DE102011102635B4 - Process for the preparation of an antimicrobial plastic product using a reductone - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines antimikrobiell wirkenden Kunststoffproduktes, welches als antimikrobiell wirkendes Mittel teilreduziertes Silberorthophosphat enthält. Bei dem Verfahren wird Silberorthophosphat aus wässriger Lösung durch Umsetzung eines Hydrogenphosphats mit einem Silbersalz ausgefällt. Anschließend werden die Silberorthophosphatteilchen mit einem Redukton als Reduktionsmittel teilweise zu metallischem Silber reduziert.The invention relates to a method for producing an antimicrobial plastic product which contains partially reduced silver orthophosphate as an antimicrobial agent. In the process, silver orthophosphate is precipitated from aqueous solution by reacting a hydrogen phosphate with a silver salt. The silver orthophosphate particles are then partially reduced to metallic silver using a reductone as a reducing agent.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von antimikrobiellen Kunststoffprodukten. Bei den Produkten handelt es sich insbesondere um medizinische Produkte wie beispielsweise Katheter.The invention relates to a process for the production of antimicrobial plastic products. The products are in particular medical products such as catheters.
Kunststoffoberflächen werden leicht mit Mikroorganismen und insbesondere mit Bakterien besiedelt. Die Mikroorganismen können sich auf Kunststoffoberflächen festsetzen und vermehren, so dass der Kunststoffgegenstand mit einem Film aus Mikroorganismen überzogen wird. Durch Kontakt mit einem Kunststoffgegenstand, dessen Oberfläche mit Mikroorganismen besiedelt ist, können Infektionen ausgelöst werden. Dies ist generell unerwünscht, aber besonders nachteilig bei der Verwendung von Kunststoffprodukten im medizinischen Bereich.Plastic surfaces are easily colonized by microorganisms and especially by bacteria. The microorganisms can settle on plastic surfaces and multiply, so that the plastic article is coated with a film of microorganisms. By contact with a plastic object whose surface is colonized with microorganisms, infections can be triggered. This is generally undesirable, but particularly disadvantageous in the use of plastic products in the medical field.
Katheter wie z. B. zentralvenöse Katheter, Wundkatheter, Ventrikelkatheter, Lumbalkatheter, Peritonealkatheter oder Harnröhrenkatheter werden im Allgemeinen aus Kunststoffen hergestellt. Andererseits ist bekannt, dass durch die Verwendung von mikrobiell verunreinigten Kathetern häufig Infektionen ausgelöst werden.Catheter such. Central venous catheters, wound catheters, ventricular catheters, lumbar catheters, peritoneal catheters or urethral catheters are generally made of plastics. On the other hand, it is known that infections are often caused by the use of microbially contaminated catheters.
Um das Infektionsrisiko zu senken, werden Kunststoffe antimikrobiell ausgerüstet. Zu diesem Zweck werden antimikrobiell wirksame Metalle und insbesondere Silber verwendet.To reduce the risk of infection, plastics are antimicrobially treated. For this purpose, antimicrobially active metals and especially silver are used.
In der
Die
In der
In Band 5 der 9. Auflage des Römpp Chemielexikon, Stuttgart 1992, heißt es auf Seite 4159 unter dem Stichwort „Silberphosphat”:
„Ag3PO4, MG 418,63. Gelbes, geruchloses Plv., D. 6,37, Schmp. 849°, lösl. in verd. Säuren, entsteht als gelblicher Niederschlag aus wäss. Lsg. von Orthophosphaten und Silbernitrat; am Licht tritt allmählich Schwärzung ein”Volume 5 of the 9th edition of the Römpp Chemielexikon, Stuttgart 1992, states on page 4159 under the heading "silver phosphate":
"Ag 3 PO 4 , MW 418.63. Yellow, odorless Plv., D. 6,37, mp 849 °, sol. In dilute acids, formed as a yellowish precipitate from aq. Sol. Of orthophosphates and silver nitrate; blackening gradually occurs in the light "
In H. Remy, Lehrbuch der anorganischen Chemie, Akademische Verlagsgesellschaft Geest & Portig k.-G., Leipzig 1959, Band 2, Seite 481 wird über Silberphosphat ausgeführt:
Ag3PO4 fällt als gelber, in Nasser schwer-, in verdünnten Lösungen jedoch leicht löslicher Niederschlag aus Lösungen von Orthophosphaten auf Zusatz von Silbernitrat. ... Am Licht erleidet die Verbindung allmählich Schwarzfärbung.”In H. Remy, textbook of inorganic chemistry, Academic publishing house Geest & Portig k.-G., Leipzig 1959,
Ag 3 PO 4 precipitates as yellow, heavy in water, but in dilute solutions slightly soluble precipitate of solutions of orthophosphates on addition of silver nitrate. ... In the light, the connection gradually suffers black coloring. "
Gemäß dem durch die vorgenannten Textstellen aus Hand- und Lehrbüchern belegten allgemeinen Fachwissen wird Silberphosphat als nicht photostabil angesehen. Die Zersetzung unter Lichteinwirkung betrifft im Übrigen nicht nur Silberphosphat sondern auch andere Silberverbindungen wie Silberchlorid, Silberbromid und Silberiodid und war Ausgangspunkt für die Entwicklung des fotografischen Prozesses.According to the general knowledge of the textual references in handbooks and textbooks, silver phosphate is not considered to be photostable. Incidentally, the decomposition under the action of light affects not only silver phosphate but also other silver compounds such as silver chloride, silver bromide and silver iodide, and was the starting point for the development of the photographic process.
Die
Nach der Lehre der
Es wird angenommen, dass die antimikrobielle Wirksamkeit der silberhaltigen Kunststoffprodukte auf der Freisetzung von Silberkationen an der Oberfläche beruht. Soweit die bekannten antimikrobiellen Kunststoffprodukte metallisches Silber enthalten, ist dazu erforderlich, dass dieses zunächst durch Oxidation in Silberionen überführt wird. Dies hat den Nachteil, dass die Freisetzung von Silberionen von Umgebungsbedingungen abhängt. Die Oxidation des Silbers kann beispielsweise durch reduzierende Komponenten in dem Kunststoffprodukt behindert werden. Dafür sind bereits relativ schwache organische Reduktionsmittel wie z. B. Polyole ausreichend.It is believed that the antimicrobial efficacy of the silver-containing plastic products is due to the release of silver cations on the surface. As far as the known antimicrobial plastic products contain metallic silver, it is necessary that this is first converted by oxidation in silver ions. This has the disadvantage that the release of silver ions depends on ambient conditions. For example, the oxidation of the silver may be hindered by reducing components in the plastic product. For this are already relatively weak organic reducing agents such. As polyols sufficient.
Soweit die oben genannten Kunststoffprodukte ionische Silberverbindungen enthalten, liegt das Silber bereits in kationischer Form vor. Die oben genannten Kunststoffprodukte haben aber den Nachteil, dass sie sich verfärben, wenn sie dem Licht ausgesetzt werden. Wenn man versucht, gemäß der Lehre der
Die oben genannten Nachteile werden durch die Lehre der
In Beispiel 7 der
Bei der Herstellung des teilreduzierten Silberorthophosphats gemäß der
Bei Kunststoffprodukten, die das teilreduzierte Silberphosphat enthalten, wird überdies eine hohe Anfangsgeschwindigkeit der Silberfreisetzung beobachtet. Dies ist insbesondere bei klinischen Anwendungen erwünscht, damit während der Implantation eingebrachte Keime rasch abgetötet werden. Im Vergleich zu Kunststoffprodukten gemäß
Die Kunststoffprodukte gemäß
Allerdings sind die verschiedenen in der
Allen Verfahrensvarianten gemäß der
Die Verwendung von Ammoniak ist unter Gesichtspunkten des Arbeitsschutzes bei der industriellen Herstellung nicht wünschenswert.The use of ammonia is not desirable from the point of view of occupational safety in industrial production.
Durch die Isolierung und das Waschen des Silberorthophosphats als Zwischenprodukt soll sichergestellt werden, dass außer dem Silberorthophosphat keine anderen Stoffe aus der ersten Stufe in die zweite Stufe übertragen werden. Insbesondere soll verhindert werden, dass Phosphorsäure aus der ersten Stufe in die zweite Stufe übertragen wird.The isolation and washing of the silver orthophosphate as an intermediate should ensure that no other substances are transferred from the first stage to the second stage except the silver orthophosphate. In particular, it is intended to prevent phosphoric acid from being transferred from the first stage to the second stage.
Die Zweistufigkeit mit der Isolierung von Silberorthophosphat als Zwischenprodukt bedeutet einen hohen arbeitstechnischen Aufwand.The two-stage with the isolation of silver orthophosphate as an intermediate means a high workload.
