Procédé de fabrication d'un produit germicide, microbicide et fongicide
La présente invention a trait à un procédé de fabrication d'un produit germicide, microbicide et fongicide, dans lequel de l'iode est combiné sous forme d'un complexe avec un composé d'ammonium quaternaire.
La capacité des agents tensio-actifs du type ammonium quaternaire de former un complexe avec de l'iode élémentaire ou de fixer de l'iode a été décrite dans le brevet USA Darragh et al.
N"2679533, délivré le 25 mai 1954. Dans ce brevet, on insiste sur l'utilisation de certains composés d'ammonium quaternaire présentant des propriétés germicides, comme agent de formation du complexe.
Il a été découvert que des complexes iodeammonium quaternaire présentant des propriétés uniques et particulièrement avantageuses peuvent 8tre préparés en utilisant comme agent de formation de complexe certains composés d'ammonium quaternaire qui ne présentent, pour la plupart, qu'une très faible activité germicide, mais qui ont la capacité de se combiner de façon très stable avec de l'iode et de prolonger ainsi l'activité germicide de l'iode combiné.
Le procédé selon l'invention est caractérisé par le fait que l'on forme un complexe en faisant réagir de l'iode ou un halogénure d'iode avec un composé d'ammonium quaternaire portant comme substituants un à deux groupes alcoyle gras de C12 à CL8, un radical oxyéthylénique comprenant 2 à 200 groupes oxyéthylène ou deux radicaux oxyéthyléniques comprenant au total 2 à 200 groupes oxyéthylène.
De tels composés peuvent être représentés par la formule :
EMI1.1
dans laquelle au moins l'un des substituants R, et R3 est un groupe alcoyle gras en C12 à C18, au moins l'un des substituants R2 et R3 est un groupe (CHzCH20) y H dans lequel la valeur cumulative pour y dans les substituants R2 et R3 est un nombre entier compris entre 2 et 200 ;
R3, s'il n'est pas un groupe alcoyle gras, peut être un radical alcoyle inférieur, phényle ou benzyle ; R4, s'il n'est pas un reste oxyéthylénique, peut être un radical alcoyle inférieur, benzyle ou benzyle substitué, tel que les radicaux alcoyle-benzyle, alcoxy-benzyle, nitro-benzyle et halo-benzyle, X est un anion.
La plus grande partie des composés quaternaires tombant sous la formule générale ci-dessus ont une faible action germicide. Les avantages essentiels des complexes résultant du procédé selon l'invention ne proviennent cependant pas de l'activité germicide du composé quaternaire lui-même, mais de son plus grand pouvoir de combinaison avec de l'iode qui en fait un meilleur support pour l'iode.
Ces avantages peuvent être démontrés par un ou plusieurs des types suivants de tests d'activité : a) Test de stabilité en ce qui concerne la perte d'iode
due à sa tension de vapeur. b) Test de stabilité en ce qui concerne la perte
d'iode due à l'adsorption, qui peut être mesurée
par traitement de solutions aqueuses de composés
porteurs d'iode avec du charbon adsorbant. c) Test de pouvoir germicide par un procédé décrit
par Cantor et Shelanski dans un article intitulé :
Test de pouvoir germicide publié dans Soap
and Sanitary Chemicals, Vol. 27, page 133
(1951), ce procédé ayant été republié et recom
mandé dans le manuel le plus moderne et faisant
autorité en ce qui concerne les procédés d'estima
tion et intitulé :
Antiseptiques, désinfectants,
fongicides et stérilisation édité par C. F. Red
dish et publie par Lee et Febiger en 1954 (le
passage qui nous intéresse étant rédigé par L. S.
Stuart et débutant à la page 125). d) Un test modifié du pouvoir germicide qui com
prend un traitement préliminaire avec du char
bon adsorbant tel qu'en b) ci-dessus suivi d'un
test de pouvoir germicide tel qu'en c) ci-dessus
de la solution résiduelle après traitement au
charbon.
