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Die Erfindung bezieht sich auf die Synthese neuer biozider Polymere der Reihe Polyoxyalkylen-Guanidin-Hydrochloride mittels Polykondensation, welche als Desinfektionsmittel in der Medizin, Veterinärmedizin, bei der Abwasserreinigung, im Haushalt sowie in allen Branchen der Wirtschaft, in denen biozide Präparate benötigt werden, Anwendung finden.
Es ist eine Reihe von Verfahren zur Synthese von Oligomeren und Polymeren bekannt, die in ihren Makromolekülen die für den bioziden Effekt verantwortlichen Elemente des Guanidin-Hydrochlorid enthalten. Zum Beispiel ist das Verfahren zur Gewinnung des Desinfektionsmittels - Poly- hexamethylen-Guanidin-Hydrochlorid (PHMG) - durch die Wechselwirkung des Hexamethylendiamin (HMD) und einer Guanidin-Hydrochlorid-Schmelze (GHCI) bei der Erhitzung - bekannt, wobei HMD vorab geschmolzen wird und der Prozess bei einem Molverhältnis von HMD und GHCI 1 (0, 85 - 0, 95) bei gleichmässiger Zugabe der gewonnenen GHCI-Schmelze zur HMD-Schmeize bei einer Temperatur von 180 Co innerhalb von 2,
5 Stunden mit anschliessender Temperaturer- höhung auf 240 C und einer Erhitzung bel dieser Temperatur innerhalb von 5 Stunden geführt wird (UdSSR-Patent 1616898).
Der Nachteil dieses Verfahrens besteht vor allem in der Verwendung des hochgiftige Reagenzmittels HMD So rufen zum Beispiel konzentrierte HMD-Lösungen eine starke Verbrennung der Schleimhäute hervor. Dieser Nachteil ist charakteristisch für alle Verfahren, die auf dem Einsatz von HMD basieren. Ausserdem ist ein weiterer Nachteil, dass das mit diesem Verfahren gewonnene PHMG Beimengungen enthält, die Im Stadium der Synthese von GHCI aus Dizyandiamid (DZDA) und Ammoniumchlorid entstanden. Dabei enthält das gewonnene GHCI als Beimengungen die toxischen Derivate der Zyanursäure - Amelid und Amen. Neben diesen Beimengungen enthält das Endprodukt die Beimengung des toxischen Ausgangsreagenzmittels HMD, das in Hinblick auf seine Toxizität zur 1.
Gefahrenklasse gehört Hervorgerufen wird dies durch die oben angeführte Vorgangswelse bei der Durchführung des Prozesses, nämlich die allmähliche Zugabe der ersten Komponente der Reaktion der Polykondensation zur zweiten vor dem Hintergrund des ablaufenden Prozesses. Die Durchführung des Prozesses der Polykondensation bei hohen Temperaturen führt zur Sublimation beträchtlicher HMD-Mengen aus dem Reaktionsgemisch Diese Sublimation erschwert wesentlich die Durchführung des Prozesses und gestal- tet auch die Auswahl der entsprechenden Apparate schwierig Ausserdem wird eine beträchtliche Menge an HMD mit dem austretenden Ammoniak mitgerissen, was zu einer Veränderung des erforderlichen Molverhältnisses der Reagenzien im Verlauf der Reaktion führt, d.
h. zu einer Verschlechterung der Produkteigenschaften (relative Molekülmasse, Löslichkeit, biozide Eigenschaften)
Ein Teil der oben angeführten Nachteile des vorangegangenen Verfahrens wurde beseitigt bei einem anderen Verfahren für die PHMG-Synthese (österreichisches Patent Nr. 406 163), weiches für den Bereich der Synthese als Prototyp ausgewahlt wurde und welches in seinem technischen Wesen und nach dem zu erreichenden Effekt der vorliegenden Erfindung am nächsten kommt.
Das gesetzte Ziel wird beim angeführten Patent dadurch erreicht, dass bei der Herstellung des zu behandelnden Desinfektionsmittels Polyhexamethylen-Guanidin-Hydrochlorid (PHMG) durch die Wechselwirkung von HMD und GHCI bei der Erhitzung GHCI, gewonnen aus Guanidinkarbonat und Ammoniumchlorid, eingesetzt wird. Gemäss diesem Verfahren werden HMD und GHCI gleich- zeitig Im Molverhältnis 1 : 1 vermischt Deren Wechselwirkung erfolgt bei einer Temperatur von 120 oC innerhalb von 5 Stunden mit anschliessender Temperaturerhöhung auf 150 C und 10-stündiger Erhitzung bei dieser Temperatur. Gemäss diesem Verfahren kann man den Prozess im Medium von Polyäthylenglykol (relative Molekularmasse 400) zwecks besserer Homogenisierung des Reaktionssystems durchführen.
PHMG-Muster, die nach dem beschriebenen Verfahren gewonnen wurden, wiesen eine erhöhte Blozidität, eine erhöhte Molekularmasse sowie eine geringere Toxizität im Vergleich mit dem Verfahren nach UdSSR-Patent 161 6898 auf.