Bei allen Verfahrensvarianten gemäß der
Für eine gute antimikrobielle Wirksamkeit des Kunststoffproduktes sind geringere Teilchengrößen des darin verteilten teilreduzierten Silberorthophosphats wünschenswert.For good antimicrobial efficacy of the plastic product, smaller particle sizes of the partially reduced silver orthophosphate dispersed therein are desirable.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines antimikrobiell wirkenden Kunststoffproduktes, das teilreduziertes Silberorthophosphat als antimikrobielles Mittel enthält, vorzuschlagen.The object of the present invention is to propose an improved process for producing an antimicrobial plastic product containing partially reduced silver orthophosphate as an antimicrobial agent.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines antimikrobiell wirkenden Kunststoffproduktes, bei dem
- a) Silberorthophosphat durch Umsetzung einer basischen wässrigen Lösung eines Hydrogenphosphats mit einer wässrigen Lösung eines Silbersalzes, gegebenenfalls in Gegenwart eines Dispergiermittels, ausgefällt wird, um eine wässrige Suspension von Silberorthophosphat, gegebenenfalls mit Dispergiermittel, zu erhalten, wobei die wässrige Lösung des Hydrogenphosphats vor der Umsetzung mit der wässrigen Lösung des Silbersalzes durch Zugabe eines Alkalihydroxids auf einen pH-Wert im Bereich von 10,5 bis 13 eingestellt worden ist,
- b) der so erhaltenen wässrigen Suspension eine wässrige Lösung eines Reduktons zugegeben wird, um das Silberorthophoshat in teilreduziertes Silberorthophosphat zu überführen,
- c) das teilreduzierte Silberorthophosphat als Feststoff von der wässrigen Lösung abgetrennt wird,
- d) der Feststoff wiederholt mit Portionen von deionisiertem Wasser gewaschen wird, bis die spezifische Leitfähigkeit bei 25°C der letzten Portion Waschwasser nach Abtrennung von dem Feststoff einen Wert unter 50 μS/cm aufweist,
- e) der Feststoff getrocknet wird,
- f) der getrocknete Feststoff in ein Kunststoffvorprodukt eingearbeitet wird, welches nicht mit einem kolloiden Metall behandelt worden ist oder ein solches enthält, und
- g) das Kunststoffprodukt geformt wird.
- a) silver orthophosphate is precipitated by reacting a basic aqueous solution of a hydrogen phosphate with an aqueous solution of a silver salt, optionally in the presence of a dispersant, to obtain an aqueous suspension of silver orthophosphate, optionally with dispersant, wherein the aqueous solution of the hydrogen phosphate before the reaction with the aqueous solution of the silver salt has been adjusted to a pH in the range from 10.5 to 13 by addition of an alkali hydroxide,
- b) adding to the resulting aqueous suspension an aqueous solution of a reductone to convert the silver orthophosphate into partially reduced silver orthophosphate,
- c) separating the partially reduced silver orthophosphate as a solid from the aqueous solution,
- d) the solid is washed repeatedly with portions of deionized water until the specific conductivity at 25 ° C. of the last portion of wash water after separation from the solid has a value below 50 μS / cm,
- e) the solid is dried,
- f) the dried solid is incorporated into a plastic precursor which has not been treated with or contains a colloidal metal, and
- g) the plastic product is molded.
Wenn in Stufe a) Silbernitrat als Silbersalz und Kaliumhydrogenphosphat als wasserlösliches Hydrogenphophat verwendet werden, dann erfolgt die Fällung des Silberorthophosphats nach folgender Reaktion:
Das eingesetzte Silbersalz soll in Stufe a) im Wesentlichen quantitativ gefällte werden. Entsprechend werden stöchiometrische Mengen an Silbersalz und Hydrogenphophat eingesetzt. Es kann auch ein leichter Überschuss an Hydrogenphosphat verwendet werden.The silver salt used should be substantially quantitatively precipitated in step a). Accordingly, stoichiometric amounts of silver salt and hydrogen phosphate are used. A slight excess of hydrogen phosphate can also be used.
Bei der Fällungsreaktion entstehen Protonen, die durch die anwesende Base neutralisiert werden. Um eine quantitative Fällung zu erzielen, muss der Anfangs-pH-Wert alkalisch sein. Am Ende der Fällung kann der pH-Wert basisch, neutral oder allenfalls schwach sauer sein. Es ist bevorzugt, dass der pH-Wert am Ende der Fällung basisch oder neutral ist. Die wässrige Lösung des wasserlöslichen Hydrogenphosphats und des gegebenenfalls verwendeten Dispergiermittels wird vor der Umsetzung mit der wässrigen Lösung des Silbersalzes auf einen pH-Wert im Bereich von 10,5 bis 13 eingestellt. Die Einstellung des pH-Wertes erfolgt erfindungsgemäß durch Zugabe eines Alkalihydroxids. Das Alkalihydroxid kann in fester oder gelöster Form der wässrigen Lösung des wasserlöslichen Hydrogenphosphats und des gegebenenfalls verwendeten Dispergiermittels zugegeben werden.The precipitation reaction produces protons which are neutralized by the base present. To achieve quantitative precipitation, the initial pH must be alkaline. At the end of the precipitation, the pH may be basic, neutral or at best slightly acidic. It is preferred that the pH at the end of the precipitation is basic or neutral. The aqueous solution of the water-soluble hydrogen phosphate and the optionally used dispersant is adjusted to a pH in the range of 10.5 to 13 before the reaction with the aqueous solution of the silver salt. The adjustment of the pH is carried out according to the invention by addition of an alkali metal hydroxide. The alkali hydroxide may be added in solid or dissolved form to the aqueous solution of the water-soluble hydrogen phosphate and the optional dispersant.
Die Fällung des Silberphosphats in Stufe a) kann in Gegenwart eines Dispergiermittels erfolgen. Wie nachstehend noch näher erläutert, trägt die Anwesenheit eines Dispergiermittels zur Verringerung der Teilchengröße des gefällten Silberorthophosphats und damit indirekt auch des daraus durch Reduktion in Stufe b) hergestellten teilreduzierten Silberphosphats bei.The precipitation of the silver phosphate in step a) can be carried out in the presence of a dispersant. As explained in more detail below, the presence of a dispersant contributes to the reduction of the particle size of the precipitated silver orthophosphate and thus indirectly also of the partially reduced silver phosphate produced therefrom by reduction in stage b).
In Stufe b) wird eine Teilreduktion des Silberorthophosphats mittels eines Reduktons vorgenommen. Vorzugsweise wird ein Redukton verwendet, das aus der Klasse der α-Carbonyl-endiole und insbesondere aus Ascorbinsäure, Isoascorbinsäure, Trioseredukton und 2,3-Dihydroxy-2-cyclopenten-1-on ausgewählt ist.In step b) a partial reduction of the silver orthophosphate is carried out by means of a reductone. Preferably, a reductone selected from the class of the α-carbonyl-endiols and more particularly from ascorbic acid, iso-ascorbic acid, trioxide-reductone and 2,3-dihydroxy-2-cyclopenten-1-one is used.
Durch die Teilreduktion wird das Silberorthophosphat in teilreduziertes Silberorthophosphat überführt. Dieses umfasst oder besteht aus Teilchen von Silberorthophosphat, die teilweise zu metallischem Silber reduziert worden sind, so dass in den Teilchen ein direkter Kontakt zwischen Silberorthophosphat und metallischem Silber vorliegt. Vorzugsweise besteht die Oberfläche der Teilchen teilweise aus Silberorthophosphat und teilweise aus metallischem Silber.Partial reduction converts the silver orthophosphate into partially reduced silver orthophosphate. This comprises or consists of particles of silver orthophosphate that have been partially reduced to metallic silver such that there is direct contact between silver orthophosphate and metallic silver in the particles. Preferably, the surface of the particles consists partly of silver orthophosphate and partly of metallic silver.
Eine Charakterisierung von reinem Silberorthophosphat einerseits und teilreduziertem Silberorthophosphat andererseits durch Röntgendiffraktion ist in den
Das erfindungsgemäß hergestellte, teilreduzierte Silberorthophosphat kann auch durch Elektronenmikroskopie, insbesondere Raster-Elektronenmikroskopie charakterisiert werden. Durch mikroskopische Untersuchung kann insbesondere festgestellt werden, dass die teilweise reduzierte Oberfläche der Teilchen Bereiche unterschiedlicher Beschaffenheit aufweist, d. h. dass die Oberfläche der Teilchen des teilreduzierten Silberorthophosphats Bezirke aus metallischem Silber und Bezirke aus Silberorthosphophat aufweist.The partially reduced silver orthophosphate prepared according to the invention can also be characterized by electron microscopy, in particular scanning electron microscopy. In particular, it can be determined by microscopic examination that the partially reduced surface of the particles has areas of different nature, i. H. in that the surface of the particles of the partially reduced silver orthophosphate comprises areas of metallic silver and areas of silver orthophosphate.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Dispergiermittel, wenn es eingesetzt wird, in einer Menge verwendet, die ausreichend ist, um das in Stufe a) gefällte Silberorthophosphat zu dispergieren, so dass eine stabile Suspension erhalten wird.In the process of the present invention, the dispersant, when used, is used in an amount sufficient to disperse the silver orthophosphate precipitated in step a) to give a stable suspension.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat Vorteile gegenüber dem aus der
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältliche Kunststoffprodukt setzt Silberionen in der für die erfindungsgemäße Wirkung erforderlichen Konzentration über einen ausreichend langen Zeitraum frei. Die Silberionenkonzentration ist hoch genug, dass antimikrobielle Wirksamkeit zuverlässig erzielt wird. Sie wird aber nicht so groß, dass zytotoxische Wirkungen auftreten können.The plastic product obtainable by the process according to the invention releases silver ions in the concentration required for the effect according to the invention over a sufficiently long period of time. The silver ion concentration is high enough to reliably achieve antimicrobial efficacy. However, it does not become so large that cytotoxic effects can occur.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der Begriff „Feststoff” für die Bezeichnung von teilreduziertem Silberorthophosphat verwendet. Für andere feste Materialien, die weitere Bestandteile des erfindungsgemäßen Kunststoffproduktes sein können, werden andere Begriffe verwendet, beispielsweise der Begriff „Füllstoff”. Der Begriff „Feststoff” bezieht sich also nicht auf derartige weitere Bestandteile oder Zusatzstoffe, es sei denn, dass ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.In the context of the present invention, the term "solid" is used to designate partially reduced silver orthophosphate. For other solid materials, which may be further constituents of the plastic product according to the invention, other terms are used, for example the term "filler". Thus, the term "solid" does not refer to such further ingredients or additives unless expressly stated otherwise.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der Begriff „Kunststoffprodukt” so gebraucht, dass er sich auf Halbzeuge und gebrauchsfertige Erzeugnisse bezieht, deren Oberfläche mindestens teilweise aus dem erfindungsgemäßen Kunststoff besteht. Das Kunststoffprodukt kann vollständig aus dem erfindungsgemäßen Kunststoff bestehen. Die Erfindung ist aber nicht auf solche Kunststoffprodukte beschränkt.In the context of the present invention, the term "plastic product" is used so that it refers to semi-finished products and ready-made products whose surface consists at least partially of the plastic according to the invention. The plastic product may consist entirely of the plastic according to the invention. The invention is not limited to such plastic products.