Dans les produits obtenus par le présent procédé, l'iode, quoique lié de façon beaucoup plus ferme que dans d'autres complexes connus à base de composés tensio-actifs, peut être libéré en présence de micro-organismes (virus, bactéries, fongus, etc.) de façon à exercer son action germicide ou fongicide. Cette liaison plus ferme de l'iode a pour conséquence une action germicide microbicide, et fongicide bien plus prolongée des complexes, même dans des conditions défavorables, comme c'est le cas lorsqu'ils sont exposés sur de grandes surfaces à l'atmosphère.
Comme utilisations typiques des produits ici obtenus, on peut citer leur emploi comme antiseptiques d'usage général, soit seuls, soit combinés avec des détersifs synthétiques, pour la désinfection prolongée d'espaces clos, d'appareils spéciaux tels que des appareils pour manipuler les aliments, des appareils d'hôpitaux, etc.
Une autre utilisation pratique de ces produits est le traitement de types variés de papiers, tissus, etc., pour permettre leur utilisation subséquente comme agents stérilisants et désinfectants. Par exemple, une serviette de papier traitée devient un agent stérilisant ou désinfectant lorsqu'elle est humidifiée, ce qui se produit en essuyant des objets ou les mains. Dans de telles utilisations, les produits obtenus par le présent procédé ont encore l'avantage d'adhérer de façon ferme aux articles traités en raison du comportement particulier des composés d'ammonium quaternaire vis-à-vis des papiers et de divers tissus. De façon similaire, ce comportement rend ces produits particulièrement indiqués pour être utilisés dans des préparations destinées à être appliquées sur des zones pileuses de l'épiderme de l'homme et des animaux.
La proportion d'iode que l'on fait réagir avec le composé d'ammonium quaternaire peut varier dans de larges limites dépendant en partie de l'utilisation désirée du produit final. Des résultats très avantageux sont obtenus lorsque 5 à 800 % d'iode par rapport au poids du composé quaternaire sont mis à réagir.
Dans certains cas, toutefois, une quantité d'iode quelque peu inférieure à 5 % peut conférer les propriétés germicides désirées au produit final.
Il faut remarquer que dans lesdites limites de 5 à 800 % d'iode, les composés d'ammonium quaternaire exercent une action avantageuse de diminution de la tension de vapeur d'iode et, avec certains composés d'ammonium quaternaire, cet effet se retrouve même dans des préparations contenant jusqu'à 1000 % d'iode (ou 10 % de composé à base d'ammonium quaternaire par rapport au poids total d'iode). Lorsque la teneur en iode dépasse environ 50 % par rapport au poids du composé à base d'ammonium quaternaire, la présence d'un autre produit iodophorique ou d'un simple agent solubilisant de l'iode est nécessaire comme décrit ci-dessous de façon à permettre l'obtention d'une préparation physiquement stable.
Le présent procédé peut être exécuté par dissolution d'iode élémentaire dans le composé d'ammonium quaternaire. Un simple mélange mécanique ou une mouture provoquera fréquemment la dissolution de la quantité désirée d'iode dans le composé d'ammonium quaternaire et sa fixation sous forme de complexe. L'iode peut encore être dissous dans un solvant volatil tel que l'éthanol ou l'alcool isopropylique et la solution obtenue mélangée au composé d'ammonium quaternaire. Le solvant peut demeurer dans le produit final ou, si besoin est, en être séparé par distillation. La manière particulière de préparer le complexe, soit par mélange mécanique, soit à l'aide d'un solvant, ne semble pas affecter les propriétés du complexe résultant.
On obtient les mêmes complexes en faisant agir l'iode sous forme d'halogénure d'iode (du monohalo génure au trihalogénure) tel que le chlorure d'iode ou le bromure d'iode.
