СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АНТИБАКТЕРИАЛЬНОЙ ТКАНИ С МАСЛО-, ВОДО-, ГРЯЗЕОТТАЛКИВАЮЩИМИ СВОЙСТВАМИ
METHOD FOR MANUFACTURING ANTIBACTERIAL FABRIC WITH OIL-, WATER, AND DIRT-REPELLENT PROPERTIES

Изобретение относится к текстильной промышленности и может быть использовано при изготовлении тканей с антибактериальными, водо-, масло-, грязеотталкивающими свойствами для пошива специальной одежды, одежды для медиков, школьной формы и т.д.
Известен способ изготовления изделий с антибактериальными, водо-, масло-, грязеотталкивающими свойствами, заключающийся в нанесении на субстрат покрытия, включающего комплекс ионного фторполимера (более 70 мас. %) и противоионного агента (0,1-14,5 мас. %), содержащего ионы, обладающие противомикробной активностью, выбранные из ионов Ag, Zn, Cu, Au, Pt, Pd, Ir, Sn и Bi и комбинаций этих ионов или их предшественника с кватернизированными аммониевыми соединениями и/или катионными полиэлектролитами с последующими сушкой и термообработкой покрытия.
(RU 2465288 С2, МПК: C08J 7/04, C08J 7/14, C09D 127/12, D06M 16/00, D06M 15/256, B01D 29/00, A61K 31/785, опубл. 27.10.2012).
+
+
В воплощении, где ионы, обладающие противомикробной активностью, представляют собой ионы Ag (Ag), покрытия могут быть получены путем включения ацетата, карбоната, нитрата, лактата или цитрата серебра и оксидов, а также их смесей и производных, в качестве предшественников Ag в смеси для получения покрытия.
Субстрат может представлять собой пленку, мембрану, ткань или ламинат, а готовое изделие - предмет одежды, текстиль, фильтрующий элемент, вентилирующий элемент, датчик, диагностическое устройство, защитное покрытие, разделительный элемент, медицинское изделие или медицинское устройство.
Способ предназначен для формирования защитного покрытия преимущественно на субстратах (мембранах и ламинатах) из фторполимеров, политетрафторэтилена (ПТФЭ), пористого ПТФЭ.
Наиболее близким аналогом предложенного технического решения, выбранным в качестве прототипа, является способ изготовления антибактериальной ткани с водо-, масло-, грязеотталкивающими свойствами путем ткачества переплетением основы и утка из смесовой пряжи или синтетических нитей, в том числе полиэфирных; подготовительной обработки и заключительной отделки, включающей пропитку составом, содержащим водную дисперсию фторполимера на основе перфторакрилата с дзета-потенциалом от 2 до 100 мВ, антибактериальное средство, водорастворимый полимер с анионной функциональной группой и воду, сушку при температуре 110°С и термообработку при 170°С (JP 2019137811 А, МПК: C09K 3/18; D06M 11/83; D06M 15/256; D06M 15/263, опубл. 22.08.2019).
3
3
Антибактериальное средство представляет собой частицы серебра, меди или цинка размером 0,1-5,0 мкм. Его смешивают на неорганическом носителе с водорастворимым полимером, имеющим анионную функциональную группу, выбранную из -ОН, -СООН, -POH и -SOH. Неорганическим носителем является цеолит, силикагель, силикатное стекло, фосфат кальция, фосфат циркония, алюмометасиликат магния, глинистый минерал, оксид магния или глинозем.
Содержание частиц антибактериального агента составляет от 500 до 10000 массовых частей на миллион по отношению к общей массе водной дисперсии фторполимера.
Недостатком известного способа является значительное снижение антибактериальных, гидрофобных и олеофобных свойств ткани в процессе многократных стирок.
Техническим результатом изобретения является улучшение эксплуатационных свойств антибактериальных тканей из смесовой пряжи или полиэфирных нитей путем повышения их антибактериальной, масло-, водо-, грязеотталкивающей способности и сохранения защитных свойств ткани после многократных стирок, а также расширение ассортимента антибактериальных тканей с защитными свойствами.
