RO132438A0

RO132438A0 - Metodă fotocatalitică pentru dezinfecţia suprafeţelor interioare, şi compoziţie de vopsea lavabilă biocidă, cu proprietaţi fotocatalitice

Info

Publication number: RO132438A0
Application number: ROA201700801A
Authority: RO
Inventors: Răzvan Cătălin Bucureşteanu
Original assignee: Răzvan Cătălin Bucureşteanu
Priority date: 2017-10-09
Filing date: 2017-10-09
Publication date: 2018-03-30
Also published as: RO132438B1; US20200392351A1; CN111683692A; EP3684428A4; IL273350A; WO2019074386A1; EP3684428A1; JP2020536962A; RO132438A3

Abstract

Invenţia se referă la o compoziţie de vopsea lavabilă biocidă, cu proprietăţi fotocatalitice, şi la o metodă pentru dezinfecţia suprafeţelor interioare care utilizează compoziţia. Compoziţia conform invenţiei este constituită, în părţi în greutate, din 15 părţi răşină acrilo-stirenică, 10 părţi răşină poliuretanică, respectiv, propilenglicol, 25 părţi material de umplutură uzual, 15 părţi pigment TiOanatas sau ZnO ca agent biocid fotocatalitic dopat cu ioni de Ag, Cu, Co, Cr, Mn, Ni, Fe cu 0,7% şi 1,5% din masa pigmentului, 4 părţi agenţi de dispersie, antispumare, reglareH, întăritor celulozic, precum şi apă până la 100 părţi. Metoda conform invenţiei constă în aplicarea compoziţiei fotocatalitice prin vopsire în unul sau mai multe straturi pe suprafeţe interioare, şi activarea compoziţiei prin iradiere continuă, pulsatorie sau intermitentă cu lumină în spectrul 450...500 nm, emisă de lămpi de iluminare amplasate în spaţiile formate de suprafeţele interioare, vopsite cu compoziţia conform invenţiei.

Description

Prezenta invenție se referă la o Metodă fotocatalitică pentru dezinfecția suprafețelor interioare și compoziție de vopsea iavabilă biocidă cu proprietăți fotocataiitice, compoziție pe bază de rășini acrilo-stirenice apoase, în care s-a dispersat ca agent biocid fotosensibilizant particule de oxizi metalici semiconductori TiO2 anatas, sau ZnO, ce sunt dopați cu metale tranziționale ca Ag, în principal, sau Au, sau cu Cu, Ni, Fe, Cr, Co, Mn, și o metodă fotocatalitică de activare a componentei biocide și a proprietăților dezinfectante ale compoziției folosind cuante de lumină vizibilă din domeniul cuprins între 450 și 500 nm, în funcție de dopantul ales, pentru realizarea protecției și dezinfecției antimicrobiene și antifungice a suprafețelor interioare din cabinete medicale, spitale, școli, industrie alimentară, în general în zonele în care există pericolul apariției și răspândirii germenilor microbieni. Compoziția la care se referă invenția se aplică pe pereții interiori ai încăperilor prin vopsirea tuturor tipurilor de suprafețe de interior din zidărie, beton, tencuială, sau pe orice suprafață din materiale minerale inclusiv de tipul BCA, cărămidă, sau pereți de gips-carton sau ipsos, sub formă de vopsea Iavabilă biocidă de protecție ce conține pigment fotosensibilizant din TiO2 anatas, sau ZnO, dopați cu metale tranziționale ca Ag, în principal, sau cu Au, Cu, Ni, Fe, Cr, Co, Mn. Asigurarea efectului dezinfectant și biocid a compoziției astfel aplicată pe pereți, se realizează printr-o metodă fotocatalitică de activare a fotosensibilizantului din compoziția biocidă folosind iradierea pemanentă, sau intermitentă în funcție de necesități cât și de sursa de producere a radiației luminoase, a suprafețelor respective cu cuante de lumină având lungimi de undă cuprins între 450nm și 500nm, lumina fiind emisă de lămpile de iluminare de interior. Undele emise în spectrul cuprins între 450nm și 500nm sunt unde specifice la care se activează TiO2 sau ZnO dopat cu metale tranziționale ca Ag, în principal, sau cu Au, Cu, Ni, Fe, Cr, Co, Mn. Când TiO2 este excitat de energia luminioasă egală sau mai mare decât lărgimea benzii interzize, se generează reacții fotodinamice, la nivelul fotosensibilizantului, având ca rezultat formarea speciilor reactive ale oxigenului ROS singlet cu acțiune bactericidă asupra germenilor patogeni. Prin ROS se înțeleg speciile de radicali oxigen reactiv care apar ca urmarea a transferului de electroni de la substratul semiconductor la moleculele libere de oxigen, speciile de ROS fiind mult mai reactive față de moleculele organice decât oxigenul molecular în sine. Se obține în acest fel un proces de dezinfecție al suprafețelor interioare controlat, reglabil prin intensitatea luminoasă în funcție de necesitățile de a 2017 00801

