ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ИЗДЕЛИЕ С АНТИМИКРОБНЫМИ И ПРОТИВОГРИБКОВЫМИ СВОЙСТВАМИ
HYGIENIC PRODUCT WITH ANTIMICROBIAL AND ANTIFUNGAL PROPERTIES

Область техники.
Изобретение относится к медицине и гигиене, в частности к гигиеническим изделиям, таким как: подгузники (памперсы), гигиеническая прокладка, тампон, адсорбирующее белье (впитывающая простынь), туалетная бумага, гигиеническое полотенце, гигиеническая салфетка, обладающим адсорбирующими свойствами в отношении различных жидкостей.
При использовании таких изделий существует проблема размножения бактерий, грибков и т.п. при воздействии мочи, менструальной жидкости или т.п. Размножение болезнетворных  микроорганизмов, в основном, происходит в адсорбирующем материале, предпочтительно, на основе сухих целлюлозных масс, используемых для изготовления этих изделий.
Предшествующий уровень техники.
Известны различные технические решения по созданию гигиенических изделий на основе адсорбирующих материалов, обладающих антибактериальными, противогрибковыми, противоспалительными, дезодорирующими свойствами, в том числе:
за счет использования в адсорбирующем слое изделия таких функциональных веществ, как антибиотики, производные имидазола, триклозана и др. (см. патент RU № 2303973, опубл. 2007 г.);
за счет введения в сухую целлюлозную массу (на основе распушенной целлюлозы) суперадсорбирующих полимеров, например полиакрилата натрия или/и сополимера полиакриламида, регулирующих поглощающую способности и уменьшающих неприятные запахи (см. патент RU № 2345748, опубл. 2009 г.);
за счет улучшения поглощающих свойств при использовании сухой распушенной целлюлозы, полученной в процессе дефибрирования с применением наночастиц бентонита для придания целлюлозной массе филаментной (нитевидной) структуры (см. патент US 6918992, опубл. 2005 г.).
Указанные выше изобретения не обеспечивают решения проблемы по созданию гигиенического изделия с адсорбирующим материалом на основе сухих целлюлозных масс, обладающим антибактериальными, противогрибковыми, противовоспалительными, дезодорирующими свойствами, при использовании в нем функциональных веществ, эффективных по затратной части и биологической безопасности.
+
2+
Известно техническое решение по патенту RU № 2371156, опубл. 2009 г., выбранное в качестве ближайшего аналога заявляемого изобретения. В данном техническом решении предложено гигиеническое изделие с антимикробными и противогрибковыми свойствами, содержащее, по меньшей мзре, один адсорбирующий слой на основе сухой целлюлозной массы, полученной после обработки водной системой биоцида на основе наночастиц бентонитового порошка, интеркалированного ионами серебра (Ag) и/или меди (Cu) и при количестве металла в порошке 2,0-8,0 мас.%.
При реализации этого изобретения благодаря получению адсорбирующего слоя, обработанного названной системой биоцида, гигиеническое изделие имеет пролонгированные антимикробные, противогрибковые свойства и биологическую безопасность, свойственную нелекарственным препаратам.
Однако при обработке распушенной целлюлозной массы водной системой указанного биоцида не обеспечивается равномерного распределения наночастиц бентонита на поверхности ее волокон. В результате при недостаточном или избыточном осаждении частиц бентонита на волокна ухудшается скорость впитывания и распределения влаги в адсорбирующем слое, что снижает его интегральную поглощающую способности и в целом ухудшает эксплуатационные характеристики изделия, в том числе по антимикробным и противогрибковым свойствам пролонгированного действия.
Раскрытие изобретения.
Задача изобретения состояла в создании гигиенического изделия, технический результат которого заключается в улучшении его эксплуатационных характеристик за счет повышения поглощающей способности адсорбирующего слоя при одновременном улучшении его антимикробных и противогрибковых свойств пролонгированного действия.
+
2+
3
-3
-3
-3
-3
Для решения поставленной технической задачи предложено гигиеническое изделие с антимикробными и противогрибковыми свойства, содержащее, по меньшей мере, один адсорбирующий слой в виде сухой целлюлозной массы, полученной после обработки водной системой биоцида на основе наночастиц бентонитового порошка, интеркалированного ионами серебра (Ag) и/или меди (Cu) и при количестве металла в порошке 2,0-8,0 мас.%, в котором согласно изобретению в качестве целлюлозной массы используют распушенную целлюлозу плотностью 100-800 кг/м, в водную систему биоцида дополнительно вводят сополимер с молекулярным весом от 3000 до 500000 на основе гидролизованного растительного протеина, к концевым или боковым аминогруппам которого привиты силанольные группы или поливинилпирролидон и при обработке используют следующее соотношение компонентов - сополимер:бентонитовый порошок:вода:распушенная целлюлоза, как (4·10-15·10):(4·10-15-10):(0,5:2,5):1 (вес.ч.), и при равном соотношении сополимер: бентонитовый порошок в водной системе.
