СОСТАВ ЭЛАСТИЧНОГО АНТИБАКТЕРИАЛЬНОГО МАТЕРИАЛА
ELASTIC ANTIBACTERIAL MATERIAL COMPOSITION

Изобретение относится к области высоконаполненных эластомерных изделий, а именно к получению составов для покрытий, предназначенных для защиты изделий из полимерных материалов (резин, термопластов, реактопластов, термоэластопластов) от прикрепления бактерий и развития бактериальных колоний на поверхности изделий.
В настоящее время существенной проблемой является неконтролируемое размножение и колониеобразование бактерий на поверхности ряда изделий, в том числе пищевого и медицинского назначения. Бактериальные колонии способствуют распространению заражения, порче оборудования, продуктов питания и т.п., провоцируют сложности эксплуатации изделий и оборудования из-за необходимости регулярной стерилизации. В ряде случаев, например, при колониеобразовании на упаковочных материалах регулярная стерилизация невозможна; в некоторых случаях проведение стерилизации нежелательно или принципиально невозможно. В связи с этим актуальным направлением в материаловедении является разработка защитных антибактериальных покрытий, позволяющих защитить изделия от прикрепления и размножения бактерий длительный срок после первичной стерилизации или без стерилизации вообще.
Известна антибактериальная основа, пригодная, в том числе, для антимикробных покрытий на основе эластомеров, представляющая собой пептидный агент, распределяемый в полимерной основе и способный высвобождаться [патент EP 2431429 A2, опубл. 21.03.2012].
Существенным преимуществом композиций является комбинированная антибактериальная и противогрибковая (фунгицидная) активность, а недостатком - высокая стоимость биосинтетического белкового сырья, а также сложность введения в эластомерную основу.
Из уровня техники известна антимикробная полимерная композиция для покрытий, пригодная для использования в медицинских целях, состоящая из полимерной основы, водорастворимой и водонерастворимой карбоновых кислот, антимикробного агента - соли олигодинамического металла и сульфонилмочевины, растворенных в общем растворителе [патент US 4933178 A, опубл. 12.06.1990].
Преимуществом композиции является постепенное высвобождение ионов металлов, обеспечивающих олигодинамический эффект. Недостатком является необходимость взаимного растворения всех компонентов композиции, что затрудняет выбор полимерной основы, особенно в случае эластомеров.
Также известна композиция на основе этиленвинилацетатного сополимера, содержащая триклозан в качестве антимикробного агента и нестероидные противовоспалительные препараты в сочетании с хелатирующими агентами в качестве ингибиторов адгезии бактерий [патент US 8105520 B2, опубл. 31.01.2012, - был перепутан номер].
Данный состав отличается универсальностью использования, в том числе пригодностью для нанесения покрытий путем экструзии и из раствора в органическом растворителе. Недостатком является то, что действие указанных антимикробных компонентов ослабевает со временем за счет обеднения поверхностного слоя материала из-за вымывания и замедленной диффузии компонентов в матрице полимера.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения, принятым за прототип, является состав эластичного противомикробного (антибактериального) материала, содержащий трехблочный термоэластопласт, пластификатор и антимикробную систему, включающую осаждающий агент и осаждаемый им антимикробный агент на основе соединений серебра [заявка на патент US 20050220896 A1, опубл. 06.10.2005]. Состав включает термоэластопласт типа СЭЭПС, СЭБС или СЭПС, пластификатор, осаждающий агент и антимикробный агент на основе соединений серебра.
Преимуществом композиции является «подвод» антимикробного агента к действующей поверхности (контактирующей с рабочей средой) путем выделения и седиментации антимикробного агента во время формования, что придает материалу хорошие антимикробные свойства. Недостатками композиции являются как снижение концентрации антимикробного агента в материале при контакте со средой, так и невозможность использования для нанесения защитных покрытий и, кроме того, негативное влияние соединений серебра на жизнедеятельность организма человека и теплокровных животных.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении механической прочности и адгезии к покрываемому материалу при создании состава для изготовления эластичных изделий или эластичных антибактериальных покрытий на основе бутадиен-стирольных термоэластопластов, препятствующих колониеобразованию бактерий, и обладающего стабильным пролонгированным антибактериальным эффектом.
