Spôsob povrchovej úpravy papiera chitosanom alebo jeho derivátmi

Stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Spôsob nanášania chitosanu alebo jeho derivátov na povrch papiera, dokumentov, kníh alebo iných lignocelulózových plošných substrátov aktivovaných plazmou, ktorá je generovaná za atmosférického tlaku. Pôsobením plazmy vznikajú na povrchu papiera aktívne centrá vo forme radikálov alebo funkčných skupín, ktorých zloženie závisí od použitého plynu. Tieto centrá umožňujú kovalentne alebo iónovo naviazať na povrch papiera ochranné vrstvy. Na plazmou aktivovaný povrch papiera sa nanáša chitosan alebo jeho deriváty, ktoré predifundujú dovnútra papiera, pričom časť zostáva kovalentne viazaná v povrchovej vrstve.

Text

Pozerať všetko

m) SK PATENTOVY SPIS 286525(22) Dátum podania prihlášky 23. 12. 2004 (13) Druh dokumentu B 6(24) Dátum nadobudnutia účinkov patentu 5. 12. 2008 Vestník UPV SR č. 12/2008 D 2 IH 13/00(31) Číslo prioritnej prihlášky DZIH 17/00(32) Dátum podania pnoritnej prihláškyÚRAD organizácia priority PRlEMYSELNEHO (40) Dátum zverejnenia prihlášky 3. s. 2006 VLASWCTVA Vestník UPV SR č. 8/2006 SLOVENSKEJ REPUBLIKY(47) Dátum sprístupnenia patentu verejnosti 14. 11. 2008(62) Číslo pôvodnej prihlášky V prípade vylúčenej prihlášky(67) Číslo pôvodnej prihlášky úžitkového vzoru v prípade odbočenia(se) Číslo podania medzinárodnej prihlášky podľa PCT(87) Číslo zverejnenia medzinárodnej prihlášky podľa PCT(96) Číslo podania európskej patentovej prihlášky(73) Majiteľ Fakulta chemickej a potravinárskej technológie STU, Bratislava, SK(54) Názov Spôsob povrchovej úpravy papiera chitosanom alebo jeho derivátmiSpôsob nanášania chilosanu alebo jeho derivátov na povrch papiera, dokumentov, kníh alebo iných lignocelulózových plošnýeh substrátov aktivovaných plazmou, ktorá je generovaná za atmosfériekěho tlaku. Pôsobením plazmy vznikajú na povrchu papiera aktívne centrá vo forme radikálov alebo funkčných skupín, ktorých zloženie závisí od použitého plynu. Tieto centrá umožňujú kovalentne alebo iónovo naviazat na povrch papiera ochranné vrstvy. Na plazmou aktivovaný povrch papiera sa nanáša chitosan alebo jeho deriváty, ktoré predifundujú dovnútra papiera, pričom časť zostáva kovalentne viazaná v povrchovej vrstve.Vynález sa týka spôsobu povrchovej úpravy papiera chitosanom a jeho derivátmi pred predchádzajúcou aktiváciou alebo po predchádzajúcej aktivácii elektrickou plazmou za atmosférickćho tlaku.Chitosan je polysacharid štruktúrou veľmi podobný celulóze, ale namiesto hydroxylových skupín obsahuje určité množstvo amino a acetylových skupín. Má vysoký obsah dusíka (do 7 ) prevažne vo forme primámych amino skupín, ktoré zabezpečujú jeho zásaditý charakter. Po chemickej stránke je to lineárny polymér zložený z D-glukózamínových jednotiek, viazaných B-D(1-4) väzbami do makromolekúl rôznych molekulových hmotnosti. Ziskava sa deacetyláciou chitínu, ktorý je po celulóze druhý najrozšírenejší polysacharid na zemi. Je veľmi dobre kompatibilný s celulózovými vláknami a má funkčné skupiny schopné vytvárať s nimi kovalentnć a iónové väzby. Má antimikrobiálne vlastnosti. Brzdí rast baktérií, plesni a húb.Jeho použitie pri výrobe papiera je známe, pričom sa chitosan pridáva do hmoty buničiny pri výrobe papiera s cieľom zlepšit jeho mechanické vlastnosti. Predpokladá sa, že príčinou zvýšených hodnôt pevnosti je vytvorenie presietených štruktúr medzi celulózovými vláknarni prostredníctvom funkčných skupín chítosanuVyužíva sa aj veľmi dobrá afinita chítosanu proti celej škále pigmentov, čím napomáha zlepšit vyfarbiteľnost papiera ( DE-l 0300468). S kovmi