СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УПАКОВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ С АНТИМИКРОБНЫМИ СВОЙСТВАМИ НА ОСНОВЕ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА
METHOD TO MANUFACTURE PACKAGING MATERIALS WITH ANTIMICROBIAL PROPERTIES BASED ON SILVER NANOPARTICLES

Изобретение относится к упаковочным материалам с антимикробными свойствами, обусловленными наличием наночастиц серебра. Упаковочные материалы с антимикробными свойствами представляют большой интерес у производителей, т.к. способны значительно продлевать сроки хранения упакованных в них товаров, обеспечивать асептические условия.
Существуют различные способы создания такой упаковки, в том числе с использованием наночастиц серебра в качестве антимикробного агента, однако существующие упаковочные материалы обладают рядом недостатков, таких как невозможность контроля миграции наночастиц серебра в продукт, высокая степень миграции серебра; неэффективное использование наночастиц серебра при их закреплении в основной массе полимера; негативное изменение свойств упаковки (газо- и паропроницаемости) в процессе получения упаковки; ограниченность применения такой упаковки.
Наиболее близкой технологией изготовления упаковочных материалов с наночастицами серебра является технология, связанная с напылением серебра дуговыми и магнетронными методами или испарением серебра под действием электронного пучка с последующей конденсацией наночастиц серебра на поверхности упаковочных материалов предварительно обработанной озоном и ультрафиолетом (Antibacterial package for solid and liquid food and method of manufacturing thereof патент WO 2011105978 (A1)-2011-09-01)
Недостатком данного способа является то, что для нанесения серебра на поверхность упаковочных материалов используется сложный процесс испарения-конденсации серебра под действием высокой энергии, требующий больших затрат электроэнергии. Также недостатком является использование озона для подготовки поверхности полимеров ввиду его высокой токсичности. Отличается порядок и способ нанесения серебра на поверхность упаковки. В вышеописанном методе серебро наносится на химически подготовленную поверхность из газовой фазы, тогда как в представленном ниже методе наночастицы серебра сначала наносятся на поверхность упаковочных материалов из жидкой фазы, а затем закрепляются на них.
Технический результат данного изобретения заключается в создании упаковочных материалов с низкой степенью миграции наночастиц серебра в продукт и высокоэффективным использованием наночастиц серебра.
Задача изобретения направлена на разработку способа изготовления упаковочных материалов с антимикробными свойствами на основе наночастиц серебра.
Поставленная задача решается предлагаемым способом изготовления упаковочных материалов с антимикробными свойствами на основе наночастиц серебра включающем помещение упаковочного материала или упаковочного пластикового контейнера в раствор наночастиц серебра, обработку ультразвуком упаковочного материала или контейнера, помещенного в раствор наночастиц серебра, промывку водой или другим растворителем упаковочного материала или контейнера с наночастицами серебра, высушивание упаковочного материала или контейнера; обработку упаковочного материала или контейнера ультрафиолетовым излучением.
Этот результат достигается за счет двух основных факторов. Первым фактором является то, что наночастицы серебра наносятся в основном на поверхность упаковочных материалов и таким образом антимикробным действием обладают подавляющее большинство закрепленных на поверхности наночастиц. В результате такого подхода расход серебра при производстве таких упаковочных материалов значительно ниже по сравнению с упаковочными материалами, где наночастицы серебра сосредоточены в основной массе полимера, и как следствие выше эффективность и ниже стоимость такой упаковки. Вторым фактором является то, что для закрепления наночастиц серебра на поверхности полимера используется ультразвуковое воздействие и облучение ультрафиолетовым излучением. Благодаря такому подходу наночастицы серебра прочно закрепляются на поверхности упаковки.