09/10/2017 dezinfecție, reproductibil, și fără a fi influențat de variația factorilor externi luminoși.

Se cunosc diferite compoziții de vopsea lavabilă biocidă care conțin ca agent biocid fie substanțe active de tipul benzisothiazol-3(2H)-one sau particule de Argint sau Argint coloidal sau amestec de benzisothiazol-3(2H)-one cu ioni de Argint. Dezavantajul acestor compoziții este că benzisothiazol-3(2H)-one creează alergii de contact și au o acțiune limitată atât în timp, cât și asupra germenilor microbieni ce au dezvoltat rezistență. Argintul, deși este un biocid mult mai bun decât benzisothiazol-3(2H)-one, are un mecanism de acțiune limitat, efectul antiseptic depinzând de concentrația și forma ionilor de argint din vopsea.

Se cunoaște că oxizi metalici semiconductori de tipul ΊΊΟ2 anatasat sau de ZnO au rol de fotosensibilizator în reacțiile fotocatalitice. Se cunoaște efectul și modul de acțiune în terapia fotodinamică a fotosensibilizatorilor ce se bazează pe reacții fotochimice, declanșate de interacțiunea unei substanțe fotosensibile cu lumina cu o anumită lungime de undă formându-se speciile reactive ale oxigenului singlet ROS (de tip O2 'A_g sau O2 '^_g ⁺)· Acțiunea dezinfectantă a fotosensibilizatorilor oxizi metalici semiconductori de tipul TiO2 anatas sau ZnO se realizează pe baza unui mecanism fotocalitic, declanșat de interacțiunea agentului fotosensibilizant, ce conține TiO2 anatas sau ZnO, cu lumina cu o anumită lungime de undă, în urma căruia apar speciile reactive de oxigen - oxigen singlet ROS, având un rol determinat în distrugerea microorganismelor, conferind acestor substanțe rol bactericid și antifungic.

Unul dintre primele exemple de aplicare a fotocatalizei semiconductoare ca metodă de dezinfecție a fost lucrarea lui Matsunaga și colab. [Γ Matsunaga, R. Tomoda, T Nakajima, N. Nakamura, T. Komine, f~Ql Appl. Environ. Microbiol. 54 (1988) pag 1330]. Ei au reușit să demonstreze că particulele de ΊΊ02 prin iradierea lor cu lumină în spectrul ultraviolet au fost eficiente în foto-distrugerea bacteriilor, cum ar fi Lactobacillus acidophilus, Saccharomyces cerevisiae și Escherichia colii, și că acțiunea de foto-distrugere a fost asociată cu reducerea nivelului CoAintracelular prin fotooxidare. In alt studiu Cushnie și colab. \T. P.T Cushnie,P.K.J. Robertson, S. Officer, P. M Pollard, R. Prabhu, C. McCullagh, J. M. C.Robertson Photobactericidal effects of ΠΟ2 thin films at low temperatures -A preliminary study J. Photoch. Photobio. A, 216 (2010), pp. 290-294] au demonstrat și evaluat eficacitatea antibacteriană foarte bună a ΊΊ02 anatasat, activat de UV asupra Staphyiococcus aureus inclusiv in experimente efectuate la temperaturi joase. In alt studiu U. Joost și colab. [U. Joost, K. Juganson, M. Fisnapuu, M. Mortimer, A. Kahru, E. Nommiste, U. Joost, V. Kisand, A. Ivask, Photocatalytic antibacterial activity of nano-TKh (anatase)-based thin films: effects on Escherichia coli cells and fatty acids, Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology (2014)] au demostrat eficacitatea deosebita a ΊΊ02 activat fotocatalitizat de UV ca agent bactericid asupra Escherichia colii. In alt λ 2017 00801

