КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ ГИДРОЗОЛЯ СЕРЕБРА ДЛЯ ПРИДАНИЯ АНТИМИКРОБНЫХ СВОЙСТВ ВОЛОКНИСТО-СЕТЧАТЫМ МАТЕРИАЛАМ
COMPOSITION BASED ON SILVER HYDROSOL FOR IMPARTING ANTIMICROBIAL PROPERTIES TO FIBRE-MESH MATERIALS

Изобретение относится к области нанотехнологии и связано со способами получения, стабилизации и использования высокодисперсных лиофобных систем, например гидрозолей металлов, и может быть использовано для придания антимикробных свойств широкому спектру волокнисто-сетчатых материалов, используемых при изготовлении одежды и обуви.
Способы получения гидрозолей серебра и других металлов путем восстановления иона соответствующего металла широко известны (Г.Б.Сергеев Нанохимия: учебное пособие. - 2-е изд. - М: КДУ, 2007. - 336 с).
В патенте РФ №2259871, B01J 13/00 описаны способы получения высокодисперсных систем, содержащих серебро в различных дисперсионных средах, путем использования гамма-излучения. Примененный аппаратурный метод требует высокотехнологичного оборудования и, следовательно, достаточно больших материальных затрат. Получение гидрозолей серебра методом химической конденсации при восстановлении соответствующего иона металла значительно дешевле.
Известен способ получения антибактериального текстильного волокнистого материала с использованием процесса восстановления серебра из водного раствора нитрата серебра (пат. РФ 2337716, A61L 15/81), однако получаемые препараты не позволяют получить длительный, сохраняющийся после различного рода обработок, антимикробный эффект волокнисто-сетчатого материала.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является известная композиция на основе гидрозоля серебра, стабилизированного поли-N-винилпирролидоном-2, при следующем соотношении ингредиентов в мас.%: высокодисперсное серебро - 0,01-2,33; поли-N-винилпирролидон-2-1 (пат. РФ 2088234, A61K 33/38).
Недостатком известной композиции является низкая адсорбционная способность к поверхности волокнисто-сетчатых материалов, например хлопчатобумажной ткани, натуральной или искусственной коже, приводящая к легкому удалению нанесенной на материал композиции при влажно-тепловых обработках.
Технической задачей настоящего изобретения является создание композиции на основе гидрозоля серебра, с высокой адсорбционной способностью к поверхности волокнисто-сетчатых материалов и сохраняющей антимикробные свойства этих материалов после влажно-тепловой обработки.
Поставленная задача решается следующим образом. Композиция на основе гидрозоля серебра, стабилизированного защитным высокомолекулярным соединением, которым является сополимер акриловой кислоты и акриламида «Полинап СМ» с соотношением мономеров, соответственно, 1:1,5-3, дополнительно включает борную кислоту, нитрат натрия и буру при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Коллоидное металлическое серебро
0,010-0,110
Сополимер акриловой кислоты и акриламида
«Полинап СМ» с соотношением мономеров 1:1,5-:3
0,500-2,000
Борная кислота
0,006-0,060
Нитрат натрия
0,0085-0,085
Бура
0,0015-0,015
Вода
остальное
Для получения гидрозоля серебра можно использовать любую водорастворимую соль этого металла, однако предпочтительнее применять нитрат.
Композицию получают следующим образом.
3
Нитрат серебра растворяют в воде, совмещают с раствором «Полинапа СМ». Растворяют в воде буру и добавляют к раствору стабилизатора с AgNO. Отдельно приготавливают водный раствор тетрагидробората натрия и вводят его в раствор нитрата серебра в «Полинапе СМ».
Гидрозоль серебра получен методом химической конденсации при восстановлении иона серебра.
Для предотвращения реакции окисления серебра желательна продувка реакционной смеси и водного раствора тетрагидробората натрия газообразным азотом или аргоном в течение от 10-60 мин. При невозможности продувки системы для предотвращения реакции окисления серебра необходимо увеличить скорость реакции за счет уменьшения объема реакционной системы. По окончании реакции систему разбавляют до заданного объема.
Реакция протекает при комнатной температуре по схеме:
3
4
2
2
3
3
3
2AgNO+2NaBH+6НO→2Ag+7H↑+2NaNO+2НВО
Скорость реакции достаточно высока. Процесс полностью завершается за 15-20 мин.
Концентрация буры от 0,0015 до 0,0150% и образующейся при восстановлении серебра борной кислоты в пределах от 0,006 до 0,060% создают буферную систему, поддерживающую рН среды около 8, что обеспечивает стабилизацию реакционной среды.
Концентрация образующегося серебра составляет от 0,010 до 0,110%, так как при меньших значениях антимикробные свойства будут выражены недостаточно, а при больших значениях наблюдается нежелательное увеличение размеров частиц.
Стабилизатор «Полинап СМ» используют при концентрации от 0,5 до 2,0%. При концентрации меньше 0,5% эффект стабилизации не достигается. Концентрация больше 2,0% приводит к нежелательному росту диаметра стабилизированных частиц, а также к увеличению жесткости обрабатываемых волокнисто-сетчатых материалов.
Пример
33,3 г «Полинапа СМ» растворяют при комнатной температуре в 300 мл воды (массовая доля сополимера в техническом продукте составляет 30%, соотношение мономеров акриловая кислота и акриламид 1:2);
3
2
0,85 г AgNO растворяют в 25,0 мл НО и добавляют к раствору стабилизатора;
2
3
0,075 г буры растворяют в 15,5 мл НО и добавляют к раствору стабилизатора с AgNO;
4
2
0,19 г NaBH растворяют в 25,0 мл НО и соединяют с вышеуказанными компонентами.
В полученный раствор светло-коричневого цвета добавляют 100 мл воды, доводя общий объем до 500 мл. Массовая доля Ag в гидрозоле составляет 0,11%, а массовая доля «Полинапа СМ» - 1,0%.
Образование наночастиц серебра устанавливали методом спектроскопии. Максимум поглощения соответствовал 406 нм. Полученная наносистема может иметь характерные типы размеров частиц 4, 18 и 97 нм и обладает кинетической и агрегативной устойчивостью не менее 6 месяцев с момента получения. Крупные частицы разрушаются после обработки системы ультразвуком.
Полученной композицией, разбавленной в 50 раз, обрабатывали хлопчатобумажные ткани. Время обработки образцов ткани составляло 10 мин. Испытания антимикробных свойств хлопчатобумажной ткани, обработаннной данной композицией, были проведены в лаборатории Государственного научного центра РФ Института медико-биологических проблем РАН РФ. Для этого использовали 24-х часовые бактериальные культуры, выращенные на плотной питательной среде TSA (Escherichia coli.; Bacillus licheniformis; Staphylococcus aureus). Тестирование бактериальной активности материалов проводилось методом дисков.
Влажные обработки (стирка) исследуемых образцов ткани проводили по стандартным методикам в автоматической стиральной машине, режиме «хлопок» при температуре 40°C в течение 40 мин. Образцы ткани после стирки подвергали влажно-тепловой обработке при температуре 140°С.
Полученные результаты показывают, что ткань обладает определенными антимикробными свойствами как до стирки, так и после нее. Зоны задержки роста бактерий в зависимости от их вида составляют от 1 до 2 мм, поэтому такие материалы можно рекомендовать для ограниченной области применения: в том случае, когда микрофлора кожи человека способна противодействовать слабой концентрации микробов. Такая композиция антимикробной обработки ткани не ослабляет работу иммунной системы организма.