Gleichzeitig weist das letztere Verfahren sowie dessen Prototyp noch einige weitere augenfällige Nachteile auf Dies sind vor allem die bereits erwähnte äusserst hohe Toxizität des HMD (Für HMD beträgt der Wert der oralen Dosis für Ratten LD50 = 0, 75 g/kg, die dermale Dosis für Kaninchen beträgt LDso = 1, 1 g/kg), was eine Gefahr für das mit diesem Verfahren beschäftigte Personal darstellt. Weiters ist als beträchtlicher Nachteil die extrem hohe Flüchtigkeit des HMD anzuführen. Bei einer Temperatur von über 42 C verflüchtigt sich HMD leicht und geht in einen gasförmigen Zustand über.
Dies erschwert die Homogenisierung des Systems im Reaktionsverlauf, was zu
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einer ständigen Herabsetzung seiner Konzentration im Reaktionssystem, zu einer Störung des erforderlichen Molverhältnisses mit dem anderen Reaktionsmittel GHCI und folglich zu einer Verschlechterung der Produkteigenschaften führt. Im Verlauf der Reaktion kommt es zu einer ständigen Kondensation von HMD-Dämpfen im Kühler, was einen ständigen Austausch des Kühlers während der Reaktion sowie Vorsichtsmassnahmen gegen das Eindringen von HMDDämpfen in die Arbeitsräumlichkeiten erforderlich macht.
Noch ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens ist, dass die ständige Durchmischung im Reaktionsapparat von Beginn bis zum Abschluss der Reaktion zwecks Homogenisierung nicht möglich ist. Dies wird durch die Erhöhung der Viskosität der Schmelze verhindert. Deshalb wird die Durchmischung bereits in einem frühen Stadium der Konvertierung eingestellt. Dies gestattet es seinerseits nicht, den Prozess zu kontrollieren und ihn gleichmässig im gesamten Reaktionsvolumen durchzuführen, was die Homogenität und die Qualität des Produktes verschlechtert.
Die Spuren von HMD im polymeren Endprodukt wirken sich insgesamt auch negativ auf dessen Toxizität aus und schränken die Möglichkeit zur Gewinnung eines polymeren Reaktionsproduktes von geringerer Toxizität ein
Zweck vorliegender Erfindung ist, ein hochmolekulares, homogenes und reines Desinfektionsmittel auf GHCI-Basis zu gewinnen, welches über eine wesentlich geringere Toxizität als PHMG, jedoch über eine höhere biozide Aktivität, eine grössere relative Molekularmasse, eine höhere Hydrophylie sowie die Eigenschaften oberflächenaktiver Substanzen aufweist.
Bei der vorgeschlagenen Erfindung wird im Bereich der Synthese ebenfalls die Durchführung der Reaktion in flüssiger Phase bei ständiger Durchmischung von Beginn bis zum Abschluss gewährleistet. Dadurch wird die erforderliche Homogenisierung des Systems, die Einhaltung des erforderlichen Molverhältnisses der Reagenzien im Verlauf der Reaktion, d. h. eine hohe Produktqualität, sowie die Vereinfachung der gerätetechnischen Ausstattung des Prozesses und eine Erleichterung der Sicherheitsanforderungen, die an den Prozess gestellt werden, ermöglicht.
Die gesetzten Ziele werden dadurch erreicht, dass anstelle von HMD flüssige Diamine (DA), die eine höhere Hydrophilie als HMD aufweisen, mit einer Oxyalkylen-Gruppe verwendet werden, insbesondere zum Beispiel Triäthylenglykoldiamin mit einer relativen Molekülmasse von 148, Polyoxypopylendiamin mit einer relativen Molekülmasse von 230 und Polyoxyäthylendiamin mit einer relativen Molekülmasse von 600. Diese Diamine stellen im Vergleich zu HMD Verbindungen mit einer wesentlich geringeren Toxizität dar und gehören zur Klasse der mässig toxischen Stoffe. So wurden für Triäthylenglykoldiamin (rel. Moi. masse 148) folgende toxikologischen Kennzahlen ermittelt : Orale Dosis bei Ratten LD50 =1, 6 g/kg, dermale Dosis bel Kaninchen LD50 = 8 g/kg. Für Polyoxypropylen-diamin (rei.
Mol. masse 230) beträgt die orale Dosis bei Ratten LD5o = 1660 mg/kg und die dermale Dosis bei Kaninchen LD50 = 8000 mg/kg.
Die vorgeschlagenen Diamine sind Flüssigkeiten mit einem höheren Grad an Hydrophilie als HMD, einer geringen Flüchtigkeit und einem relativ niedrigen Dampfdruck, was gewährleistet, dass im Reaktionsverlauf keine Diamindämpfe weder im Reaktionsapparat, noch in der Umwelt vorhanden sind und es im Reaktionsverlauf nicht zu einer Veränderung des Molverhältnisses der Reagenzien führt. Die Verwendung der angeführten Diamine ermöglicht die Durchmischung im flüssigen Reaktionsmedium von Anfang bis Abschluss der Reaktion, d. h. eine effektive Kontrolle des Prozesses.