Es ist bevorzugt, dass, bezogen auf die insgesamt in dem Verfahren eingesetzte Wassermenge, die jeweiligen Wassermengen so gewählt werden, dass die bei der Umsetzung der Hydrogenphosphat-Lösung mit der Silbersalz-Lösung vorgelegte Lösung 50 bis 80 Vol.% der Wassermenge enthält, die bei der Umsetzung der Hydrogenphosphat-Lösung mit der Silbersalz-Lösung zugegebene Lösung 10 bis 40 Vol.% der Wassermenge enthält und die Redukton-Lösung 5 bis 25 Vol.% der Wassermenge enthält.It is preferred that, based on the total amount of water used in the process, the respective amounts of water are chosen so that the solution introduced in the reaction of the hydrogen phosphate solution with the silver salt solution contains 50 to 80 vol.% Of the amount of water in the reaction of the hydrogen phosphate solution with the silver salt solution added solution contains 10 to 40 vol.% Of the amount of water and the reductone solution contains 5 to 25 vol.% Of the amount of water.
Vorzugsweise wird ein Hydrogenphosphat verwendet, das der Formel Me2HPO4 entspricht, in welcher Me ein Metallion in der Oxidationsstufe +1 bedeutet. Beispiele für Me sind Lithium-, Natrium- oder Kaliumionen. Das bevorzugte Hydrogenphosphat ist Di-kalium-hydrogenphosphat.Preferably, a hydrogen phosphate is used which corresponds to the formula Me 2 HPO 4 , in which Me means a metal ion in the oxidation state +1. Examples of Me are lithium, sodium or potassium ions. The preferred hydrogen phosphate is di-potassium hydrogen phosphate.
Erfindungsgemäß bevorzugte Dispergiermittel sind mehrbasische Hydroxycarbonsäuren (oder Hydroxypolycarbonsäuren) und Salze derselben sowie wasserlösliche organische Verbindungen aus der Gruppe der Polyvinylalkohole, Polyethylenglykole und Polyvinylpyrrolidone.Dispersants preferred according to the invention are polybasic hydroxycarboxylic acids (or hydroxypolycarboxylic acids) and salts thereof, as well as water-soluble organic compounds from the group of polyvinyl alcohols, polyethylene glycols and polyvinylpyrrolidones.
Die mehrbasische Hydroxycarbonsäure (oder Hydroxypolycarbonsäure) ist im Regelfall ein mit mindestens zwei Carboxylgruppen und mindestens einer Hydroxygruppe substituiertes Äthan oder Propan und insbesondere Citronensäure, Weinsäure oder Äpfelsäure. Das Salz der mehrbasischen Hydroxycarbonsäure ist vorzugsweise Tri-natrium-citrat.The polybasic hydroxycarboxylic acid (or hydroxypolycarboxylic acid) is usually an ethane or propane substituted with at least two carboxyl groups and at least one hydroxyl group, and in particular citric acid, tartaric acid or malic acid. The salt of the polybasic hydroxycarboxylic acid is preferably trisodium citrate.
Beispiele für bevorzugte wasserlösliche organische Verbindungen sind Polyvinylalkohol mit der Molmasse 72000 g/mol, Polyethylenglykol mit der Molmasse 5000–8000 g/mol und Polyvinylpyrrolidon mit der Molmasse 40000 g/mol.Examples of preferred water-soluble organic compounds are polyvinyl alcohol having a molecular weight of 72,000 g / mol, polyethylene glycol having a molecular weight of 5,000 to 8,000 g / mol and polyvinylpyrrolidone having a molecular weight of 40,000 g / mol.
Das Silbersalz ist vorzugsweise Silbernitrat.The silver salt is preferably silver nitrate.
Die Stufen a) und b) werden vorzugsweise bei Temperaturen im Bereich von 15°C bis 35°C durchgeführt. Die Temperatur kann in beiden Stufen gleich oder verschieden sein. Vorzugsweise wird keine aktive Temperaturveränderung zwischen den Stufen a) und b) vorgenommen.The steps a) and b) are preferably carried out at temperatures in the range of 15 ° C to 35 ° C. The temperature may be the same or different in both stages. Preferably, no active temperature change between steps a) and b) is made.
Bei höheren Temperaturen können Dispergiermittel wie Citronensäure, Weinsäure, Äpfelsäure und deren Salze auch als Reduktionsmittel wirken. Bei Temperaturen im Bereich von 15°C bis 35°C ist die Reaktionsgeschwindigkeit der Reduktion durch diese Dispergiermittel aber sehr gering. Die Temperatur und der Zeitraum für die Zugabe der wässrigen Lösung des Silbersalzes in Stufe a) werden vorzugsweise so gewählt, dass während der Fällung des Silberorthophosphats weniger als 0,1% der Silberionen zu metallischem Silber reduziert werden.At higher temperatures, dispersants such as citric acid, tartaric acid, malic acid and their salts may also act as reducing agents. At temperatures in the range of 15 ° C to 35 ° C, the reaction rate of reduction by these dispersants is very low. The temperature and time for the addition of the aqueous solution of the silver salt in step a) are preferably chosen such that less than 0.1% of the silver ions are reduced to metallic silver during the precipitation of the silver orthophosphate.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die wässrige Lösung des Hydrogenphosphats vorgelegt und die wässrige Lösung des Silbersalzes zugegeben. Vorzugsweise wird dabei die wässrige Lösung des Silbersalzes portionsweise oder kontinuierlich über einen Zeitraum von 15 bis 45 Minuten zugegeben. Wird bei dieser Ausführungsform Dispergiermittel verwendet, wird es vorzugsweise der vorgelegten Lösung des Hydrogenphosphats zugesetzt. According to one embodiment of the invention, the aqueous solution of the hydrogen phosphate is initially charged and the aqueous solution of the silver salt is added. Preferably, the aqueous solution of the silver salt is added in portions or continuously over a period of 15 to 45 minutes. When dispersant is used in this embodiment, it is preferably added to the initially charged solution of hydrogen phosphate.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die wässrige Lösung des Silbersalzes vorgelegt und die wässrige Lösung des Hydrogenphosphats zugegeben. Vorzugsweise wird dabei die wässrige Lösung des Hydrogenphosphats portionsweise oder kontinuierlich über einen Zeitraum von 15 bis 45 Minuten zugegeben. Wird bei dieser Ausführungsform Dispergiermittel verwendet, wird es vorzugsweise der vorgelegten Lösung des Silbersalzes zugesetzt.According to a further embodiment of the invention, the aqueous solution of the silver salt is initially charged and the aqueous solution of the hydrogen phosphate is added. Preferably, the aqueous solution of the hydrogen phosphate is added in portions or continuously over a period of 15 to 45 minutes. When dispersant is used in this embodiment, it is preferably added to the initially charged solution of the silver salt.
Die Überführung des Silberorthophosphats in teilreduziertes Silberorthophosphat bedeutet, dass in Stufe b) das Redukton in einer Menge zugegeben wird, die geringer als die stöchiometrische Menge ist, die erforderlich wäre, um das Silberorthophosphat insgesamt zu metallischem Silber zu reduzieren. Vorzugsweise wird in Stufe b) die Menge an Redukton so gewählt, dass 5 bis 45% der Silberionen zu metallischem Silber reduziert werden. Dabei wird ein teilreduziertes Silberorthophosphat mit einem Gewichtsverhältnis von Silberionen des Silberorthophosphats zu Silberatomen des metallischen Silbers im Bereich von 95:5 bis 55:45 hergestellt.The conversion of the silver orthophosphate to partially reduced silver orthophosphate means that in step b) the reductone is added in an amount less than the stoichiometric amount that would be required to reduce the total silver orthophosphate to metallic silver. Preferably, in step b) the amount of reductone is chosen such that 5 to 45% of the silver ions are reduced to metallic silver. Thereby, a partially reduced silver orthophosphate having a weight ratio of silver ions of the silver orthophosphate to silver atoms of the metallic silver in the range of 95: 5 to 55:45 is produced.
