CN102083309A

CN102083309A - 具有杀生物活性的硅氧烷弹性体产品

Info

Publication number: CN102083309A
Application number: CN2009801240796A
Authority: CN
Inventors: M·费伯; C·勒巴伦; F·雷诺
Original assignee: Saint Gobain Performance Plastics France
Current assignee: Saint Gobain Performance Plastics France; Saint Gobain Performance Plastics Corp
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2009-06-22
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2029-06-22
Also published as: FR2932648B1; ATE511351T1; WO2010007284A2; US20110165246A1; JP2011525524A; US9439417B2; WO2010007284A3; JP5571661B2; FR2932648A1; EP2211613A2; CN102083309B; EP2211613B1

Abstract

本发明涉及在其表面上具有杀生物活性的由基于硅氧烷的体系获得的抗菌产品，所述体系包括硅氧烷弹性体基质和选自以下的颗粒的无机填料：二氧化硅或更一般地硅铝酸盐，例如沸石或者膨润土，所述颗粒被分散在所述基质内部并且包括在它们的表面上接枝的包括至少一个季铵官能团的烷基硅烷类型的分子。

Description

具有杀生物活性的硅氧烷弹性体产品

本发明涉及抗菌和生物相容的产品（特别地用于食品应用）的领域。更特别地，本发明涉及从基于硅氧烷的有机硅体系获得的在其表面上具有抗菌杀生物活性的产品。

本发明的目的是提供具有抗菌活性但特别地与在食品领域中的使用相容的产品。这种产品的用途的可能的实例之一特别地是制备用于递送食物液体（如咖啡、果汁、汤等等）的管。

因此，举例来说，如果用于递送食物液体的管用于分配装置（machine distributrice）中，在没有该管的任何抗菌处理时，需要非常频繁地更换它以避免任何与细菌或者霉菌菌落生长（首先在内部孔表面上然后在停滞的液体中）有关系的食品中毒的风险。这种更换是非常昂贵的并且容易地想象到最轻的疏忽可能具有非常严重的健康后果。

不同聚合物基质用于制备抗菌食品管的用途已经是熟知的：如此鉴别了由不同性质的基质（例如PVC、TPE、TPU或者硅氧烷）得到食品管。一般地，目前通常的是在这些基质中分散具有抗菌作用的试剂，最一般地基于银盐，以特别地限制细菌的生长，如Pseumodas Aeruginosa或者大肠杆菌(Escherichia Coli)，其是对人类健康最危险的。

最近，已经发现可以使用其它具有抗菌作用的一样效力但更便宜的分子替换银。特别地可以提及季铵衍生物，其杀生物作用可以例如在专利申请WO99/32157中得到证明。

还更近地，还在专利US6572926B1中描述了使用还具有能够根据互相贯通网络聚合进入到上述类型的聚合物基质中的烷氧基烷基硅烷类型末端的季铵盐。

这些解决方案可以解决上面提出的防止或者至少大大地限止细菌群体的生长的问题。然而，它们具有主要缺点：杀生物分子的一部分连续地被释放进入该管的孔中和进入在其中循环的液体中。即使如此释放的材料的量经证明是极少的，它也构成食物液体的另一种污染，其后果甚至至今也是了解不充分的。

本发明的目的因此提供从新型材料获得的产品，该新型材料的杀生物活性可以大大地限制细菌和其它微生物在它的表面上的繁殖但是其对于外界环境是惰性的，即其杀生物组分不能够"渗出"并且在材料的表面上被盐析出并进入外界环境中。

这种目的根据本发明通过使用本发明主题的产品而达到。

更具体地，本发明涉及在其表面上具有杀生物活性的从基于硅氧烷的体系获得的抗菌产品，所述体系包括硅氧烷弹性体基质和选自以下的颗粒的无机填料：硅石(silices)、沸石或者膨润土，或更一般地硅铝酸盐，所述颗粒被分散在所述基质内部并且包含在它们的表面上接枝的包括至少一个季铵官能团的烷基硅烷类的分子。

优选地，接枝的烷基硅烷分子从至少一种下面类型的前体获得：

其中:

- m是1至10的整数，包括端值，

- n等于0、1或2，

- R表示CH₃-(CH₂)_w-类型直链烷基链，其中w为0-5，或者所述直链异构支化形式，

- R¹是任选地包含醇和/或醚、桥氧(époxy)、芳基官能团的烃链，

- R²基团，在相同前体上是相同的或者不同的，每个表示(CH₂)_z-CH₃类型的直链烷基链，其中z为1-30，或者所述直链的异构支化形式，

- R³是直链烷基链CH₃-(CH₂)_w，w为0-5，或者所述直链的异构支化形式或者另一烷基硅烷基团。

根据本发明特别优选这样的前体，其中m=1，n=0，w=0、1或2，R¹表示(CH₂)_y类型直链的烷基，y为1-10，优选地1-5，或者所述直链形式的异构支化形式，其中优选地对于至少一个R²基团，z大于15。

明显地理解的是，关于上面列出的值（无论在宽的范围内或者优选的数值范围内甚至数值本身）的所有的组合根据本发明是可能的。可考虑所述数值（特别地m，n，w，R¹，R²和z）的所有组合，并且其应该被认为是通过这种简单的引用而被包括在本说明书中，即使它们没有被明确地描述(以免不必要地扩展本说明书)。

根据有利的实施方案，接枝的烷基硅烷分子从下式的前体获得：

根据本发明，构成无机填料的颗粒的平均尺寸有利地为0.01微米-500微米，优选地0.1微米-200微米。

所述颗粒特别地可以由无定形材料，优选地无定形二氧化硅构成，其比表面积为10-1000m²/g，优选地50-500m²/g。

根据优选的实施方式，烷基硅烷与硅氧烷弹性体基质的质量比低于3%，甚至低于2%。根据本发明，所述质量比优选地大于0.01%。根据外部介质的污染的类型和严重性，可以使质量比达到大于0.05%甚至大于0.1%的目标值而不脱离本发明的范围。

另一方面，本申请人已经发现，大大降低量的杀生物剂，大约0.005%，甚至更低，仍然将产生非常大的杀生物活性，只要其被接枝在根据本发明的填料的表面上。在不脱离本发明的范围的情况下，这种量，例如大约0.005%-0.01%的烷基硅烷与硅氧烷弹性体基质的质量比应该被认为还是在本发明的范围内。

根据在传统的食品使用中可应用的实例，该质量比可以理想地为0.01%-0.2%。

无机填料与硅氧烷弹性体基质的质量比可以为0.1%-50%，优选地0.5%-20%。

本发明还涉及如上所述的硅氧烷弹性体管用于递送食物液体（例如咖啡、果汁、汤或者其它食物液体）的用途。

根据本发明的产品用于食品领域中但是非常明显地不限制于此。作为可能的使用领域，特别地可以提及（该名单不是限制性的）：其中细菌的存在可能产生问题的任何食品或者非食品领域，例如作为计算机硅氧烷键盘的构件，其用于制备硅氧烷接触键，作为用于健康或者工业应用的硅氧烷密封接头，其用于制备在飞机中的气体流通管或者冷凝水管道或更一般地在飞机中的空气管道。

在本说明书的意义上，"产品"被理解为表示可具有在三维空间中任何形状的物品。作为这种产品或者物品的实例，可以提到板、片、管、实心或者空心球体，或者任何其它体积。

“硅氧烷弹性体”被理解为表示任何在三维空间中可聚合的体系，其作为起始单体或者聚合物具有至少50%的具有聚二甲硅氧烷链的化合物。举例来说，所谓"过氧化物催化"硅氧烷弹性体、所谓"铂盐催化"硅氧烷弹性体、具有可水解基团（实例：甲氧基、乙氧基）的聚二甲基硅氧烷单体或者聚合物及其它在本领域中已知的可交联体系。

特别地，根据本发明可以无差别地使用从组合物获得的硅氧烷弹性体，该组合物在不同类型催化剂或者其它交联剂的作用下在环境温度下交联(称为RTV组合物)或者更高的温度下交联(高温硬化或者HTV组合物)。可以选择该初始弹性体组合物用于在加热或者辐射的作用（如UV或者IR）下交联。根据本发明，还可以使用以单、双或者三组分形式存在的或多或少官能化的硅氧烷弹性体。

根据本发明可以使用的硅氧烷弹性体例如为先前在专利申请EP1115364A1中描述的那些。

可以将天然或者合成的无机化合物，特别地粘土、硅铝酸盐、硅石类型无机化合物，增强剂、颜料、染料或者其它已知的通常用于制备硅氧烷弹性体中的添加剂加入到这些硅氧烷弹性体中。

“杀生物”理解为表示任何用于通过致死的或者非致死的作用来破坏、抵抗有害生物体、或者使其无害以防止其作用或者对抗它们。

举例来说，有害的生物体，其在本说明书还以总称微生物或者微生物剂进行表示，一般地为单细胞生物，如细菌、酵母等。根据本发明特别地可以使用在专利US6572926B1中描述的杀生物剂。