Die Reaktion erfolgt bei einem Ausgangsmolverhältnis der Reagenzien GHCI und DA 1. 1 bei Temperaturen von 150 oC - 170 oC innerhalb von 18 - 25 Stunden je nach Art des verwendeten Diamins unter standiger Durchmischung. Für die Reaktion wird ein handelsübliches reines (99 %
Reinheit) GHCI verwendet. Als Ergebnis wurden neue polymere Biozide auf GHCI-Basis - die wasserlöslichen Polyoxyalkylen-Guanidin-Hydrochloride - gewonnen, die eine erhöhte Bakterizidl- tät, sowie einen besseren Grad an Hydrophilie und ausgeprägte Eigenschaften polymerer ober- flächenaktiver Substanzen aufweisen.
Der Wert der Mindesthemmkonzentration in % für E. coli beträgt 0, 00007, d. h. wesentlich besser als bei PHMG, eine höhere relative Molekularmasse Mw =
13. 500, d. h. höher als bei PHMG, eine geringere Toxizität, nämlich LDso = 3250 mg/kg für Ratten, im Gegensatz zu PHMG mit LD50 = 2500 mg/kg.
Beispiele zur Illustrierung der praktischen Umsetzung der Erfindung :
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1 :In einen mit einem Mischwerk und einem Luftkühler ausgestatteten Dreihalskolben mit einem Fassungsvermögen vn 250 ml werden bei einer Raumtemperatur von 200 C 25, 28 (0, 17 Mol) von flüssigem Diamin-Triäthylenglykoldiamin (TEDA) (HzN-CH2 CHz-0-CHzCHz-0-CHzCHz- NH), eingefüllt. Anschliessend werden 16,34 g (0,17 Mol) pulverförmiges Guanidin-Hydrochlorid (GHCI) m den Kolben zugegeben. Unter ständiger Durchmischung wird der Kolben 5 Stunden lang bei einer Temperatur von 150 OC erhitzt. Die Viskosität des Reaktionsmediums steigt je nach dem Fortgang der Reaktion, die mit der Abgabe von gasförmigem Ammoniak einhergeht.
In diesem Stadium des Prozesses wurde eine Probe aus dem Reaktionsapparat entnommen. Dieses harzförmige, gelbliche Produkt, ist hydrophil und löst sich rasch zur Gänze in Wasser auf. Die Einwaage eines getrockneten Musters dieses Produktes (Muster 1a) wurde in Wasser aufgelöst und ihre charakteristische Viskosität wurde im Ubbelohde-Viskosimeter gemessen. Diese beträgt [,, ] = 0, 04 dl/g, was unter Beweis stellt, dass bereits in diesem Reaktionsstadium ein polymeres Produkt mit einem Gewichtsmittel der relativen Molekülmasse Mw = 2500 gebildet wird. Dieses Produkt weist bereits biozide Eigenschaften auf (s. Tabelle).
Im weiteren wird die Erhitzung bei der Durchmischung des flüssigen Reaktionsgemisches bei einer Temperatur von 170 C innerhalb von 9 Stunden fortgesetzt. Dabei gehen auch die Gasentwicklung und die Erhöhung der Viskosität des Reaktionsmediums weiter. Nach den angeführten 9 Stunden Reaktionszeit bei einer Temperatur von 170 OC wurde dem Reaktionssystem noch eine andere Probe Nr 1 b) entnommen. Die Farbintensität der polymeren Probe erhöhte sich auf hellbraun. Aus der Messung der charakteristischen Viskositat dieses Musters 1 b) ergab sich der Wert [r)] = = 0, 07 dl/g, was einem Gewichtsmittel der relativen Molekülmasse Mw = 5800 entspricht und was bedeutet, dass die relative Molekülmasse im Verlauf der Reaktion ansteigt. Ebenso erhöht sich die Bakterizidität, s. Tabelle.
Da nach einer Exposition von 9 Stunden bei einer Temperatur von 170 C noch eine Gasentwicklung zu beobachten war, d. h. die Reaktion noch nicht abgeschlossen war, wurde die Erhitzung des Reaktionssystems bei dieser Temperatur von 170 C noch 4 Stunden zusätzlich fortgesetzt. Danach kamen die Gasentwicklung und die Reaktion zum Abschluss.
Anschliessend wurde noch ein Polymermuster 1 c) entnommen und es wurden dessen charakteristische Viskositätswerte gemessen, [] = 0, 085 dl/g, was einer relativen Molekülmasse von Mw = 9100 entspricht. Das Reaktionsprodukt löst sich rasch zur Gänze in Wasser auf und weist eine beträchtliche Hydrophilie auf.
Die Bestimmung der Bestandteile der einzelnen Elemente des polymeren Produkts hat folgende Ergebnisse gezeigt : es wurden ermittelt, in %: C - 40,4; 40,25; N - 19,7; 19,85; H - 7,4; 7,456.
Für CyNsOC ! Hie wurde berechnet, In % : C-40, 1, N - 20, 04 ; H - 7, 63.
