ТЕКСТИЛЬНЫЙ АНТИМИКРОБНЫЙ МАТЕРИАЛ С МНОГОКОМПОНЕНТНЫМИ НАНОМЕМБРАНАМИ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
TEXTILE ANTIMICROBIAL MATERIAL WITH MULTICOMPONENT NANO-MEMBRANES AND PREPARATION METHOD THEREOF

Изобретение относится к многослойным многокомпонентным текстильным нетканым и ткано-нетканым материалам и к способу получения многослойных материалов, обладающих эффективными антимикробными свойствами и возможностью бактериально-вирусной фильтрации, может использоваться в медицине, особенно относится к производству медицинской одежды и медицинского (больничного) белья краткосрочного пользования, одноразовой хирургической одежды и одноразовых операционных покрытий, перевязочных средств (медицинских салфеток, повязок, пластырей и т.п.), медицинских масок; в промышленности и быту для воздушных и водяных фильтров, обладающих свойствами фильтрации (задерживания) и уничтожения патогенных микроорганизмов; в помещениях общего пользования и в пассажирском и индивидуальном транспорте для антимикробного обивочного материала и чехлов мебели и кресел общего пользования; для антимикробной упаковки скоропортящихся продуктов в виде антимикробной бумаги и антимикробных текстильных изделий.
Материалами, используемыми для медицинской одежды, медицинского (больничного) белья, перевязочных средств, являются тканые и/или нетканые материалы, из которых изготавливается эта одежда и белье, подвергаемые полной стерилизации после изготовления, стерилизованные марлевые салфетки повязки могут пропитываться различными антимикробными и лечебными составами.
Известен медицинский структурированный материал (см. US №20080026041), включающий часть нановолокон оксида алюминия, в пористых структурах оксида и основных волокнах материала распределены частицы, состоящие из сорбента, бактерицидного состава и лекарственного средства.
Этот материал производится известным способом с помощью влажной обработки с преобразованием определенного объема технологической массы по технологии отливки бумаги на гладкую жесткую поверхность в специальной вакуумной камере. Свойства такого медицинского материала определяются прикрепленными к нановолокнам оксида частицами металла, относящегося к группе тяжелых металлов, поэтому перевязочные материалы могут обладать определенной токсичностью. Прочность такого материала низкая и он непригоден для изготовления швейных изделий.
Известен текстильный материал для одежды и защитная медицинская одежда краткосрочного пользования из этого материала (см. патент RU на полезную модель №61294). Материал предназначен для медицинского персонала, работающего в условиях чрезвычайных ситуаций, а также для защиты от вторичных инфекций, содержит скрепленные друг с другом гидроструйным способом два слоя. Один слой выполнен в виде текстильной сетчатой структуры (ячейки 0.01 - 5.0 мм). Второй слой представляет собой волоконный материал, волокна которого, от 10 до 50% общей массы волокнистого слоя, закреплены в сетчатой структуре. Материал пропитан жидким биоцидным составом, включая катамин АБ, антимикробный препарат группы йодистого калия, или n-сульфамидобензоламинометилсульфат натрия, или йодинол, при соотношении к массе катамина АБ 1-(1-2) массовых частей.
Гидроструйное скрепление, при котором нетканый волокнистый материал проникает (от 10 до 50%) в основной сетчатый текстильный слой, свидетельствует о низкой прочности соединения обоих слоев в единое полотно, тем более по сравнению с термоскреплением и ламинированием с термоклеящими полимерами. Пропитка нетканого волокнистого материала растворами биоцидных составов не обеспечивает надежного закрепления этих составов на волокнах.
Препарат катамин АБ+йодистый калий проявляют необходимую антимикробную активность в отношении тест-штамма особо опасного патогенного микроба - золотистого стафилококка, но в отношении кишечной палочки и дрожжеподобного грибка слабо выражены антимикробные свойства (катамин АБ практически не воздействует на туберкулезную палочку, журнал: Технический текстиль, №5, 2003 г. Бузов Б. А., Макарова Н. А., Машаков В. Ю. МГДУ).
