Dodatki antybakteryjne do tworzyw

W codziennym życiu człowiekowi towarzyszą najrozmaitsze mikroorganizmy. Jak wiadomo, nie wszystkie bakterie są dla nas groźne, co więcej - niektóre są nam po prostu potrzebne, jak np. bakterie jelitowe. Tym niemniej szereg drobnoustrojów może powodować bardzo groźne choroby czy zatrucia, i to przeciwko nim naukowcy, a w ślad za nimi - przemysł, wytaczają najcięższe działa. Dotyczy to zwłaszcza branży medycznej, bowiem według szacunków aż 10 proc. pacjentów szpitalnych zostaje zakażonych mikrobami. Można więc znaleźć szereg ważkich powodów do zwalczania bakterii.

Jednocześnie trzeba zauważyć, iż w wielu najbardziej rozwiniętych krajach świata można obecnie zauważyć tendencję do "bakteriofobii". Alarmujące wieści dotyczące wszechobecnych bakterii i zagrożeń dla zdrowia bywają często rozdmuchiwane do granic przesady, wywołując w konsumentach potrzebę nabywania coraz to nowych produktów zawierających dodatki antybakteryjne. Dotyczy do zarówno przedmiotów codziennego użytku, jak i środków higieny, np. bardzo popularnych w USA mydeł antybakteryjnych. Jak jednak przekonuje prof. Rolf Halden z Arizona State University, stosowanie tego typu preparatów może być groźne zarówno dla zdrowia, jak i środowiska. Naukowiec postuluje pilne uregulowanie rynku dodatków antybakteryjnych, wśród których wymienia triklosan i triklokarban.

Moda na stosowanie dodatków antybakteryjnych dotarła także do producentów wyrobów z tworzyw sztucznych. Można znaleźć wiele miejsc, gdzie stosowanie tego typu substancji jest bardzo cenne (jak. np. medycyna, wyposażenie miejsc użyteczności publicznej itp.), niektóre jednak pomysły producentów okazują się po prostu chwytem marketingowym obliczonym na obawę konsumenta przez chorobami - dotyczy to zwłaszcza wyrobów dla dzieci.

Jak skuteczne są jednak zabiegi marketingowców, można przekonać się czytając raport agencji Transparency Market Research na temat rynku antybakteryjnych wyrobów z tworzyw sztucznych na rynku amerykańskim. O ile w 2013 roku wartość rynku wynosiła 662,3 mln dol., o tyle w 2020 roku ma wzrosnąć do 1,23 mld dol., a zatem roczne tempo wzrostu w latach 2014-2020 ma wynosić aż 9,3 proc. Branża medyczna generuje aż 44 proc. zapotrzebowania na produkty antybakteryjne, ponadprzeciętny popyt zgłasza także segment opakowaniowy oraz branża kosmetyczna. Ze względu na wysokie koszty mniejszym zainteresowaniem cieszą się dodatki antybakteryjne w motoryzacji i budownictwie.

Dodatki antybakteryjne można z grubsza podzielić na dwie grupy. Jedne z nich działają bakteriostatycznie, nie dopuszczając do rozwoju kolonii bakterii w ich pobliżu, podczas gdy inne posiadają własności bakteriobójcze - w aktywny sposób niszczą bakterie, oddziałując na przebieg procesów komórkowych. W obu przypadkach ważne jest, aby stosowane dodatki nie wywierały szkodliwego wpływu na ludzi, zwierzęta i środowisko oraz nie obniżały jakości tworzywa. Jeszcze do niedawna szeroko stosowano w tym celu substancję OBPA, jednak w 2013 roku wprowadzono zakaz jej stosowania na terenie UE ze względu na podejrzewaną toksyczność. Jej miejsce zastąpiły nanocząstki, przede wszystkim srebra, choć używa się także złota, miedzi, oraz związków cynku, tytanu i krzemu.

Skąd się wzięła popularność srebra w roli dodatku antybakteryjnego? Otóż metal ten w postaci nanocząstek niszczy enzymy transportujące składniki odżywcze do komórek mikroorganizmów, destabilizując błonę komórkową, plazmę lub ściany komórkowe i uniemożliwiając w ten sposób podziały komórkowe. Dzięki wysokiej zdolności do utleniania substancji upośledza drobnoustroje m.in. niszcząc enzym wykorzystywany przez nie do przyswajania tlenu, co powoduje, że większość jednokomórkowych mikroorganizmów ginie. Ponadto obecność aktywnego tlenu uszkadza materiał genetyczny komórki bakterii.

Jednak wykorzystanie srebra posiada także negatywne strony - preparaty opracowane przy użyciu tego pierwiastka wymagają wyższej koncentracji, jeśli chcemy stosować je przeciwko grzybom i algom, a ich stosowanie niekoniecznie jest tańszą alternatywą dla OBPA. Naukowcy wskazują też, że działanie antybakteryjne polegające na uwolnieniu aktywnych jonów srebra nie jest obojętne dla człowieka, dużo lepsze byłoby stosowanie działających bakteriostatycznie cząstek złota, jednak jego użycie byłoby ekonomicznie nieopłacalne.