Die wässrige Lösung des Reduktons wird in Stufe b) portionsweise oder kontinuierlich zugegeben, vorzugsweise über einen Zeitraum von 5 bis 15 Minuten.The aqueous solution of the reductone is added in step b) in portions or continuously, preferably over a period of 5 to 15 minutes.
Für eine gute antimikrobielle Wirksamkeit eines Kunststoffprodukts ist die Teilchenzahl, d. h. die Anzahl der Teilchen, die in dem Kunststoff homogen dispergiert ist, von wesentlicher Bedeutung. Bei gegebener Masse an teilreduziertem Silberorthophosphat steigt die Teilchenzahl mit abnehmender Teilchengröße an. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, sowohl die Teilchengröße des intermediär anfallenden Silberorthophosphates als auch in Abhängigkeit davon die Teilchengröße des daraus durch Reduktion hergestellten teilreduzierten Silberorthophosphates kontrolliert einzustellen.For good antimicrobial efficacy of a plastic product, the particle number, i. H. the number of particles homogeneously dispersed in the plastic is of essential importance. For a given mass of partially reduced silver orthophosphate, the number of particles increases with decreasing particle size. The process according to the invention makes it possible to adjust both the particle size of the intermediate silver orthophosphate and, depending on this, the particle size of the partially reduced silver orthophosphate produced therefrom by reduction.
Wie oben bereits erwähnt, hat gegebenenfalls zunächst die Anwesenheit eines Dispergiermittels in Stufe a) bei der Fällung des Silberorthophosphats Einfluss auf die Teilchengröße, wodurch indirekt auch die Teilchengröße des daraus hergestellten teilreduzierten Silberorthosphosphats festgelegt wird.As already mentioned above, optionally the presence of a dispersant in step a) in the precipitation of the silver orthophosphate has an influence on the particle size, which indirectly also determines the particle size of the partially reduced silver orthophosphate produced therefrom.
Die Teilchengröße kann erfindungsgemäß weiterhin dadurch beeinflusst werden, dass die wässrige Suspension von Silberorthophosphat unter Einsatz einer Dispergiervorrichtung hergestellt wird. Bevorzugte Dispergiereinrichtungen sind Rührer und Ultraschallsonden. Als Rührer bevorzugt sind Bauformen für besondere Scherbeanspruchung, insbesondere Ultraturrax.According to the invention, the particle size can be further influenced by preparing the aqueous suspension of silver orthophosphate using a dispersing device. Preferred dispersing devices are stirrers and ultrasonic probes. Preferred stirrers are designs for special shear stress, in particular Ultraturrax.
Schließlich kann erfindungsgemäß die Teilchengröße des erhaltenen Silberorthophosphats und in Abhängigkeit davon indirekt auch die Teilchengröße des daraus hergestellten teilreduzierten Silberorthophosphats über die Einstellung des Verhältnisses von fester Anteil zu flüssigem Anteil bei der in Stufe a) anfallenden Suspension beeinflusst werden. Erniedrigt man beispielsweise das fest/flüssig-Verhältnis bei Raumtemperatur von 1:10 auf 1:20, so wird das Silberorthophosphat feinteiliger, d. h., insbesondere der Anteil mit Teilchengrößen kleiner als 1 μm wird größer.Finally, according to the invention, the particle size of the resulting silver orthophosphate and, depending thereon, also the particle size of the partially reduced silver orthophosphate prepared therefrom can be influenced by adjusting the ratio of solid fraction to liquid fraction in the suspension obtained in stage a). If, for example, the solid / liquid ratio at room temperature is reduced from 1:10 to 1:20, the silver orthophosphate becomes more finely divided, i. h., In particular, the proportion with particle sizes smaller than 1 micron becomes larger.
Die Einstellung des fest/flüssig-Verhältnisses erfolgt im Hinblick auf die sich aus der Fällung ergebende Silberorthophosphatmasse. Danach richtet sich die zu verwendende Flüssigkeitsmenge.The solid / liquid ratio is adjusted with respect to the silver orthophosphate composition resulting from the precipitation. Thereafter, the amount of liquid to be used depends.
Vorzugsweise wird ein teilreduziertes Silberorthophosphat mit einer solchen Teilchengrößenverteilung gemäß Messung durch Laserbeugung hergestellt, dass mindestens 15 Gew.% eine Teilchengröße von weniger als 1,0 μm aufweisen und mindestens 90 Gew.% eine Teilchengröße von weniger als 5 μm aufweisen. Bei einer Normalverteilung (Gauß-Verteilung) der Teilchengrößen ist es bevorzugt, dass deren Maximum unterhalb von 4 μm, insbesondere unterhalb von 3 μm und am meisten bevorzugt unterhalb von 2 μm liegt.Preferably, a partially reduced silver orthophosphate having such a particle size distribution as measured by laser diffraction is prepared so that at least 15% by weight has a particle size of less than 1.0 μm and at least 90% by weight has a particle size of less than 5 μm. In the case of a normal distribution (Gaussian distribution) of the particle sizes, it is preferred that their maximum lies below 4 μm, in particular below 3 μm and most preferably below 2 μm.
Zum Beispiel wird in Stufe a) eine Suspension mit einem Verhältnis bei Raumtemperatur von fester Anteil zu flüssigem Anteil von 1:5 bis zu 1:15 hergestellt, bei der mindestens 15 Gew.% der Silberorthophosphat-Teilchen eine Teilchengröße von weniger als 1,0 μm aufweisen.For example, in step a), a suspension having a ratio at room temperature of solid portion to liquid portion of 1: 5 to 1:15 is prepared wherein at least 15% by weight of the silver orthophosphate particles have a particle size of less than 1.0 have μm.
Alternativ wird in Stufe a) eine Suspension mit einem Verhältnis bei Raumtemperatur von festem Anteil zu flüssigem Anteil von weniger als 1:15 bis zu 1:25 hergestellt, bei der mindestens 30 Gew.% der Silberorthophosphat-Teilchen eine Teilchengröße von weniger als 1,0 μm aufweisen. Alternatively, in step a), a suspension having a ratio at room temperature of solid fraction to liquid fraction of less than 1:15 to 1:25 is prepared in which at least 30% by weight of the silver orthophosphate particles have a particle size of less than 1, Have 0 microns.
Das teilreduzierte Silberorthophosphat wird in wässriger Suspension erhalten und muss aus dieser Suspension als feinteiliger Feststoff gewonnen werden. Geeignete Trennverfahren sind dem Fachmann bekannt. Beispielsweise kann der feinteilige Feststoff durch Zentrifugieren von der wässrigen Lösung abgetrennt werden.The partially reduced silver orthophosphate is obtained in aqueous suspension and must be recovered from this suspension as a finely divided solid. Suitable separation processes are known to the person skilled in the art. For example, the finely divided solid can be separated from the aqueous solution by centrifugation.
Gemäß der Erfindung wird das teilreduzierte Silberorthophosphat nach dem Abtrennen von der wässrigen Lösung wiederholt mit Portionen von deionisiertem Wasser gewaschen. Zu diesem Zweck wird das Silberorthophosphat vorzugsweise für jeden Waschvorgang zunächst in Reinstwasser dispergiert und anschließend durch Zentrifugieren wieder abgetrennt. Die Waschvorgänge werden so oft wiederholt, bis die spezifische Leitfähigkeit der letzten Portion Waschwasser nach Abtrennung von dem Feststoff einen Wert unter 50 μS/cm und vorzugsweise unter 20 μS aufweist. Das wiederholte Waschen ist wichtig für die Photostabilität des antimikrobiellen Kunstoffproduktes und des darin enthaltenen, teilreduzierten Silberorthophosphats.According to the invention, the partially reduced silver orthophosphate after separation from the aqueous solution is repeatedly washed with portions of deionized water. For this purpose, the silver orthophosphate is preferably first dispersed in ultrapure water for each washing operation and then separated off again by centrifuging. The washing operations are repeated until the specific conductivity of the last portion of washing water after separation from the solid has a value below 50 μS / cm and preferably below 20 μS. Repeated washing is important to the photostability of the antimicrobial plastic product and the partially reduced silver orthophosphate contained therein.
Die spezifische elektrische Leitfähigkeit ist das Reziproke des spezifischen Widerstandes. Die Einheit ist (Ωcm)–1 bzw. S/cm. Hierbei ist S = 1/Ω die Kurzform für Siemens, die Einheit des elektrischen Leitwertes, welches definiert ist als das Reziproke des elektrischen Widerstandes. Die elektrische Leitfähigkeit hängt von der Temperatur ab sowie bei Ionenleitern von der Konzentration, dem Dissoziationsgrad und dem Lösungsmittel. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung bezieht sich die elektrische Leitfähigkeit auf die Referenztemperatur 25°C.The specific electrical conductivity is the reciprocal of the specific resistance. The unit is (Ωcm) -1 or S / cm. Here, S = 1 / Ω is the short form for Siemens, the unit of electrical conductance, which is defined as the reciprocal of the electrical resistance. The electrical conductivity depends on the temperature and ion conductors on the concentration, the degree of dissociation and the solvent. For the purposes of the present invention, the electrical conductivity refers to the reference temperature 25 ° C.