Известно перевязочное средство (см. патент RU на изобретение №2397781), обладающее ранозаживляющей, антибактериальной и противовирусной активностью, которое содержит по меньшей мере один слой нетканого материала и по меньшей мере один второй слой атравматичного материала. Описано применение фильтрующего материала, содержащего в качестве основы нетканый полимерный волокнистый материал, полученный методом капиллярного электроформования (ткань Петрянова), ранее произведенный на отдельном устройстве, на волокнах которого закрепляются частицы гидрата оксида алюминия, который используется для материалов медицинского назначения, обладающих ранозаживляющей, антибактериальной и противовирусной активностью. Возможно применение полимерных нетканых волокнистых материалов, как полученных методом капиллярного электроформования, так и мельт-блаун-технологиями или другими методами, позволяющими достичь микроразмерных диаметров волокон, в основной массе 1-3 мкм, из ацетатцеллюлозы, полисульфона или другого биологически инертного полимера. Получение и закрепление на волокнах частиц гидрата окиси алюминия осуществляется нанесением исходного материала на основе алюминия, затем осуществляется гидролиз последнего, в ходе которого на полимерных волокнах образуются и закрепляются частицы гидрата окиси алюминия, имеющие размеры 0,2-0,5 мкм, которые образованы нановолокнами, имеющими диаметр 5,0-8,0 нм и длину 100-200 нм.
Указанная технология применима для получения и закрепления конкретного компонента, а именно гидрата окиси алюминия. Насыщение этих частиц другими компонентами не может происходить одновременно с образованием гидрата окиси, тем более не может происходить одновременно с образованием микроволокон, на которые он осаждается. Технология трудоемкая и не позволяет сразу закреплять на микроволокнах многокомпонентные бактерицидные и лекарственные составы.
2
Наиболее близким по основным характеристикам и назначению изготавливаемых материалов является антимикробный текстильный материал, получаемый при помощи способа изготовления антимикробного текстильного материала (см. патент RU на изобретение №2426559). Способ относится к медицине и предназначен для изготовления дезинфицирующих салфеток и повязок, одежды и белья, а также фильтров для очистки воды и воздуха. Антимикробный материал формируется из однослойного тканого или нетканого материала (марли медицинской ГОСТ 9412, ткани фильтровальной из 100% полиэфира арт. 86033, нетканого материала арт. Pegatex SMS из 100% полиэтиленовых волокон, ткани из 100% полиэфирных волокон плотностью 550 г/м, для чехлов кресел железнодорожных вагонов и др.) нанесением на поверхность ранее изготовленного текстильного материала металлических покрытий при помощи магнетронного напыления с последующей его обработкой в низкотемпературной плазме тлеющего разряда в неполимеризующемся газе пониженного давления. Для напыления в первую очередь используется серебро для однокомпонентного создания антимикробного эффекта. Для многокомпонентного напыления используется медь, цинк и титан. Напыление производится как одностороннее, так и двухстороннее в зависимости от назначения материала. Толщина наносимого покрытия регулируется скоростью перемотки материала. Количественные (массовые) характеристики наносимых металлов не приводятся. Процесс металлизации и отдельный процесс плазмохимической обработки металлизированного материала осуществляется в двух различных не связанных между собой устройствах.
Недостатками прототипа является то, что технология изготовления материала ограничивает номенклатуру применяемых антимикробных средств. Применяются только металлы-антисептики, которые в своем большинстве являются тяжелыми металлами и могут накапливаться в организме, оказывая токсическое действие на него. Невозможно нанесение эффективных органических антисептиков. Большая трудоемкость получения комплексных многокомпонентных материалов, поскольку требует большого количества операций, разнородного оборудования, ручных переустановок рулонов с материалами, при нанесении нескольких и двухсторонних покрытий.