На стадии обработки ультразвуком происходят два процесса: разрушаются конгломераты наночастиц, происходит первичное закрепление наночастиц серебра на поверхности упаковочных материалов. При этом эффективность закрепления наночастиц серебра зависит от материала упаковки (полиэтилен, полипропилен, целлюлоза) и от свойств наночастиц, в частности стабилизирующей добавки, используемой при производстве наночастиц. На стадии промывки удаляются слабо закрепленные наночастицы серебра. На стадии высушивания степень закрепления наночастиц серебра увеличивается, если высушивание происходит при повышенной температуре. На стадии облучения ультрафиолетом происходит сшивка углеродных цепей молекул стабилизатора между собой и с углеродными цепями основы, на которую нанесены наночастицы, кроме того происходит расплавление полимера в местах нахождения наночастиц, происходит вторичное закрепление наночастиц серебра. После проведения обработки ультрафиолетом упаковочной пленки, возможна дополнительная промывка водой или другими растворителями для удаления плохо закрепленных наночастиц. Полученная данным методом упаковка может использоваться для упаковки различных как пищевых, так и непищевых продуктов и изделий где актуальным является поддержание асептических условий продолжительное время.
Для входного и выходного контроля при получении упаковки с наночастицами могут использоваться следующие методы: динамическое лазерное рассеяние света (ДЛРС), молекулярная абсорбционная спектроскопия в видимой и ультрафиолетовой области, микробиологические тесты на антимикробную активность, атомно-силовая микроскопия (АСМ), атомно-абсорбционный спектральный анализ (ААС), масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС). В частности для входного контроля растворов наночастиц серебра может использоваться метод ДЛРС для установления среднего размера наночастиц и метод молекулярной абсорбционной спектроскопии в видимой и ультрафиолетовой области для определения оптических свойств наночастиц. Также для оценки эффективности антимикробного действия могут использоваться различные микробиологические тесты на антимикробную активность. Для контроля качества нанесения наночастиц серебра на поверхность упаковочных материалов может использоваться метод АСМ. Данный метод позволяет определить размер наночастиц закрепленных на упаковке и определить концентрацию наночастиц на единицу площади поверхности упаковки. На фиг.1. показано типичное изображение поверхности упаковочного материала (полиэтиленовой пленки с наночастицами серебра), полученное методом АСМ. Для оценки миграции наночастиц серебра с поверхности готовых пленок могут использоваться методы ААС и ИСП-МС.
Упаковочные материалы, обладающие приемлемыми характеристиками и отвечающие требованиям безопасности, в частности МУ 1.2.2638-10, могут использоваться для упаковки различных товаров, таких как: хлеб и мучные изделия, овощи и фрукты, мясо и мясопродукты, молочные продукты, рыба и рыбопродукты, лекарственные средства и биологически активные добавки, пищевые добавки, медицинские инструменты.
Способ осуществляется следующим образом.
Упаковочная пленка или контейнер из полимерных материалов помещается в ультразвуковую мойку или емкость, снабженную ультразвуковым излучателем с частотой звукового излучения 25-45 кГц и заполненную раствором наночастиц серебра в воде или другом растворителе с начальной концентрацией наночастиц серебра не более 10 г/л. После этого включается генератор ультразвука и упаковочный материал или изделие находится в растворе наночастиц серебра от 10 секунд до 30 минут, при этом происходит первичное закрепление наночастиц серебра на поверхности упаковки. Далее пленка или контейнер подается на промывочную линию или устройство, где промывается водой или другим растворителем. После промывки пленка и контейнеры высушиваются током горячего воздуха или естественным образом и направляются на облучение ультрафиолетом. Облучение упаковочных материалов и контейнеров проводится ультрафиолетовыми лампами с длинной волны испускаемого света более 200 нм, для предотвращения образования озона. Продолжительность и интенсивность облучения оказывает сильное влияние на степень миграции серебра с поверхности упаковки и может изменяться для получения оптимальных показателей миграции. Затем облученные пленки и контейнеры могут проходить дополнительную промывку водой или другим растворителем и сушку для удаления слабо закрепленных наночастиц или использоваться для упаковки без дополнительной промывки и сушки.