Wodoszczelne modyfikowane nanocząsteczkami materiały powłokowe o właściwościach bakteriostatycznych

• Autorzy: Brzeziński S. , Jasiorski M. , Maruszewski K. , Ornat M. , Malinowska G. , Karbownik I. , Borak B.

Warianty tytułu

EN

Watertight modified by nanoparticles coatings with bacteriostatic properties

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Do najszybciej obecnie rozwijanych grup włókienniczych wyrobów „high-tech” należą włókienno-tworzywowe materiały warstwowe, których jednym z podstawowych składników jest błona polimerowa. Błona ta ma decydujące znaczenie dla kształtowania właściwości barierowych i higienicznych całego materiału warstwowego. Właściwości barierowe to przede wszystkim wodo- i wiatroszczelność czy nieprzepuszczalność mikrocząstek stałych, bakterii i alergenów. Właściwości higieniczne są określane głównie przez przepuszczalność pary wodnej (w warunkach statycznych) oraz opór pary wodnej (w warunkach dynamicznych). Błony takie można modyfikować przez dodatek odpowiednich napełniaczy funkcjonalnych, przy czym ze względu na efektywność oddziaływania oraz brak niekorzystnego wpływu na strukturę i właściwości błon polimerowych, szczególnie dobre rezultaty daje zastosowanie napełniaczy nanocząstkowych lub submikrocząstkowych. W artykule przedstawiono wyniki badań, wykonanych w ramach Projektu Badawczego Zamawianego PBZ-KBN-095/T08/2003 „Materiały polimerowe modyfikowane nanocząstkami. Technologie – właściwości – zastosowanie”. W rezultacie tych badań opracowano syntezę, z wykorzystaniem metody „zol-żel”, submikrokul SiO2 lub TiO2 oraz układów hybrydowych SiO2-TiO2, stanowiących nośniki, na których powierzchni trwale osadzano w formie „nanowysepek” czynnik antybakteryjny/ bakteriostatyczny – srebro metaliczne Ag, nadający wytwarzanym submikroproszkom wymaganą bioaktywność. Opracowane submikromateriały charakteryzują się dobrymi właściwościami dyspergowania, jak też stabilnością uzyskiwanych dyspersji. Tak otrzymane submikroproszki były stosowane jako napełniacze do – stanowiących matryce – błon poliuretanowych, zarówno hydrofobowych mikroporowatych, jak i hydrofilowych o strukturze zwartej. Błony takie wytwarzano technikami wielowarstwowego powlekania bezpośredniego lub odwracalnego, z zastosowaniem odpowiednio dobranych, dostępnych w handlu, jednoskładnikowych nieusieciowanych poliuretanów w formie roztworów w rozpuszczalnikach organicznych lub dyspersji wodnych. Do wytwarzania błon mikroporowatych wykorzystywano zoptymalizowana metodę separacji fazowej indukowanej odparowaniem rozpuszczalnika. Submikronowe napełniacze SiO2/Ag dodawano do past powlekających, w początkowych etapach wytwarzania błon. Podstawową trudność stanowiło uzyskanie równomiernego monocząstkowego rozproszenia opracowanych napełniaczy w paście powlekającej, utrzymującego się również w usieciowanych błonach. Taki stan rozproszenia ma decydujące znaczenie, zarówno dla efektywnego wykorzystania submikromateriałów, jak i uzyskiwania oczekiwanych wyników modyfikacji, w tym przypadku bakteriostatyczności, wytwarzanych materiałów powłokowych. Wymagane równomierne monocząstkowe rozproszenie cząstek submikroproszków SiO2/Ag uzyskano w wyniku zarówno odpowiednich modyfikacji procesu syntezy tych materiałów, jak i zastosowania zoptymalizowanych warunków wytwarzania zawiesin submikroproszków. W rezultacie badań opracowano bioaktywne poliuretanowe materiały powłokowe, zarówno hydrofobowe mikroporowate, jak i hydrofilowe o strukturze zwartej, charakteryzujące się dobrymi właściwościami bakteriostatycznymi, barierowymi oraz higienicznymi, zapewniającymi wysoki komfort użytkowania wykonywanej z takich materiałów odzieży ochronnej czy sportowej, jak również wyrobów specjalnych o zastosowaniach medycznych lub w profilaktyce zdrowotnej. Badania bakteriostatyczności wytwarzanych materiałów powłokowych wykonywano stosując zarówno metodę jakościową wg PN -EN ISO 20645:2005 (U), jak i ilościową wg AATCC 100-1993, odpowiednio dostosowanych do specyficznych charakterystyk takich materiałów. Uzyskany dobry efekt bakteriostatyczności jest odporny na wielokrotne pranie użytkowe, przy czym nie występuje zjawisko uwalniania submikroproszku ze struktury materiału powłokowego ani jego migracji na powierzchnię błony poliuretanowej. Trwałość związania nanowysepek Ag metalicznego z rozwiniętą powierzchnią submikrokul SiO2 potwierdzają wyniki jakościowej i ilościowej analizy rentgenowskiej, a także analizy mikrofotograficznej SEM.