Leitfähigkeitsmessgeräte werden auch als Konduktometer bezeichnet. Erfindungsgemäß geeignete Konduktometer sind unter den Bezeichnungen Sartorius PP-20 und Sartorius PP-50 im Handel erhältlich. Hersteller ist die Sartorius AG, Weender Landstraße 94–108, Göttingen, Deutschland. Die von der Sartorius AG für diese Konduktometer angebotenen Messzellen PY-CO1–PY-CO3 sind Vier-Elektroden-Messzellen mit Platinelektroden. Die Leitfähigkeitsmessung wird mit diesen Konduktometern unter Anwendung einer Wechselspannung bzw. eines Wechselstromes durchgeführt. Die gebräuchlichste Frequenz ist 50 Hz.Conductivity meters are also called conductometers. Conductometers suitable according to the invention are commercially available under the names Sartorius PP-20 and Sartorius PP-50. The manufacturer is Sartorius AG, Weender Landstraße 94-108, Göttingen, Germany. The measuring cells PY-CO1-PY-CO3 offered by Sartorius AG for these conductometers are four-electrode measuring cells with platinum electrodes. The conductivity measurement is carried out with these conductometers using an alternating voltage or an alternating current. The most common frequency is 50 Hz.
Das durch wiederholtes Waschen ausreichend gereinigte teilreduzierte Silberorthophosphat wird anschließend getrocknet. Das Trocknen kann in beliebiger Weise erfolgen, beispielsweise in einem Trockenschrank. Der Feststoff wird in Stufe e) vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 80°C bis 105°C getrocknet werden. Das so erhaltene getrocknete teilreduzierte Silberorthophosphat ist dann geeignet für die Einarbeitung in ein Kunststoffvorprodukt.The partially purified by repeated washing partially reduced silver orthophosphate is then dried. The drying can be done in any way, for example in a drying oven. The solid is preferably dried in step e) at a temperature in the range of 80 ° C to 105 ° C. The resulting dried partially reduced silver orthophosphate is then suitable for incorporation into a plastic precursor.
Eine andere Variante zur Gewinnung des trockenen teilreduzierten Silberorthophosphats besteht in der Anwendung der sogenannten Sprühtrockung. Dazu wird die wasserhaltige Suspension in eine erwärmte Kammer verdüst, dabei wird das Wasser verdampft und der Feststoff abgeschieden. Ein Vorteil der Sprühtrocknung ist, dass in einem Verfahrensschritt die fest/flüssig-Trennung und die Trocknung realisiert werden kann. Allerdings ist deren Einsatz erst für die Suspension der letzten Waschstufe möglich, weil beim Verdampfen die im Wasser gelösten Inhaltsstoffe in der Feststoffphase verbleiben. Sprühtrocknungsapparate werden in Baugrößen vom Labormaßstab bis zu großtechnischen Anlagen angeboten.Another variant for obtaining the dry partially reduced silver orthophosphate is the use of so-called spray drying. For this purpose, the water-containing suspension is atomized into a heated chamber, while the water is evaporated and the solid is deposited. An advantage of spray-drying is that in one process step the solid / liquid separation and the drying can be realized. However, their use is only possible for the suspension of the last washing stage, because during evaporation, the ingredients dissolved in the water remain in the solid phase. Spray drying units are available in sizes from laboratory scale to large-scale systems.
Der Begriff „Kunststoffvorprodukt” bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung Materialien, aus denen durch Formen Kunststoffformteile bzw. das „Kunststoffprodukt” hergestellt werden können. Das Kunststoffvorprodukt kann beispielsweise in Form von Granulat oder Pellets oder als Pulver vorliegen. Das Kunststoffvorprodukt kann ein Einkomponentensystem sein, bei dem die eine Komponente durch Formen in ein Kunststoffformteil überführt werden kann. Das Kunststoffvorprodukt kann aber auch ein Mehrkomponentensystem sein, bei dem die Komponenten unmittelbar vor dem Formen zunächst miteinander vermischt werden und eine Aushärtung des Kunststoffes beim Formen bzw. nach dem Formen stattfindet. Füllstoffe oder Additive sind keine Kunststoffvorprodukte im Sinne der vorliegenden Erfindung.The term "plastic precursor" in the context of the present invention refers to materials from which plastic moldings or the "plastic product" can be produced by molding. The plastic precursor can be present for example in the form of granules or pellets or as a powder. The plastic precursor can be a one-component system in which one component can be converted by molding into a plastic molding. However, the plastic precursor can also be a multicomponent system in which the components are first mixed together immediately before molding and curing of the plastic takes place during molding or after molding. Fillers or additives are not plastic precursors for the purposes of the present invention.
Wesentlicher Bestandteil des Kunststoffvorproduktes sind polymere Verbindungen, insbesondere solche, die im medizinischen Bereich üblicherweise Verwendung finden.An essential component of the plastic precursor are polymeric compounds, in particular those which are commonly used in the medical field.
Bevorzugte Polymere sind Polyurethane, Polycarbonate, Silicone, Polyvinylchlorid, Polyacrylate, Polyester, Polyolefine, Polystyrol und Polyamide. Polyethylen, Polypropylen, vernetzte Polysiloxane, Polymere auf (Meth)acrylat-Basis, Zellulose und Zellulose-Derivate, ABS, Tetrafluorethylenpolymere, Polyethylenterephthalate sowie die entsprechenden Copolymere können als polymere Verbindungen eingesetzt werden. Als Beispiele für erfindungsgemäß geeignete Copolymere seien Styrol-Acrylnitril-Copolymere sowie Copolymere aus Ethylen und einem höheren α-Olefin genannt.Preferred polymers are polyurethanes, polycarbonates, silicones, polyvinyl chloride, polyacrylates, polyesters, polyolefins, polystyrene and polyamides. Polyethylene, polypropylene, crosslinked polysiloxanes, (meth) acrylate-based polymers, cellulose and cellulose derivatives, ABS, tetrafluoroethylene polymers, Polyethylene terephthalates and the corresponding copolymers can be used as polymeric compounds. Examples of suitable copolymers according to the invention are styrene-acrylonitrile copolymers and also copolymers of ethylene and a higher α-olefin.
Neben einem oder mehreren polymeren Materialien kann das Vorprodukt Additive umfassen. Additive können beispielsweise anorganische oder organische Substanzen sein. Das Vorprodukt kann insbesondere alle anorganischen als auch organischen Substanzen umfassen, die inert und medizinisch unbedenklich sind. Dazu gehören insbesondere in Wasser schwer lösliche Materialien wie Zirkonium Dioxid, Zirkonium Silikat, Titandioxid, Zinkoxid, Calciumfluorid, Calciumcarbonat, Alumosilikate, Hydroxylapatit, Fluorapatit, Bariumsulfat, Calciumsulfat und Kohlenstoff in seinen verschiedenen Erscheinungsformen. Solche Substanzen können bereits als Füllstoffe in einem kommerziell erhältlichen Kunststoffvorprodukt enthalten sein, andererseits können sie einem kommerziell erhältlichen Kunststoffvorprodukt im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als weitere Komponente zugefügt und in das Kunststoffvorprodukt eingearbeitet werden.In addition to one or more polymeric materials, the precursor may comprise additives. Additives may be, for example, inorganic or organic substances. The precursor may in particular comprise all inorganic and organic substances that are inert and medically safe. These include, in particular, sparingly water-soluble materials such as zirconium dioxide, zirconium silicate, titanium dioxide, zinc oxide, calcium fluoride, calcium carbonate, aluminosilicates, hydroxyapatite, fluorapatite, barium sulfate, calcium sulfate and carbon in its various forms. Such substances may already be present as fillers in a commercially available plastic precursor, on the other hand they may be added to a commercially available plastic precursor in the context of the present invention as a further component and incorporated into the plastic precursor.
Das Kunststoffvorprodukt kann darüber hinaus weitere Additive enthalten, wie z. B. Pigmente, Antioxidantien, Weichmacher, Photostabilisatoren für das Polymer usw.The plastic precursor may also contain other additives, such as. As pigments, antioxidants, plasticizers, photostabilizers for the polymer, etc.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird metallisches Silber auf Silberphosphat abgeschieden. Allgemeiner gesagt, werden bei dem Verfahren Teilchen gebildet, die teilweise aus Silberorthophosphat und teilweise aus metallischem Silber bestehen. Dadurch entstehen viele mikroskopische elektrochemische Halbelemente Ag/Ag3PO4, deren Potenziale nur von der Phosphationenkonzentration in der umgebenden wässrigen Phase abhängen. Thermodynamisch lässt sich zeigen, dass dadurch die freie Enthalpie für die Reaktion Ag0 → Ag+ + e in den negativen Bereich verschoben wird und damit die Reduktion von Silberionen zu Silber erschwert wird.In the process according to the invention, metallic silver is deposited on silver phosphate. More generally, the method comprises forming particles consisting partly of silver orthophosphate and partly of metallic silver. This results in many microscopic electrochemical half-elements Ag / Ag 3 PO 4 whose potentials depend only on the concentration of phosphation in the surrounding aqueous phase. Thermodynamically, it can be shown that this shifts the free enthalpy for the reaction Ag 0 → Ag + + e into the negative range, thus making the reduction of silver ions to silver more difficult.