7
Указанный технический результат достигается составом эластичного антибактериального материала, включающим бутадиен-стирольный термоэластопласт типа СБС с содержанием связанного стирола 15-40% масс., биодеградируемый термопласт, выбираемый из L-, D,L- или D-полилактида, поли-(3-гидрокси)бутирата, и поверхностно-активное вещество (ПАВ), в качестве которого используется четвертичная органическая соль аммония с длиной по меньшей мере одного углеводородного радикала не менее C, при следующем соотношении компонентов, масс. ч. (массовые части):
Бутадиен-стирольный термоэластопласт
100,0
Биодеградируемый термопласт
1,0-10,0
ПАВ
0,1-1,0
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения состав дополнительно содержит пластификатор, в качестве которого используется алифатическое или ароматическое нефтяное масло в количестве 5,0-50,0 масс.ч.
Еще в одном предпочтительном варианте осуществления изобретения состав дополнительно содержит растворитель в количестве 400,0-600,0 масс.ч.
Бутадиен-стирольный термоэластопласт типа СБС с содержанием связанного стирола 15-40% масс. можно использовать следующих марок: ДСТ-30-01, ДСТ-30Р-01 производства ОАО «Воронежсинтезкаучук»; LG 501, LG 411, LG 604 производства LG Chem; или KTR 101, KTR 201 производства Kumho Petrochemical.
Принцип действия изобретения заключается в создании полужидкого переходного слоя на поверхности при нахождении материала, полученного из разработанного состава, в водной среде. Переходный слой формируется за счет незначительной деструкции внешнего слоя материала при нахождении в нем биодеградируемого термопласта, способного гидролизоваться. При наличии в среде клеток бактерий или других микроорганизмов полужидкий переходный слой служит защитой от прикрепления клеток за счет: а) отсутствия доступной твердой поверхности, необходимой для прикрепления клеток, б) выделении поверхностно-активного вещества, снижающего адгезивные свойства придатков клеток микробов и обладающего прямой антибактериальной активностью, в) поддержании концентрации ПАВ на рабочем уровне за счет медленного гидролиза удерживающей ПАВ полимерной матрицы. Полужидкий переходный слой самообновляется при нахождении в рабочей среде, не позволяя бактериям за счет отходов жизнедеятельности подготовить поверхность для прикрепления.
Состав изготавливается путем смешения компонентов в экструдере или смесителе периодического типа либо путем сорастворения компонентов в органическом растворителе.
Ниже приведены примеры осуществления изобретения, которые носят иллюстрирующий характер и не ограничивают возможностей осуществления изобретения.
Примеры 1-5
Композиции, состоящие из 100,0 масс.ч. бутадиен-стирольного термоэластопласта (БСТЭП), 5 масс.ч. пластификатора, 1,0-10,0 масс.ч. полилактида или полигидроксибутирата и 0,5-1,0 масс.ч. ПАВ, получают путем единовременной загрузки и одностадийного смешения в течение 5 мин в смесителе для термопластов периодического типа при температуре 150°C. Композиции после выгрузки прессуются в пластины толщиной 1 мм при помощи гидравлического пресса при температуре 150°C.
Из пластин вырезаются образцы для определения физико-механических характеристик. Испытания проводятся по ГОСТ 270-75. Физико-механические показатели как для настоящих составов, так и для прототипа зависят преимущественно от типа применяемого БСТЭП. Однако следует принимать во внимание существенное изменение свойств композиций при добавлении модифицирующих компонентов.
Также из пластин вырезаются образцы размером 2×2 см для определения адгезии модельных микроорганизмов (Escherichia coli и Staphylococcus aureus) при контакте образца с суспензией жизнеспособных клеток бактерий. Образцы помещаются в суспензию соответствующей бактерии в чашке Петри на время от 2 секунд до 30 суток. По прошествии указанного времени под оптическим микроскопом производится подсчет колониеобразующих единиц (число КОЕ).
Составы композиций приведены в таблице 1.
Результаты физико-механических испытаний приведены в таблице 2.
Результаты измерения адгезии модельных бактерий приведены в таблице 3.
Из результатов, приведенных в таблице 2, видно, что все рассмотренные примеры превосходят прототип по основным физико-механическим показателям.
Из результатов, приведенных в таблице 3, видно, что, несмотря на одинаково успешное противодействие прикреплению бактерий вплоть до 6 суток, прототип уступает разработанной в настоящем изобретении композиции при более длительном нахождении материала в зараженной среде.