение адгезии текстильных волокон к наночастицам серебра достигается при мощности разряда плазменной модификации 1,2-1,8 кВт, что в два раза меньше значения данного параметра плазменной обработки, описанной в прототипе. Снижение мощности разряда плазменной обработки делает возможным применение данного способа для модификации синтетических текстильных материалов с низкой температурой деструкции.

После предварительной плазменной обработки пропитку материалов осуществляют коллоидным водным раствором наночастиц серебра с концентрацией 0,03 г/дм³ в течение 600 с. Использование раствора данной концентрации достаточно для получения трикотажных материалов с антибактериальными свойствами. Последующее увеличение концентрации раствора придает материалам после пропитки коричневый оттенок. Выбранная продолжительность пропитки обеспечивает максимальное значение сорбции антибактериального препарата при его определенной концентрации данными трикотажными материалами.

В предлагаемом способе в отличие от прототипа после пропитки коллоидным водным раствором наночастиц серебра материал подвергают повторной пламенной обработке при мощности разряда 1,6 кВт, давлении в рабочей камере 30 Па, расходе плазмообразующей смеси газов аргон/пропан-бутан 0,04 г/с (в соотношении 70 масс. % аргона и 30 масс. % пропан-бутана) в течение 180 с, благодаря которой происходит устойчивое закрепление наночастиц серебра на поверхности материалов, что обеспечивает сохранение антибактериальных свойств после многократных стирок. В данном случае функциональное назначение плазмы состоит в закреплении адсорбированных наночастиц серебра на поверхности материалов за счет процессов ионной бомбардировки, а также взаимодействия свободных радикалов на поверхности волокон с компонентами плазмообразующего газа.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.

Пример 1.

Образец трикотажного материала 1 (состав: 70% полипропилен + 30% хлопок) помещали в рабочую камеру высокочастотной вакуумной плазменной установки «ВАТТ 1500 Р/Р ПЛАЗМА 3» и обрабатывали при мощности разряда 1,2-1,8 кВт, давлении в рабочей камере 30 Па, расходе плазмообразующего газа аргона 0,04 г/с в течение 180 с. Затем пропитывали коллоидным водным раствором наночастиц серебра с концентрацией 0,03 г/дм³ в течение 600 с, высушивали и повторно обрабатывали ВЧЕ плазмой пониженного давления при мощности разряда 1,6 кВт, давлении в рабочей камере 30 Па, расходе плазмообразующей смеси газов аргон/пропан-бутан 0,04 г/с в течение 180 с.

Примеры 2-9 аналогичны примеру 1. Виды трикотажных материалов, режимы обработки и свойства обработанных материалов приведены в таблице.

Оценку антибактериальной активности образцов проводили методом исследования чувствительности микроорганизмов к действию антибиотиков и антисептиков на твердых питательных средах. Антибактериальную активность образцов исследовали на тест-культурах патогенной и условно-патогенной микрофлоры: Escherichia coli 055, Salmonella paratyphi В, Pseudomonas aeruginosa ATCC -9027, Staphylococcus aureu 6538-Ps, Candida albicans. Суточные культуры музейных штаммов стандартизовали до оптической плотности 0,5 по МакФарланду (1,5×10 КОЕ/мл), чашки Петри с питательной средой Сабуро (для Candida albicans) и Мюллера-Хинтона для всех остальных микроорганизмов засевали отстандартизованными взвесями тест-культур, через 5 минут на поверхность инокулированных чашек помещали обработанные образцы трикотажных материалов до и после 20 циклов промывки, имитирующих циклы стирки при температуре воды 40°С. Антибактериальные свойства образцов оценивали по величине зоны задержки роста микроорганизмов вокруг пробы образца.

Гигиенические свойства трикотажных материалов оценивали по показателю паропроницаемости в соответствии с ГОСТ 30568-98 «Полотна и изделия трикотажные. Метод определения паропроницаемости и влагопоглощения».

Табличные данные позволяют утверждать, что полученные трикотажные материалы обладают антибактериальными свойствами по отношению к патогенной микрофлоре, тогда как исходные образцы не обладают антибактериальной активностью. При этом материалы, полученные заявленным способом, обладают устойчивыми антибактериальными свойствами, а образцы без повторной плазменной обработки полностью утрачивают антибактериальность после 20 циклов стирки.

Анализ данных таблицы свидетельствует о том, что для обработанных образцов трикотажных материалов показатель паропроницаемости возрастает на 8-16% по сравнению с исходными образцами. Обработка материалов по предложенному способу приводит к улучшению парообмена в пододежном пространстве и повышению уровня комфорта носки изделий.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить трикотажный материал для спортивной одежды и термобелья, обладающий антибактериальными свойствами, сохраняющимися после многократных стирок, и не приводит к ухудшению гигиенических характеристик материала. Заявленный способ может использоваться как для обработки трикотажных материалов, так и готовых швейных изделий любой пространственной формы.