Man kann die Reduktion in Stufe b) so führen, dass 1 Gew.% bis 65 Gew.% des suspendierten Silberorthophosphats zu metallischem Silber reduziert werden. Wenn das Ausmaß der Reduktion in diesem Bereich liegt, dann wird ein teilreduziertes Silberorthophosphat erzeugt, das im Allgemeinen einen Überschuss an Silberionen des Silberorthophosphats über Silberatome des metallischen Silbers aufweist und jedenfalls nicht mehr als ein Silberatom je Silberion.The reduction in step b) can be carried out so that 1% by weight to 65% by weight of the suspended silver orthophosphate are reduced to metallic silver. If the extent of reduction is in this range, then a partially reduced silver orthophosphate is produced which generally has an excess of silver ions of the silver orthophosphate over silver atoms of the metallic silver, and in any event no more than one silver atom per silver ion.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise ausschließlich Reinstwasser verwendet. Reinstwasser kann beispielsweise durch eine Destillation über eine mehrbödige Kolonne erhalten werden. Reinstwasser kann aber auch durch Deionisation erhalten werden. Die Leitfähigkeit des Reinstwassers ist sehr gering und liegt in jedem Fall unterhalb 5 μS/cm.In the method according to the invention, only ultrapure water is preferably used. Ultrapure water can be obtained, for example, by distillation over a multidose column. Ultrapure water can also be obtained by deionization. The conductivity of the ultrapure water is very low and is in any case below 5 μS / cm.
Durch die Erfindung wird teilreduziertes Silberphosphat als Mittel für die antimikrobielle Ausrüstung von Kunststoffen verfügbar gemacht, wobei die so ausgerüsteten Kunststoffe nicht das Problem der Photoinstabilität aufweisen, wie es für Silberphosphat in der Literatur beschrieben ist. Es ist nicht erforderlich, dass das teilreduzierte Silberorthophosphat vor dem Einarbeiten in das Kunststoffvorprodukt auf einen Träger aufgebracht wird. Gemäß einer erfindungsgemäß bevorzugten Arbeitsweise wird das teilreduzierte Silberorthophosphat dem Kunststoffvorprodukt bzw. der Kunststoffmasse direkt zugegeben, ohne zuvor auf ein anorganisches Trägermaterial oder einen anorganischen Füllstoff aufgebracht oder mit einem solchen vermischt worden zu sein.The invention provides partially reduced silver phosphate as an agent for the antimicrobial finishing of plastics, the plastics thus treated not having the problem of photoinstability, as described for silver phosphate in the literature. It is not necessary that the partially reduced silver orthophosphate is applied to a support before incorporation into the plastic precursor. According to a preferred procedure according to the invention, the partially reduced silver orthophosphate is added directly to the plastic precursor or the plastics material without first being applied to or mixed with an inorganic carrier material or an inorganic filler.
Andererseits ist die Erfindung aber auch nicht auf füllstofffreie Kunststoffprodukte beschränkt. Manche kommerziell erhältliche Kunststoffvorprodukte enthalten bereits einen Füllstoff und weitere Additive wie z. B. Antioxidantien, Pigmente, Weichmacher usw. Die Erfindung erstreckt sich auf Verfahren, bei denen solche Kunststoffvorprodukte eingesetzt werden, die bereits anorganische Füllstoffe enthalten.On the other hand, the invention is not limited to filler-free plastic products. Some commercially available plastic precursors already contain a filler and other additives such. As anti-oxidants, pigments, plasticizers, etc. The invention extends to processes in which such plastic precursors are used which already contain inorganic fillers.
Es ist gemäß der Erfindung auch möglich, dass das getrocknete teilreduzierte Silberorthophosphat zunächst mit einem anorganischen Füllstoff vermischt wird, bevor die Mischung in das Kunststoffvorprodukt eingearbeitet wird. Das kann beispielsweise zweckmäßig sein, um die Bildung von Agglomeraten zu verhindern, wenn das teilreduzierte Silberorthophosphat vor der Weiterverarbeitung längere Zeit gelagert werden soll.It is also possible according to the invention that the dried partially reduced silver orthophosphate is first mixed with an inorganic filler before the mixture is incorporated into the plastic precursor. This may be useful, for example, to prevent the formation of agglomerates if the partially reduced silver orthophosphate is to be stored for a longer time before further processing.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf Verfahren, bei denen zusätzlich mindestens ein weiteres in Wasser schwer lösliches Material in das Kunststoffvorprodukt eingearbeitet wird. Das weitere Material kann beispielsweise Zirkoniumdioxid, Zirkoniumsilikat, Titandioxid, Zinkoxid, Calciumfluorid, Calciumcarbonat, ein Alumosilikat, Hydroxylapatit, Fluorapatit, Bariumsulfat, Calciumsulfat oder Kohlenstoff in einer seiner Erscheinungsformen sein, beispielsweise Graphit. Dabei kann man so vorgehen, dass man zunächst das teilreduzierte Silberorthophosphat in das Kunststoffvorprodukt einarbeitet und anschließend das weitere Material in das Kunststoffvorprodukt einarbeitet. Man kann aber auch so vorgehen, dass man zunächst das teilreduzierte Silberorthophosphat mit dem weiteren schwer löslichen Material vermischt und anschließend diese Mischung in das Kunststoffvorprodukt einarbeitet.The invention also extends to methods in which additionally at least one further material which is sparingly soluble in water is incorporated into the plastic precursor. The further material may be, for example, zirconia, zirconium silicate, titanium dioxide, zinc oxide, calcium fluoride, calcium carbonate, an aluminosilicate, hydroxyapatite, fluoroapatite, barium sulfate, calcium sulfate or carbon in one of its forms, for example graphite. This can be done by first incorporating the partially reduced silver orthophosphate in the plastic precursor and then the other material in incorporates the plastic precursor. However, it is also possible to proceed by first mixing the partially reduced silver orthophosphate with the further sparingly soluble material and then incorporating this mixture into the plastic precursor.
Ist das Kunststoffvorprodukt ein Zweikomponenten-System, dann kann das teilreduzierte Silberorthophosphat zunächst in eine Komponente eingemischt werden, bevor die zweite Komponente hinzugegeben wird.If the plastic precursor is a two-component system, then the partially reduced silver orthophosphate can first be mixed into one component before the second component is added.
Für die Einarbeitung des teilreduzierten Silberorthophosphats und ggf. des weiteren in Wasser schwer löslichen Materials stehen dem Fachmann verschiedene Verfahren zur Verfügung. Die Einarbeitung erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines Mischers, Rührers, Kneters, Walzwerks oder Extruders.For the incorporation of the partially reduced silver orthophosphate and possibly the further sparingly water-soluble material, various methods are available to the person skilled in the art. The incorporation is preferably carried out with the aid of a mixer, stirrer, kneader, rolling mill or extruder.
Das teilreduzierte Silberorthophosphat wird vorzugsweise in einer Menge von 0,1 Gew.% bis 10 Gew.%, insbesondere 0,5 Gew.% bis 5 Gew.% und am meisten bevorzugt 1 Gew.% bis 3 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kunststoffproduktes, in das Kunststoffvorprodukt eingearbeitet.The partially reduced silver orthophosphate is preferably used in an amount of 0.1% by weight to 10% by weight, especially 0.5% by weight to 5% by weight, and most preferably 1% by weight to 3% by weight, based on the Total weight of the plastic product, incorporated into the plastic precursor.
Wenn alle gewünschten Komponenten in das Kunststoffvorprodukt eingearbeitet worden sind, wird daraus das Kunststoffprodukt geformt. Vorzugsweise erfolgt das Formen durch Extrudieren, Spritzgießen, Pressen oder Heißpressen.When all desired components have been incorporated into the plastic precursor, the plastic product is molded therefrom. The molding is preferably carried out by extrusion, injection molding, pressing or hot pressing.
Das Extrudieren ist insoweit ein Sonderfall, als es einerseits für die Einarbeitung von Feststoffen in das Kunststoffvorprodukt und andererseits für das Formen des Kunststoffproduktes eingesetzt werden kann. Durch Wahl eines geeigneten Extruders können somit das Einarbeiten von Feststoffen in das Kunststoffvorprodukt und die Formung des Kunststoffproduktes mit Hilfe derselben Apparatur durchgeführt werden.Extrusion is a special case in so far as it can be used on the one hand for the incorporation of solids in the plastic precursor and on the other hand for the molding of the plastic product. By choosing a suitable extruder, the incorporation of solids into the plastic precursor and the molding of the plastic product can thus be carried out with the aid of the same apparatus.