“表面”理解为表示硅氧烷弹性体与其外界环境接触的任何部分，该外界环境可以是气态，固体或者液体的，特别地是含水的。

根据本发明，具有表面杀生物性质的基于硅氧烷弹性体的产品可以有利地通过在硅氧烷弹性体中并且优选地在其交联之前加入具有如上所述的杀生物性质的天然或者合成的无机填料进行制备。最终产品通过使包括这种具有杀生物活性的填料的非交联的弹性体根据希望的三维形状通过传统的挤出、模制、共挤出、注塑方法或者任何在本领域中已知的其它方法进行交联而获得。

根据一种可能的实施方案，如上所述的包含所述填料的非交联硅氧烷弹性体的挤出在交联之后可以获得空心管，其内和外表面具有接触杀生物活性(activité biocide par contact)。

根据另一可能的实施方案，包含所述填料的非交联的硅氧烷弹性体与另一种非交联的硅氧烷弹性体（但不含所述填料）的共挤出可以获得管，仅仅其内或者外表面具有杀生物活性，这取决于使用的共挤出的类型。

根据本发明，具有杀生物活性的填料因此形成弹性体的不可缺少部分并且特别地不能迁移到该产品的表面以被在那里盐析进入外界环境。这种性质因此可以使它们用于对污染敏感的工业或者活动中，特别地食品工业或者活动中。

随后的实施例，其对本发明是非限制性的，以举例说明上面描述的产品的优点的目的而给出。

实施例：

A- 无机填料的合成

在第一步中合成了各种填料：

a) 仅仅由以商标Cab-O-Sil M5®由Cabot公司销售的无定形二氧化硅颗粒组成的参比填料。

b) 在以下条件下获得的填料1：

将30g无定形二氧化硅Cab-O-Sil M5®引入到流化床中。将10g(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化铵EPA 34292-1-CAS 27668-52-6-EINECS 248-595-8(在水溶液中72重量%)喷雾进入流化床中。这种包含四官能的(四价)胺官能团的烷基硅烷的结构式如下：

这种产品目前以商标AEM 5772®由Aegis Corp进行销售。获得的混合物在环境温度下放置24小时以获得二氧化硅和烷基硅烷之间的完全反应。

c) 在与填料1相同的条件下但通过在流化床中在30g无定形二氧化硅Cab-O-Sil M5®和5g 72%(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化铵水溶液之间的反应获得填料2。

d) 在与填料1相同的条件下但通过在流化床中在30g无定形二氧化硅Cab-O-Sil M5®和3g 72%(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化铵水溶液之间的反应获得填料3。

