СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СОСТАВНЫХ ДОБАВОК, ОБЛАДАЮЩИХ АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫМ ЭФФЕКТОМ, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕДРЕВЕСНЫХ ВОЛОКОН НАНОЦЕЛЛЮЛОЗЫ Российский патент 2023 года по МПК D21C9/00 C08L101/00 C08K13/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к способу изготовления функциональных составных добавок для предотвращения карантина жизни с использованием недревесных волокон наноцеллюлозы, и, более конкретно, к способу изготовления составных добавок, имеющих функцию карантина жизни, изготовленных путем экстракции волокон наноцеллюлозы из недревесной биомассы и с использованием экстрагированных волокон наноцеллюлозы.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В последнее время из-за глобальной пандемии коронавирусной инфекции 2019 года (COVID-19) проблемы личной гигиены и карантина стали важными социальными вопросами. В частности, поскольку COVID-19 распространяется в повседневных жизненных пространствах, таких как дома, офисы и многофункциональные объекты, были проведены различные исследования в отношении карантина жизни, который может легко и эффективно предотвращать распространение вирусов и уничтожать их в повседневной жизни.

В рамках данных исследований были предприняты попытки разработать составные материалы, обладающие функцией карантина жизни, с использованием природных материалов. Например, существует способ изготовления составного материала, обладающего определенными функциями, путем экстракции целлюлозы для получения волокон и смешивания указанных волокон с полимерной смолой. Однако, волокна наноцеллюлозы, как правило, экстрагируются из древесной массы, так что существует большое препятствие с точки зрения ресурсов и охраны окружающей среды, и даже если волокна наноцеллюлозы изготовлены с использованием древесной массы, поверхность целлюлозы обладает гидрофильностью (-OH), и, таким образом, существует проблема, связанная с тем, что ее трудно смешивать и синтезировать с гидрофобной полимерной смолой.

Ближайшими аналогами настоящего изобретения являются заявка на патент Кореи No. 10-2019-0063602, поданная 30 Мая, 2019 г., раскрывающая наноцеллюлозы, содержащие множественные гидроксильные или карбоксильные группы (абз. [0033]), и заявка на патент Кореи No. 10-2019-0004851, поданная 14 Января, 2019 г., раскрывающая целлюлозы, содержащие гидроксидные группы. Указанные целлюлозы обладают гидрофильностью из-за наличия указанных групп, в связи с чем существуют сложности с точки зрения их смешивания с гидрофобными полимерами и веществами на основе пластика (см. абз. [0009] заявки на патент Кореи No. 10-2019-0004851). Данная проблема решается за счет совокупности отличительных признаков настоящего изобретения, изложенных в настоящем описании и формуле изобретения.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА

Задачей настоящего изобретения является создание способа изготовления составных добавок, обладающих антибактериальным эффектом, которые являются простыми в изготовлении даже при наличии превосходных антибактериальных эффектов.

В частности, предложен экологически чистый способ экстракции волокон наноцеллюлозы с использованием недревесной биомассы, и предложены способы переработки, позволяющие хорошо смешивать экстрагированные волокна наноцеллюлозы с полимерной смолой. Кроме того, предложен способ изготовления составных добавок, обладающих превосходным антибактериальным эффектом, по относительно низкой цене путем добавления пористых минеральных компонентов SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, MgO₂, ZnO и др.

Однако, цели, которые должны быть достигнуты настоящим изобретением, не ограничиваются этим и могут быть различным образом расширены даже в условиях окружающей среды, не отступая при этом от сущности и областей настоящего изобретения.

ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ

Согласно настоящему изобретению предложен способ изготовления функциональных составных добавок, обладающих антибактериальным эффектом, включающий стадии:

экстракции волокон наноцеллюлозы из недревесной биомассы;

гидрофобизации поверхности экстрагированных волокон наноцеллюлозы;

получения порошка наноизмельченного пористого минерала;

получения составной композиции на основе волокон наноцеллюлозы, включающего стадии:

вакуумного диспергирования гидрофобизированных волокон наноцеллюлозы и порошка наноизмельченного пористого минерала;

перемешивания гидрофобизированных волокон наноцеллюлозы и порошка наноизмельченного пористого минерала с помощью высокоскоростной мешалки; и

сушки смеси перемешанных волокон наноцеллюлозы и наноизмельченного пористого минерала, и

получения составных добавок путем расплавления и смешивания составной композиции на основе волокон наноцеллюлозы и либо полимерной смолы, либо биоразлагаемой смолы.