Es können die verschiedensten Produkte geformt werden. Beispiele für Medizinprodukte sind Venenkatheter, periphere Venenkanülen, Sheldon-Katheter, Hickman-Typ-Katheter, Portkatheter, wobei mindestens die Portkammer aus erfindungsgemäß hergestelltem Material besteht, zweckmäßig auch alle weiteren Bestandteile desselben, Ventrikelkatheter, Lumbalkatheter, Peritonealkatheter, Blasenkatheter, Nephrostomie-Katheter, Uretherstents, Toraxdrainagen sowie das angeschlossene Saugsystem, Endotracheale Tuben, Zahnbürsten (Borsten und Griff), chirurgisches Nahtmaterial, Fadenmaterial zur Herstellung von antimikrobiellen Textilien, Materialien für die antimikrobielle Beschichtung, z. B. von Schläuchen für die Beatmung, antimikrobielle Wundabdeckungen und Dressings für Brandverletzungen.It can be shaped a variety of products. Examples of medical devices are venous catheters, peripheral venous cannulae, Sheldon catheters, Hickman-type catheters, port catheters, at least the port chamber consisting of material produced according to the invention, expediently also all other constituents thereof, ventricular catheters, lumbar catheters, peritoneal catheters, bladder catheters, nephrostomy catheters, Urether stents, torax drains and the connected suction system, endotracheal tubes, toothbrushes (bristles and handles), surgical sutures, thread material for the production of antimicrobial textiles, materials for antimicrobial coating, eg. Of respiratory tubes, antimicrobial wound dressings and burn injuries dressings.
Die Erfindung ist aber nicht auf medizinische Anwendungen beschränkt. Eine antimikrobielle Ausrüstung ist auch bei Kunststoffprodukten erwünscht, die von unterschiedlichen Personen berührt werden. Beispiele für solche Produkte sind Telefonhörer, Türklinken oder Tastaturen für Computer.The invention is not limited to medical applications. Antimicrobial equipment is also desired in plastic products that are touched by different people. Examples of such products are telephone handsets, door handles or computer keyboards.
Das erfindungsgemäß hergestellte Kunststoffprodukt enthält teilreduziertes Silberorthophosphat und ist frei von kolloidalem Metall und insbesondere frei von Nanosilber, d. h. von metallischem Silber mit Teilchengrößen im Bereich von 1 bis 100 nm.The plastic product produced according to the invention contains partially reduced silver orthophosphate and is free of colloidal metal and in particular free of nanosilver, d. H. of metallic silver with particle sizes in the range of 1 to 100 nm.
Das erfindungsgemäß hergestellte Kunststoffprodukt enthält Kunststoff und darin verteiltes teilreduziertes Silberorthophosphat, welches aus Silberorthophosphatteilchen besteht, die teilweise zu metallischem Silber reduziert worden sind. In den Teilchen besteht ein direkter Kontakt zwischen Silberorthophosphat und metallischem Silber. Die Oberfläche der Teilchen besteht teilweise aus Silberorthophosphat und teilweise aus metallischem Silber.The plastic product produced according to the invention contains plastic and partially reduced silver orthophosphate dispersed therein, which consists of silver orthophosphate particles which have been partially reduced to metallic silver. The particles have direct contact between silver orthophosphate and metallic silver. The surface of the particles consists partly of silver orthophosphate and partly of metallic silver.
Das teilreduzierte Silberorthophosphat weist vorzugsweise ein Verhältnis von Silberionen des Silberorthophosphats zu Silberatomen des metallischen Silbers im Bereich von 95:5 bis 55:45 auf, d. h. die Silberionen liegen im Vergleich zu den Silberatomen im Überschuss vor.The partially reduced silver orthophosphate preferably has a ratio of silver ions of the silver orthophosphate to silver atoms of the metallic silver in the range of 95: 5 to 55:45, i. H. the silver ions are in excess compared to the silver atoms.
Die Größe der Teilchen aus teilreduziertem Silberphosphat kann beispielsweise durch Laserbeugung gemessen werden. Die Messung kann nach DIN ISO 13320-1:1999-11 erfolgen. Soweit in der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen Teilchengrößen angegeben werden, sind diese dahingehend zu verstehen, dass es sich um Teilchengrößen gemäß Messung durch Laserbeugung, insbesondere gemäß DIN ISO 133320-1:1999-11 handelt. Ein geeignetes Meßgerät ist beispielsweise unter der Bezeichnung „SYMPATEC HELOS (H2023) & SUCELL” im Handel erhältlich.The size of the particles of partially reduced silver phosphate can be measured for example by laser diffraction. The measurement can be carried out according to DIN ISO 13320-1: 1999-11. As far as in the present description and in the claims particle sizes are given, these are to be understood as meaning that they are particle sizes as measured by laser diffraction, in particular according to DIN ISO 133320-1: 1999-11. A suitable meter is commercially available, for example, under the name "SYMPATEC HELOS (H2023) & SUCELL".
Vorzugsweise haben 95 Gew.%, insbesondere 98 Gew.% und am meisten bevorzugt 99 Gew.% der Teilchen eine Größe von weniger als 5 μm. Hier handelt es sich um die absolute Größe der Teilchen (und nicht um Mittelwerte). Preferably, 95% by weight, especially 98% by weight and most preferably 99% by weight of the particles have a size of less than 5 μm. This is the absolute size of the particles (and not averages).
Dem Fachmann sind unterschiedliche Formen der Teilchengrößenverteilung bekannt. Die Teilchengrößenverteilung kann monomodal, bimodal oder multimodal sein, d. h., sie kann ein Maximum oder mehrere Maxima aufweisen. Vorzugsweise handelt es sich um eine Normalverteilung (Gauß-Verteilung) mit einem Maximum bzw. um eine Verteilung, die in etwa einer Normalverteilung entspricht.The person skilled in various forms of particle size distribution are known. The particle size distribution may be monomodal, bimodal or multimodal, d. h., It may have a maximum or more maxima. Preferably, it is a normal distribution (Gaussian distribution) with a maximum or about a distribution that corresponds approximately to a normal distribution.
Der Begriff „wässrige Suspension von Silberorthophosphat” oder auch nur „Suspension” wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung so verwendet, dass er mit allen in dieser Beschreibung gemachten Angaben zur Teilchengröße des Silberorthophosphats kompatibel ist.The term "aqueous suspension of silver orthophosphate" or even "suspension" is used within the scope of the present invention to be compatible with all silver orthophosphate particle size information given in this specification.
Das erfindungsgemäß hergestellte Kunststoffprodukt kann ausschließlich aus antimikrobiell ausgerüstetem Kunststoff bestehen, wie er nach einem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist, und insbesondere aus antimikrobiell ausgerüstetem Kunststoff, der Kunststoff und darin verteiltes teilreduziertes Silberorthophosphat enthält.The plastic product produced according to the invention may consist exclusively of antimicrobially finished plastic, as obtainable by a method according to the invention, and in particular of antimicrobially finished plastic containing plastic and partially reduced silver orthophosphate distributed therein.
Das Kunststoffprodukt kann aber auch so aufgebaut sein, dass mindestens ein Teil desselben aus dem antimikrobiell ausgerüsteten Kunststoff besteht und mindestens ein anderer Teil desselben aus einem anderen Material besteht. Das andere Material kann aus Metallen, Glas, Keramik und Kunststoffen ausgewählt sein.The plastic product may also be constructed so that at least a part thereof consists of the antimicrobial plastic and at least one other part thereof consists of a different material. The other material may be selected from metals, glass, ceramics and plastics.
Das Kunststoffprodukt kann dabei so aufgebaut sein, dass seine Oberfläche mindestens teilweise aus antimikrobiell ausgerüstetem Kunststoff und mindestens teilweise aus anderem Material besteht. Alternativ kann das Kunststoffprodukt so aufgebaut sein, dass der antimikrobiell ausgerüstete Kunststoff das andere Material umschließt, so dass die Oberfläche des Produktes ausschließlich aus diesem Kunststoff besteht.The plastic product may be constructed so that its surface is at least partially made of antimicrobial plastic and at least partially made of other material. Alternatively, the plastic product may be constructed so that the antimicrobially finished plastic encloses the other material, so that the surface of the product consists exclusively of this plastic.
Im weitesten Sinne erstreckt sich Stufe g) des erfindungsgemäßen Verfahrens auch darauf, dass das Kunststoffvorprodukt als Beschichtungsmasse bzw. Überzugsmasse auf einen Formkörper aus beliebigem Material aufgebracht wird, so dass die Oberfläche des beschichteten Formkörpers vollständig oder teilweise aus dem antimikrobiell ausgerüsteten Kunststoff besteht.In the broadest sense, step g) of the method according to the invention also extends to the fact that the plastic precursor is applied as a coating composition or coating composition to a shaped body made of any desired material, so that the surface of the coated shaped body consists completely or partially of the antimicrobially finished plastic.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung von teilreduziertem Silberorthophosphat mit den Schritten a) bis e) von Patentanspruch 1 sowie bevorzugte Ausführungsformen dieses Verfahrens gemäß den Ansprüchen 2 bis 26. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung des so hergestellten teilreduzierten Silberorthophosphats als antimikrobielles Mittel beispielsweise in kosmetischen Präparaten zur äußeren Anwendung; in medizinischen Präparaten zur äußeren Anwendung, in medizinischen Präparaten zur Anwendung in Körperhöhlen, in medizinischen Präparaten zur Anwendung in und auf Wunden; in Verbandmaterialien zur Anwendung auf der verletzten und auf der unverletzten Haut; in Kunstoffen zur Herstellung von Fäden und Gespinsten als Halbzeug für textile Stoffe; in Lacken, Farben und Beschichtungen; in festen und flüssigen Präparaten für den Zusatz zu Flüssigkeiten zur Keimfreimachung und -haltung; und in Keramikkörpern.The invention also relates to a process for the preparation of partially reduced silver orthophosphate with the steps a) to e) of claim 1 and preferred embodiments of this process according to
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail by way of examples.
