СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАСС ДЛЯ ЛЕПКИ С БИОЦИДНЫМИ СВОЙСТВАМИ
METHOD OF OBTAINING MODELLING MASS FOR WITH BIOCIDAL PROPERTIES

Изобретение относится к области способов получения масс для лепки с биоцидными свойствами на основе боросилоксанов, которые могут быть использованы в качестве изделий, развивающих моторику рук у взрослых и детей и одновременно дезинфицирующих их руки. Такие массы часто называют «жвачка для рук» или «прыгающая замазка».
Боросилоксаны являются известным классом соединений органосилоксанов с различными соединениями бора ["Силоксановая связь" Воронков М.Г., Милешкевич В.П. // Новосибирск, Наука, 1976 г., 413 с.].
Известен способ получения массы для лепки с биоцидными свойствами путем смешения боросилоксана с биоцидной добавкой (хлорфениловым эфиром) (патент США №6391941, 2002 кл. 523/122).
Наиболее близким к заявляемому является известный способ получения масс для лепки с биоцидными свойствами путем смешения органосилоксана (100 мас.ч.) с борной кислотой (3 мас.ч.) и кислотой Льюиса (безводный хлорид железа) (0.005 мас.ч.), нагрева полученной смеси вначале в вакууме, затем на воздухе и введения биоцидной добавки (дезинфицирующего средства) и, по крайней мере, одной добавки, выбранной из группы, включающей наполнитель (0,2 мас.ч. диоксида кремния и 22 мас.ч. сульфата бария), пигмент и пластификатор (патент США №3677997, 1972) - прототип. В известном способе биоцидную добавку вводят после нагрева смеси органосилоксана с борной кислотой и кислотой Льюиса, приводящего к образованию боросилоксана, и нагрев осуществляют традиционным методом в течение более чем 20 часов.
Недостатком известного технического решения является его относительная сложность, обусловленная длительностью процесса получения массы для лепки и необходимостью проведения первоначального нагрева в условиях вакуума и относительно невысокие биоцидные свойства у полученных масс.
Технической задачей изобретения является упрощение способа за счет устранения нагрева в условиях вакуума и сокращения длительности процесса получения массы для лепки и повышение биоцидных свойств у массы для лепки.
Предварительно были проведены эксперименты с различными биоцидными добавками и различными соотношениями компонентов, в результате которых было выявлено, что технический результат достигается только тогда, когда в известном способе получения масс для лепки с биоцидными свойствами путем смешения органосилоксана с борной кислотой и кислотой Льюиса, нагрева полученной смеси и введения биоцидной добавки и, по крайней мере, одной добавки, выбранной из группы, включающей наполнитель, пигмент, пластификатор, борную кислоту берут в количестве 4-;-40 мас.ч. на 100 мас.ч. органосилоксана, кислоту Льюиса берут в количестве 0,001-;-3 мас.ч. на 100 мас.ч. органосилоксана, в качестве биоцидной добавки используют наночастицы серебра в количестве 0,00001-;-0,1 мас.ч. на 100 мас.ч. органосилоксана, наночастицы серебра вводят перед нагревом, а нагрев осуществляют сверхвысокочастотным излучением до температуры 100-;-250°C в течение 10-;-90 минут (мин).
В предлагаемом техническом решении в качестве органосилоксана можно использовать любой органосилоксан, например, декаметилциклопентасилоксан, диметилсилоксан с концевыми гидроксильными группами, полиэтилсилоксановую жидкость и т.д.
В качестве кислоты Льюиса, выполняющей роль катализатора при получении боросилоксана, можно использовать, например, хлорид трехвалентного железа, хлорид цинка, хлорид алюминия, смесь таких солей и т.д.
В качестве наполнителя можно использовать, например, аэросил, тальк, каолин и т.д.
В качестве пигмента можно использовать различные неорганические или органические пигменты, например, такие как титановые белила, железоокисный пигмент, пигмент красный прочный (C.I.Pigment Red 166) и др..
В качестве пластификатора можно использовать, например, производные касторового масла, олеиновую кислоту, стеарат железа и т.д.
Наполнитель, пигмент и пластификатор можно вводить как до нагрева органосилоксана с борной кислотой и кислотой Льюиса, так и после нагрева. В массу для лепки можно вводить только наполнитель, только пигмент, только пластификатор, или использовать их любые сочетания. Количество введенного наполнителя может варьироваться в широких пределах и составлять, например, от 1 до 40 мас.ч. на 100 мас.ч. органосилоксана. Количество введенного пигмента может варьироваться в широких пределах и составлять, например, от 0,1 до 5 мас.ч. на 100 мас.ч. органосилоксана. Количество введенного пластификатора может варьироваться в широких пределах и составлять, например, от 0,1 до 5 мас.ч. на 100 мас.ч. органосилоксана. Количества вводимых наполнителя, пигмента и пластификатора являются традиционными для наполненных систем и не оказывают существенного влияния на биоцидные свойства масс для лепки.