tvori komplexy, čo umožňuje lepšiu depozíciu kovových vrstiev na papier, napr. pri tvorbe laminátov (JP- 9176838).V patente DE-10040564 sa uvádza zvlhčovanie papiera, dokumentov a kníh roztokom soli chítosanu na účely ich stabilizácie. Podľa tohto spôsobu sa papier zvlhčuje štetcom roztokom chítosanu v 8 kyseline octovej a následne sa suší, čim sa kyselina octová vyparí. Je všeobecne známe, že jednou z príčin degradácie papiera je prítomnost zvyškov sulfátových iónov, ktoré sa nachádzajú v papieri ešte zo štádia jeho výroby a spracovania, alebo pochádzajú z oxidu siričitého a vlhkosti z ovzdušia. Stabilizujúci účinok chítosanu spočíva vo vytváraní stabilných komplexov so zvyškovými sulfátovými iónmí prítomnými V papieri, prostredníctvom aminoskupín, ktoré má chitosan vo svojej štruktúre.Ani v jednom z predchádzajúcich spôsobov nebola úprava vlastností papiera chitosanom a jeho derivátrni realizovaná v kombinácii s plazmou. Plazma je čiastočne ionizovaný plyn pozostávajúci z atómov, molekúl,radikálov, elektrónov a širokého spektra elektromoagnetického žiarenia. Vzniká bud pri veľmi vysokých teplotách, alebo pôsobením silného magnetického, resp. elektrického poľa. Plazma generovaná elektrickými výbojmi v rôznych plynoch sa priemyselne využíva na zlepšenie adhézie rôznych organických a anorganických vrstiev na plošné polyméme substráty, napr. fólie, netkané textílie, textílie a pod. Príčinou zlepšenia adhézie je vytvorenie povrchovej vrstvy, hrubej niekoľko stoviek nanometrov, ktorá má iné chemické zloženie ako povrchovo aktivovaný substrát, pričom vlastnosti substrátu ako celku zostanú zachované. V závislosti od použitého pracovného plynu, ktorým môže byť vzduch, kyslík, dusík, argón, hélium alebo iné plyny sa na povrch substrátu po aktivácii plazmou kovalentne naviažu rôznorodé funkčné skupiny alebo sa na povrchu generujú radikály. V prípade vzduchu a kyslíka sú to funkčne skupiny obsahujúce oxidované formy uhlíka,napr. karbonyly, aldehydy, karboxyly. Pri použití dusíka rôzne amino a imino skupiny. Takto zabudované funkčné skupiny prispievajú napr. k zlepšeniu polarity povrchu, resp. predstavujú aktívne centrá na fixáciu povrchových vrstiev požadovaných vlastností.Sú známe viaceré spôsoby aktivácie papiera plazmou za nízkeho tlaku (US 6 565 930, US 6 603 121, USHl 535). Grace et al. (US 6 565 930, US 6 603 121) modifikoval povrch papiera plazmou s cieľom odstrániť nízkomolekulové alifatické zlúčeniny bežne používané na apretáciu papiera a zároveň využíval tvorbu reaktívnych funkčných skupín obsahujúcich kyslík a dusík na zlepšenie adhézie rôznorodých polymémych vrstiev nanášaných na papier, napr. želatíny, vrstiev, ktoré sa vyznačujú dobrou priľnavosťou k tlačiarenským farbám, polyoleñnových filmov a pod.DE patent 198 36 669 uvádza použitie atmosférickej plazmy alebo korónového výboja na predúpravu papiera pred kalandrovaním alebo potlačou. Predpokladá sa, že touto predúpravou papiera sa dosiahne lepšia plastifikácia vlákien tesne pod povrchom, čo by malo zlepšit hladkost papiera a zlepšit jeho potlač.Binder (US- H 1 535) uvádza využitie plazmy za nízkeho tlaku na ochranu papiera proti kyslej degradácii spôsobenej vlhkosťou a znečisteným ovzduším. Na aktiváciu použil mikrovlnnú a rádiofrekvenčnú plazmu. Vychádza z predpokladu, že pôsobením plazmy sa na povrchu papiera tvoria radikály. Ionizovaný plyn obsahuje okrem radikálov aj ióny, iónradikály, elektróny a UV žiarenie, ktoré potom reagujú s aktivovaným povrchom papiera a chemicky ho modifikujú.Nevýhodou aktivácie papiera plazmou za nízkeho tlaku sú ekonomicky náročné aparatúry, problémy s vákuovanim