способ изготовления антимикробного текстильного материала

Формула изобретения

Способ изготовления антимикробного текстильного материала, включающий нанесение на его поверхность металлического покрытия при помощи магнетронного распыления, отличающийся тем, что после нанесения покрытия материал обрабатывают в низкотемпературной плазме тлеющего разряда пониженного давления в неполимеризующемся газе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам изготовления материалов, обладающих биологически активным действием к патогенной флоре, и может быть использовано в медицине при изготовлении дезинфицирующих салфеток и повязок, в легкой промышленности при изготовлении одежды и белья, а также в других отраслях промышленности, в том числе для фильтров очистки воды и воздуха.

Известен способ получения антибактериального волокнистого материала, включающий восстановление серебра из водного раствора нитрита серебра восстановительными агентами, закрепленными на волокнистом материале, и нанесение на него восстановленного серебра (патент RU 2337716, опубл. 10.11.2008 г.). Для этого вначале проводят обработку волокнистого материала в нагретом растворе дубильных веществ на основе таннина, выполняющего функцию восстановителя, охлаждают, отделяют водную фазу, высушивают и закрепляют дубильное вещество на волокнистом материале путем пропитки в водном растворе антимонилтартрата калия. Затем отделяют водную фазу, промывают материал водой, после чего влажный материал помещают в нагретый водный раствор нитрата серебра, отделяют водную фазу и сушат полученный волокнистый материал с нанесенным на него серебром.

Известный способ трудоемок в осуществлении, поскольку требует большого количества операций. Кроме того, он является вредным производством, поскольку при его осуществлении применяются высокотоксичные вещества - антимонилтартрат калия и водный раствор нитрата серебра, которые требуют дополнительных затрат на их утилизацию.

Известен способ нанесения на поверхность материала частиц металлов, обладающих биологической активностью в патогенной флоре, в вакуумной камере с помощью магнетронного распыления (патент RU 2314834, опубл. 20.01.2008 г.).

Известный способ основан на использовании аномального тлеющего разряда в инертном газе, при котором положительно заряженные ионы, образующиеся в разряде, бомбардируют поверхность катода в зоне эрозии и выбивают из него частицы металла, которые затем осаждаются в виде тонкого слоя на поверхности обрабатываемого материала.

В приведенном способе исключен недостаток предыдущего, поскольку нанесение металлического покрытия осуществляют без применения химических веществ, загрязняющих окружающую среду. Кроме того, высокая кинетическая энергия частиц, покидающих поверхность катода, обеспечивает хороший уровень адгезии образующейся пленки к подложке.

Однако изготовленные таким способом материалы не обладают хорошей впитывающей способностью по отношению к жидкостям из-за того, что металлическое покрытие гидрофобизирует текстильный материал. Текстильный материал, например хлопчатобумажная ткань, имеющий в своей основе природный полимер целлюлозу, содержит на поверхности значительное количество кислородосодержащих полярных групп типа -СООН, -ОН и др., которые придают ему высокую поверхностную энергию (поверхностное натяжение) и обеспечивают хорошую смачиваемость. При нанесении на материал металлического покрытия металл частично перекрывает поверхность волокон, вследствие чего материал приобретает поверхностную энергию металла, которая ниже поверхностной энергии исходных волокон, в результате чего ухудшается его смачиваемость.

Способ, приведенный последним, является наиболее близким решением по технической сущности.

Задачей изобретения является повышение впитывающей способности материала.

Эта задача решается таким образом, что в известном способе изготовления антимикробного текстильного материала, включающем нанесение металлического покрытия на его поверхность путем магнетронного распыления, согласно изобретению после нанесения покрытия материал обрабатывают в низкотемпературной плазме тлеющего разряда пониженного давления в неполимеризующемся газе.

Обработка материала в низкотемпературной плазме тлеющего разряда пониженного давления в неполимеризующемся газе обеспечивает создание на поверхности материала новых функциональных групп, преимущественно полярных кислородсодержащих типа карбонильных, карбоксильных, альдегидных, гидроксильных, перекисных, аминогрупп, которые приводят к увеличению полярной составляющей поверхностной энергии полимера и существенному улучшению его смачиваемости водой и водными растворами.