Оптимальное количество вводимой борной кислоты было найдено экспериментально. При этом было установлено, что при содержании борной кислоты менее 4 мас.ч. на 100 мас.ч. органосилоксана консистенция полученного образца является слишком жидкой и липкой, что не позволяет его использовать в качестве массы для лепки. При содержании борной кислоты более 40 мас.ч. на 100 мас.ч. органосилоксана консистенция полученного образца является слишком жесткой, что не позволяет его использовать в качестве массы для лепки.
Оптимальное количество вводимой кислоты Льюиса также было найдено экспериментально. При этом было установлено, что при содержании кислоты Льюиса менее 0,001 мас.ч. на 100 мас.ч. органосилоксана возрастает длительность процесса получения массы для лепки. При содержании кислоты Льюиса более 3 мас.ч. на 100 мас.ч. органосилоксана у массы для лепки появляется неприятный запах.
Наночастицы серебра можно использовать в качестве их коллоидного раствора в воде или в органическом растворителе (изооктан, октан, декан и т.д.). Средний размер наночастиц серебра в коллоидном растворе может составлять от 2 до 100 нм. Экспериментально было установлено, что если в качестве биоцидной добавки использовать не наночастицы серебра, а частицы серебра с размером больше нанометрических, то биоцидные свойства у масс для лепки резко ухудшаются.
Оптимальное количество вводимых наночастиц серебра было найдено экспериментально. При этом было установлено, что при содержании наночастиц серебра менее 0,00001 мас.ч. на 100 мас.ч. органосилоксана ухудшаются биоцидные свойства у массы для лепки. Введение наночастиц серебра в количествах, больших 0,1 мас.ч. на 100 мас.ч. органосилоксана, не приводит к дальнейшему повышению биоцидных свойств у массы.
Нами было установлено, что если наночастицы серебра вводить перед нагревом органосилоксана с борной кислотой и кислотой Льюиса, то биоцидные свойства массы неожиданно оказываются существенно более лучшими, чем, когда наночастицы серебра были введены после нагрева. При использовании в качестве биоцидной добавки вместо наночастиц серебра других известных биоцидных добавок такой эффект не наблюдается.
Следует отметить, что введение всех компонентов в смесь должно сопровождаться перемешиванием смеси. Нагревание смеси можно проводить с перемешиванием и без перемешивания. Перемешивание можно проводить различными способами, например, с использованием механических мешалок различных конструкций, вальцев и т.д.
Нами было экспериментально установлено, что если при получении массы для лепки нагрев осуществлять сверхвысокочастотным (синоним - микроволновым) излучением, то это позволяет существенно упростить способ получения массы для лепки за счет сокращения длительности процесса и устранение необходимости первоначального нагрева в условиях вакуума.
В предлагаемом техническом решении в качестве источника сверхвысокочастотного излучения можно использовать СВЧ-печи различных марок и конструкций, обычно применяемых для бесконтактного нагрева тел.
Оптимальная продолжительность нагрева зависит от мощности источника СВЧ-излучения и может составлять от 10 до 90 мин. При продолжительности нагрева менее 10 мин консистенция массы для лепки оказывается слишком жидкой. Нагрев системы более 90 мин приводит к появлению у массы для лепки неприятного запаха.
Оптимальный интервал температур нагрева был установлен экспериментально. При этом было обнаружено, что если нагрев осуществлять при температуре ниже 100°C, значительно увеличивается длительность процесса. Нагрев при температуре выше 250°C приводит к появлению у полученного образца неприятного запаха.
Предлагаемая масса представляет собой резиноподобную субстанцию, которая легко мнется и тянется, легко принимает любую форму в процессе лепки, прыгает, как мячик при ударе, растекается, рвется, но при этом не пачкает руки.
Примеры получения заявленной и контрольных масс для лепки приведены ниже.
Во всех примерах проверку биоцидных свойств композиций проводят в соответствии с нормативными документами: «Методы испытаний дезинфекционных средств для оценки их эффективности и безопасности», Москва, 1998 г. и «Нормативные показатели безопасности эффективной дезинфекции средств, подлежащих контролю при проведении обязательной сертификации №01-12/75-97».
5
В качестве тест микроорганизмов используют бактерии Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Candida albicans и Trichophyton gypseum, грибы Mycobacterium B.
5
2
2
В качестве тест-объектов используют чашки Петри, покрытые массами для лепки, обсемененные тест-микроорганизмами, с плотностью обсеменения (1,6±0,4)×10 колониеобразующих единиц (КОЕ)/см после выдерживания образцов в течение 60 мин. Подсчитывают количество микроорганизмов N (КОЕ)/см.