Согласно изобретению в качестве сополимера используют сополимер с молекулярным весом 18000 или/и 500000 на основе гидролизованного белка пшеницы, к концевым или боковым аминогруппам которого привиты силанольные группы и при соотношении сополимеров в смеси, как 1:1.
Согласно изобретению в качестве сополимера используют сополимер с молекулярный весом 3000 на основе гидролизованного протеина сои, к концевым или боковым аминогруппам которого привиты силанольные группы или/и сополимера с молекулярным весом 40000 на основе гидролизованного протеина пшеницы, к концевым или боковым аминогруппам которого присоединен поливинилпирролидон и при соотношении сополимеров в смеси, как 1:1.
3
Согласно изобретению предпочтительно используют распушенную целлюлозу с плотностью не более 300 г/см.
Согласно изобретению распушенная целлюлоза дополнительно содержит суперадсорбирующий полимер на основе полиакрилата натрия или сополимера полиакриламида в количестве 10-60 мас.% на сухую целлюлозную массу.
Согласно изобретению используют бентонитовый порошок с размером частиц не более 100 нм.
Согласно изобретению используют бентонитовые порошки, интеркалированные ионами серебра или/и меди при количестве металла в порошке не более 6 мас.%, при этом соотношение порошков в смеси, как 1:(0,3-0,5) соответственно.
Согласно изобретению используют деионизованную воду.
Согласно изобретению изделие содержит непроницаемый слой для жидкости на основе ламинированного материала.
Согласно изобретение изделие содержит поверхностный слой, проницаемый для жидкости, выполненный из нетканого материала.
Согласно изобретению изделие выполнено в виде подгузника, или гигиенической прокладки, или тампона.
Согласно изобретению изделие выполнено в виде туалетной бумаги, или гигиенического полотенца, или гигиенической салфетки.
При реализации изобретения благодаря получению адсорбирующего слоя из сухой распушенное целлюлозы, обработанной водной системой, содержащей биологически безопасные биоцид и сополимер на основе гидролизованного растительного протеина, улучшаются эксплуатационные свойства гигиенического изделия как за счет повышения поглощающей способности адсорбирующего слоя, так и за счет улучшении пролонгированного действия антимикробных и противогрибковых свойств изделия.
При анализе известного уровня техники не выявлено технических решений с совокупностью признаков, соответствующих заявляемому техническому решению и обеспечивающих описанный выше результат.
Приведенный анализ известного уровня техники свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критериям «новизна», «изобретательский уровень».
Заявляемое техническое решение может быть промышленно реализовано при использовании известных технологических процессов, оборудования и материалов, используемых для изготовления такой продукции, как подгузники, гигиенические прокладки и подобных им.
Осуществление изобретения
Сущность изобретения поясняется выбором сырьевых компонентов для получения гигиенического изделия, примерами его получения, результатами испытаний.