a odplynením papiera, ktorý má vysoký špecifický povrch, malá rýchlosť aktivácie, keďže prinízkom tlaku sa aktívne častice generujú v nízkych koncentráciách. Aktivácia nemôže prebiehať ako kontinuálny proces.Uvedené nevýhody odstraňuje spôsob povrchovej úpravy papiera chitosanom alebo jeho derivátrni, aktivovaného atmosférickou plazmou podľa vynálezu, ktorého podstata spočíva vtom, že sa na povrch papiera nanášajú roztoky chitosanu alebo jeho deriváty s koncentráciou 0, laž 6 hmotn. v najmenej jednej vrstve pred alebo po aktivovaní atmosférickou plazmou.Na generáciu poľa plazmy za atmosférického tlaku sa môže použiť objemový bariérový výboj, nazývaný tiež priemyselná koróna, povrchový bariérový výboj, ktorý je patentovaný a bol použitý a testovaný na aktiváciu textilných materiálov (US Patent Application 20040194223), tlecí výboj za atmosfćrického tlaku a tlecí korónový výboj za atmosfćrického tlaku.Papier, dokument alebo iný plošný lignocelulózový substrát sa vloží do poľa elektrickej plazmy v dusíku alebo iných plynoch. Dĺžka aktivácie závisí od hustoty plazmy, koncentrácie chemicky aktívnych častíc v plazme a pohybuje sa rádovo v jednotkách až desiatkach sekúnd.Pôsobením plazmy vznikajú na povrchu papiera aktívne centrá vo forme radikálov a funkčných skupín,ktorých zloženie závisí od použitého plynu. V dusíku sa na povrch papiera zabudovávajú aj funkčné skupiny obsahujúce dusík, najmä arnino skupiny.Na takto aktivovaný povrch sa nanáša roztok chitosanu alebo jeho vodorozpustný derivát napr. chitosan laktát a nechá sa vysušiť pri laboratómej teplote. Množstvo aktívnej zložky počítané na hmotnost suchého papiera je 0,laž 6 hmotn. Chitosan alebo jeho deriváty sa nanášajú najmenej v jednej vrstve.Zistilo sa, že je výhodné na povrch papiera aktivovaného plazmou za atmosférického tlaku nanášat roztoky chitosanu alebo jeho derivátov vo forme náteru, aerosólu, elektricky nabítého aerosólu, alebo tlačou, alebo ílexotlačou.Taktiež sa zistilo, že je výhodné, ked sa na povrch papiera aktivovaného plazmou a následne povrchovo upraveného roztokom chitosanu, alebo jeho derivátmi pôsobí teplom, UV žiarením, mikrovlnným žiarením alebo inými formami energie.Rovnako je výhodné, ked sa na povrch papiera aktivovanćho plazmou a následne povrchovo upraveného roztokom chitosanu, alebo jeho derivátrni následne nanášajú bariérové organické alebo anorganické polymeme vrstvy vo fonne fólií alebo filmu.V závislosti od koncentrácie použitého roztoku, chitosan predifunduje do pórov papiera a modifikuje ho v celom objeme. Časť aktívnej zložky zostáva na povrchu kovalentne viazaná a vytvára súvislý transparentný presietený film.Predifundovaný chitosan vytvára prostrednictvom svojich aminoskupin stabilne komplexy so zvyškovýmí sulfátovými skupinami V papieri, čím sa znižuje jeho acidita a stabilizuje sa.Chitosan je veľmi dobre kompatibilný s lignocelulózovým materiálom a prostredníctvom svojich funkčných skupín vytvára presietené štruktúry s celulózovými I lignínovými zložkami vlákien, čo prispieva k zvyšovaniu pevnosti papiera.Povrchová chitosanovà vrstva vo forme presieteného filmu vytvára ochrannú bariéru proti prenikaniu škodlivín z ovzdušia ako napr. vlhkosti, oxidu siričitého, baktérií, plesní a húb, Príklady uskutočnenia vynálezuNovinový papier s plošnou hmotnosťou 51,5 g/mz sa povrchovo upravoval roztokom chitosanu rozpustenom v 0,1 M CH 3 COOH. Papier sa aktivoval plazmou za atmosférického tlaku v dusíkovej atmosfére jednu sekundu. Na takto upravený papier fomiátu A 5 sa naniesli 4 ml 0,67 roztoku vysokomolekulového chitosanu a rozotrie sa valcom. Papier sa nechal vysušiť