B- 测量杀生物分子的浓度

在第二步中，没有与二氧化硅填料反应的烷基硅烷(潜在地可在该产品的表面上盐析)的比率根据以下实验操作过程进行测量：

将5g待分析的接枝二氧化硅引入到烧杯中。将100g蒸馏水引入，搅拌该整体1小时，静止24小时然后离心。

取出上清液并通过0.2μm微孔滤器进行过滤。

在589nm和595nm以比色法通过与溴酚蓝反应根据以下实验操作过程来分析收集的10g滤液：

1- 建立标准曲线：

首先通过使100μl包含72重量%前体的浓缩水溶液加入到100g蒸馏水中的混合来制备烷基硅烷母液。

随后制备各种对应于不同浓度水平的溶液：

- 9.975ml蒸馏水+25μl母液，即0.0175mg包含季胺的烷基硅烷试剂，

- 9.950ml蒸馏水+50μl母液，即0.0350mg烷基硅烷试剂，

- 9.900ml蒸馏水+100μl母液，即0.0750mg烷基硅烷试剂，

- 9.750ml蒸馏水+250μl母液，即0.1750mg烷基硅烷试剂，

- 10ml蒸馏水+0μl母液，即0mg烷基硅烷试剂。

溴酚蓝溶液还用下列方式进行制备：将50mg溴酚蓝溶于150ml蒸馏水中和该溶液在24小时内进行使用。

测量在589nm和595nm（对应于溴酚蓝-季胺络合物的吸收波长）的吸收以建立标准曲线，其可以测量季铵氯化物的浓度(表1)：

2-测定滤液：

将50μl溴酚蓝溶液加入到10g待分析的溶液中并搅拌该整体几分钟并引入到比色计中。获得的结果在表2中汇集：

因此可以确定：根据本发明，该烷基硅烷全部地被接枝到各种二氧化硅填料(填料1、2或者3)上和杀生物活性成分因此不能在该产品的表面上被"盐析"。

再进行相同的实验操作过程但是使用己烷萃取二氧化硅填料，即蒸馏水在萃取期间用100g正己烷替换。试验结果显示相同的使杀生物烷基硅烷接枝到二氧化硅上的性质。

D- 制备根据本发明的产品

根据本发明将填料加入到硅氧烷弹性体基质中。使用由Rhodia Silicone公司以商标Rhodorsil MF 960 U销售的硅氧烷基料作为基质制备各种混合物。硅氧烷基料通过使用以商标Perkadox PD 50s®销售的产品进行硬化，其硬化剂是2,4-二氯代苯甲酰。

用于十个实施例的各种组分的质量比(基料100对于硅氧烷基料)汇集在下表3中。

更确切地，使用的操作过程

如下：

1) 使用三次连续通过立式柱体来加热硅氧烷基料，

2) 引入填料(1、2或3)，

3) 引入Perkadox PD 50s®硬化体系，

4) 调节0.5cm厚度以切割板并硬化，

5) 在压力下在100℃硬化10分钟，在250巴下封闭(fermeture)然后在200℃烘烤4小时以获得交联的硅氧烷板。

E- 杀生物活性

该Ex.1-9和对比产品的杀生物活性根据标准JIS Z 2801-2000进行测定。使用的菌株是大肠杆菌（Escherichia coli）。

根据这种标准和传统的操作过程，该从根据实施例1-9的组合物获得的产品的杀生物活性通过在处理的产品上生长的细菌群体的数目的Log₁₀和在没有任何产品时在24小时之后生长的细菌群体的数目的log₁₀之间的差值进行测量。

对于根据实施例1-9的产品获得的结果，与空白(没有产品)和对照产品(没有填料)相比，概括在表4中。

注意到是，根据本发明获得的产品可以降低E。大肠菌以大约100%的比例生长，因此显示很高的根据本发明的体系的杀生物活性。令人惊讶地，还注意到过分高比例的包含季胺官能团的烷基硅烷杀生物剂产生在产品的抗菌活性中的相当大的降低。

F- 在非常低烷基硅烷浓度时杀生物活性的研究

根据本发明的其它产品仿照上面实施例1-9进行制备。然而，样品根据与上面描述的那些相似的方式从填料1'、2'和3'获得，但是其中这次使用在水溶液中稀释至5重量%的(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化铵的溶液。

更确切地：

- 填料1'通过在流化床中喷雾30g无定形二氧化硅Cab-O-Sil M5®与10g(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化铵的稀溶液(在水溶液中5重量%)获得，

- 填料2'在与填料1'相同的条件下，但是通过在流化床中在30g无定形二氧化硅Cab-O-Sil M5®和5g 5%(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化铵水溶液之间的反应获得，

- 填料3'在与填料1相同的条件下，但是通过在流化床中在30g无定形二氧化硅Cab-O-Sil M5®和3g 5%(三甲氧基甲硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化铵水溶液之间的反应获得。

用于制备产品的实施方式在其它方面和上面关于实施例1-9描述的那些一致。

用于十个实施例的各种组分的质量比(基料100对于硅氧烷基料)汇集在下表5中。

实施例10-17的杀生物活性根据上面描述的标准JIS Z 2801-2000进行测定，使用的菌株是大肠杆菌（Escherichia coli），根据和上面描述的那些一致的方法。

在表6中概括了对于根据实施例10-17的产品获得的结果，与空白(没有产品)和对照产品(没有填料)相比。

从在表6中给出的结果看出，所有的根据本发明获得的产品可以以接近100%的比例降低大肠杆菌生长，由此证明根据本发明的体系的很强的杀生物活性，甚至在极其降低量的杀生物活性剂（即烷基硅烷）时也如此。

令人惊讶地，因此注意到，相对于基质非常低的比例（大约0.01%）（甚至更少）的包含季胺官能团的烷基硅烷杀生物剂然而产生该产品的高抗菌活性。这种性质还有利地可以使引入到产品中的杀生物剂的量减到最少并且最后引起随着时间所述试剂在该材料表面上的"渗出"并且进入外部介质中的风险减到最少。

G- 对比实施例

还力求以通过其它对比实施例显示根据本发明的产品的优越性。

在下面对比实施例25-27中，使用载体材料将烷基硅烷类型的杀生物剂引入到基质中。这种载体材料通过二醇共聚物类型的蜡获得。

更确切地，对比样品根据以下实验操作过程获得:

在第一步中，合成载体材料，该载体材料由烷基硅烷类型的杀生物剂的50/50比例（剩余部分是二醇共聚物）的混合物组成。

随后，对比样品通过将对比填料（由蜡和杀生物剂组成）加入到由Rhodia Silicone公司以商标Rhodorsil MF 960 U销售的硅氧烷弹性体基质中进行合成。如前述实施例，根据在前述部分D中描述的操作过程硅氧烷基料通过使用以商标Perkadox PD 50s®销售的产品进行硬化，其硬化剂是2,4-二氯代苯甲酰。

在下面表7中总结了如此获得的样品的特征，通过与使用相同的如上所述的填料2'和1'平行合成的根据本发明的另一系列样品相比。所有样品的杀生物活性(在下面实施例19-27)根据上面在部分E中描述的原理和操作过程进行评价。

通过与根据本发明的实施例19-24相比看出，对于在基质中相同的试剂浓度水平，对比实施例25-27的杀生物活性比上面对于根据本发明的样品获得的杀生物活性低得多。特别地，当将烷基硅烷类型的杀生物剂（无填料）引入到基质中时，仅仅对于在基质中大于0.1重量%的杀生物剂浓度可以获得极大效力。相反地，使用根据本发明的填料在低10倍甚至15倍的在基质中的杀生物剂比例时可以获得极大活性。

这种差异说明了在其上接枝杀生物剂的分子的二氧化硅类型的无机填料的重要性。非常出人意料地，这种实施方案可以大大地降低为获得最终产品的极大活性所需要的杀生物剂的浓度。

特别地，通过这种接枝还可以大大地降低一部分、甚至极小部分的杀生物剂将"渗出"穿过该材料并且排放进入外部介质中，例如进入在食品管中循环的液体中。

通过其它补充实施例，在本发明的范围中还已经证明将单独的二氧化硅填料加入到基质中不产生在如此获得的材料的杀生物活性中任何特定改善。

Claims

1.在其表面上具有杀生物活性的由基于硅氧烷的体系获得的抗菌产品，所述体系包括硅氧烷弹性体基质和选自以下的颗粒的无机填料：硅石或硅铝酸盐，例如沸石或者膨润土，所述颗粒被分散在所述基质内部并且包含在它们的表面上接枝的包括至少一个季铵官能团的烷基硅烷类型的分子。

2.根据权利要求1的产品，其中接枝的烷基硅烷分子由至少一种下面类型的前体获得：

其中:

- m是1至10的整数，包括端值，

- n等于0、1或2，

- R表示CH₃-(CH₂)_w-类型直链烷基链，其中w为0-5，或者所述直链的异构支化形式，

- R¹是任选地包含醇和/或醚官能团的烃链，

3.根据权利要求2的产品，其中

-m=1，

-n=0，

-w=0、1或2，

-R¹表示(CH₂)_y类型直链烷基，y为1-10，优选地1-5，或者所述直链形式的异构支化形式，

-优选地对于至少一个R²基团，z大于15。

4.根据权利要求2的产品，其中接枝的烷基硅烷分子由下式的前体获得：

。

5.根据前述权利要求任一项的产品，其中构成无机填料的颗粒的平均尺寸为0.01微米-500微米，优选地0.1微米-200微米。

6.根据前述权利要求任一项的产品，其中所述颗粒由无定形材料，优选地无定形二氧化硅构成，其比表面积为10-1000m²/g，优选地50-500m²/g。

7.根据前述权利要求任一项的产品，其中烷基硅烷与硅氧烷弹性体基质之间的质量比低于3%。

8.根据前述权利要求任一项的产品，其中烷基硅烷与硅氧烷弹性体基质的质量比大于0.01%。

9.根据前述权利要求任一项的产品，其中烷基硅烷与硅氧烷弹性体基质的质量比为0.01%-0.2%。

10.根据前述权利要求任一项的产品，其中用烷基硅烷接枝的无机填料与硅氧烷弹性体基质的质量比为0.1%-50%，优选地0.5%-20%。

11.根据前述权利要求任一项的硅氧烷弹性体管用于递送食物液体，如咖啡、果汁、汤或者其它食物液体或非食物液体的用途。

12.根据权利要求1-10任一项的抗菌产品的用途，其作为计算机硅氧烷键盘的构件，其用于制备硅氧烷接触键，作为用于健康或者工业应用的硅氧烷密封接头，其用于制备在飞机中的用于气体流通的管或者冷凝水管道的或更一般地在飞机中的空气管道。