В качестве металлического покрытия могут быть использованы металлы, обладающие биологической активностью к патогенной флоре, например серебро, медь, цинк, титан, золото, их сплавы и соединения, а также их комбинации.

В качестве материала могут быть использованы марля, ткани, тканевые полотна, нетканые материалы любого волокнистого состава, трикотаж, бумага.

В качестве низкотемпературной плазмы неполимеризующегося газа может быть использована плазма воздуха, кислорода, азота, аргона, CO₂, NHb, CF₄, Не, Н₂, Н ₂О, других неполимерузующихся газов, а также их смесей.

Заявителю неизвестно использование в науке и технике отличительных признаков заявляемого способа с достижением указанного технического результата.

Способ изготовления антимикробного текстильного материала осуществляют следующим образом.

Намотанный в рулон текстильный материал помещают в камеру установки магнетронного распыления, после чего камеру вакуумируют до остаточного давления не выше 7×10^-5 мм рт.ст., затем напускают в нее технически чистый аргон до давления (0.5-5)×10 ^-3 мм рт.ст., подают напряжение на магнетрон, катодом которого является металлическая пластина из биологически активного металла или сплава и производят его распыление. Основная масса распыляемого металла конденсируется на одной или двух сторонах материала в ходе его перемотки из рулона в рулон. Толщину наносимого покрытия регулируют скоростью перемотки материала.

После окончания процесса металлизации из камеры установки магнетронного распыления откачивают аргон и напускают воздух или другой неполимеризующийся газ до давления 10-250 Па. На электроды системы плазмообразования подают напряжение частотой 50 Гц-20 кГц - зажигают плазму тлеющего разряда с плотностью тока разряда 0.1-10 мА/см².

Плазменную обработку материала осуществляют во время его прохождения через зону плазмы при перемотке материала из рулона в рулон. Скорость движения материала через зону плазмы и параметры плазмы выбирают таким образом, чтобы на выходе материал имел показатели капиллярной смачиваемости, соответствующие ГОСТ 3816-81 «Полотна текстильные. Методы определения гигроскопических и водоотталкивающих свойств».

Плазмохимическая обработка металлизированного материала может быть также осуществлена в отдельно стоящем устройстве. Для этого рулон металлизированного материала извлекают из камеры установки магнетронного распыления и помещают в отдельно стоящее устройство. Производят откачку устройства с материалом до давления нескольких паскалей, после чего подают в него воздух или другой неполимеризующийся газ до давления 10-250 Па. Затем зажигают плазму тлеющего разряда и производят обработку материала при перемотке его через зону плазмы при плотности тока разряда 0.1-10 мА/см².

Примеры конкретного выполнения

Пример 1

Рулон марли медицинской по ГОСТ 9412 шириной 90 см, поверхностной плотностью 36 г/м² подвергали одностороннему напылению серебром в течение 60 с в камере установки магнетронного распыления. После окончания процесса напыления производили откачку аргона, после чего осуществляли напуск воздуха до давления 70 Па. На электроды системы плазмообразования подавали напряжение частотой 8 кГц и зажигали плазму с плотностью тока разряда 1 мА/см ². Обработку марли в низкотемпературной плазме тлеющего разряда осуществляли в процессе ее перемотки через зону плазмы с экспозицией 45 с.

Марля, прошедшая плазмохимическую обработку, практически мгновенно впитывала каплю дистиллированной воды. Марля, не прошедшая обработку плазмой, смачивалась водой плохо (капля дистиллированной воды не впитывалась в материал). Зона ингибирования (задержки) культуры стафилококка составила 5 мм от края марли.