Данный результат достигается тем, что в способе изготовления антибактериальной ткани с масло-, водо-, грязеотталкивающими свойствами путем ткачества переплетением основы и утка из смесовой пряжи или полиэфирных нитей, подготовительной обработки и заключительной отделки, включающей пропитку составом, содержащим водную дисперсию фторполимера на основе перфторакрилата, антибактериальное средство на основе серебра, и воду, сушку и термообработку, в качестве смесовой пряжи используют пряжу из целлюлозосодержащих и синтетических волокон в массовом соотношении (20-80):(80-20) соответственно, в состав для пропитки дополнительно вводят водную дисперсию амидов перфторкарбоновых кислот с молекулярной массой 1000-1200, в качестве антибактериального средства используют препарат на основе наноразмерных частиц серебра при следующем соотношении компонентов состава, мас. %:
Водная дисперсия фторполимера
на основе перфторакрилата (5%)
3,0-5,0
Водная дисперсия амидов
перфторкарбоновых кислот (5%)
0,1-0,3
Антибактериальный препарат на основе
наноразмерных частиц серебра
0,5-1,0
Уксусная кислота
0,02-0,04
Вода
до 100,
а после термообработки дополнительно производят санфоризацию ткани.
При этом в качестве смесовой пряжи используют одиночную смесовую пряжу линейной плотности от 20,0 до 40,0 текс.
При этом в качестве смесовой пряжи используют крученую смесовую пряжу линейной плотности от 14,0 текс × 2 до 29,5 текс × 2.
При этом в качестве полиэфирных нитей используют многофиламентные комплексные нити линейной плотности от 8,3 до 33,0 текс.
При этом в качестве полиэфирных нитей используют многофиламентные текстурированные нити линейной плотности от 8,3 текс × 2 до 16,5 текс × 2.
Использование в заявленном способе смесовой пряжи из целлюлозосодержащих и синтетических волокон в массовом соотношении (20-80):(80-20) или 100 мас. % полиэфирных нитей позволяет получить широкий ассортимент антибактериальных специальных тканей для пошива одежды различного назначения.
При введении в состав для пропитки амидов перфторкарбоновых кислот (АПФКК) с молекулярной массой 1000-1200 в сочетании с фторполимером на основе перфторакрилатов (фторполимер на основе ПФА) при заявленном соотношении компонентов возникает синергический эффект повышения водо-, масло-, грязеотталкивающих свойств антибактериальной ткани и сохранения их при влажно-тепловых обработках.
Фторполимер на основе ПФА и АПФКК молекулярной массы 1000-1200 создают вокруг волокон защитные слои из фторуглеродных радикалов, расстояние между которыми меньше размера молекул воды, масла и различных загрязнений, что предотвращает проникновение их внутрь ткани.
Использование препарата на основе наночастиц серебра позволяет повысить антибактериальные свойства тканей за счет образования плотных слоев наночастиц вокруг волокон ткани.
Экспериментально установлено, что введение АПФКК способствует осаждению наночастиц серебра и макромолекул фторполимера на основе ПФА в структуре ткани и закреплению на волокне, что значительно снижает их вымывание в процессе стирки. Это связано с тем, что разноименно заряженные группы АПФКК образуют ассоциаты с наночастицами серебра и макромолекулами перфторакрилата, которые прочно удерживаются слабо заряженными волокнами хлопка, вискозы и полиэфира.
Использование предложенного состава при заключительной отделке в сочетании с заявленной смесовой пряжей или полиэфирными нитями в основе и утке дает возможность получить антибактериальные масло-, водо-, грязеотталкивающие ткани с высокой устойчивостью защитных свойств к многократным стиркам за счет образования прочных сшитых структур компонентов состава и волокон ткани в процессе сушки и термообработки.
При санфоризации ткани происходит окончательное упрочнение связей фторполимеров с волокнами ткани и закрепление наночастиц серебра на волокне.
Введение в состав для пропитки водной дисперсии фторполимера на основе ПФА менее 3,0 мас. %, водной дисперсии АПФКК с молекулярной массой менее 1000 менее 0,1 мас. %, антибактериального препарата менее 0,5 мас. % не приводит к синергическому эффекту повышения антибактериальных, масло-, водо-, грязеотталкивающих свойств ткани и устойчивости защитных свойств к многократным стиркам.
Введение в состав для пропитки водной дисперсии фторполимера на основе ПФА более 5,0 мас. %, водной дисперсии АПФКК с молекулярной массой более 1200 более 0,3 мас. %, антибактериального препарата более 1,0 мас. % нецелесообразно, так как дальнейшего повышения защитных свойств не происходит.