Согласно аспекту настоящему изобретению способ изготовления функциональных составных добавок, обладающих антибактериальным эффектом, включает стадии экстракции волокон наноцеллюлозы из недревесной биомассы, гидрофобизации поверхности экстрагированных волокон наноцеллюлозы, получения порошка наноизмельченного пористого минерала, получения составной композиции на основе волокон наноцеллюлозы путем смешивания гидрофобизированных волокон наноцеллюлозы и порошка наноизмельченного пористого минерала и получения составных добавок путем расплавления и смешивания составной композиции на основе волокон наноцеллюлозы и полимерной смолы или биоразлагаемой смолы.

При этом составные добавки, полученные путем расплавления и смешивания составной композиции на основе волокон наноцеллюлозы и полимерной смолы или биоразлагаемой смолы, могут содержать от 3 до 10 мас.% волокон наноцеллюлозы, от 5 до 15 мас.% порошка наноизмельченного пористого минерала и от 80 до 90 мас.% полимерной смолы или биоразлагаемой смолы.

В одном варианте осуществления, получение составных добавок путем расплавления и смешивания составной композиции на основе волокон наноцеллюлозы и полимерной смолы или биоразлагаемой смолы может дополнительно включать добавление усиливающего материала. В данном случае усиливающий материал может быть любым материалом, выбранным из карбоната кальция (CaCO₃), оксида титана (TiO₂), талька, оксида цинка (ZnO) или оксида кремния (SiO₂).

Кроме того, недревесная биомасса может включать любое из конопли, джута, рами, стеблей риса, рисовой шелухи и тростниково-сахарной багассы или продукта их переработки, и пористый минерал может быть любым минералом, выбранным из гелита, шунгита, вермикулита, сепиолита, цеолита и перлита.

В одном варианте осуществления, гидрофобизация поверхности экстрагированных волокон наноцеллюлозы может включать любой процесс, выбранный из ацетилирования, силанизации, сшивания, фторирования, добавления алкенилянтарного ангидрида и добавления димера алкилкетона.

В одном варианте осуществления изобретения, получение порошка наноизмельченного пористого минерала может включать любой процесс, выбранный из высокоэнергетического измельчения или конденсации в инертном газе.

В одном варианте осуществления изобретения, получение составной композиции на основе волокон наноцеллюлозы может включать стадии вакуумного диспергирования гидрофобизированных волокон наноцеллюлозы и порошка наноизмельченного пористого минерала, перемешивания гидрофобизированных волокон наноцеллюлозы и порошка наноизмельченного пористого минерала с помощью высокоскоростной мешалки и сушки смеси перемешанных волокон наноцеллюлозы и наноизмельченного пористого минерала.

В данном случае перемешивание с помощью высокоскоростной мешалки может быть осуществлено путем вращения высокоскоростной мешалки при скорости вращения в высокоскоростной мешалке от 400 до 800 об/мин при температуре реакции от 85 до 150 °C.

Кроме того, получение составных добавок путем расплавления и смешивания композиции на основе наноцеллюлозы и полимерной смолы или биоразлагаемой смолы может быть осуществлено с помощью двухшнекового экструдера со смесительной головкой или устройства боковой подачи.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, функциональные составные добавки, обладающие антибактериальным эффектом, могут содержать волокна наноцеллюлозы, имеющие относительное содержание от 3 до 10 мас.% от общей массы и экстрагированные из недревесной биомассы, порошок наноизмельченного пористого минерала, имеющий относительное содержание от 5 до 15 мас.% от общей массы, полимерную смолу или биоразлагаемую смолу, имеющую относительное содержание от 80 до 90 мас.% от общей массы, и компонент на основе усиливающего материала, имеющий содержание от 1 до 3 мас.% от общей массы и включающий любое из карбоната кальция (CaCO₃), оксида титана (TiO₂), оксида цинка (ZnO), талька или оксида кремния (SiO₂).

В данном случае наноцеллюлоза может иметь диаметр от 100 до 500 нм и аспектное отношение от 70 до 90.

ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с проиллюстрированными вариантами осуществления настоящего изобретения в способе изготовления функциональных составных добавок, обладающих антибактериальным эффектом, с использованием недревесных волокон наноцеллюлозы, описанного выше, возможно изготовление составных добавок, обладающих антибактериальным эффектом, с использованием наноизмельченных пористых минералов. В данном случае можно значительно улучшить механические и химические свойства составных добавок путем добавления волокон наноцеллюлозы. Кроме того, поскольку волокна наноцеллюлозы экстрагируются из недревесной биомассы, существует преимущество в превосходном времени и стоимости изготовления по сравнению с общепринятой древесной целлюлозой. Таким образом, можно изготовлять составные добавки, обладающие антибактериальным эффектом, за короткий период времени по относительно низкой цене.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 представляет собой блок-схему для описания стадий способа изготовления функциональных составных добавок, обладающих антибактериальным эффектом, с использованием недревесных волокон наноцеллюлозы.

Фиг. 2 представляет собой фотографию, демонстрирующую состояние среды после внесения Escherichia coli через 24 часа.

Фиг. 3 представляет собой фотографию, демонстрирующую состояние среды после внесения пневмококка через 24 часа.

Фиг. 4 представляет собой фотографию, демонстрирующую состояние среды после внесения бактерий MRSA (метициллинрезистентный золотистый стафилококк) через 24 часа.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Что касается вариантов осуществления настоящего изобретения, раскрытых в описании, конкретные структурные или функциональные описания приведены в качестве примера только с целью описания вариантов осуществления настоящего изобретения, и варианты осуществления настоящего изобретения могут быть осуществлены в различных формах и не должны толковаться как ограниченные вариантами осуществления, описанными в настоящем документе.

Настоящее изобретение может иметь различные изменения и может иметь различные формы, и конкретные варианты осуществления будут проиллюстрированы на графических материалах и подробно описаны в тексте. Однако это не ограничивает настоящее изобретение конкретными иллюстрируемыми вариантами осуществления, и следует понимать, что настоящее изобретение охватывает все модификации, эквиваленты и замены, включенные в сущность и объем настоящего изобретения.

Термины, включающие такие как "первый", "второй" и т. п., используются для описания различных составляющих элементов, но составляющие элементы не ограничены данными терминами. Термины используются только для того, чтобы отличить один компонент от другого. Например, первый компонент может обозначаться как второй компонент, и точно так же второй компонент может обозначаться как первый компонент, не выходя за рамки объема настоящего изобретения.

Следует понимать, что при описании того, что компонент «соединен» с другим компонентом или «имеет доступ» к нему, компонент может быть непосредственно соединен с другим компонентом или иметь доступ к нему, или между ними может присутствовать другой компонент. Напротив, следует понимать, что при описании того, что компонент «непосредственно соединен с» другим компонентом или «непосредственно имеет доступ» к нему, следует понимать, что между ними не присутствует никакого компонента. Между тем, аналогичным образом следует толковать другие выражения, описывающие взаимосвязь компонентов, то есть такие выражения, как «между» и «непосредственно между» или «прилегает к» и «непосредственно прилегает к».

Термины, используемые в настоящем описании, используются только для описания конкретных вариантов осуществления и не предназначены для ограничения настоящего изобретения. Термины в единственном числе, используемые в данном документе, включают термины во множественном числе, если контекст явно не указывает иное. В настоящем описании следует понимать, что термин «включающий» или «имеющий» указывает на то, что признак, число, стадия, операция, компонент, часть или их комбинация, описанные в настоящем описании, присутствуют, но не исключает заранее возможность наличия или добавления одного или более других признаков, чисел, стадий, операций, компонентов, частей или их комбинаций.

Если контекст явно не указывает иного, все термины, используемые в данном документе, включая технические или научные термины, имеют те же значения, которые обычно понимаются специалистом в данной области техники. Термины, определенные в общепринятом словаре, должны толковаться так, чтобы они имели значения, соответствующие значениям в контексте соответствующего уровня техники, и не должны толковаться в идеальном или чрезмерно формальном значении, если только они четко не определены в настоящей заявке.

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения описаны далее со ссылкой на приложенные графические материалы. Аналогичные ссылочные номера используются для аналогичных компонентов на графических материалах, и дублирующееся описание для аналогичных компонентов будет опущено.

Фиг. 1 представляет собой блок-схему для описания стадий способа изготовления функциональных составных добавок, обладающих антибактериальным эффектом, с использованием недревесных волокон наноцеллюлозы.

Как показано на фиг. 1, сначала волокна наноцеллюлозы экстрагируют из недревесной биомассы (S100).