2
2
Способ получения наноразмерных волокнистых нетканых материалов, описанный в патенте RU на изобретение №2477644 «Фильтрующий материал, способ его получения и применение», является наиболее близким по технической сущности создания нановолокон на подложке из текстильных материалов и может служить прототипом для предлагаемого способа изготовления. Изобретение относится к области получения волокнистых фильтрующих материалов. Фильтрующий материал выполнен из полиамидных нановолокон. Нановолокна получены методом электростатического формования, имеют диаметр от 70 до 300 нм при стандартном отклонении среднего диаметра волокна не более 30%, массу единицы площади от 0,02 г/м до 1,2 г/м. Материал размещен на нетканой подложке из полимерных микроволокон. Нановолокнистый материал получен по технологии Nanospider методом электростатического формования в поле высокого напряжения, созданном между заряженным формующим и осадительным электродами, при использовании известного из уровня техники устройства, описанного, например, в патентах RU 2365686 или в US 7615427.
Недостатком или точнее характеристикой возможностей известного решения при оптимальном выборе исходных материалов и состава прядильного (формующего) раствора является неравномерность толщины нановолокон и неравномерность поверхностной плотности получаемого нановолокнистого слоя. Также не всегда возможно, без ущерба для снижения фильтрующих свойств однослойного материала, применять в составе нановолокон другие сорбирующие компоненты, которые расходуются в процессе взаимодействия с фильтрующей средой.
Первой технической задачей является создание новых антимикробных материалов на основе современных комплексных антибактериальных и противовирусных средств как органического, так и неорганического состава.
Другой технической задачей является применение более эффективного и менее трудоемкого способа получения многослойных (4-8 и более слоев) наномембран из комплексных нановолокон, состоящих из полимерных органических и неорганических антимикробных составляющих, при котором имеющаяся неравномерность диаметров волокон и поверхностной плотности должна компенсироваться многослойным нанесением нановолокон.
Технический результат достигается тем, что антимикробный многокомпонентный материал содержит текстильную основу и покрытие из полимерного волокнистого материала, согласно решению покрытие представляет собой наномембрану, сформированную многокомпонентными и/или однокомпонентными слоями нановолокон, из которых один или несколько слоев состоят из антимикробных нановолокон, сформированных волокнообразующим полимером-носителем и полимерной дезинфицирующей субстанцией в количестве 25-35% от массы антимикробных нановолокон, а в состав антимикробных нановолокон между молекулярными структурами полимера-носителя и полимерной антимикробной субстанции введены наночастицы металла антисептика от 0,5 до 4,0% в зависимости от размеров наночастиц, при этом диаметры нановолокон составляют 50-300 нм, а следующие слои обладают способностью бактериально-вирусной фильтрации и состоят из нановолокон, сформированных основным волокнообразующим полимером-носителем с размерами нановолокон от 50 до 150 нм. В качестве волокнообразующего полимера-носителя используют полиамид, или полиуретан, или полистирол, или полиэтилен, или этиленвинилацетат, или полиэтилен этерефталат, или поликапролактан, или поливинидентофторид, или полиакрилонитрил, или полисульфон, или поливиниловый спирт, или полиэтиленоксид, или поливинилхлорид, или сополимер тетрафторэтилена с винилидентафторидом, или хитозан. Текстильная основа выполнена из нетканого и/или тканого материала. В качестве антимикробного компонента выбрана полимерная дезинфицирующая субстанция полигексаметилгуанидин гидрохлорид. В качества металла-антисептика выбрано коллоидное серебро с размерами наночастиц 30-1500 нм или кластерное серебро с размерами наночастиц 1,5-5,0 нм, или наночастицы мед, или цинка, или титана. Для использования его в качестве материала медицинского назначения антимикробный слой нановолокон и бактериально-вирусно фильтрующий слой объединены в одну комплексную наномембрану и закрыты текстильным полотном с обратной стороны основы и скреплены между собой, при этом во всех слоях наномембраны используется биоинертный волокнообразующий полимер-носитель. Скрепление осуществлено термоклеящим порошкообразным биоинертным полимером, например этиленвинилацетатным порошком, или ультразвуковым точечным или же иглопробивным термоэлектроскреплением, при условии использования основы и закрывающего полотна из близких по свойствам, а также одинаковых синтетических текстильных материалов, при изготовлении медицинской одежды краткосрочного использования