pri laboratómej teplote a po 24 hodinách sa merala jeho pevnosť na trhačke TIRATEST podľa normy STN ISO 527-2. Šírka pásika bola 15 mm, počiatočná vzdialenosť čeľusti 100 mm a rýchlosť posunu čeľusti 2 mm/rnin.Tabuľka l Označenie papiera Pevnosť V ťahu, MPa Pôvodný papner 201,47 i 2,00 fajłr natretý chitosanom bez aktivácigilazmou 209,88 5,70 Papier aktivovaný plazmou a natretý chitosanom 252,10 i 5,26Papier s plošnou hmotnosťou 45 g/mz, drevitý neglejovaný s obsahom sulfátovej buníčiny 20 , 15 odpadových vlákien, 10 kaolínu, s hodnotou pH 4,5 sa aktivoval ls plazmou za atmosférického tlaku V dusíku. Následne sa povrchovo upravil 0,67 roztokom chitosanu tak, aby nmožstvo aktívnej zložky bolo 0,43 g/m 2 upravovanej plochy. Hodnotila sa relatívna zmena pevnosti účinkom modifikácie S vyjadrená pomerom pevnosti Fmax modiñkovaného papiera k pevnosti Fmax nemodifikovaného papiera. FW, je zaťaženie merané pri skúške ťahom, pri ktorom dochádza k pretrhnutiu papiera stanovenej dĺžky a jednotkovej šírky za definovaných podmienok. TZ tržné zaťaženie na jednotku šírky papiera. pH je kyslost papiera meraná na povrchu papiera pomocou plošnej elektródy.Označenie | FW, N TZ, kNnT | s H Papier nemodiñkovaný 11,560,34 0,728 4,55 Papier aktivovarĺplazmou 11,780,3 O 0,731 1,02 4,4 l Pqłier aktivovaný chitosan l 13,80,25 0,931 1,20 | 5,81Novinový papier s plošnou hmotnosťou 46,5 g/mz, sa povrchovo upravoval vodorozpusmým derivátom chitosan laktátom (CH-L). Použil sa l vodný roztok, ktorý sa v rrmožstve 4 ml naniesol na papier formátu A 5, Skúmalo sa, ako sa spôsob aktivácie plazmou prejaví na tržnom zaťažení vzťahovanom na jednotku šírky papiera.gpier bez aktivácie 2,58 Papier aktivovanýplazmou ls v N a natretý CH-L 3,13 Papier natretý CH-L a potom aktivovaný 2 s v plazme 3,14Kyslý papier s plošnou hmotnosťou 60,8 g/mz sa aktivoval plazmou v dusíkovej atmosfére laž 2 sekundy a následne sa povrchovo modifikoval roztokmi chitosanu rôznych koncentrácii 0,5 , l , 1,5 , 2 tak,aby bolo zachované rrmožstvo aktívnej zložky chitosanu počítané na suchý papier 3,5 - 4 . Študovalo sa,ako spôsob kombinovaného nanášania v jednej alebo viacerých vrstvách ovplyvní pevnosť (FMX) a dvojohyby (w). Hodnotila sa tiež stálosť modifikácie vyjadrená koeficientom relatívnej pevnosti vyjadrenej pomerom FW modifikovanej a FMX nemodifikovanej vzorky S 0 po 24 hodinách a S. po 12 dňoch urýchleného starnutia pri 105 °C.Povrchovú úpravu papiera, dokumentov, kníh a iných plošných lignocelulózových materiálov chitosanom alebo jeho derivátn 1 i po predchádzajúcej aktivácii v plazme pri atmosférickom tlaku je možné využiť na stabilizáciu starých dokumentov v archívoch a knižniciach. Môže sa však využiť i v papierenskom priemysle pri výrobe papiera, kde tento postup nahradí pridávanie chitosanu do hmoty buníčiny. Takýmto spôsobom sa môžu dosiahnut rovnake alebo porovnateľné mechanické vlastnosti papiera s použitím menšieho množstva chitosanu, navyše je papier chránený pred škodlivjnni vplyvrrii ovzdušia a mikroorganizmami.l. Spôsob povrchovej úpravy papiera chitosanom alebo jeho derivátrni, aktivovaného atmosférickou plazmou, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že sa na povrch papiera nanášajú roztoky chitosanu alebo jeho

MPK / Značky

MPK: D21H 13/00, D21H 17/00

Značky: úpravy, povrchovej, spôsob, chitosanom, derivátmi, papiera

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/5-286525-sposob-povrchovej-upravy-papiera-chitosanom-alebo-jeho-derivatmi.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob povrchovej úpravy papiera chitosanom alebo jeho derivátmi</a>

Podobne patenty