Somit wurde ein neues polymeres Produkt gewonnen, welches in seiner Zusammensetzung dem Polytriäthylenglykol-Guanidin-Hydrochlorid entspricht. Das Endprodukt des beschriebenen Experimentes wurde mit einer quantitativen Ausbeute von 98, 7 % gewonnen. Es ist gering toxisch, orale Dosis bei Ratten LDgo = 3100 mg/kg, d. h. es weist eine wesentlich geringere Toxizität als PHMG (s. Tabelle) sowie eine hohe bakterizide Aktivität auf.
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Dieselben Ausgangsreagenzien in derselben Menge und in demselben Molverhältnis wie in Beispiel 1 werden in den Reaktionskolben eingebracht. Die Reaktion erfolgte unter ständiger Durchmischung von Anfang bis zum Abschluss bel einer Temperatur von 150 C im Laufe von 25 Stunden solange, bis kein Ammoniak mehr abgegeben wird.
Das erhaltene Reaktionsprodukt ist wasserloslich, von hellbrauner Farbe mit einer Ausbeute von 99, 1 %. In der Zusammensetzung seiner Elemente entspricht das Reaktionsprodukt dem Polyäthylenglykol-Guanidin-Hydrochlorid.
Zusammensetzung der Elemente es wurden ermittelt, in % C - 40,7; N - 19,65; H - 7,6 in % wurde berechnet. C-40, 01 ; N-20, 04 ; H-7, 63
Die charakteristische Viskosität dieses Musters (Muster 2) wurde gemessen mit 0, 11 (Mw-11800). Dieses Muster weist eine höhere bakterizide Aktivität sowie eine geringere Toxizität als PHMG auf (s. Tabelle).
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Beispiel 3 :
In einen mit einem Mischwerk und einem Luftkühler ausgestatteten Dreihalskolben mit einem Fassungs-vermögen vn 250 ml werden bei einer Raumtemperatur von 20 C 48 g (0, 208 Mol) von flüssigem Polyoxypropylendiamin mit folgender Struktur eingefüllt :
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mit einem Molekulargewicht von 230 und einer äquimolekularen Menge von pulverförmigem Guanidin-Hydrochlorid (GHCI) von 19 g (0, 208 Mol).
Das Gemisch wird unter standiger Durchmischung erhitzt, zunächst 2 Stunden lang bei einer Temperatur von 150 C und anschliessend 9 Stunden lang bel einer Temperatur von 170 OC. In diesem Stadium wurde aus dem Reaktionsgemisch das Muster 3 a) ein hydrophiles, klebriges Produkt von heilbrauner Farbe entnommen und dessen charakteristisch Viskosität gemessen : [111 = 0, 045 dl/g, was einem Molekulargewicht MN - 3000 entspricht. Im weiteren wurde die Erhitzung bei dieser Temperatur von 170 C noch 9 Stunden lang fortgesetzt, bis kein Ammoniak mehr abgegeben wurde, d. h. bis zum Abschluss der Reaktion. Die Ausbeute des Endproduktes beträgt 98, 9 %.
Gemäss den Angaben der Analyse der einzelnen Elemente entspricht das Endprodukt der geforderten Formel von Polyoxypropylen-Guanidin-Hydrochlorid.
Ermittelt wurden in %. C - 50, 85 ; N - 13, 35 ; H - 9, 6
Berechnet wurden in % : C - 50, 4 ; N - 13, 57 ; H - 9, 69.
Es wurde die charakteristische Viskosität des Endproduktes der Reaktion, Muster 3 b) bestimmt, [11] = 0, 12, was einem Molekulargewicht Mw-12500 entspricht, d. h. höher als im Falle von PHMG.
Die Bestimmung der Bakterizidität (E. coli. Stamm Nr. 2590) fur das Muster 3 b) hat im Vergleich zu PHMG dessen höhere biozide Aktivität sowie eine geringere Toxizität gezeigt
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Fassungsvermögen von 250 ml werden bei einer Raumtemperatur von 20 C 124, 8 g (0, 208 Mol) eines flüssigen Diamins - Polyoxyathylendiamin/Polyoxypropilen - mit einem Molekulargewicht von 600 und folgender Strukturformel :
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Weiters wurde bei ständiger Durchmischung das Reaktionsgemisch 25 Stunden lang bei einer Temperatur von 150 C erhitzt. Im Verlauf der Reaktion kam es zu einer Abgabe von Ammoniak und einer Erhöhung der Viskosität des Reaktionssystems. Nach 25 Stunden Erhitzung wurde kein Ammoniak mehr abgegeben, d. h. die Reaktion kam zum Abschluss.
Es wurde ein Reaktionsprodukt mit einer Ausbeute von 99, 1 % abgegeben. Das ist ein Polymer von hellbrauner Farbe, das sich rasch und zur Gänze in Wasser auflöst. Für das gewonnene Polymer, das Muster 4, wurde die charakteristische Viskosität gemessen : [11] = 0, 13, was einem Molekulargewicht Mu - 13500 entspricht, d. h. es wurde zum ersten Mal durch Polykondensat ein Polymer auf Basis von Guanldin-Hydrochlorid mit einer derartig hohen Molekularmasse gewonnen
Laut den Angaben der Analyse der einzelnen Elemente entspricht das gewonnene polymere Produkt Polyoxyäthylen-Guanidin-Hydrochlorid mit der oben angeführten Potyoxyäthyten-Struktur- gruppe.