фильтрующий слой в текстильном материале расположен со стороны контакта с кожей человека. Для использования его для фильтрации воздуха или воды материал содержит слои фильтрующих нановолокон и слой из термоклеящего полимера в виде нановолокон, а также нанесенный на фильтруюшие нановолокона слой кремнийорганического полимера с антиадгезионными свойствами. При использовании его для изготовления медицинских масок в нановолокна фильтрующих слоев наномембраны включены наночастицы коллоидного наноразмерного серебра в количестве 0,25 - 0,35 мг на 1 г фильтрующей наномембраны, при этом она закрыта текстильным полотном с обратной стороны основы, при этом текстильные слои скреплены между собой по контуру маски ультразвуковой или термоэлектрической сваркой. Для использования его в качестве антимикробного мебельного материала на изнаночную и/или лицевую сторону мебельного материала нанесена антимикробная наномембрана, содержащая дезинфицирующую полимерную субстанцию полигексаметилгуанидин гидрохлорид или другую аналогичную в количестве 30-35% массы от состава нановолокон и/или наночастицы металла-антисептика, например меди, или цинка, или титана в количестве от 0,5 до 4,0% в составе нановолокон, в которых образующим их полимером является эластичный термоклеевой полимер - этиленвинилацетат. Для использования его в качестве антимикробного оберточного материала на одну из сторон или на обе стороны используемого бумажного или текстильного оберточного материала нанесена антимикробная наномембрана, содержащая дезинфицирующую полимерную субстанцию, например полигексаметилгуанидин гидрохлорид, в количестве 30-35% массы от состава нановолокон, в которых образующим их полимером является эластичный термоклеевой полимер, например этиленвинилацетат.
Другой технический результат достигается тем, что способ изготовления текстильного антимикробного или фильтрующего материала методом электроформования наномембран в электростатическом поле высокого напряжения между струнным формующим и осадительным электродами, включающий формирование многослойной наномембраны с различными свойствами слоев нановолокон, осуществляют в двух или более модулях, обеспечивающих автоматизированный процесс электроформования при непрерывном движении полотна-основы через все модули, в каждом модуле из различных прядильных полимерных многокомпонентных и/или однокомпонентных растворов формируют слой нановолокон, затем последовательно наносят друг на друга нановолокнистые слои для образования комплексной многослойной наномембраны из многокомпонентных и/или однокомпонентных нановолокон.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено распределение диаметров нановолокон по размерам, полученных из раствора полиамида с концентрацией 7,5%; на фиг.2 приведена микрофотография наномембраны из биополимерных волокон состава хитозан/полиэтиленоксид, полученная методом сканирующей электронной микроскопии с 2000-кратным увеличением.
Задачи изобретения решаются тем, что устройства (технологические модули Nanospider) для получения современным методом бескапиллярного наноразмерного электроформования в электростатическом поле высокого напряжения устанавливаются последовательно друг за другом (более 2-х одинаковых модулей в ряд), при этом полотно-подложка (основа) непрерывно движется через весь ряд модулей и в каждом модуле формуется нанослой из нановолокон с различным или одинаковым составом, т. е. волокнистый готовый материал не подается в камеру для модификации, а он непосредственно изготавливается в камере элетрофомования в виде нановолокнистого слоя с уже модифицированными нановолокнами, с заданным составом дополнительных компонентов. В дальнейшем полученная комплексная многослойная многокомпонентная и сплошная наномебрана может закрываться полотном, аналогичным полотну-подложке (основе), и в дальнейшем скрепляться в один многокомпонентный текстильный материал термоклеевым или бесклеевым ламинированием (термоскреплением). Согласно изобретению в качестве антимикробных средств используется современный препарат «Биопаг», представляющий собой высомолекулярное полимерное соединение полигексаметиленгуанидин гидрохлорид. А в качестве неорганического антисептика - новый вид ультрадисперсного коллоидного серебра, так называемое кластерное серебро. Основной полимер-носитель, составляющий основу нановолокна, совместно с полимерной дезинфицирующей субстанцией «Биопаг» образуют переплетения их молекулярных структур, между которыми зафиксированы наночастицы кластерного серебра. Нановолокна от 30 до 150 нм, в зависимости от режимов электроформования, образуют наномембрану с хаотичным расположением нановолокон с расстояниями (порами) между ними близкими к размерам нановолокон.