При этом недревесная биомасса относится к побочным продуктам растений или сельскохозяйственной продукции, отличным от древесины, и включает сельскохозяйственные побочные продукты или растительные отходы, оставшиеся после первичной переработки сельскохозяйственной продукции. Например, недревесная биомасса может содержать коноплю, джут, рами, стебли риса, рисовую шелуху, тростниково-сахарную багассу и т. п.

В настоящем изобретении волокна наноцеллюлозы получают с использованием недревесной биомассы в качестве сырья, которое можно воспроизвести в течение короткого периода времени, чтобы иметь высокую производительность, и является относительно недорогим по сравнению с древесиной.

В частности, целлюлоза состоит из кристаллических нановолокон в биомассе, но поскольку нановолокна сильно кристаллизованы водородными связями, трудно непосредственно экстрагировать нановолокна из недревесной биомассы. Следовательно, может быть использован нисходящий способ образования волокон, в котором сильно кристаллизованные нановолокна отделяются друг от друга. Например, существует способ обработки целлюлозы окислителем, включающим гипохлорит натрия (NaClO) в воде, под действием катализатора N-оксильного соединения, применение диспергирующей силы после обработки целлюлозы серной кислотой или т. п. Соответственно, удаляют лигниновый компонент, окружающий целлюлозу, и могут быть изготовлены «волокна наноцеллюлозы», которые представляют собой мелкие целлюлозные материалы в форме волокон. Примеры волокон наноцеллюлозы включают нановолокна целлюлозы (CNF), нанокристаллы целлюлозы (CNC) и т. п.

Поверхность волокон наноцеллюлозы, экстрагированных из недревесной биомассы, гидрофобизируют (S110).

Хотя волокна наноцеллюлозы сами по себе являются высокопрочными кристаллическими материалами, их предпочтительно смешивают с полимерным и пластическим материалом для образования составного материала с точки зрения улучшения эксплуатационных характеристик. Однако, волокна наноцеллюлозы, экстрагированные из биомассы, как описано выше, как правило, хорошо не смешиваются с гидрофобными полимерами и пластическими материалами из-за гидрофильной поверхности, но легко агрегируются даже при смешивании, и, таким образом, существует проблема, заключающаяся в том, что трудно ожидать, что они будут функционировать в качестве наноматериала. Для решения такой проблемы в настоящем изобретении используется гидрофобизация поверхности экстрагированных волокон наноцеллюлозны.

Например, гидрофобизация может представлять собой по меньшей мере один способ, выбранный из ацетилирования, силанизации, сшивания, фторирования, добавления алкенилянтарного ангидрида (ASA) и добавления димера алкилкетона (AKD). В данном случае часть гидроксильной группы (-OH) наноцеллюлозы замещается гидрофобной группой (-COOH) для модификации наноцеллюлозы, чтобы она была гидрофобной.

Наноцеллюлоза, полученная с помощью этого процесса, может иметь диаметр от 100 до 500 нм и аспектное отношение от 70 до 90. В данном случае при изготовлении составного материала, можно индуцировать образование прочной связи с цепями, присутствующими в органических/неорганических соединениях, полимерных смолах, биоразлагаемых смолах и т. п., и осуществить получение не только превосходной ударной вязкости, но и более улучшенные механические свойства, влагостойкость и термостойкость.

Затем получают порошок наноизмельченного пористого минерала (S120).

Пористый минерал означает минерал, имеющий множество пор в нем, и он может обладать свойством испарять в себе влагу и расширять и увеличивать поры при нагревании. Примеры пористого минерала могут включать гелит, шунгит, вермикулит, сепиолит, цеолит, перлит и тому подобное.

С другой стороны, в настоящем изобретении могут быть использованы минералы, содержащие от около 10 до 30 % любого из пористых минералов или их смеси.

Пористые минералы подвергают процессу наноизмельчения перед смешиванием с волокнами наноцеллюлозы. Процесс наноизмельчения может представлять собой, например, физический способ, химический способ или т. п.

В частности, в качестве физического способа наноизмельчения пористого минерала предложены способ механического измельчения минеральной массы до нанометровых размеров, способ получения нанопорошка путем растворения, а затем выпаривания минералов высокоэнергетическим тепловым излучением или электронным пучком и тому подобное. Примеры механического измельчения включают высокоэнергетическое измельчение, такое как механическое легирование для получения сплава, в котором диспергированы нанопорошок или наночастицы. Кроме того, примеры выпаривания включают конденсацию в инертном газе (IGC) и т. п.