EN

The high-tech textile products that are now under the fastest development include textile-polymeric multi-layer fabrics containing polymeric membrane as one of their basic components. This membrane is of paramount importance in the formation of barrier and hygienic properties of the whole multi-layer material. Barrier properties include first of all water-tightness and wind-tightness or impenetrability of solid microparticles, bacteria and allergens. Hygienic properties concern mainly water vapor permeability (under static conditions) and water vapor resistance (under dynamic conditions). Such membranes can be modified with suitable functional fillers, among which those with nanoparticles or submicroparticles provide particularly good results due to their effectiveness of interaction and no disadvantageous effect on the structure and properties of polymeric membranes. The paper presents the results of research and tests carried out within the framework of Ordered Research Project PBZ -KBN-095/T08/2003 ”Polymeric Materials Modified with Nanoparticles. Technologies– Properties – Application”. This project resulted in the development of synthesis of SiO2 or TiO2 submicrospheres and SiO2-TiO2 hybrid systems using the sol-gel method. These systems are carriers containing on their surface deposited “nano-islets” of antibacterial or bacteriostatic agent such as metallic silver to impart required bioactivity to the produced submicropowders. The developed submicromaterials are characterized by good dispersing capability as well as stability of dispersions. The submicropowders prepared in this way were used as fillers of hydrophobic microporous or hydrophilic compact-structured polyurethane membranes. The membranes were prepared by the methods of direct multi-layer coating or reversible coating with the use of appropriately selected, commercially available, mono-component noncross- linked polyurethanes in the form of solutions in organic solvents or aqueous dispersions. The microporous membranes were made by the optimized method of phase separation induced by the solvent evaporation. Submicron SiO2/Ag fillers were added to coating pastes in the initial stages of membrane formation. The main problem was to obtain an uniform dispersion of the nanoparticles of the developed fillers in the coating paste, being also stable in the cross-linked membranes. Such a state of dispersion is very important for both effective use submicromaterials and the expected effects of modification such as bacteriostatic properties of the coated materials. The required uniform dispersion of SiO2/Ag nanoparticles was obtained owing to proper modifications of the synthesis process as well as the use of optimized conditions for the preparation of submicropowder dispersions. Finally, the performed research and tests resulted in the development of bioactive polyurethane coating materials, both hydrophobic microporous materials and hydrophilic compact-structured materials that are characterized by good bacteriostatic, barrier and hygienic properties, and provide a high comfort of using either protective clothing, sports clothes or special products for medical applications. The bacteriostatic properties of the prepared coating materials were tested qualitatively by means of PN -EN ISO 20645:2005 (U), as well as quantitatively according to ATCC 100-1993, properly adapted to the specific characteristics of such materials. The obtained bacteriostatic effect is resistant to repeated washings, while there is no release of the submicropowders from the structure of the coating material and no migration to the surface of the polyurethane membrane. The stability of combination of Ag nanoislets with the developed surface of SiO2 submicrospheres has been confirmed by the results of qualitative and quantitative X-ray analysis as well as SEM microphotography analysis.

Słowa kluczowe

PL

materiały powłokowe; nanocząsteczki; właściwości bakteriostatyczne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 27, nr 6
• Strony: 1343--1349
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Brzeziński S.

autor

Jasiorski M.

autor

Maruszewski K.

autor

Ornat M.

autor

Malinowska G.

autor

Karbownik I.

autor

Borak B.