Для обеспечения более эффективного барьерного сопротивления проникновению через материал бактерий и вирусов предварительно на полотне-подложке создается нанофильтрующий слой из основного полимера-носителя без добавления каких-либо других компонентов, с размерами пор, через которые не могут проникнуть любые микроорганизмы, в том числе все бактерии и большинство вирусов. Наноразмерное бескапиллярное электроформование нанофильтрующего и антимикробного слоев осуществляется последовательно из разных прядильных полимерных растворов, при этом на сформированный однокомпонентный фильтрующий слой сразу же осаждается антимикробный слой в виде многокомпонентных нановолокон. Так как оба нанослоя в своей основе состоят из волокон одного и того же полимера-носителя, то в итоге образуется одна неразделимая наномембрана, обеспечивающая задерживание фильтрующим слоем бактерий и вирусов, а антимикробный слой активно их уничтожает, при этом обеспечивается воздухо- и паропроницаемость и определенная водоупорность.
Новым является то, что многослойная наномембрана формируется из многокомпонентных нановолокон, содержащих как органические, так и неорганические составляющие, а основные волокнообразующие составные части - это полимер-носитель (полиамид или другой биоинертный полимер) и полимерная дезинфицирующая субстанция (полигексаметиленгуанидин гидрохлорид или другой полимерный антисептик), при этом между длинными молекулярными структурами двух полимеров встроены наночастицы металла-антисептика, кластерного серебра или других металлов, проявляющих биоактивность по отношению к патогенным микроорганизмам.
Для создания эффективного барьера проникновению через материал бактерий и вирусов вторым слоем на основе является нанофильтрующий слой, задерживающий все бактерии и большинство вирусов.
Кроме того, в основе нановолокон фильтрующего и антимикробного слоев используется один и тот же волокнообразующий полимер (полимер-носитель), поэтому оба слоя представляют собой одну сплошную неразделимую наномембрану.
Кроме того, нетканые волокнистые наномембраны образованы волокнами, имеющими преимущественно диаметр от 50-150 нм до 300 нм (на 1-2 порядка меньший, чем при капиллярном электроформовании, мельт-блаун технологии или других методах получения микроразмерных волокон).
Кроме того, предлагаемый текстильный материал с нановолокнистой многокомпонентной многослойной наномембраной получен методом бескапилярного наноразмерного электроформования с использованием ряда одинаковых устройств (модулей), через которые непрерывно движется полотно-основа (подложка) и на котором формируется в каждом модуле свой слой с различными или одинаковыми компонентами.