В качестве химического способа наноизмельчения пористого минерала предложен способ синтеза с использованием химического восстановителя или изменением потенциала восстановления раствора металла-предшественника металлических наночастиц, подлежащих синтезу, или т. п.

Далее, получают составную композицию на основе наноцеллюлозы, обладающую антибактериальным эффектом, путем смешивания наноизмельченного пористого минерала с волокнами наноцеллюлозы, экстрагированными из недревесной биомассы (S130).

В частности, волокна наноцеллюлозы и порошок наноизмельченного пористого минерала диспергируют в вакууме, перемешивают с помощью высокоскоростной мешалки, такой как миксер Henschel или суперсмесителя, а затем сушат с получением функциональной составной композиции на основе наноцеллюлозы в виде порошка.

В это время волокна наноцеллюлозы могут образовывать сильную водородную связь с наноизмельченным пористым минералом или смежными окружающими цепями и могут образовывать композицию с превосходными механическими свойствами, влагостойкостью, термостойкостью, однородностью и безопасностью качества, а также превосходной ударной вязкостью.

С другой стороны, высокоскоростная мешалка представляет собой мешалку, способную регулировать температуру, и причем температура реакции может составлять от 50 до 120 °С, более конкретно от 85 до 100 °С. Когда температурный диапазон достигнут, предотвращается разрушение наноцеллюлозы, тем самым предотвращается ухудшение механических свойств, явление потемнения и т. п. составного материала, содержащего ее. Кроме того, химическое связывание наноцеллюлозы и порошка наноизмельченного пористого минерала может быть индуцировано более эффективно.

Кроме того, скорость вращения в высокоскоростной мешалке не ограничена, если наноцеллюлоза и порошок наноизмельченного пористого минерала могут в достаточной степени перемешиваться и реагировать. Однако, авторы изобретения могут подтвердить, что эффект перемешивания является наилучшим, когда скорость вращения в высокоскоростной мешалке составляет от 400 до 800 об/мин, более предпочтительно от 500 до 7000 об/мин.

Составная композиция на основе волокон наноцеллюлозы, полученная путем смешивания наноцеллюлозы и пористого минерала, полученного в процессе модификации поверхности, может обладать антибактериальным эффектом. В данном случае антибактериальный эффект означает, что уровень стерильности внутреннего пространства можно контролировать без отдельной дезинфекции путем применения излучения на основе инфракрасных лучей дальнего диапазона и анионного излучения для уничтожения бактерий в воздухе. Таким образом, эффективно предотвращать размножение бактерий естественным путем в повседневной жизни без отдельного процесса стерилизации.

Затем проводят расплавление и смешивание составной композиции на основе волокон наноцеллюлозы и полимерной смолы или биоразлагаемой смолы с получением функциональных составных добавок, обладающих антибактериальным эффектом (S140). В данном случае биоразлагаемая смола (биоразлагаемый пластик) относится к смоле, которая может разлагаться ферментной системой бактерий или других организмов.

В качестве примера, в то время как составная композиция на основе волокон наноцеллюлозы и полимерная смола или биоразлагаемая смола расплавляются и замешиваются в диапазоне температур от 180 до 210 °С, функциональные составные добавки, обладающие антибактериальным эффектом, могут быть изготовлены с помощью двухшнекового экструдера со смесительной головкой или устройства боковой подачи.

В одном варианте осуществления функциональные составные добавки, обладающие антибактериальным эффектом, могут содержать от 3 до 10 мас.% волокон наноцеллюлозы, от 5 до 15 мас.% наноизмельченного пористого минерала и от 80 до 90 мас.% полимерной смолы. Когда волокна наноцеллюлозы удовлетворяют вышеуказанному диапазону, указанные волокна наноцеллюлозы могут быть объединены с наноизмельченным пористым минералом для значительного улучшения механических свойств составных добавок. Кроме того, когда наноизмельченный пористый минерал удовлетворяет вышеуказанному диапазону, можно увеличить эффект испускания инфракрасных лучей дальнего диапазона и анионов из составных добавок, тем самым максимизируя антибактериальный эффект.

Функциональные составные добавки, обладающие антибактериальным эффектом и изготовленные по вышеуказанному способу, обладают эффектом уничтожения патогенных вредных бактерий. Их эффекты раскрыты на фиг. 2-4.