Ermittelt wurden in % : C-53, 1 ; H-7, 85 ; N-6, 95
Berechnet wurden in % : C - 52,3; H - 7,87; N - 7,04
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Das gewonnene Polymer weist eine geringere Toxizität sowie eine erhöhte Bakterizidität auf (s. Tabelle) Das gewonnene Polymermuster verfügt ebenso über die ausgeprägte Eigenschaft eines oberflächenaktiven Polymers.
Es hat sich gezeigt, dass der für dieses Muster bestimmte Wert der Oberflächenspannung von 32 din/cm der Oberflächenspannung der bekannten oberflächenaktiven Substanz Dodezyl-Natriumsulfat nahekommt. (Hervorzuheben ist, dass bel den PHMG-Mustern keine ausgeprägten oberflächenaktiven Eigenschaften festgestellt werden konnten) Diese Eigenschaft einer oberflächenaktiven Substanz soll ein aktiveres Auftreten biozider Eigenschaften synthetisierter polymerer Produkte an der Phasentrennungsgrenze ermöglichen, und zwar bei der Behandlung (Desinfektion) von Oberflächen sowie bei deren Verwendung als Bestandteil von Waschmitteln.
Tabelle
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<tb>
<tb> Muster <SEP> Nr. <SEP> Charaktenstische <SEP> Gewichtsmittel <SEP> der <SEP> Bakterizidität <SEP> Toxizität
<tb> Viskosität <SEP> [#] <SEP> = <SEP> dllg <SEP> relativen <SEP> Molekul- <SEP> Minimale <SEP> Hemm- <SEP> Orale <SEP> Dosis
<tb> gemessen <SEP> in <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> n <SEP> masse <SEP> konzentration <SEP> LDgo <SEP> mg/kg
<tb> NaCI-Lösung <SEP> bel <SEP> Mw= <SEP> MHK <SEP> in <SEP> % <SEP> (E.
<SEP> coli, <SEP> (bei <SEP> Ratten)
<tb> 25 <SEP> Stamm <SEP> 2590)
<tb> Prototyp <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> 10000 <SEP> 0, <SEP> 0007 <SEP> 2500
<tb> 1 <SEP> a) <SEP> 0, <SEP> 04 <SEP> 2500 <SEP> 0, <SEP> 003 <SEP>
<tb> 1 <SEP> b) <SEP> 0, <SEP> 07 <SEP> 5800 <SEP> 0, <SEP> 0015 <SEP>
<tb> 1 <SEP> c) <SEP> 0, <SEP> 085 <SEP> 9100 <SEP> 0, <SEP> 001 <SEP> 3000
<tb> 2 <SEP> 0, <SEP> 11 <SEP> 11800 <SEP> 0, <SEP> 0003 <SEP> 3100
<tb> 3 <SEP> a) <SEP> 0, <SEP> 045 <SEP> 3000 <SEP> 0, <SEP> 002 <SEP>
<tb> 3 <SEP> b) <SEP> 0, <SEP> 12 <SEP> 12500 <SEP> 0, <SEP> 0001 <SEP> 3150
<tb> 4 <SEP> 0, <SEP> 13 <SEP> 13500 <SEP> 0, <SEP> 00007 <SEP> 3250
<tb>
PATENTANSPRÜCHE :
1 Biozide Polymere auf Basis von Guanidin-Hydrochlorid, dadurch gekennzeichnet, dass diese Vertreter der Reihe der Polyoxyalkylen-Guanidin-Hydrochloride sind und ein Produkt der Polykondensation des Guanidin-Hydrochlorids mit Diaminen darstellen, welche Poly- oxyäthylenketten zwischen zwei Aminogruppen enthalten.
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The invention relates to the synthesis of new biocidal polymers of the polyoxyalkylene-guanidine hydrochloride series by means of polycondensation, which are used as disinfectants in medicine, veterinary medicine, wastewater purification, in the household and in all branches of the economy in which biocidal preparations are required Find.
A number of processes for the synthesis of oligomers and polymers are known which contain in their macromolecules the elements of guanidine hydrochloride which are responsible for the biocidal effect. For example, the process for obtaining the disinfectant - polyhexamethylene guanidine hydrochloride (PHMG) - through the interaction of the hexamethylene diamine (HMD) and a guanidine hydrochloride melt (GHCI) during heating - is known, with HMD being melted beforehand and the process at a molar ratio of HMD and GHCI 1 (0.85-0.95) with uniform addition of the obtained GHCI melt to the HMD melt at a temperature of 180 Co within 2,
5 hours with subsequent increase in temperature to 240 C and heating to this temperature within 5 hours (USSR patent 1616898).
The main disadvantage of this process is the use of the highly toxic reagent HMD. For example, concentrated HMD solutions cause severe burns of the mucous membranes. This disadvantage is characteristic of all processes based on the use of HMD. In addition, another disadvantage is that the PHMG obtained by this process contains additives which were formed in the synthesis stage of GHCI from dicyandiamide (DZDA) and ammonium chloride. The GHCI obtained contains the toxic derivatives of cyanuric acid - amelide and amen as admixtures. In addition to these admixtures, the end product contains the admixture of the toxic parent reagent HMD, which is the first in terms of its toxicity.