Beispiel 1example 1
In einem 500 ml Reaktionskolben wurden 300 ml deionisiertes Wasser vorgelegt. Unter Rühren wurden darin 8,32 g Di-Kaliumhydrogenphosphat gelöst. Der pH-Wert der Lösung wurde durch Zugabe von 1,8 g Ätznatron auf 12,7 eingestellt.300 ml of deionized water were placed in a 500 ml reaction flask. While stirring, 8.32 g of di-potassium hydrogenphosphate were dissolved therein. The pH of the solution was adjusted to 12.7 by adding 1.8 g of caustic soda.
In einem Becherglas wurden 24,3 g Silbernitrat in 100 ml deionisiertem Wasser gelöst.In a beaker 24.3 g of silver nitrate were dissolved in 100 ml of deionized water.
Durch langsames Zutropfen der Silbernitratlösung zu der Lösung im Reaktionskolben wurde bei Zimmertemperatur das Silberorthophosphat gefällt.By slow dropwise addition of the silver nitrate solution to the solution in the reaction flask, the silver orthophosphate was precipitated at room temperature.
Es wurden 0,9 g Natriumascorbat in 50 ml deionisiertem Wasser aufgelöst und 100 mg Ätznatron zugesetzt (pH = 12,5).0.9 g of sodium ascorbate was dissolved in 50 ml of deionized water and 100 mg of caustic soda added (pH = 12.5).
Diese Lösung wurde nach Beendigung der Silberorthophosphatfällung der Suspension bei Zimmertemperatur zudosiert. Dabei trat eine Farbänderung des Feststoffes von gelb über grün, grünbraun nach braun nach vollständiger Zugabe des Reduktionsmittels auf. This solution was added at the end of the silver orthophosphate precipitation of the suspension at room temperature. A color change of the solid from yellow to green, green brown to brown occurred after complete addition of the reducing agent.
Nach Beendigung der Dosierung wurde noch 10 Minuten gerührt. Nach Abschalten der Rührvorrichtung sedimentierte der Feststoff. Die klare flüssige Phase konnte durch Dekantation abgetrennt werden. Der verbleibende Feststoff wurde in 500 ml frischem deionisiertem Wasser aufgerührt und gewaschen. Dieser Vorgang wurde viermal wiederholt. Nach dem letzten Waschen wurde der Feststoff mittels Filternutsche abgetrennt.After completion of the dosage was stirred for 10 minutes. After switching off the stirring device, the solid sedimented. The clear liquid phase could be separated by decantation. The remaining solid was stirred in 500 ml of fresh deionized water and washed. This process was repeated four times. After the last wash, the solid was separated by filtration.
Der pH-Wert des letzten Filtrats betrug 7,5 und die elektrische Leitfähigkeit 23 μS/cm.The pH of the last filtrate was 7.5 and the electrical conductivity was 23 μS / cm.
Schließlich wurde der braune Feststoff bei 100–105°C getrocknet.
Beispiel 2Example 2
In einem 1000 ml Reaktionskolben wurden 600 ml deionisiertes Wasser vorgelegt. Unter Rühren wurden darin 68,15 g Silbernitrat gelöst. Der pH-Wert der Lösung betrug 8,24. (Lösung L1) 600 ml of deionized water were placed in a 1000 ml reaction flask. While stirring, 68.15 g of silver nitrate was dissolved therein. The pH of the solution was 8.24. (Solution L1)
23,3 g Di-Kaliumhydrogenphosphat wurden in 300 ml deionisiertem Wasser gelöst und durch Zugabe von 5,6 g Ätznatron ein pH-Wert von 12,3 eingestellt (Lösung L2).23.3 g of di-potassium hydrogen phosphate were dissolved in 300 ml of deionized water and adjusted by the addition of 5.6 g of caustic soda, a pH of 12.3 (solution L2).
Die Lösung L2 wurde aus einem Tropftrichter unter Rühren der Lösung L1 zudosiert. Die Dosierzeit betrug 30 Minuten. Nach Beendigung der Dosierung stellte sich in der gelben Suspension ein pH-Wert von 7,8 ein.The solution L2 was metered from a dropping funnel while stirring the solution L1. The dosing time was 30 minutes. After completion of the dosage, the pH in the yellow suspension was 7.8.
In 100 ml deionisiertem Wasser wurden 5 g Natriumascorbat und 1,0 g Ätznatron gelöst. Der pH-Wert betrug 12,01. In 10 ml-Portionen wurde die alkalische Ascorbatlösung unter Rühren zügig der Silberorthophosphatsuspension zugegeben. Nach Abschluss der Zugabe wurde noch 10 Minuten gerührt.In 100 ml of deionized water was dissolved 5 g of sodium ascorbate and 1.0 g of caustic soda. The pH was 12.01. In 10 ml portions, the alkaline ascorbate solution was added rapidly to the silver orthophosphate suspension with stirring. After the addition was stirred for 10 minutes.
Der Feststoff sedimentierte, die überstehende wässrige Phase wurde dekantiert. Der abgetrennte Feststoff wurde viermal in Folge mit deionisiertem Wasser gewaschen. Der pH-Wert des letzten Waschwassers betrug 6,5 und die elektrolytische Leitfähigkeit betrug 26 μS/cm.The solid sedimented, the supernatant aqueous phase was decanted. The separated solid was washed four times in succession with deionized water. The pH of the last washing water was 6.5 and the electrolytic conductivity was 26 μS / cm.
Der gewaschene Feststoff wurde 3 Stunden bei 105°C getrocknet. Die chemische Analyse ergab:
In Beispiel 2 wurde im Unterschied zu Beispiel 1 bei der Fällung des Silberorthophosphates die Silbernitratlösung vorgelegt und die alkalische Di-Kaliumhydrogenphosphatlösung zudosiert. Das ist immer dann von Vorteil, wenn durch eine notwendige hohe Alkalizugabe zur Silbernitratlösung Silberoxid ausgefällt würde. Auf das Endprodukt hat die veränderte Reihenfolge keinen Einfluss.In Example 2, in contrast to Example 1 in the precipitation of the silver orthophosphate submitted the silver nitrate solution and the alkaline di-potassium hydrogen phosphate solution added. This is always advantageous if silver oxide would be precipitated by a necessary high addition of alkali to the silver nitrate solution. The changed order has no influence on the final product.
Messung der TeilchengrößenverteilungMeasurement of particle size distribution
Die Parameter der Teilchengrößenverteilung sind in der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengestellt. Die Teilchengrößenverteilung wurde mit einem Lasergranulometer des Typs SYMPATEC HELOS (H2023) gemessen. Tabelle 1
x(90): 90 Gew.% der Feststoffmenge haben eine Teilchengröße bis zuThe parameters of the particle size distribution are summarized in Table 1 below. The particle size distribution was measured with a SYMPATEC HELOS (H2023) laser granulometer. Table 1
x (90): 90% by weight of the solid amount has a particle size up to
Eine Verschiebung der Korngrößenverteilung nach kleineren Teilchengrößen kann durch Einsatz eines geeigneten Dispergiermittels, wie z. B. Tri-Natriumcitrat, durch Verwendung eines mechanischen Intensivrührers (hoher Energieeintrag) allein oder in Kombination mit dem Dispergiermittel und durch die Wahl eines kleineren Feststoff/Flüssigkeits-Verhältnisses erhalten werden.A shift in the particle size distribution to smaller particle sizes can be achieved by using a suitable dispersant such. As tri-sodium citrate, by using a mechanical intensive stirrer (high energy input) alone or in combination with the dispersant and by choosing a smaller solid / liquid ratio can be obtained.
Gemäß Beispiel 1 kann bereits ohne Verwendung eines Dispergiermittels mit einem Redukton als Reduktionsmittel bei einem Feststoff/Flüssigkeitsverhältnis von 1:20 ein feinteiliges teilreduziertes Silberorthophosphat hergestellt werden. Wird beispielsweise Trinatriumcitrat zusätzlich als Dispergiermittel verwendet, so steigt der Anteil an submikronen Teilchen an. Die Teilchengrößenverteilung kann sich soweit zu kleineren Teilchengrößen hin verändern, dass eine Abtrennung des Feststoffs nicht mehr vollständig möglich ist. Das ist zwar ein verfahrenstechnischer Nachteil, aber im Hinblick auf die weitere Verwendung des teilreduzierten Silberorthophosphats zur antimikrobiellen Ausrüstung von Kunststoffen von geringer Bedeutung.According to Example 1, a finely divided partly reduced silver orthophosphate can be prepared even without using a dispersant with a reductone as reducing agent at a solids / liquid ratio of 1:20. If, for example, trisodium citrate is additionally used as a dispersant, the proportion of submicron particles increases. The particle size distribution can change to smaller particle sizes so far that a separation of the solid is no longer completely possible. Although this is a procedural disadvantage, but with regard to the further use of the partially reduced silver orthophosphate for the antimicrobial finishing of plastics of little importance.
Wie in Tabelle 1 gezeigt, werden erfindungsgemäß wesentlich kleinere Teilchen als gemäß der
RöntgenspektrumX-ray spectrum
Es wurde das Röntgenspektrum eines erfindungsgemäß hergestellten Silberorthophosphats gemessen.
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