Для изготовления гигиенического изделия используют технологическое оборудование, товарные продукты и известные технологические процессы, а именно:
+
2+
I) биоцид в виде наночастиц бентонитового порошка, интеркалированного ионами серебра (Ag) и меди (Cu) с массовой долей названных металлов не более 6%, который получен по известному техническому решению (см. патент RU № 2330673);
биоцид получен при использовании:
бентонита (монтмориллонита) в Na- форме, относящегося к глинистым минералам и обладающего самой высокой среди глинистых минералов емкостью катионного обмена (до 150 мгэкв/100 г);
3
4
15-20% водных растворов нитрата серебра (AgNO), сульфата меди (CuSO); натрия хлористого (NaCl); деионизованной воды;
двухэтапного технологического процесса, на первом этапе которого осуществляют обогащение бентонита ионами натрия, очистку (промывка в деионизованной воде, фильтрование, сушка), на втором этапе - процесс интеркалирования (модификации) полученного полуфабриката бентонита ионами серебра и меди указанными растворами солей серебра и меди. Полученные продукты очищают от солей натрия, сушат и измельчают. Бентонитовые порошки, интеркалированные ионами Ag и Сu, имеют размеры частиц не более 10 нм, что предпочтительно для реализации изобретения. При размере наночастиц бентонитового порошка более 100 нм ухудшается эффективность осаждения их на волокнах распушенной целлюлозы;
3
II) распушенную целлюлозную массу с плотностью 167 кг/м и
3
плотностью 270 кг/м, при исходной влажности 7-10%, производитель Recyc PHP Inc. (Канада);
3
III) гранулы суперадсорбирующего полимера на основе полиакрилата натрия, размер частиц 75-800 мкм, насыпная плотность 400-700 кг/м, величина pH 4,9-6,5, поставщик Recyc PHP Inc. (Канада), производители концерны DOW, BASF;
IV) гранулированный сополимер с молекулярным весом от 3000 до 500000 Mw на основе модифицированного гидролизованного растительного протеина, к концевым или боковым аминогруппам которого привиты силанольные группы или поливинилпирролидон. Предпочтительно, использование сополимера гидролизованного белка пшеницы с привитыми силанольными группами:
Coltide HSi или Crodasone W с молекулярным весом не более 500000 Mw, или Keravis с молекулярным весом не более 18000 Mw, или смесь названных препаратов, что предпочтительно для снижения затрат при изготовлении гигиенического изделия - препараты фирмы Croda (GB). Данные препараты объединяют в себе уникальные функциональные возможности обеих молекулярных групп в одном компоненте, благодаря комплексной полимерной структуре белковых и кремнийсодержащих функциональных групп.
В качестве сополимера могут быть использованы аналогичные по своим функциональным возможностям сополимеры производства компании Croda (GB):
сополимер на основе модифицированного гидролизованного протеина сои с привитыми силанольными группами, молекулярный вес данного препарата не менее 3000 Mw;
сополимер на основе модифицированного гидролизованного протеина пшеницы к концевым или боковым аминогруппам которого присоединен поливинилпирролидон, например препарат Hydrotriticum PVP (молекулярный вес 40000 Mw).
Названные препараты обеспечивают кондиционирование волокон, уменьшают их «сваливание» и повышают гидрофильность волокон.
Указанные функциональные возможности препаратов определили их выбор для водной системы биоцида, предназначенной для обработки целлюлозной массы при получении адсорбирующего слоя гигиенического изделия.
Заявляемое по изобретению процентное содержание по массе указанных сополимеров оптимально. При уменьшении их количества в водной системе биоцида ухудшается сорбция наночастиц бентонита на волокна целлюлозной массы, а увеличение приводит к повышению затрат на получение адсорбирующего слоя изделия и к существенному ухудшению его физико-механических параметров.
Реализация изобретения при изменении состава используемых компонентов, заданного их соотношения, приведет к ухудшению эксплуатационных свойств изготавливаемого по изобретению гигиенического изделия или к удорожанию процесса его получения.
Реализация изобретения поясняется конкретными примерами его выполнения.
Гигиенические изделия, например подгузники (памперсы), прокладки, традиционно имеют верхний слой из перфорированного нетканого материала (типа «спанбод», «термобонд»), нижний слой из непроницаемой для жидкости микропористой («дышащей») полиэтиленовой пленки или нетканого материала (типа «спанбод», «термобонд»), ламинированного микропористой полиэтиленовой пленкой и расположенный между указанными слоями, по меньшей мере, один адсорбирующий слой.
Примеры получения адсорбирующего слоя
Пример 1.
Использовались:
3
сухая распушенная целлюлоза с плотностью - 270 кг/м, исходной влажностью - 8% и массой - 60 г;
+
наночастицы бентонитового порошка, интеркалированного ионами Ag - 0,3 г и сополимер на основе препарата Keravis с молекулярным весом не более 18000 Mw - 0,3 г; деионизованная вода в количестве - 60 мл.
1
Распушенную целлюлозу обрабатывали (например, разбрызгиванием) водной системой биоцида с сополимером. Затем полученный продукт подсушивали до его исходной влажности. Получен адсорбирующий слой на основе сухой распушенной целлюлозы с массой W=60,50 г.
Пример 2.
Использовались:
3
сухая распушенная целлюлоза с плотностью - 270 кг/м, исходной влажностью - 8% и массой - 60 г;
+
наночастицы бентонитового порошка, интеркалированного ионами Ag - 0,3 г и сополимер - 0,3 г, деионизованная вода в количестве - 60 мл.