Danger class belongs This is caused by the above mentioned catfish in carrying out the process, namely the gradual addition of the first component of the polycondensation reaction to the second against the background of the ongoing process. Carrying out the process of polycondensation at high temperatures leads to sublimation of considerable amounts of HMD from the reaction mixture. This sublimation considerably complicates the implementation of the process and also makes the selection of the corresponding apparatus difficult. In addition, a considerable amount of HMD is entrained with the ammonia escaping , which leads to a change in the required molar ratio of the reagents in the course of the reaction, d.
H. deterioration in product properties (relative molecular mass, solubility, biocidal properties)
Part of the above-mentioned disadvantages of the previous method has been eliminated in another method for PHMG synthesis (Austrian Patent No. 406 163), which was selected as a prototype in the field of synthesis and which is technical in its nature and according to what can be achieved Effect of the present invention comes closest.
The stated aim of the patent cited is achieved by using GHCI, obtained from guanidine carbonate and ammonium chloride, in the manufacture of the disinfectant to be treated, polyhexamethylene guanidine hydrochloride (PHMG) through the interaction of HMD and GHCI during heating. According to this process, HMD and GHCI are mixed simultaneously in a molar ratio of 1: 1. Their interaction takes place at a temperature of 120 oC within 5 hours with a subsequent increase in temperature to 150 ° C. and heating at this temperature for 10 hours. According to this method, the process can be carried out in the medium of polyethylene glycol (relative molecular mass 400) for the purpose of better homogenization of the reaction system.
PHMG samples, which were obtained by the described method, showed an increased blocidity, an increased molecular mass as well as a lower toxicity in comparison with the method according to USSR patent 161 6898.
At the same time, the latter method and its prototype have some other obvious disadvantages.These are the extremely high toxicity of the HMD already mentioned (for HMD, the value of the oral dose for rats is LD50 = 0.75 g / kg, the dermal dose for Rabbit is LD 50 = 1.1 g / kg), which poses a danger to the personnel involved in this process. Another major disadvantage is the extremely high volatility of the HMD. At a temperature of over 42 C, HMD volatilizes easily and changes into a gaseous state.
This complicates the homogenization of the system in the course of the reaction, which leads to
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a constant decrease in its concentration in the reaction system, a disturbance of the required molar ratio with the other reactant GHCI and consequently a deterioration in the product properties. In the course of the reaction, there is a constant condensation of HMD vapors in the cooler, which necessitates a constant exchange of the cooler during the reaction as well as precautionary measures against the penetration of HMD vapors into the work space.
Yet another disadvantage of the known method is that continuous mixing in the reaction apparatus from the start to the end of the reaction is not possible for the purpose of homogenization. This is prevented by increasing the viscosity of the melt. Mixing is therefore stopped at an early stage of the conversion. This in turn does not allow the process to be checked and carried out evenly throughout the reaction volume, which impairs the homogeneity and quality of the product.
The traces of HMD in the polymeric end product also have an overall negative effect on its toxicity and limit the possibility of obtaining a polymeric reaction product of lower toxicity
The purpose of the present invention is to obtain a high-molecular, homogeneous and pure disinfectant based on GHCI, which has a significantly lower toxicity than PHMG, but has a higher biocidal activity, a larger relative molecular mass, a higher hydrophilicity and the properties of surface-active substances.
In the case of the proposed invention, the implementation of the reaction in the liquid phase with constant mixing from the beginning to the end is also ensured in the field of synthesis. This will ensure the required homogenization of the system, compliance with the required molar ratio of the reagents in the course of the reaction, i. H. A high product quality, as well as the simplification of the technical equipment of the process and a simplification of the safety requirements that are placed on the process.
The goals set are achieved in that instead of HMD liquid diamines (DA), which have a higher hydrophilicity than HMD, are used with an oxyalkylene group, in particular for example triethylene glycol diamine with a molecular weight of 148, polyoxypopylene diamine with a molecular weight of 230 and polyoxyethylene diamine with a molecular weight of 600. These diamines are compounds with a significantly lower toxicity than HMD and belong to the class of moderately toxic substances. The following toxicological parameters were determined for triethylene glycol diamine (rel. Moi. Mass 148): oral dose in rats LD50 = 1.6 g / kg, dermal dose for rabbits LD50 = 8 g / kg. For polyoxypropylene diamine (rei.
Mol. Mass 230) is the oral dose in rats LD5o = 1660 mg / kg and the dermal dose in rabbits LD50 = 8000 mg / kg.
The proposed diamines are liquids with a higher degree of hydrophilicity than HMD, a low volatility and a relatively low vapor pressure, which ensures that no diamine vapors are present in the reaction apparatus or in the environment during the course of the reaction and that there is no change in the course of the reaction Molar ratio of the reagents leads. The use of the diamines mentioned enables mixing in the liquid reaction medium from the beginning to the end of the reaction, i. H. effective control of the process.