Антибактериальная эффективность функциональных составных добавок в соответствии с настоящим изобретением будет описана со ссылкой на фиг. 2-4. Фиг. 2-4 представляют собой изображения, демонстрирующие изменения концентрации штаммов с течением времени. В частности, на фиг. 2a показана среда только с Escherichia coli, оставленная на 24 часа, а на фиг. 2b показана среда, оставленная на 24 часа после смешивания функциональных составных добавок, обладающих антибактериальным эффектом, по настоящему изобретению с Escherichia coli. На фиг. 3a показана среда только с пневмококком, оставленная на 24 часа, а на фиг. 3b показана среда, оставленная на 24 часа после смешивания функциональных составных добавок, обладающих антибактериальным эффектом, согласно настоящему изобретению с пневмококком. На фиг. 4a показана среда только с бактериями MRSA, оставленная на 24 часа, а на фиг. 4b показана среда, оставленная на 24 часа после смешивания функциональных составных добавок, обладающих антибактериальным эффектом, согласно настоящему изобретению с бактериями MRSA.

В конкретном экспериментальном способе среду, обработанную гранулами смолы, полученной с использованием функциональных составных добавок, обладающих антибактериальным эффектом, согласно настоящему изобретению, обозначают как экспериментальную группу (называемую «образцом» на фиг. 2-4). Кроме того, среду, в которую не добавляют никакие вещества, обозначают как контрольный образец (называемый «холостой образец» на фиг. 2-4).

После этого в экспериментальную группу и контрольный образец, соответственно, вносят вредные бактерии. В данном случае вредные бактерии представляют собой Escherichia coli (ATCC 25922), Klebsiella pneumoniae (ATCC 4352) и бактерии MRSA (Staphylococcus aureus подвид Aureus). Escherichia coli вносят в концентрации 2,0×10⁶ КОЕ(колониеобразующая единица)/мл, пневмококк вносят в концентрации 1,7×10⁶ КОЕ/мл, а бактерии MRSA вносят в концентрации 3,0×10⁶ КОЕ/мл, соответственно. После этого измеряют концентрацию каждой среды после ее оставления на 24 часа в помещении при температуре (37,0±0,2) °C. Экспериментальные результаты показаны в Таблице 1 и на Фиг. 2-4.

[Таблица 1]

Штамм Тип образца Исходная концентрация
(КОЕ/мл) Концентрация через 24 часа
(КОЕ/мл) Показатель уменьшения
(%) Escherichia coli Холостой образец 2,0×10⁶ 8,9×10⁵ - Образец 2,0×10⁶ менее 10 99,9 Пневмококк Холостой образец 1,7×10⁶ 9,5×10⁵ - Образец 1,7×10⁶ менее 10 99,9 Бактерии MRSA Холостой образец 3,0×10⁶ 4,6×10⁵ - Образец 3,0×10⁶ 8,0×10⁴ 82,6

В данном случае показатель уменьшения представляет собой соотношение, представляющее собой разницу в концентрации микроорганизмов между контрольным образцом (холостой образец) и экспериментальной группой (образец) по отношению к концентрации микроорганизмов контрольного образца (холостой образец), и может быть рассчитан по уравнению 1 ниже.

[Уравнение 1]

Как показано в Таблице 1 и на фиг. 2-4, функциональные составные добавки, обладающие антибактериальным эффектом, согласно настоящему изобретению уничтожают 99,9 % Escherichia coli и пневмококка и 82,6 % бактерий MRSA, что показывает превосходный антибактериальный эффект.

В одном варианте осуществления изобретения усиливающий материал может быть дополнительно добавлен на стадии получения функциональных составных добавок, обладающих антибактериальным эффектом. Усиливающий материал представляет собой материал, добавляемый для улучшения технологичности составных добавок как конечного продукта и для улучшения ударной вязкости, механических свойств, влагостойкости, термостойкости и т.п. Усиливающий материал может представлять собой, например, неорганические частицы, такие как карбонат кальция (CaCO₃), оксид титана (TiO₂), тальк, оксид кремния (SiO₂) и тому подобное. При этом в общем количестве функциональных составных добавок, обладающих антибактериальным эффектом, усиливающий материал может содержаться в количестве от 1 до 3 мас.%.