Преимущества предлагаемого способа иллюстрируют следующие примеры.
Пример 1.
В химическом стакане смешивают 100 грамм (г) (100 мас.ч.) декаметилциклопентасилоксана с 10 г (10 мас.ч.) борной кислоты, 1 г (1 мас.ч.) кислоты Льюиса, в качестве которой используют хлорид алюминия, и 25 мл коллоидного раствора наночастиц серебра в изооктане с концентрацией 4 г/литр (0,1 мас.ч). После этого стакан со смесью помещают в СВЧ-печь и проводят нагрев сверхвысокочастотным излучением в течение 60 мин при температуре 150°C при постоянном перемешивании с использованием верхнеприводной механической мешалки. Затем стакан извлекают из СВЧ-печи. Содержимое стакана охлаждают до комнатной температуры, после чего в смесь вводят 3 г (3 мас.ч.) наполнителя, в качестве которого используют аэросил, и перемешивают до однородного состояния. Получают массу для лепки белого цвета. Биоцидные свойства полученной массы для лепки приведены в таблице.
Пример 2.
Опыт проводят аналогично примеру 1, однако берут 100 г (100 мас.ч.) диметилсилоксана с концевыми гидроксильными группами, 4 г (4 мас.ч.) борной кислоты, 0,001 г (0,001 мас.ч.) кислоты Льюиса, в качестве которой используют хлорид цинка, и 2,5 мл коллоидного раствора наночастиц серебра в воде с концентрацией 0,4 г/литр (0,001 мас.ч.), нагрев проводят в течение 90 мин при температуре 100°C, после чего в смесь вводят 1 г (1 мас.ч.) наполнителя, в качестве которого используют тальк и 1 г (1 мас.ч.) пластификатора, в качестве которого используют олеиновую кислоту. Получают массу для лепки белого цвета. Биоцидные свойства полученной массы для лепки приведены в таблице.
Пример 3.
Опыт проводят аналогично примеру 1, однако берут 100 г (100 мас.ч.) полиэтилсилоксановой жидкости, 40 г (40 мас.ч.) борной кислоты, 3 г (3 мас.ч.) кислоты Льюиса, в качестве которой используют хлорид трехвалентного железа, и 0,25 мл коллоидного раствора наночастиц серебра в декане с концентрацией 0,04 г/литр (0,00001 мас.ч.), нагрев проводят в течение 10 мин при температуре 250°C, после чего в смесь вводят 40 г (40 мас.ч.) наполнителя, в качестве которого используют каолин, и 1 г (1 мас.ч.) пигмента, в качестве которого используют титановые белила. Получают массу для лепки белого цвета. Биоцидные свойства полученной массы для лепки приведены в таблице.
Пример 4
Опыт проводят аналогично примеру 1, однако наночастицы серебра вводят в виде коллоидного раствора в октане, причем после нагрева в смесь дополнительно вводят 5 г (5 мас.ч.) пластификатора, в качестве которого используют производное касторового масла и 5 г (5 мас.ч.) пигмента, в качестве которого используют красный железоокисный пигмент. Получают массу для лепки красного цвета. Биоцидные свойства полученной массы для лепки приведены в таблице.
Пример 5
Опыт проводят аналогично примеру 1, однако смесь во время нагрева не перемешивают. Получают массу для лепки белого цвета. Биоцидные свойства полученной массы для лепки приведены в таблице.
Пример 6
Опыт проводят аналогично примеру 1, однако перед нагревом вводят 0,1 г (0,1 мас.ч.) пластификатора, в качестве которого используют стеарат железа и 0,1 г (0,1 мас.ч.) пигмента, в качестве которого используют пигмент красный прочный (C.I.Pigment Red 166). Получают массу для лепки красного цвета. Биоцидные свойства полученной массы для лепки приведены в таблице.
Пример 7
Опыт проводят аналогично примеру 1, однако наполнитель вводят перед нагревом. Получают массу для лепки белого цвета. Биоцидные свойства полученной массы для лепки приведены в таблице.
Пример 8
Опыт проводят аналогично примеру 2, однако наполнитель не вводят. Получают массу для лепки белого цвета. Биоцидные свойства полученной массы для лепки приведены в таблице.
Пример 9
Опыт проводят аналогично примеру 3, однако наполнитель не вводят. Получают массу для лепки белого цвета. Биоцидные свойства полученной массы для лепки приведены в таблице.
Пример 10
Опыт проводят аналогично примеру 6, однако наполнитель не вводят. Получают массу для лепки красного цвета. Биоцидные свойства полученной массы для лепки приведены в таблице.