Особо важно для обеспечения высококачественных бактериально-вирусно-фильтрующих наномембран и качественных антимикробных нановолокнистых слов в составе наномембран, сформированных методом бескапилярного электроформования (технология Nanospider), создать наиболее равномерную поверхностную плотность фильтрующих и антимикробных слоев, а также уменьшить влияние на неравномерность поверхностной плотности отклонений диаметров нановолокон, формируемых в процессе электроформования. При оптимальных требуемых диаметрах волокон фильтрующих мембран 80-120 нм на практике достигается распределение диаметров нановолокон 50-140 нм, полученных из определенной концентрации раствора полимера-носителя (см. Фиг.1) - подтверждено патентом RU 2477644 (по результатам экспериментальных работ на оборудовании Саратовского государственного университета им. Н. Г. Чернышевского). Из приведенной диаграммы распределения следует, что самые неблагоприятные отклонения диаметров нановолокон от оптимальных размеров, уменьшающие поверхностную плотность, - это тонкие волокна от 50 до 70 нм. В зоне тонких волокон на Фиг.2 видны участки (затемненные места), где понижена плотность размещения нановолокон. Согласно диаграмме (Фиг.1) процентное содержание тонких нановолокон 50-70 нм составляет 13%, что и соответствует 13% площади участков с пониженной плотностью нановолокон, 82% с оптимальной плотностью и 5% с повышенной плотностью, т. е. на 1 участок пониженной плотности приходится 6,7 участков нормальной плотности (пренебрегая 5%). При хаотичном (случайном) расположении участков пониженной плотности в двух нанесенных в различных модулях слоях одинаковых нановолокон вероятность совпадения случайных событий, которые приведут к совпадению участков с пониженной плотностью в обоих слоях, составляет 0,12 (Р(А)=1/1+6,7 - согласно классическому определению вероятности) и является незначительной. Но даже при совпадении участков с пониженной плотностью в двух слоях общая плотность при наличии волокон 50-70 нм увеличится в два раза, что равнозначно расположению в этих участках однослойных волокон 100-140 нм. Это исключает опасность присутствия в наномембранах участков пониженной плотности, и необходимость снижения производительности изготовления наномембран не требуется, а также гарантируется качественное антимикробное и фильтрующее действие наномембран.
Надежное связывание антимикробных компонентов в виде наноразмерных частиц исключает опасное массовое проникновение их через кожные покровы в организм человека, как это может произойти из коллоидных растворов, гелиевых и порошковых субстанций, нанесенных на текстильные материалы для использования их как антимикробные материалы, в которых наночастицы абсолютно не зафиксированы.
3
2
Антимикробная эффективность металлов-антисептиков в большой степени зависит от размеров частиц применяемого металла. Известно, что применение веществ в виде наночастиц позволяет во много раз снизить их массовую концентрацию при усилении активности, в том числе бактерицидной. Эффект пропорционален не массе, а суммарной активной площади наночастиц. При среднем диаметре наночастиц 20 нм суммарная активная площадь 1 мг вещества составляет 3×10 см(Шайтан К. В. Основы нано- и биобезопасности: Учебно-методический комплекс для магистров. НОУ Д ПО «Институт информационных технологий АйТИ», 2010 г.).
Металл-антисептик, зарекомендовавший себя как эффективное антимикробное средство, - это серебро, которое издавна применяется в виде коллоидных растворов (Колларгол, Проталгол, Повиаргол). Раствор коллоидного серебра является безопасным и сильным натуральным антибактериальным средством, пагубно влияющим на более чем 700 патогенных микроорганизмов, включая бактерии брюшного тифа и дизентерии, стрептококки и стафилококки, в отличие от антибиотиков, имеющих антибактериально-вирусную активность на 5-7 разновидностей микроорганизмов (Научный журнал Куб ГАУ, №68(04) 2011, статья НИФИ). В указанных препаратах (например, Протарголе) серебро в основной массе находится в виде микроразмерных частиц от 0,2 до 1.2 мкм. Хотя незначительная часть может иметь наноразмеры от 10 нм. Широкое применение коллоидного серебра в виде растворов не состоялось, так как приготовленные растворы имеют очень короткий срок хранения, а крупные частицы более 1 мкм при скоплении, при средних и больших дозировках, могут обжигать слизистые при внутреннем приеме и раздражать наружные кожные покровы при наружном применении. Разработки настоящего времени позволили создать новый вид серебросодержащих препаратов на основе так называемого кластерного серебра (биосеребра) - это разновидность коллоидного серебра высшего качества, более однородного и с меньшими размерами серебряных частиц по сравнению с классическими препаратами. Кластерное серебро содержит высокодисперстные частицы серебра наноразмерного диапазона 1,5-4 нм. Использование серебра в форме наночастиц благодаря их высокой реакционной способности обеспечивает необходимое бактерицидное действие при концентрациях серебра на 2-3 порядка ниже используемых, что позволяет избежать побочных эффектов и снизить цитотоксичность.