Как описано выше, в соответствии с настоящим изобретением в способе изготовления функциональных составных добавок, обладающих антибактериальным эффектом, с использованием недревесной наноцеллюлозы, возможно изготовление составных добавок, обладающих антибактериальным эффектом, с использованием наноизмельченных пористых минералов. Кроме того, можно значительно улучшить механические и химические свойства составных добавок путем добавления наноцеллюлозы. Кроме того, поскольку наноцеллюлоза экстрагируется из недревесной биомассы, существует преимущество в превосходном времени изготовления и стоимости по сравнению с общепринятой древесной целлюлозой. Таким образом, можно изготовить составные добавки, обладающие антибактериальным эффектом, за короткий период времени по относительно низкой цене.

Изобретение относится к способу изготовления функциональных составных добавок, обладающих антибактериальным эффектом, при этом способ включает следующие стадии: экстракции волокон наноцеллюлозы из недревесной биомассы; гидрофобизации поверхности экстрагированных волокон наноцеллюлозы; получения порошка наноизмельченного пористого минерала; получения составной композиции на основе волокон наноцеллюлозы, включающего стадии: вакуумного диспергирования гидрофобизированных волокон наноцеллюлозы и порошка наноизмельченного пористого минерала; перемешивания гидрофобизированных волокон наноцеллюлозы и порошка наноизмельченного пористого минерала с помощью высокоскоростной мешалки; и сушки смеси перемешанных волокон наноцеллюлозы и наноизмельченного пористого минерала, и получения составных добавок путем расплавления и смешивания составной композиции на основе волокон наноцеллюлозы и либо полимерной смолы, либо биоразлагаемой смолы. 7 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

1. Способ изготовления функциональных составных добавок, обладающих антибактериальным эффектом, включающий стадии:

экстракции волокон наноцеллюлозы из недревесной биомассы;

гидрофобизации поверхности экстрагированных волокон наноцеллюлозы;

получения порошка наноизмельченного пористого минерала;

получения составной композиции на основе волокон наноцеллюлозы, включающего стадии:

вакуумного диспергирования гидрофобизированных волокон наноцеллюлозы и порошка наноизмельченного пористого минерала;

перемешивания гидрофобизированных волокон наноцеллюлозы и порошка наноизмельченного пористого минерала с помощью высокоскоростной мешалки; и

сушки смеси перемешанных волокон наноцеллюлозы и наноизмельченного пористого минерала, и

получения составных добавок путем расплавления и смешивания составной композиции на основе волокон наноцеллюлозы и либо полимерной смолы, либо биоразлагаемой смолы.

2. Способ по п. 1, где составные добавки, полученные путем расплавления и смешивания составной композиции на основе волокон наноцеллюлозы и полимерной смолы или биоразлагаемой смолы, содержат

от 3 до 10 мас.% волокон наноцеллюлозы,

от 5 до 15 мас.% порошка наноизмельченного пористого минерала и

от 80 до 90 мас.% полимерной смолы или биоразлагаемой смолы.

3. Способ по п. 1, где получение составных добавок путем расплавления и смешивания составной композиции на основе волокон наноцеллюлозы и полимерной смолы или биоразлагаемой смолы дополнительно включает добавление усиливающего материала,

где усиливающий материал представляет собой любой материал, выбранный из карбоната кальция (CaCO₃), оксида титана (TiO₂), оксида цинка (ZnO), талька и оксида кремния (SiO₂).

4. Способ по п. 1, где недревесная биомасса содержит любое из конопли, джута, рами, стеблей риса, рисовой шелухи и тростниково-сахарной багассы или продукта их переработки, и

пористый минерал представляет собой любой минерал, выбранный из гелита, шунгита, вермикулита, сепиолита, цеолита и перлита.

5. Способ по п. 1, где гидрофобизация поверхности экстрагированной наноцеллюлозы включает любой процесс, выбранный из ацетилирования, силанизации, сшивания, фторирования, добавления алкенилянтарного ангидрида и добавления димера алкилкетона.

6. Способ по п. 1, где получение порошка наноизмельченного пористого минерала включает любой процесс, выбранный из высокоэнергетического измельчения или конденсации в инертном газе.

7. Способ по п. 1, где перемешивание с помощью высокоскоростной мешалки осуществляют путем вращения высокоскоростной мешалки при скорости вращения в высокоскоростной мешалке от 400 до 800 об/мин при температуре реакции от 85 до 150°С.

8. Способ по п. 1, где получение составных добавок путем расплавления и смешивания составной композиции на основе волокон наноцеллюлозы и полимерной смолы или биоразлагаемой смолы осуществляют с помощью двухшнекового экструдера со смесительной головкой или устройства боковой подачи.