Les produits résultant de la mise en ceuvre du procédé selon l'invention peuvent être obtenus et vendus sous la forme de liquides ou de solides destinés à être dilués avec de 1'eau pour former la solution devant être utilisée ou encore sous forme d'une préparation prête à l'usage dans laquelle le complexe peut être associé avec des quantités importantes d'un diluant liquide ou solide. Il est indiqué que tels diluants comprennent un composé donnant une réac- tion acide au milieu tel que de l'acide chlorhydrique, de l'acide phosphorique, etc.
Dans les concentrés liquides et les solutions prêtes à l'usage, le diluant sera de préférence de 1'eau quoiqu'un solvant organique tel que du méthanol, de l'éthanol et du propanol normal ou de l'isopro- panol ou encore des mélanges de solvants aqueux et organiques peuvent également être utilisés.
Comme diluants solides pour la préparation de concentrés et de produits prêts à l'usage, des détersifs synthétiques sous forme solide ont été utilisés (en particulier dans des cas où l'on désire produire une action combinée de nettoyage et de désinfec- tion) de même que des substances telles que de l'urée qui servent de diluants.
Exemple I
On a utilisé des composés d'ammonium quaternaire de formule suivante :
EMI2.1
dont la structure est indiquée dans le tableau suivant :
Tableau I
Total < cy
Quat. Ri R2 R3 R4 X en R2+R3
a St#aryle (CH2CH2O)y.H (CH2CH2O)y.H CH3 I 15
b Stéaryle CH3 I 2
cStéaryleCHg150
d St#aryle # # CH3 Cl 15
e Stéaryle benzyle I 15
f Lauryle CH3 I 15
g Lauryle "CH8 I 2
h Lauryle benzyle C1 2
Stéaryle p-xylyle Br 15
Stéaryle p-nitro-benzyle C1 15
k St#aryle # # p-m#thoxy
benzyle Cl 50
l St#aryle # # C2H5 Br 15
m Lauryle Lauryle CH3 I 15
n Lauryle Lauryle CH, I 30
o Lauryle # (CH2CH2.O)y;
H CH3 I 50
p St#aryle # # CH3 I 93
q Lauryle # # CH3 CH3OSO2O- 15
Les complexes ont été préparés par mélange mécanique de cinq parties en poids du composé d'ammonium quaternaire avec une partie en poids d'iode (20 % d'iode par rapport au poids du composé d'ammonium quaternaire) jusqu'à ce que l'iode ait été entièrement dissous et fixé dans le composé d'ammonium quaternaire.
La détermination de perte d'iode due à l'adsorp- tion sur du charbon a donné les résultats suivants exprimés en ppm d'iode titrable (tous les échantil- lons titrant à l'origine 100 :
Tableau II
complexe d'iode ppm d'iode
avec composé après adsorption
d'ammonium quaternaire au charbon
a 42
b 54
d 24
g 10
h 22
i 36
34
k 26 complexe connu d'iode
et de chlorure
de dodécyl-benzyl-
triméthyl-ammonium 5 LUGOL (solution de) < 2
Dans les tests de pouvoir germicide,
l'activité germicide de l'iode dans une solution à 100 ppm de complexe est tellement prolongée qu'elle rend la méthode d'essai susmentionnée de Cantor-Shelanski inutilement incommode et de longue durée. Pour cette raison, et étant donné que l'adsoption due au carbone est comparable à celle due aux souillures qui se rencontrent dans différents cas de désinfection, les complexes ont été étudiés en ce qui concerne leur pouvoir germicide après traitement au charbon.
Les résultats de ces essais de pouvoir germicide sont indiqués au tableau ci-dessous avec des données se référant à une première et à une seconde addition de portions de cultures d'essai. Dans le tableau, le pouvoir germicide pour-cent, dû au synergisme, est obtenu en soustrayant du pouvoir germicide pourcent dû au complexe d'iode quaternaire, le total des pourcentages de pouvoir germicide dus au composé d'ammonium quaternaire seul et à l'iode (solution de Lugol) seul (après traitement au charbon). Il faut noter que le traitement au charbon d'une solution à 100 ppm (iode) du complexe connu d'iode ci-dessus mentionné réduisit l'iode à 5 ppm, tandis que le traitement au charbon d'une solution à 100 ppm (iode) de Lugol réduisit l'iode titrable à moins de 2 ppm.