09/10/2017 // studiu din 2015 Fagan arată că TiO2 simplu sau dopat cu Ag, sau Au, Cu, Ni are excelente proprietăți bactericide fotocatalitice și explică mecanismul de acțiune fotocatalitic biocid al TiO2 [Fagan, R. et al., (2015) A review of solar and visible light active TiO2 photocatalysis for treating bacteria, cyanotoxins and contaminants of emerging concern, Materials Science in Semiconductor Processing, voL42, pp. 2-14] în brevetul : DE202015000762U se descrie un model de panou universal pentru lămpi acoperit cu TiO2 și care are funcție de neutralizare a mirosurilor și funcție de igienizare. In brevetul WO2011/113692A1 se descrie un procedeu de producere a panourilor de plastic acoperite cu TiO2 fotocatalitic cu proprietăți biocide.în Brevetul US 20140205546A1 se descrie relizarea unui film polimeric subțire cu TiO2 dopat cu argint

Dezavantajul major al acestor aplicații de dezinfecții fotocatalitice este dat de faptul că folosesc pentru activare fotocatalitică fie radiația UV - care este periculoasă pentru om - fie radiația naturală dată de lumina solară și din această cauză are un randament cuantic foarte mic având în vedere faptul că radiația solară conține mai puțin de 5% fotoni cu lungimi de undă specifice ce activează fotosensibilizatorii cu TiO2. Din această cauză, fotodezinfecția cu TiO2 are numai aplicații care pot fi tolerate în perioade de contact lungi și unde există lumină solară abundentă, dar randamentele cunatice, ca și eficacitatea procesului de dezinfecție, înregistrează fluctuații date de intensitatea radiației solare.

Un alt dezavantaj major al acestor aplicații este dat de faptul că nici una din aceste aplicații nu realizează o acoperire pe toată suprafața pereților interiori ai încăperilor.

Prezenta invenție Metodă fotocatalitică pentru dezinfecția suprefețelor interioare și Compoziție de vopsea lavabilă biocidă cu proprietăți fotocatalitice rezolvă aceste probleme tehnice prin realizarea unei compoziții fotocatalitice bactericidă aplicată sub formă vopsea lavabilă pe suprafața pereților interiori, și care conține pigmenți cu acțiune fotocatalitică biocidă pe bază de TiO2 anatas sau ZnO dopați cu metale tranziționale de tipul Ag sau Au, Cu, Ni, Fe, Cr, Co, Mn, și combinarea acțiuni compoziției cu o metodă fotocatalitică de activare a particulor fotosensibilizante din compoziția prin iluminarea pereților acoperiți de compoziția descrisă cu lumină în domeniul vizibil având și lungimi de undă cuprinse între 450 nm și 500nm emisă de lampele de iluminare din încăperile respective, lumină ce inițiază procesul fotocalitic de dezinfecție al compoziției prin activarea pigementului de TiO2 anatas sau a ZnO, dopat cu Ag sau Au, Cu, Ni, Fe, Cr, Co, Mn,

Prima problemă tehnică pe care o rezolvă prezenta invenție constă în obținerea unei compoziții de tip vopsea lavabilă cu o puternică acțiune bactericidă, antialergenică, cu mare putere de acoperire, ce permite realizarea unei acoperiri totale cu un material de protecție peliculogen antibacterian a pereților interiori din spitale, cabinete medicale, școli, spații din industria alimentară a 2017 00801

09/10/2017 sau alte spații ce prezintă risc de apariție și transmitere a infecțiilor cu germeni microbieni sau a infecțiilor nozocomiale, compoziție în care s-a dispersat uniform în masa ei un fotosensibilizant pe baza de ΤΊΟ2 anatas sau ZnO, dopat cu metale tranziționale în special cu Ag, dar se pot folosi și ca dopanți Au, Cu, Ni, Fe Cr, Co, sau Mn„ fotosensibilizant care este activat de fotoni cu lungimi de undă din spectrul vizibil, între cuprins in special între lungimile 450 nm și 500 nm.