Уксусная кислота вводится в состав для создания рН среды 4,5-5,5.
В качестве целлюлозосодержащих волокон в смесовой пряже используют хлопок, бамбук, вискозу, лиоцелл, модальные волокна; в качестве синтетических волокон - полипропиленовые, полиэфирные, полиамидные и другие волокна.

В качестве 5%-ной водной дисперсии фторполимера на основе ПФА используют препараты REPELLAN ТС-К (Германия), Igcaguard F-1 (Испания), RUCO-GUARD AFR6 (Германия) и другие.
1
6
АПФКК с молекулярной массой 1000-1200 получают путем взаимодействия эфиров перфторкарбоновых кислот с молекулярной массой 1000-1200 с первичными алифатическими аминами ряда С-С при их мольном соотношении 1:1 и температуре 85-90°С по схеме:
m
2m+1
где n=1-9, R=CH, m=1-6.
3
Полученные соединения представляют собой бесцветные или светло-желтые жидкости с вязкостью 600-1100 сСт и плотностью 1500-1700 кг/м.
Термостабильны до температуры 250°С, не горючи, взрыво-пожаробезопасны и не токсичны (4 класс опасности).
Водную дисперсию (5%) получают путем диспергирования АПФКК в воде в присутствии неионогенных поверхностно-активных веществ (на основе оксиэтилированных спиртов, оксиэтилированных кислот и других).
В качестве антибактериального препарата используют препарат AgБион-2 (ЗАО «Концерн «Наноиндустрия»), представляющий собой коллоидный раствор наноразмерных частиц серебра по ТУ 9392-003-44471019-2006. Особенностью продукта является то, что наночастицы серебра имеют сферическую форму и их размер находится в диапазоне 9-15 нм.
Из всех химических элементов серебро обладает наилучшей электропроводностью. Поэтому наночастицы серебра в полотне действуют как антистатик, то есть снимают электростатический заряд, вызываемый трением. Это необходимо при изготовлении тканей из полиэфирных нитей.
Состав готовят смешиванием 5%-ной водной дисперсии фторполимера на основе ПФА, 5%-ной водной дисперсии АПФКК, препарата AgБион-2, уксусной кислоты и воды в заявленном соотношении.
+
Способ изготовления антибактериальных тканей с масло-, водо-, грязеотталкивающей отделкой CleanOK заключается в следующем.
Суровые ткани изготавливают переплетением основы и утка из смесовой пряжи, включающей целлюлозосодержащие и синтетические волокна в массовом соотношении (20-80):(80-20), или из 100 мас. % полиэфирных нитей.
При ткачестве используют одиночную смесовую пряжу линейной плотности от 20,0 до 40,0 текс или крученую смесовую пряжу линейной плотности от 14,0 текс × 2 до 29,5 текс × 2, или полиэфирные многофиламентные комплексные нити линейной плотности от 8,3 до 33,0 текс, или полиэфирные многофиламентные текстурированные нити линейной плотности от 8,3 текс × 2 до 16,5 текс × 2.
Затем проводят подготовительную обработку тканей по известной технологии в зависимости от их назначения и подвергают заключительной отделке. Аппретирование тканей проводят на линии фирмы «Элитекс» (Чехия) путем пропитки составом, содержащим, мас. %: 5%-ную водную дисперсию фторполимера на основе ПФА - 3,0-5,0, 5%-ную водную дисперсию АПФКК - 0,1-0,3, антибактериальный препарат AgBnoH-2 -0,5-1,0, уксусную кислоту 100% - 0,02-0,04 и воду до 100. После пропитки ткани подвергаю сушке при температуре 100-120°С, термообработке при 160-170°С и санфоризации.
При изготовлении тканей из смесовой пряжи, содержащей хлопок, в подготовительную обработку включают процессы отварки и мерсеризации. При изготовлении тканей медицинского назначения (для костюмов и халатов) из смесовой пряжи или полиэфирных нитей в подготовительную обработку дополнительно включают процесс беления.
2
2
Готовые ткани из смесовой пряжи получают с поверхностной плотностью 165,0-250,0 г/м, из полиэфирных нитей - 100,0-120,0 г/м.