Dans le tableau ci-après, la somme des pourcentages de pouvoir germicide dû au synergisme dans les deux additions de cultures d'essai est indiquée comme synergisme total % o. Cette valeur indique l'étendue de l'activité prolongée due à la stabilité de la fixation de l'iode par le composé quaternaire.
Tableau III
Essai de pouvoir germicide Pourcentage de pouvoir germicide
(1 minute)
Addition I Addition II
Quat. Quat. la Quat. Lugol Synergisme Quat. I2 Quat. Lugol Synergisme Synergisme
(Tab. ï) +C +C +C /o +C"+C +C /o Total /o
a 99,8 46.43.10,8 83.0 6.77.87,8
b 69 18.43.8.43.7.6.30.38.
c 98 42.43.13.42.0.6.36.49.
d 92 27.43.22.37.0.6.31.53
e 99,1 67.43. 70.14.6.50.50.
f 92.33.43.16.42.0.6.36.52.
g 98.19.43.36.33.18.6.9.45.
i 86. 24.43.19.29.0.6.23.42.
j 99, 9 38.43.18,9 71.0.6.65.83,9
k 99,9 10.43.46,9 97.0.6.91.135,9
complexe
connu 95,7 73.43. 73.77.6.-*-*
Le synergisme ne se produit pas en raison du pouvoir germicide élevé du composé quaternaire lui-même.
Toutefois, il ressort, dans le cas a e , que le pouvoir germicide de l'iode persiste lors de la seconde addition de culture ; par contre, dans le cas du complexe connu, l'activité persistante après la seconde addition de culture est due au composé quaternaire lui-même comme indiqué par l'équivalence pratique des deux chiffres (73 et 77) et comme vérifié par l'absence d'iode titrable après la seconde addition de culture.
Un autre test intéressant est la détermination de la stabilité en ce qui concerne les pertes d'iode dues à l'évaporation.
Dans ce but, les complexes d'iode quaternaire figurant sur le tableau ci-dessous furent préparés en utilisant les différents composés d'ammonium quaternaire indiques au tableau I mais avec dans chaque cas une partie d'iode pour dix parties de composé d'ammonium quaternaire (10 % d'iode basé sur le poids du composé quaternaire). Les lettres ayant trait aux différents échantillons ont pour but d'iden- tifier les composés quaternaires mentionnés au tableau I.
Tableau IV
Résistances aux pertes d'iode dues à l'évaporation
Complexe d'iode Pourcentage d'iode
et de composés ppm initial restant
quaternaires en iode après dix heures
a 840 98
b 1025 99
c 865 73 *
d 1020 95
e 1050 97
f 880 76
g 925 98
h 1110 98
875 73
1005 95
k 975 75 *
1 875 98
m 840 97
n 870 98
o 970 72 *
p 1270 39*
q 940 94 complexe connu 1138 30
'En comparant les données du tableau IV avec celles du tableau I, on notera que, à mesure que le nombre total des groupes (CH2CH2O) augmente de 50 à 93, il y a une augmentation progressive de la perte d'iode due à l'évapo- ration sous les conditions de l'essai.
Même une réduction de la teneur en iode à 39 /o au cours d'un essai de dix heures (comme dans le cas du complexe p) représente une stabilité de l'iode à l'évaporation dépassant largement celle qui est obtenue avec des supports du type anionique et non ionique.