A doua problemă tehnică pe care o rezolvă prezenta invenție este metoda fotocatalitică de activare a fotosensibilizantului din compoziție, prin iradierea compoziției aplicate pe pereți interni cu fotoni emiși de lămpile de iluminare a spațiilor interioare, lămpi ce conțin și surse de iradiare care emit lumină continuă, pulsatorie sau intermitentă în spectrul cuprins între 450 nm si 500 nm, lămpi atât fixate pe plafonul încăperilor, sau benzi cu leduri aplicate pe pereții încăperilor, sau lămpi mobile ce iluminează în funcție de cerințele de dezinfecție.

Conform invenției Metodă fotocatalitică pentru dezinfecția suprefețelor interioare și Compoziție de vopsea lavabilă biocidă cu proprietăți fotocatalitice compoziția aplicată prin vopsirea pereților interiori ai încăperilor este constituită pe bază rășini acrilostirenice între 5-15 părți, rășină poliuretanică între 5 -15 părți, propilenglicol pînă la 10 părți, apă între 15 și 35 părți, pigment alb între 5 și 20 părții, material de umplutură pînă la 50 părți, aditiv reulorogici până la 10 părți, regulator de pH, agent de dispersie între 0,2 - 2 părți, agent de antispumare între 0,2 - 2 părți, surfactant între 0,2 - 1 părți, întăritor celulozic între 0,2 - 2 părți iar la care se adaugă în compoziție între 10 și 20 părți pigment sub formă de agent biocid fotocatalitic pe bază de TiO2 anatas dopat cu ioni de Ag între 0.7% și 1,5% din masa fotosensibilizatorului, părțile fiind exprimate în greutate. Se poate folosi ca pigment fotosensibilizant în locul oxidului metalic TiO2 anatas și ZnO dopat cu Ag sau se poate dopa și cu alte metale tranziționale de tipul Au, Cu, Ni, Fe Cr, Co, sau Mn. Procesul de dezinfecție este declanșat de compoziția biocidă aplicată pe pereți interni ai camerelor sub formă de vopsea lavabilă prin activarea ei cu o metodă fotocatalitică de iradierea a pereților acoperiți cu această vopsea lavabile folosindu-se fotoni emiși de lămpile de iluminare a spațiilor interioare, lămpi ce conțin și surse de iradiare care emit lumină continuă, pulsatorie sau intermitentă și în spectrul cuprins între 450 nm si 500 nm, lămpi atât fixate pe plafonul încăperilor, sau benzi cu leduri aplicate pe pereții încăperilor, sau lămpi mobile ce iluminează în funcție de cerințele de dezinfecție, inițiind procesul fotocalitic de dezinfecție al pigmentului ΤΊΟ2 anatas sau a pigmentului de ZnO dopat cu Ag sau dopați cu Au, Cu, Ni, Fe Cr, Co, sau Mn, pigmenți din compoziția de vopsea lavabilă biocidă. Această metoda fotocatalitică de activare a particulelor fotosensibilizante din compoziția biocidă asigură o durata și intensitate de iluminare conformă cu necesitățile de dezinfecție. în urma aplicării acestei metode fotocatalitice de activarea a particulor fotosensibilizante din compoziția biocidă fotocatalitică apar speciile reactive ale oxigenului singlet a 2017 00801

09/10/2017

ROS (de tip O2 ’A_g sau O₂ £+), specii ce au o acțiune biocidă și dezinfectantă. având un rol determinat în distrugerea microorganismelor și conferă compoziției fotocatalitice rol bactericid și antifungic. Se obține în acest fel un proces de dezinfecție al suprafețelor interioare controlat, reglabil prin intensitatea luminoasă în funcție de necesitățile de dezinfecție, reproductibil, fără influența variației factorilor externi luminoși.