Научно-производственный центр «Вектор-Вита» на базе лаборатории в наукограде Кольцово в Новосибирске создал на основе кластерного серебра препарат «Арговит-С», разрешенный к применению (Свидетельство о государственной регистрации RU.77.99.11.003.Е.0016355.03.13 от 01.03.2013 г.).
Применяемый совместно с кластерным серебром антимикробный высокомолекулярный полимерный комплекс «Полигексаметиленгуанидин гидрохлорид» (ПГМГ ГХ) ТУ 9392-010-415547288-2000, выпускаемый как «Субстанция дезинфицирующая «Биопаг» производства «Института эколого-технологических проблем» (ИЭТП) или субстанция дезинфицирующая «Экосепт» ТУ 9392-0066-41547288-99. ПГМГ ГХ относится к биоцидам широкого спектра антимикробной активности в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий (включая микобактерии туберкулеза, легионеллеза), вирусов (в том числе вирусов энтеральных и парантеральных гепатитов, грибов рода Кандида, кандиоз, дерматофитов).
ООО «Русмарко» (Россия, г. Москва) совместно с Саратовским государственным университетом им. Н. Г. Чернышевского провели изготовление опытных образцов антимикробного нетканого материала на основе полиамидных нановолокон, в составе которых содержится 30 мас.% дезинфицирующей субстанции «Экосепт»(ПГМГ- ГХ) (ТУ 9392-0066-41547288-99). Оценка антимикробной активности проводилась «Лабораторией проблем дезинфекции ФБУН НИИ Дезинфектологии Роспотребнадзора». Установлено, что представленные образцы, содержащие дезинфицирующую субстанцию «Экосепт», обеспечивают снижение обсеменения бактериями S/aureus (стафилококк золотистый) при капельном способе заражения на 99,92% через 1 час и на 100% через 4 часа контакта.
Для получения комплексной многоуровневой (многослойной) антимикробной наномембраны используется метод бескапиллярного наноразмерного электроформования (технология Nanospider), который обладает более высокой производительностью и позволяет уменьшить диаметры производимых волокон на 1-2 порядка по сравнению с капиллярным способом электроформования полимерных микроволокнистых фильтрующих материалов, получивших название «ткань Петрянова», которая впервые получена в РФ в лаборатории НИФТИ им. Л. Я. Карпова. Промышленное оборудование для бескапиллярного наноразмерного электроформования нановолокон от 10 нанометров производится по специальному заказу компанией Elmarcos.r.o. (Чехия).
Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского сформировал из 4-х модулей электроформования Elmarco комплексную автоматизированную линию для высокопроизводительного электрофомования нановолокон на непрерывно движущемся полотне-подложке (основе) последовательно через все модули. При заправке в каждый модуль различных прядильных растворов возможно изготовление многоуровневых (многослойных) многокомпонентных и многофункциональных наномембран. В описании приведены примеры создания многослойных наномембран от 1-го до 4-х уровней (слоев).
Сущность изобретения поясняется следующими примерами.
Пример 1
Прядильный состав (раствор), состоящий из 30% массы полигексаметиленгуанидина гидрохлорида (препарата Биопаг - 100% или Экосепт - 100%) и 1% наночастиц кластерного серебра (препарат Арговит-С или 4% Протаргола), остальное полиамид (69-66%), растворен в композиции 50% на 50% концентрированных уксусной и муравьиной кислот с доведением раствора до необходимой вязкости согласно технологическому процессу. Полученный прядильный раствор №1 заправляется в емкость первого модуля и из него на нетканый материал (спанбонд из нитей полипропилена или спанлейс из нитей вискозы и полиэфира) методом электроформования наносится 1-й нанослой (1-й уровень).