Пример 2

Рулон ткани фильтровальной из 100% полиэфира арт.86033 подвергали одностороннему напылению медью с экспозицией 60 с. Затем на ткань с этой же стороны напыляли серебро с экспозицией 30 с. После окончания процесса напыления металлизированную ткань обрабатывали в течение 30 с в зоне плазмы кислорода при давлении 100 Па, плотности тока разряда 5 мА/см² и частоте 20 кГц. Металлизированная ткань, обработанная в плазме, мгновенно смачивалась каплей дистиллированной воды. Ткань, не прошедшая обработку в плазме, водой не смачивалась. Зона ингибирования культуры стафилококка составила 8 мм.

Пример 3

Рулон ткани фильтровальной из 100% полиэфира арт.86033 подвергали одностороннему напылению титаном с экспозицией 60 с, а затем - серебром с экспозицией 30 с. После окончания процесса напыления образец ткани обрабатывали в течение 80 с в плазме азота при давлении 200 Па, токе разряда 10 мА/см ² и частоте 50 Гц в лабораторной плазмохимической установке. Образец металлизированной ткани, прошедший обработку в низкотемпературной плазме, мгновенно смачивался каплей дистиллированной воды. Ткань, не прошедшая обработку в плазме, практически не смачивалась. Зона ингибирования культуры стафилококка составила 8-10 мм.

Пример 4

Рулон нетканого материала арт.Pegatex SMS поверхностной плотностью 15 г/кв.м из 100% полиэтиленовых волокон, используемый для производства женских гигиенических прокладок, подвергали одностороннему напылению серебром в течение 15 с. После металлизации полотно обрабатывали в плазме аргона в течение 60 с при давлении 100 Па, плотности тока разряда 0.1 мА/см² и частоте 4 кГц. Обработанный по заявляемому способу материал хорошо смачивался водой и водными растворами. Металлизированный материал, не прошедший обработку в плазме, водой практически не смачивался. Зона ингибирования составила 2-3 мм.

Пример 5

Рулон сетки медицинской арт.14057 из 100% полиэфирных волокон, поверхностной плотностью 90 г/м², шириной 90 см, используемой для производства медицинских салфеток для раневого покрытия, подвергали двухстороннему напылению серебром с экспозицией для каждой из сторон 30 с. После металлизации сетку обрабатывали в плазме воздуха в течение 50 с при давлении 75 Па, плотности тока 1.5 мА/см² и частоте разряда 8 кГц. Обработанная по заявляемому способу сетка хорошо смачивалась водой и водными растворами. Металлизированная сетка, не прошедшая обработку в плазме, водой практически не смачивалась. Зона ингибирования культуры стафилококка составила 6 мм.

Пример 6

Рулон ткани из 100% полиэфирных волокон, используемой в качестве чехлов на кресла железнодорожных вагонов, плотностью 550 г/м² подвергали одностороннему напылению с изнаночной стороны сначала цинком с экспозицией 30 с, а затем - серебром с экспозицией 15 с. Металлизированную ткань обрабатывали в течение 60 с в плазме кислорода при давлении 75 Па, плотности тока 2 мА/см² и частоте разряда 8 кГц. Металлизированная ткань, обработанная в плазме, практически мгновенно смачивалась водой и водными растворами. Ткань, не прошедшая плазменной обработки, практически не смачивалась. Зона ингибирования культуры стафилококка составила 8 мм. Высокая капиллярность ткани, прошедшей обработку по заявляемому способу, обеспечивает хорошую пропитку ее огнезащитным составом для придания огнеупорных свойств.

Материал, в виде марлевых салфеток и марли медицинской с покрытием серебра, обработанный по заявляемому способу, проходил клинические испытания в нескольких клиниках, в том числе на кафедре общей хирургии педиатрического факультета Российского государственного медицинского университета при лечении больных с различной хирургической патологией. Результаты испытаний показали, что применение салфеток и марли приводило к уменьшению процессов экссудации, ускорению отторжения участков некроза, уменьшению воспаления и отека и быстрому очищению ран. Было отмечено, что салфетки и марля обладают хорошими гигроскопическими свойствами и нуждаются в замене не менее чем через 12-24 часа.

Результаты испытаний показали, что обработка металлизированного материала в низкотемпературной плазме тлеющего разряда пониженного давления в неполимеризующемся газе позволяет значительно повысить его гидрофильность.