The reaction takes place at an initial molar ratio of the reagents GHCI and DA 1.1 at temperatures of 150 oC - 170 oC within 18 - 25 hours, depending on the type of diamine used, with constant mixing. A commercially available pure (99%
Purity) GHCI used. As a result, new polymer biocides based on GHCI - the water-soluble polyoxyalkylene guanidine hydrochloride - were obtained, which have an increased bactericidal activity, a better degree of hydrophilicity and pronounced properties of polymeric surface-active substances.
The value of the minimum inhibitory concentration in% for E. coli is 0.00007, i.e. H. much better than with PHMG, a higher relative molecular mass Mw =
13. 500, i.e. H. higher than with PHMG, a lower toxicity, namely LDso = 3250 mg / kg for rats, in contrast to PHMG with LD50 = 2500 mg / kg.
Examples to illustrate the practical implementation of the invention:
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1: In a three-necked flask equipped with a mixer and an air cooler with a capacity of 250 ml, 25, 28 (0.17 mol) of liquid diamine-triethylene glycol diamine (TEDA) (HzN-CH2 CHz-0- CHzCHz-0-CHzCHz-NH). Then 16.34 g (0.17 mol) of powdered guanidine hydrochloride (GHCI) are added to the flask. With constant mixing, the flask is heated at a temperature of 150 ° C. for 5 hours. The viscosity of the reaction medium increases depending on the progress of the reaction, which is accompanied by the release of gaseous ammonia.
At this stage of the process, a sample was taken from the reactor. This resinous, yellowish product is hydrophilic and quickly dissolves entirely in water. The weight of a dried sample of this product (sample 1a) was dissolved in water and its characteristic viscosity was measured in the Ubbelohde viscometer. This is [,,] = 0.04 dl / g, which proves that a polymeric product with a weight average molecular weight Mw = 2500 is already formed in this reaction stage. This product already has biocidal properties (see table).
Furthermore, the heating is continued within 9 hours when the liquid reaction mixture is mixed at a temperature of 170.degree. The evolution of gas and the increase in the viscosity of the reaction medium also continue. After the stated 9 hour reaction time at a temperature of 170 ° C., another sample No. 1 b) was taken from the reaction system. The color intensity of the polymer sample increased to light brown. Measurement of the characteristic viscosity of this sample 1 b) gave the value [r)] = = 0.07 dl / g, which corresponds to a weight-average molecular weight Mw = 5800 and which means that the molecular weight in the course of the reaction increases. Bactericidal activity also increases, see Table.
Since after 9 hours of exposure at a temperature of 170 C, gas evolution was still observed, i. H. the reaction was not yet complete, the heating of the reaction system was continued for an additional 4 hours at this temperature of 170.degree. Then the gas evolution and reaction came to a conclusion.
A polymer sample 1 c) was then removed and its characteristic viscosity values were measured, [] = 0.085 dl / g, which corresponds to a relative molecular weight of Mw = 9100. The reaction product completely dissolves rapidly in water and exhibits considerable hydrophilicity.
The determination of the constituents of the individual elements of the polymeric product has shown the following results: the following were determined, in%: C - 40.4; 40.25; N - 19.7; 19.85; H - 7.4; 7,456.
For CyNsOC! Here was calculated, In%: C-40, 1, N - 20, 04; H - 7, 63.
Thus, a new polymeric product was obtained, which corresponds in composition to the polytriethylene glycol guanidine hydrochloride. The end product of the experiment described was obtained with a quantitative yield of 98.7%. It is slightly toxic, oral dose in rats LDgo = 3100 mg / kg, i.e. H. it has a significantly lower toxicity than PHMG (see table) and a high bactericidal activity.
EMI3.2
The same starting reagents in the same amount and in the same molar ratio as in Example 1 are introduced into the reaction flask. The reaction was carried out with constant mixing from the beginning to the end at a temperature of 150 ° C. over the course of 25 hours until no more ammonia was released.
The reaction product obtained is water-soluble, of light brown color with a yield of 99.1%. In the composition of its elements, the reaction product corresponds to the polyethylene glycol guanidine hydrochloride.
Composition of the elements were determined, in% C - 40.7; N - 19.65; H - 7.6 in% was calculated. C-40.01; N-20.04; H-7, 63
The characteristic viscosity of this sample (Sample 2) was measured at 0.11 (Mw-11800). This pattern shows a higher bactericidal activity and a lower toxicity than PHMG (see table).
<Desc / Clms Page number 4>
Example 3:
In a three-necked flask equipped with a mixer and an air cooler and with a capacity of 250 ml, 48 g (0, 208 mol) of liquid polyoxypropylenediamine with the following structure are introduced at a room temperature of 20 C:
EMI4.1
with a molecular weight of 230 and an equimolecular amount of powdered guanidine hydrochloride (GHCI) of 19 g (0, 208 mol).