Tandis que la quantité de groupes (CH2CH20) augmente progressivement, la toxicité, particulièrement la toxicité orale du complexe iode-composé quaternaire, diminue progressivement. Les avantages d'une toxicité réduite peuvent, dans de nombreux cas d'application des complexes, compenser certains désavantages possibles résultant d'une stabilité réduite à 1'6vaporisation. A ce sujet, il faut également noter que, pour certains usages des complexes, une liaison trop solide, c'est-à-dire une rétention trop marquée de l'iode au cours de 1'essai de dix heures mentionné au tableau IV, peut être contre-indiquée et, dans ce cas, une rétention d'iode plus faible dans les conditions de 1'essai pourrait en réalité constituer une propriété avantageuse du complexe.
Les exemples suivants illustrent la fabrication de compositions typiques de complexes et certaines caractéristiques de ces derniers.
Exemple 2
Dix parties en poids d'iode élémentaire sont dissoutes par mélange mécanique dans 50 parties en poids de composés d'ammonium quaternaire indiqués par a au tableau I. Ce complexe d'iode-ammonium quaternaire est dissous dans 30 parties en poids d'eau contenant dix parties en poids d'acide phosphorique et formant ainsi un concentré germicide liquide susceptible d'être dilué par addition d'eau pour former les solutions prêtes à l'usage. Une telle dilution prête à l'usage et contenant approximativement 1000 ppm d'iode titrable retient plus de 90 % d'iode titrable lorsqu'elle est soumise au test de vaporisation de dix heures décrit ci-dessus.
Exemple 3
15g d'iode élémentaire sont dissous dans 150 g de composé d'ammonium quaternaire marqué c au tableau I par mélange à 45O C, pendant 15 minutes.
155 g de ce complexe d'iode ammonium quaternaire sont mélangés avec 465 g d'urée pulvérulente et moulus intimement de façon à former une poudre homogène qui se dissout rapidement dans 1'eau pour former des solutions germicides contenant 100 à 10 000 ppm, ou d'autres quantités requises d'iode titrable. Un échantillon du produit pulvérisé après une période de magasinage d'un an dans un récipient clos n'a pas subi de perte sensible en iode titrable.
Exemple 4
On forme un complexe, par mélange à 50 C pendant une heure, de 0,1 g d'iode élémentaire avec 1 g du composé d'ammonium quaternaire indiqué par c au tableau I. Ce complexe est dissous dans un litre d'eau distillée et donne une solution contenant 98,4 ppm d'iode titrable. Dans 95 cm3 de la solution susmentionnée, 1,51 g de matériau o-cellulosique est agité à température ordinaire pendant vingt minutes. La boue qui en résulte est ensuite filtrée sur une plaque de verre frittée et lavée avec 50 cm3 d'eau distillée. Le matériau o-cellulosique résiduel (pulpe de papier) est de couleur jaune foncé et contient 10,5 mg d'iode titrable.
Exemple S
1,065 g de monochlorure d'iode sont dissous dans 6,120 g du composé d'ammonium quaternaire portant l'indication d au tableau I, pour donner un complexe qui, lorsqu'il est titré avec du thiosulfate de sodium 0,1 N, donne un pourcentage d'iode effectif de 18,9 % (comparé avec la proportion théorique de 23,2 %). Après six mois de magasinage à température ambiante, cette préparation titre-13, 3 % d'iode.
Exemple 6
1,411 g de monobromure d'iode est mélangé et complexé avec 11,321 g du composé d'ammonium quaternaire portant la lettre de référence a au tableau I pour donner un complexe qui, lors de sa titration avec du thiosulfate de sodium 0,01 N donne un pourcentage d'iode effectif de 11,7 % (théoriquement 13,6 %).
Les complexes de chlorure d'iode et bromure d'iode faisant l'objet des exemples 5 et 6 se dissolvent facilement dans l'eau pour former des concentrés germicides ou des solutions prêtes à l'usage contenant 100 à 1000 ppm, ou d'autres quantités désirées d'iode titrable. Il est bien entendu que des compositions peuvent être obtenues dans lesquelles un autre agent solubilisant complexant l'iode est également présent, tel qu'un agent tensio-actif non ionique ou anionique, l'iodure de sodium ou de potassium, etc.