• Politechnika Łódzka, Instytut Inżynierii Materiałów Włókienniczych,

Bibliografia

• [1] Ornat M., Malinowska G., Brzeziński S., Kowalski M.: Antiallergische Textilien Schutz-und Gebrauchs-Eigenschaften. Textilveredlung. 1998 r. vol. 33 nr 5–6, s. 98–101
• [2] Brzeziński S.: Wybrane zagadnienia z chemicznej obróbki włókna. t. III. rozdz. III. s. 120–135.Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Filia w Bielsku- Białej. Bielsko-Biała 1999
• [3] Lindemann B.: Durable antimicrobial effects on textiles. Mel.International. Vol.6. 12.2000. str. 310
• [4] Meyvis T.: High performance technical textiles using coatings with innovative additives. Referat na Sympozjum Techtextil 2003. Frankfurt a/M
• [5] Brzeziński S., Malinowska G., Nowak T.: Fibres & Textiles in Eastern Europe. Vol. 13.2005.4(52).90
• [6] Brzeziński S., Malinowska G., Robaczyńska K.: Spektrum Tekstylno-Włókiennicze. 2004.5. s. 16
• [7] Bertuleit K.: Smart Textiles mit leitfaehigen Silberfaeden. Technische Textilien. 2.2005. str. 110
• [8] Shishoo R.: The impact of nanotechnology in the textile industry: Market Potential. Referat na Sympozjum Nauk.-Techn. Techtextil 2003
• [9] Brzeziński S.: Perspektywy zastosowania nanotechnologii do wytwarzania wyrobów „high-tech” oraz „inteligentnych”. XXI Seminarium Polskich Kolorystów. Olsztyn. 2005
• [10] Shishoo R.: The latest and coming innovations in technical fibres and fabrics. Sympozjum Techtextil 2001. Frankfurt a/M
• [11] Amberg-Schwab S.: Spezifische Funktionalisierung von Chemiefasern durch neue Beschichtungsmaterialien. Technische Textilien. 46. April 2003. 137–140
• [12] N iepublikowane prace badawcze IIMW z lat 2003–2006, realizowane w ramach PBZ KBN-095/T08/2003
• [13] N iepublikowane prace badawcze Instytutu Materiałoznawstwa i Mechaniki Technicznej PolitechnikiWrocławskiej z lat 2003–2006, realizowane w ramach PBZ KBN-095/T08/2003
• [14] Devaux E., Rochery M., Bourbigot S.: The Use of Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane (POSS)as Nanoadditive for Polyurethane Coated Poliester Fabrics. Sympozjum Techtextil 2003. Frankfurt a/M
• [15] Trapalis C. C., Vaimakis T., Khatlamon A., Kokkoris M., Kordas G.: Nanostructured MeSiO2 (Me= Ag, Cu) coatings with antibacterial activity. NATO Advanced Research Workshop “Nanostructured Materials and Coatings for Biomedical and Sensor Applications” August 2002. Kiev, Ukraine
• [16] J asiorski M., Bakardijeva S., Doroszkiewicz W., Brzeziński S., Malinowska G., Marcinkowska D., Ornat M., Stręk W., Maruszewski K.: Properties and applications of silica submicron powders with surface Ag nanoclusters. Materials Science-Poland. Vol. 22, nr 2, 2004, s. 137–144
• [17] Maruszewski K., Jasiorski M., Hreniak D., Stręk W., Hermanowicz K., Heiman K.: J. Sol-Gel Sci. Techn. 26, 83 (2003)
• [18] Maruszewski K., Dereń P., Łukowiak E., Nissen-Sobocińska B., Stręk W., Trabjerg, I.: J. Mol. Struct. 404, 137 (1997)
• [19] Maruszewski K., Jasiorski M., Salamon M., Stręk W.: Chem. Phys. Lett., 314, 83 (1999)
• [20] Maruszewski K., Gamian A., Czyżewski J., Rybka J., Mieszała M., Hreniak A.: zgłoszenie patentowe P 358220
• [21] Brzeziński S., Malinowska G., Nowak T., Marcinkowska D., Kaleta A.: Fibres&Textiles in Eastern Europe. Vol. 13.2005. 6(54).53
• [22] Brzeziński S., Maruszewski K., Jasiorski M., Ornat M., Malinowska G., Karbownik I.: Nanotechnologie w wytwarzaniu tekstyliów bakteriostatycznych. Referat na Międz. Konferencji Nauk.-Techn. Ekotextil 2006. Opublik. w materiałach konferencji str. 5–16
• [23] PN -EN ISO 20645:2005 (U)- metoda jakościowa badania bakteriostatyczności
• [24] ATCC 100-1999 Antibacterial finishes on textile materials: Assessment of Textile Fabrics: Determination of the antibacterial Activity: Germ Mount method. Modyfikacja – wstępna sterylizacja próbek. Norma amerykańska – metoda ilościowa badania antybakteryjności
• [25] N iepublikowane wyniki badań mikrobiologicznych. Instytut Genetyki i Mikrobiologii Uniwersytetu Wrocławskiego 2003–2006
• [26] N iepublikowane wyniki badań mikrobiologicznych PHP POCH SA 2006
• [27] N iepublikowane wyniki badań ilościowej zawartości Ag w submikrokulach za pomocą mikroanalizy rentgenowskiej, Katedra Ciała Stałego, Instytut Fizyki Uniwersytetu Łódzkiego. 2006
• [28] „ARGO” – zastrzeżona przez Instytut Inżynierii Materiałów Włókienniczych w Łodzi nazwa i znak towarowy pokrowców antyalergicznych pościeli. Świadectwo ochronne Urzędu Patentowego R.P. Nr prawa ochronnego nr 142111 na znak towarowy