The mixture is heated with constant mixing, first at a temperature of 150 ° C. for 2 hours and then at a temperature of 170 ° C. for 9 hours. At this stage, the sample 3 a) was taken from the reaction mixture, a hydrophilic, sticky product of a healing brown color, and its characteristic viscosity was measured: [111 = 0.045 dl / g, which corresponds to a molecular weight MN-3000. Furthermore, the heating was continued at this temperature of 170 ° C. for 9 hours until no more ammonia was released, i. H. until the reaction is complete. The yield of the end product is 98.9%.
According to the analysis of the individual elements, the end product corresponds to the required formula of polyoxypropylene-guanidine hydrochloride.
Were determined in%. C - 50.85; N - 13.35; H - 9.6
The following were calculated in%: C - 50, 4; N - 13.57; H - 9.69.
The characteristic viscosity of the end product of the reaction, sample 3 b) was determined, [11] = 0, 12, which corresponds to a molecular weight Mw-12500, i.e. H. higher than in the case of PHMG.
The determination of the bactericidal activity (E. coli. Strain no. 2590) for sample 3 b) showed, compared to PHMG, its higher biocidal activity and a lower toxicity
EMI4.2
The capacity of 250 ml at a room temperature of 20 C is 124.8 g (0, 208 mol) of a liquid diamine - polyoxyathylenediamine / polyoxypropilene - with a molecular weight of 600 and the following structural formula:
EMI4.3
EMI4.4
Furthermore, with constant mixing, the reaction mixture was heated at a temperature of 150 ° C. for 25 hours. During the course of the reaction, ammonia was released and the viscosity of the reaction system increased. After 25 hours of heating, no more ammonia was released, i.e. H. the reaction came to an end.
A reaction product was released in a yield of 99.1%. It is a polymer of a light brown color that quickly and completely dissolves in water. For the polymer obtained, sample 4, the characteristic viscosity was measured: [11] = 0.13, which corresponds to a molecular weight Mu - 13500, i.e. H. a polymer based on guanldine hydrochloride with such a high molecular mass was obtained for the first time by polycondensate
According to the data from the analysis of the individual elements, the polymer product obtained corresponds to polyoxyethylene guanidine hydrochloride with the above-mentioned potyoxyethylene structure group.
The following were determined in%: C-53, 1; H-7, 85; N-6.95
The following were calculated in%: C - 52.3; H - 7.87; N - 7.04
<Desc / Clms Page number 5>
The polymer obtained has lower toxicity and increased bactericidal activity (see table). The polymer sample obtained also has the pronounced property of a surface-active polymer.
It has been shown that the value of the surface tension of 32 din / cm determined for this pattern comes close to the surface tension of the known surface-active substance dodezyl sodium sulfate. (It should be emphasized that no pronounced surface-active properties could be determined in the PHMG patterns) This property of a surface-active substance is intended to enable biocidal properties of synthesized polymeric products to appear more actively at the phase separation boundary, both in the treatment (disinfection) of surfaces and in their Use as part of detergents.
table
EMI5.1
EMI5.2
<tb>
<tb> Sample <SEP> No. <SEP> Character tables <SEP> Weight average <SEP> of the <SEP> Bactericidal activity <SEP> Toxicity
<tb> Viscosity <SEP> [#] <SEP> = <SEP> dllg <SEP> relative <SEP> molecule- <SEP> minimal <SEP> inhibitory- <SEP> oral <SEP> dose
<tb> measured <SEP> in <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> n <SEP> mass <SEP> concentration <SEP> LDgo <SEP> mg / kg
<tb> NaCI solution <SEP> bel <SEP> Mw = <SEP> MIC <SEP> in <SEP>% <SEP> (E.
<SEP> coli, <SEP> (in <SEP> rats)
<tb> 25 <SEP> strain <SEP> 2590)
<tb> Prototype <SEP> 0, <SEP> 1 <SEP> 10000 <SEP> 0, <SEP> 0007 <SEP> 2500
<tb> 1 <SEP> a) <SEP> 0, <SEP> 04 <SEP> 2500 <SEP> 0, <SEP> 003 <SEP>
<tb> 1 <SEP> b) <SEP> 0, <SEP> 07 <SEP> 5800 <SEP> 0, <SEP> 0015 <SEP>
<tb> 1 <SEP> c) <SEP> 0, <SEP> 085 <SEP> 9100 <SEP> 0, <SEP> 001 <SEP> 3000
<tb> 2 <SEP> 0, <SEP> 11 <SEP> 11800 <SEP> 0, <SEP> 0003 <SEP> 3100
<tb> 3 <SEP> a) <SEP> 0, <SEP> 045 <SEP> 3000 <SEP> 0, <SEP> 002 <SEP>
<tb> 3 <SEP> b) <SEP> 0, <SEP> 12 <SEP> 12500 <SEP> 0, <SEP> 0001 <SEP> 3150
<tb> 4 <SEP> 0, <SEP> 13 <SEP> 13500 <SEP> 0, <SEP> 00007 <SEP> 3250
<tb>
PATENT CLAIMS:
1 Biocidal polymers based on guanidine hydrochloride, characterized in that these are representatives of the series of polyoxyalkylene guanidine hydrochlorides and are a product of the polycondensation of guanidine hydrochloride with diamines which contain polyoxyethylene chains between two amino groups.