В качестве сополимера использовали смесь сополимеров при равном их соотношении соответственно:
сополимер на основе модифицированного гидролизованного протеина сои с молекулярным весом не менее 3000 Mw; сополимер на основе модифицированного гидролизованного протеина пшеницы-препарат Hydrotriticum PVP (молекулярный вес 40000 Mw).
Обработка распушенной целлюлозы аналогична Примеру 1. После сушки получен продукт, в который дополнительно ввели суперадсорбирующий полимер на основе полиакрилата натрия - 6,1 г.
2
Получен адсорбирующий слой на основе распушенной целлюлозы с массой W=66,50 г.
Пример 3 - контрольный.
Использовались:
3
сухая распушенная целлюлоза с плотностью 270 кг/м, исходной влажностью - 8% и массой - 60 г;
+
3
наночастицы бентонитового порошка, интеркалированного ионами Ag - 0,3 г, деионизованная вода - 60 мл. Обработка распущенной целлюлозы водной системой биоцида аналогична Примеру 1. После сушки получен адсорбирующий слой на основе распушенной целлюлозы массой W=60,15 г.
Примеры 1-3 свидетельствуют, что использование для обработки распушенной целлюлозы водной системы биоцида и сополимера (Примеры 1 и 2) по сравнению с продуктом по Примеру 3 способствует повышению сорбции наночастиц бентонита на волокна распушенной целлюлозы.
По методике, приведенной в патенте RU №2371156, полученные продукты по Примерам 1-3 оценивались по антимикробным и противогрибковым свойствам.
Определение роста бактериальных колоний осуществляли за период, равный 24 ч, при температуре испытаний 36-37°C.
В результате установлено отсутствие роста микроорганизмов в течение 8 ч на мембранных фильтрах, которые были обработаны смывами с образцов по Примерам 1 и 2.
Установлено наличие роста микроорганизмов через 3 часа при обработке мембранных фильтров смывами с исследуемого образца по Примеру 3.
Результаты исследований подтверждают, что эксплуатационные характеристики гигиенического изделия по изобретению в части, касающейся пролонгированного действия антимикробных и противогрибковых свойств, улучшаются, что свидетельствует о целесообразности использования для получения адсорбирующего слоя водной системы, содержащей указанный биоцид и сополимер.
Полученные по Примерам 1-3 продукты оценивались по времени адсорбции - t (с) и поглощающей способности - Y (г/г).
Y=(B-W)/W, где B - масса образца после впитывания жидкостной среды, W- сухая масса образцов по Примерам 1-3.
Время адсорбции (скорость поглощения) определяет время полного поглощения жидкости адсорбирующим образцом. Поглощающая способность (емкость) определяет количество жидкости поглощенной адсорбирующим образцом в расчете на один грамм адсорбирующего материала образца.
Данные показатели оценивались по методике SCAN-C 33:80, принятой в Европейских странах для определения адсорбционных свойств целлюлозы и бумаги.
Для испытаний были использованы:
стенд для лабораторных испытаний с системой автоматического измерения времени адсорбции;
образцы диаметром 50 мм из адсорбирующих продуктов, полученных по Примерам 1-3, весом 3 г каждый.
Стенд содержит контейнер для жидкости, установочный узел с микропористой прокладкой для размещения образца, нагрузочное устройство, действующее на испытываемый образец и имеющее электроды, которые подключены к контрольно-измерительному блоку, регистрирующему время адсорбции при контакте электродов с жидкостью. Измерения проводились при комнатной температуре.
2
4
2
4
Для повышения достоверности измерений в контейнере стенда был использован водный раствор солей натрия и калия при следующем их содержании в одном литре деионизованной воды: NaCl - 6,0 г, KHPO - 2,5 г, NaHPO - 2,0 г.
В результате испытаний (на основе среднестатистических данных по испытаниям трех аналогичных образцов по примерам 1-3) установлено:
1
образец по примеру 1: t=1,9 с;Y=11,5 г/г;
2
образец по примеру 2: t=2,1 с; Y=15,3 г/г;
3
образец по примеру 3: t=2,6 с; Y=9,1 г/г.
Результаты испытаний свидетельствуют:
гигиеническое изделие по изобретению, в котором использован адсорбирующий слой в виде сухой распушенной целлюлозы, полученной после обработки водной системой биоцида на основе наночастиц бентонитового порошка, интеркалированного ионами серебра и/или меди и указанного по изобретению сополимера, имеет эффективные эксплуатационные характеристики по времени адсорбции, поглощающей способности адсорбирующего слоя и по пролонгированному действию антимикробных и противогрибковых свойств.