В таблице 1 представлены характеристики смесовой пряжи, в таблице 2 - полиэфирных нитей, в таблицах 3 и 4 - составы для пропитки тканей из смесовой пряжи и полиэфирных нитей по примерам. Примеры 4, 5, 9, 10, 14, 15, 19, 20 являются сравнительными.
Для проведения сравнительных испытаний были изготовлены образцы тканей по прототипу из одиночной смесовой пряжи линейной плотности 30 текс, содержащей вискозу и полиэфирные волокна в массовом соотношении 20:80, и крученой смесовой пряжи линейной плотности 23,6×2 текс, содержащей бамбук и полиамидные волокна в массовом соотношении 50:50; образцы тканей из 100 мас. % многофиламентных комплексных полиэфирных нитей линейной плотности 33,0 текс и многофиламентных текстурированых полиэфирных нитей линейной плотности 16,5 текс × 2.
Пропитку тканей при заключительной отделке проводили составом, содержащим, мас. %: 5%-ную водную дисперсию фторполимера на основе ПФА с дзета-потенциалом 50 мВ - 5,0, антибактериальное средство - 1,0, водорастворимый полимер с анионной функциональной группой - 2,0 и воду до 100.
Синтез фторполимера проводили согласно примеру А описания к патенту В качестве антибактериального средства на основе фосфата циркония и серебра использован препарат Novalon AG300 компании Toagosei Co., Ltd. (Япония) в виде порошка со средним диаметром частиц 0,9 мкм. В качестве водорастворимого полимера использована карбоксиметилцеллюлоза. После сушки при температуре 110°С в течение 90 с ткани подвергали термообработке при температуре 170°С в течение 60 с.
Результаты сравнительных испытаний антибактериальных тканей с масло-, водо-, грязеотталкивающими свойствами из смесовой пряжи представлены в таблице 5, из полиэфирных нитей - в таблице 6.
5
5
Антибактериальную активность тканей определяли по ГОСТ Р ИСО 20743-2012 методом абсорбции в отношении стандартных штаммов бактерий Escherichia coli АТСС 25922 и митоспоровых грибов Candida albicans АТСС 24433. На образцы экспериментальных тканей массой (0,40±0,05) г и контрольные образцы тканей, расположенные каждый в своей емкости, наносили по 0,2 мл посевного материала с концентрацией бактерий и спор грибов от 1×10 до 3×10 КОЕ/мл. Образцы встряхивали и подвергали инкубации при температуре (37±2)°С в течение 18-24 ч. После инкубации добавляли 20 мл среды SCDLP в каждую емкость, плотно закрывали крышками и снова встряхивали.
Значения антибактериальной активности получали по формуле:
t
0
t
0
t
0
t
0
А=(lg C - lg С) - (lg T - lg T)=F - G, где: A - значение антибактериальной активности; F - уровень роста на контрольном образце (F=lg C - lg С); G - уровень роста на образце, прошедшем антибактериальную обработку (G=lg T - lg Т);
t
0
t
0
lg C - средний десятичный логарифм числа бактерий, полученный от трех образцов для испытаний контрольного полотна после инкубации от 18 до 24 ч; lg С - средний десятичный логарифм числа бактерий, полученный от трех образцов для испытаний контрольного полотна сразу же после заражения; lg T - среднее значение десятичного логарифма от числа бактерий, полученное от трех образцов для испытаний полотен, прошедших антибактериальную обработку, после инкубации в течение 18-24 ч; lg Т -среднее значение десятичного логарифма от числа бактерий, полученное от трех образцов для испытаний полотен, прошедших антибактериальную обработку, сразу же после посева.
3.0
Антибактериальная активность, например 3,0, означает, что через 24 часа инкубации количество бактерий или спор грибов на поверхности материала сократилось в 10 раз, т.е. в 1000 раз, по сравнению с тем количеством бактерий, которое было нанесено на образец. Минус перед значением показателя означает, что антибактериальная активность утрачена, и количество бактерий или спор грибов увеличилось.
Водоупорность тканей определяли по ГОСТ 3816-81 (ИСО 811-81), водоотталкивание - по ГОСТ 30292-96, п. 7.10, маслоотталкивание - по ГОСТ 11209, п. 7.19.
Использование предложенного способа позволит изготавливать ткани различного назначения с высокими антибактериальными и масло-, водо-, грязеотталкивающими свойствами, устойчивыми к многократным стиркам.