Пример 11
Опыт проводят аналогично примеру 9, однако пигмент вводят до нагрева. Получают массу для лепки белого цвета. Биоцидные свойства полученной массы для лепки приведены в таблице.
Пример 12
Опыт проводят аналогично примеру 8, однако пластификатор вводят до нагрева. Получают массу для лепки белого цвета. Биоцидные свойства полученной массы для лепки приведены в таблице.
Пример 13
Опыт проводят аналогично примеру 3, однако наполнитель и пигмент вводят до нагрева. Получают массу для лепки белого цвета. Биоцидные свойства полученной массы для лепки приведены в таблице.
Пример 14
Опыт проводят аналогично примеру 2, однако наполнитель и пластификатор вводят до нагрева. Получают массу для лепки белого цвета. Биоцидные свойства полученной массы для лепки приведены в таблице.
Пример 15
Опыт проводят аналогично примеру 4, однако наполнитель, пигмент и пластификатор вводят до нагрева. Получают массу для лепки красного цвета. Биоцидные свойства полученной массы для лепки приведены в таблице.
Пример 16
Опыт проводят аналогично примеру 4, однако наполнитель и пигмент вводят до нагрева, а пластификатор после нагрева. Получают массу для лепки красного цвета. Биоцидные свойства полученной массы для лепки приведены в таблице. Пример 17 (прототип)
В химическом стакане смешивают 100 г (100 мас.ч.) диметилсилоксана с концевыми гидроксильными группами, 3 г (3 мас.ч.) борной кислоты, 0,005 г (0,005 мас.ч.) кислоты Льюиса, в качестве которой используют хлорид трехвалентного железа, и нагревают под вакуумом (20 мм рт.ст.) при 70°C в течение 5 часов, затем при атмосферном давлении нагревают при 150°C в течение 15 часов. После этого в полученную смесь добавляют 0,2 г (0,2 мас.ч.) пластификатора, в качестве которого используют олеиновую кислоту, и наполнитель, представляющий из себя смесь 6,57 г (6,57 мас.ч.) аэросила-300 и 22 г (22 мас.ч.) сульфата бария и 0,1 г (0,1 мас.ч.) биоцидной добавки, в качестве которой используют хлоргексидин. Затем полученную смесь перемешивают. Получают массу для лепки белого цвета. Биоцидные свойства полученной массы для лепки приведены в таблице.
Пример 18 (контрольный)
Опыт проводят аналогично примеру 2, однако коллоидный раствор наночастиц серебра в воде вводят после нагрева. Получают массу для лепки белого цвета. Биоцидные свойства полученной массы для лепки приведены в таблице.
Таким образом, из приведенных примеров действительно видно, что предложенный способ получения масс для лепки с биоцидными свойствами действительно существенно упрощает известный способ получения масс для лепки за счет устранения нагрева в условиях вакуума и сокращения длительности процесса получения масс с 20 часов (прототип) до 10 -;- 90 мин. Кроме того, предложенный способ действительно повышает в 40 -;- 70 раз биоцидные свойства у массы для лепки.
Таблица
Эффективность обеззараживания поверхностей, контаминированных бактериями и грибами, массами для лепки с биоцидными свойствами.
Образцы масс, полученные в примерах, №
Тест-микроорганизмы и их исходная концентрация, КОЕ/см
Staphylococcus aureus, 1,6×10<sup>5</sup>
Escherichia coli, 1,4×10<sup>5</sup>
Candida albicans, 1,9×10<sup>5</sup>
Trichophyton gypseum, 1,5×10<sup>5</sup>
Mycobacterium B5 1,7×10<sup>5</sup>
Концентрация микроорганизмов после контакта с массой для лепки, КОЕ/см<sup>2</sup>
1
2±1
1±1
2±1
0
0
2
4±2
3±2
4±2
2±1
2±1
3
9±3
7±3
6±2
7±2
8±2
4
2±1
2±1
2±1
1±1
1±1
5
2±1
1±1
2±1
0
0
6
3±1
2±1
2±1
1±1
1±1
7
2±1
1±1
2±1
0
0
8
3±2
3±2
3±2
2±1
2±1
9
7±3
6±3
6±2
6±2
7±2
10
3±1
2±1
2±1
2±1
1±1
11
7±3
6±3
6±3
6±2
6±2
12
3±2
2±2
3±2
3±1
2±1
13
7±3
8±3
5±2
6±2
7±2
14
5±2
4±2
3±2
2±2
2±1
15
3±2
2±1
3±1
1±1
1±1
16
2±1
3±1
1±1
2±1
1±1
17, прототип
360±30
490±30
330±30
360±40
470±30
18, контрольный
30±4
33±4
29±3
30±3
31±3