В следующую емкость второго модуля заправляется полимерный раствор №2, состоящий из полиамида, растворенного в той же композиции 50% на 50% уксусной и муравьиной кислот. Из этого прядильного раствора во втором модуле на уже сформированный антимикробный слой наносится нанофильтрующий слой из полиамидных нановолокон (30-80 нм в основном объеме), обеспечивающий бактериально-вирусную фильтрацию (задерживание любых наноразмерных биоорганических или неорганических частиц). В емкость третьего модуля заправляется прядильный раствор №1, из которого на нанофильтрующий слой наносится тот же нановолоконный антимикробный состав, что и в первом модуле, но на другую сторону фильтрующего нанослоя. Таким образом, формируется трехслойная наномембрана двухстроннего антимикробного действия, которая в дальнейшем закрывается полотном, аналогичным полотну-положке, после чего производится термоклеевое ламинирование (соединение) всех слоев и полотен в один многокомпонентный неразделимый материал с использованием нетоксичного биоинертного полимерного этиленвинилацетатного порошка на специальном автоматизированном оборудовании.
В итоге получен текстильный материал эффективного двухстороннего антимикробного действия с внутренним фильтрующим слоем, задерживающим проникновение через полотно патогенных микроорганизмов. Бактерии и вирусы задерживаются в обоих антимикробных слоях и там же уничтожаются.
Пример 2
На нетканые материалы спанбонд или спалейс по технологии способа, приведенного в Примере 1, наносят утолщенный антимикробный слой из раствора №1 с характеристиками, которыми обладает слой для бактериально-вирусной фильтрации в Примере 1, обеспечивающий задерживание патогенных микроорганизмов. Ламинирование (соединение) двух полотен с расположенной между ними наномембраной проводится так же, как в Примере 1.
В итоге получен текстильный материал двухстороннего антимикробного действия с более высокой трудоемкостью получения наномембраны и несколько худшими фильтрующими характеристиками, чем в Примере 1.
Пример 3
На нетканый материал по технологии способа Примера 1 наносится нанослой из раствора №2, обеспечивающий бактериально-вирусную фильтрацию, затем наносится комплексный нанослой с двумя антимикробными компонентами из раствора №1. Ламинирование с дополнительным закрывающим полотном производится так же, как и в Примере 1.
В итоге получен текстильный материал одностороннего антимикробного действия, при этом патогенные микроорганизмы и любые другие наночастицы не проникают на другую сторону полотна, при использовании его в раневых повязках обеспечивается внешняя антимикробная защита от вторичного инфицирования.
Пример 4
Между двумя неткаными полотнами формируется наномембрана из одного антимикробного компонента (кластерного серебра или препарата «Биопаг», указанных в Примере 1) без формирования нанофильтрующего слоя. (Ламинирование производится так же, как и в Примере 1).
В итоге формируется текстильный антимикробный материал двухстороннего действия с одним анимикробным компонентом без бактерицидно-вирусной фильтрации или при формировании антимикробного слоя с параметрами фильтрующих волокон, полученных из раствора №2, модифицированного одним из антимикробных компонентов, формируется двухсторонний антимикробный материал, обеспечивающий определенную бактерицидно-вирусную фильтрацию.
Пример 5
На одном нетканом или тканом полотне формируется наномембрана с одним компонентом антимикробного препарата (кластерного серебра или препарата «Биопаг»), указанных в Примере 1. (Ламинирование, без закрывающего нанослой полотна, производится по аналогии с Примером 1). Полученный материал возможно использовать как основу перевязочного материала.
Пример 6
На изнаночной и/или лицевой стороне мебельного материала (жаккардовых, гобеленовых, хлопчатобумажных тканях и не нетканых материалах - флоке, твиде и других) формируется наномембрана с одним или двумя антимикробными компонентами (антисептик «Биопаг» и наноразмерные частицы меди или коллоидное серебро), при этом вместо основного полимера нановолокна (полиамида) используется термоклеевой полимер (этиленвинилацетат или другой термоклеевой полимер с достаточными адгезионными свойствами). (Ламинирование, без закрывающего нанослой полотна и термоклеевых порошков, производится по аналогии с Примером 1).
Полученное полотно возможно использовать как обивочный антимикробный материал для мебели и кресел.