Metoda fotocatalitică pentru dezinfecția suprefețelor interioare și compoziția de vopsea lavabilă biocidă cu proprietăți fotocatalitice are o puternică acțiune biocidă prin cumularea acțiunii biocide a ionilor de Ag cu efectul fotocatalitic biocid al fotosensibilazatoului TiO2 de tip anastas, sau a fotosensibilizatorului de tip oxid metalic semiconductor ZnO. Prin doparea acestor pigmenți cu ioni de Ag (sau alte metale tranziționale ca Au, Cu, Ni, Fe Cr, Co, sau Mn) se deplasează spectrul de activare al atât al fotosensibilizatorului TiO2 anatas cât și al oxidului metalic semiconductor ZnO, spre unde din domeniul vizibil, permițând în acest fel realizarea unei metode de activare a lui permanente, fără pericol pentru om, eliminând în acest fel activarea cu unde din domeniul UV, periculoase pentru om

Prin aplicarea invenției Metodă fotocatalitică pentru dezinfecția suprefețelor interioare și Compoziția de vopsea lavabilă biocidă cu proprietăți fotocatalitice se obțin următoarele avantaje:

• Realizarea unei acoperiri totale cu un material de protecție peliculogen antibacterian a perețiolor interiori, eliminând transmiterea de infecții nozocomiale, • Cumularea acțiunii biocide a ionilor de Ag cu efectul fotocatalitic biocid al fotosensibilazatoului TiO2 de tip anatas sau al oxidului metalic semiconductor ZnO, • Prin dopare cu ioni de Ag (sau alte metale tranziționale ca Au, Cu, Ni, Fe Cr, Co, sau Mn) se deplasează spectrul de activare al fotosensibilizatorului TiO2 anatasat sau al oxidului metalic semiconductor ZnO spre unde din domeniul vizibil, • Se elimină astfel necesitatea utilizării pentru activarea fotosensibilizatorului de unde din domeniul UV, periculoase pt om.

• S-a realizat astfel o metodă de activare a fotosensibilizatorului ce nu are pericole pentru om, permițând în acest fel realizarea activării lui permanente și totale împotriva germenilor microbieni • Nu prezintă fenomene alergene, fiind un produs ecologic • Ușurință în procesul de fabricație a compoziției, deoarece fotosensibilizatorii folosiți sunt total compatibil cu rășinile apoase folosite în compoziție • Rezistență la îngălbenire a 2017 00801 fl

09/10/2017 • Grad ridicat de alb, asigură respirația peretelui,

EXEMPLU DE REALIZARE

Obținerea compoziției se realizează folosind un dispersor de tip Cowles introduc 15 kg apă, 10 kg propilenglicol, 10 kg de rășină poliuretanică si 25 kg de umplutură. Se dispersează 20 de minute și se adaugă ușor, în ploaie 15 kg de pigment TiO2 anatasat - agent biocid fotocatalitic anatasat dopat cu ioni de argint între 0.7% și 1,5%. După 20 de minute de dispesie se adaugă 1 kg agent de dispersie, 1 kg agent de antispumare, 2 kg de întăritor celulozic, 15 kg de rășină acrilo-stirenică, regulator de pH și se completează cu apă până la 100 kg. Se amestecă sub agitare continuă până se obține o masă de dispersie sub forma unui lichid omogen vâscos.

Claims

1. Compoziție de vopsea lavabilă biocidă cu proprietăți fotocatalitice caracterizată prin aceea că compoziția, conform invenției, este constituită din părți în greutate din 15 părți de rășini acrilo-stirenică, 10 părți rășină poliuretanică alifatică, respectiv propilenglicol, 25 de părți de umplutură uzuală, 15 părți pigment TiO₂ anatas sau ZnO ca agent biocid fotocatalitic dopat cu ioni de Ag sau Cu, Co, Cr, Mn, Ni, Fe cu 0.7% și 1,5% din masa pigmentului, 4 părți agent de dispersie, antispumare, reglare pH, întăritor celulozic precum și apă pînă la 100 părți.

2. Metodă fotocatalitică pentru dezinfecția suprafețelor interioare caracterizată prin aceea că constă conform invenției în aplicarea compoziție fotocatalitice definită în revendicarea 1 prin vopsire în unul sau mai multe straturi pe suprafețele interioare și activarea compoziției prin iradiere continuă, pulsatorie sau intermitentă cu lumină în spectrul 450...500 nm emisă de lămpile de iluminare amplasate în spațiile formate de suprafețele interioare vopsite cu compoziția fotocatalitică, lămpi ce asigură prin fluxul luminos emis de ele atât fotoactivarea compoziției de vopsea fotocatalitică descrisă la revendicarea 1 cât și necesarul de lumină pentru desfășurea în bune condiții a activității din incintele vopsite cu compoziția de vopsea fotocatalitică descrisă în prezenta invenție