Jak wygląda współczesny rynek dodatków antybakteryjnych? Preparaty tego rodzaju oferują zarówno giganci branży tworzyw o szerokim portfolio, jak i mniejsze firmy specjalizujące się w właśnie w tego typu dodatkach. Warto zwrócić uwagę, że większość dostępnych na rynku dodatków antybakteryjnych pozwala na tradycyjne przetwórstwo tworzyw (np. poprzez wytłaczanie, rozdmuch czy wtrysk).

Wśród mniejszych firm jednym z najbardziej znanych producentów dodatków antybakteryjnych na europejskim rynku jest brytyjska spółka Symphony Environmental. W ofercie firmy znajduje się m.in. dodatek d2p AB - przedmieszka do produkcji tworzyw sztucznych na bazie jonów srebra mająca działanie antymikrobowe i grzybobójcze. Jak zapewnia producent, składniki aktywne d2p zostały przetestowane na ponad 50 organizmach, takich jak MRSA, E. coli, Salmonella, Listeria, Pseudomonas, i Aspergillus niger. Dodatki d2p mogą być przetwarzane przy temperaturach do 600 st. C bez utraty swoich właściwości przeciwbakteryjnych. Można stosować w tworzywach PE, PVC, PET, PP, gumie i kauczuku. Także inna brytyjska spółka, firma Addmaster, jest producentem dodatków antybakteryjnych wykorzystujących jony srebra - Biomaster. Producent chwali się niemalże stuprocentową (99,99 proc.) skutecznością preparatu, przy czym działanie zbliżone jest do działania dodatków Symphony Environmental.

W ofercie największych koncernów dużą rolę odgrywają dodatki antybakteryjne dla medycyny. PolyOne w 2010 wypuścił na rynek dodatek WithStand przeznaczony zwłaszcza do urządzeń medycznych, opakowań i innych zastosowań związanych z ochroną zdrowia. Niedawno firma zaprezentowała także specjalne koncentraty Smartbatch HC, które łączą właściwości dodatków antybakteryjnych i barwników OnColor HC dla wyrobów medycznych. W 2013 roku firma Clariant opracowała dodatki Sanitized MedX wchodzące w skład linii Mevopur. Podobnie jak w przypadku produktu PolyOne, materiały niemieckiej spółki oparte na związkach srebra mogą być używane wraz z koncentratami barwiącymi. Również w 2013 roku koncern SABIC Innovative Plastics opracował dziewięć nowych kompoundów antybakteryjnych wykorzystujących technologię nanozwiązków srebra. Poszczególne odmiany różnią się skutecznością działania (powyżej 99,99 proc. skuteczności lub 90-99.99 proc.) i wchodzą w skład czterech popularnych tworzyw SABIC używanych w produkcji sprzętu medycznego: kopolimeru Lexan EXL, Lexan PC, Xenoy PC/PBT oraz polipropylenu (wzmacnianego włóknem szklanym lub nie).

W ofercie największej firmy chemicznej świata - BASF, która produkuje m.in. dodatek oparty na srebrze Irgaguard, znajdują się także specjalne kompoundy zawierające dodatek HyGentic do zastosowań medycznych. Wśród katalogowych mieszanek znajdują się np. HyGentic SBC (kopolimer styren-butadien), HyGentic PA (nylon napełniany włóknem szklanym) czy HyGentic SA (modyfikowany polistyren), klienci mogą jednak także proponować własne formulacje.

Przykład BASF jest ciekawy ze względu na łączenie sił z mniejszymi producentami oferującymi innowacyjne produkty antybakteryjne. W 2014 roku niewielka holenderska firma Parx Plastics poinformowała o zakończonych sukcesem próbach włączenia produkowanego dodatku antybakteryjnego Sanipolymers do szeroko stosowanego kopolimeru BASF Terluran GP-35 ABS. Testy wykazały, że skuteczność dodatku wynosi 98-99 proc. dla bakterii Escherichia Coli (Gram-) oraz Staphilococcus Aurus (Gram+). Nie byłoby w tym nic wyjątkowego, gdyby nie fakt, że Parx Plastics używa jako związku antybakteryjnego cynku. Według zapewnień firmy technologia ta jest bezpieczniejsza od stosowanych obecnie dodatków w postaci nanosrebra czy triklosanu. Substancja nie znajduje się tylko na powierzchni, lecz wewnątrz struktury tworzywa i nie zachodzi ryzyko jej uwolnienia, jak ma to miejsce w przypadku nanosrebra.

Ostatni z wymienionych przykładów, jak również badania prowadzone przez naukowców jasno wskazują, że w kwestii dodatków antybakteryjnych branża tworzyw sztucznych nie powiedziała jeszcze ostatniego słowa. Kluczową kwestią jest znalezienie efektywnego kosztowo rozwiązania, które nie będzie powodowało zagrożenia dla ludzi i środowiska naturalnego.