DE102011102636B3

DE102011102636B3 - Verfahren zur Herstellung eines antimikrobiellen Kunststoffproduktes

Info

Publication number: DE102011102636B3
Application number: DE102011102636A
Authority: DE
Inventors: Dr. Cichos Christoph; Irmgard Cichos
Original assignee: Spiegelberg & Co KG GmbH
Current assignee: Spiegelberg & Co KG GmbH
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2012-11-22
Anticipated expiration: 2031-05-28
Also published as: WO2012163806A1

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 in Gegenwart einer Hydroxycarbonsäure oder eines Salzes derselben als Dispergiermittel ausgefällt. Anschließend wird die Temperatur erhöht, um die Silberorthophosphatteilchen mit der Hydroxycarbonsäure oder deren Salz als Reduktionsmittel teilweise zu metallischem Silber zu reduzieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von antimikrobiellen Kunststoffprodukten. Bei den Produkten handelt es sich insbesondere um medizinische Produkte wie beispielsweise Katheter.
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.
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.
Um das Infektionsrisiko zu senken, werden Kunststoffe antimikrobiell ausgerüstet. Zu diesem Zweck werden antimikrobiell wirksame Metalle und insbesondere Silber verwendet.
In der WO 95/20878 wird ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffkörpern beschrieben, bei dem Polyurethanfolien mit metallischem Silber bedampft werden. Die mit einer Silberschicht Überzogenen Fallen werden dann zerkleinert. Das so erhaltene Material wird eingeschmolzen und zu Kunststoffkörpern, insbesondere für medizinische Anwendungen, geformt.
Die WO 01/09229 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines antimikrobiellen Kunststoffkörpers aus einem Vorprodukt. Bei diesem Verfahren wird mindestens ein Bestandteil des Vorprodukts mit einem Metallkolloid behandelt. Danach wird der Kunststoffkörper geformt. Des Metallkolloid ist vorzugsweise kolloidales Silber.
In der WO 2004/024205 wird ein Verfahren zur Herstellung eines antimikrobiellen Kunststoffproduktes aus einem Vorprodukt beschrieben. Bei diesem Verfahren wird des Vorprodukt zunächst mit einem antimikrobiellen Metallkolloid behandelt.
Anschließend wird ein lösliches oder schwer lösliches Salz eines antimikrobiellen Metalls zugesetzt. Dann wird das Kunststoffprodukt geformt. Als verwendbare Metallsalze sind Silbersulfat und Silberphosphat genannt.
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”
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 Wasser schwer-, in verdünnten Lösungen jedoch leicht löslicher Niederschlag aus Lösungen von Orthophosphaten auf Zusatz von Silbernitrat. ... Am Licht erleidet die Verbindung allmählich Schwarzfärbung.”
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.
Die EP 0 251 783 A2 offenbart antimikrobielle Zusammensetzungen, mit denen medizinische Gegenstände beschichtet oder imprägniert werden können. Die antimikrobiellen Zusammensetzungen enthalten eine antimikrobielle Silberverbindung wie Silberchlorid auf einem Träger aus einem physiologisch verträglichen, synthetischen Oxidmaterial in Teilchenform mit großer Oberfläche. In der EP 0 251 783 wird erläutert, dass Silberverbindungen in antimikrobiellen Zusammensetzungen den Nachteil haben, dass das in ionischer Form vorliegende Silber in Gegenwart von Licht oder anderer Strahlung instabil ist mit dem Ergebnis, dass es zu metallischem Silber reduziert wird. Die Reduktion zu metallischem Silber geht einher mit einer Farbänderung. Wenn ein Gegenstand, der mit einer antimikrobiellen Zusammensetzung beschichtet oder imprägniert ist, welche Silberverbindungen enthält, dem Licht ausgesetzt wird, kann er dunkler werden, was einen erheblichen ästhetischen Nachteil darstellt. Bei medizinischen Gegenständen, die für die Einführung in den Körper bestimmt sind, ist oft ein weißes oder im Wesentlichen weißes Aussehen bevorzugt. Aus ästhetischen Gründen ist es nicht akzeptabel, wenn sich solche Gegenstände während des Gebrauchs dunkel verfärben. Gemäß der Lehre der EP 0 251 783 A2 soll die Photostabilität von Silberchlorid dadurch verbessert werden, dass dieses auf ein physiologisch inertes, synthetisches Oxidträgermaterial in Teilchenform mit großer Oberfläche aufgezogen wird.
Nach der Lehre der EP 0 251 783 A2 erwies sich Silberchlorid auf Titanoxid als besonders geeignet. Weiterhin ist in der EP 0 251 783 A2 ausdrücklich angegeben, dass sich durch die Verwendung eines Trägers die Photoinstabilität von Silberphosphat nicht so unterdrücken lässt wie die von Silberchlorid.
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.
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 EP 0 251 783 die Photostabilität durch Aufbringen der Silberverbindung auf ein teilchenförmiges Oxidträgermaterial mit großer Oberfläche zu verbessern, erkauft man sich die Verbesserung mit verschiedenen Nachteilen. Zum einen kann das Trägermaterial selbst die Freisetzung der Silberionen verzögern. Zum anderen muss die Zusammensetzung eines Kunststoffproduktes auf die jeweilige Anwendung abgestimmt werden. Insoweit stellt es eine große Einschränkung dar, wenn zur Verbesserung der Photostabilität die Anwesenheit eines teilchenförmigen synthetischen Oxidträgermaterials zwingend erforderlich ist. Schließlich lässt sich durch Einsatz eines Trägers die Photoinstabilität von Silberphosphat nicht so unterdrücken wie die von Silberchlorid, wie in der EP 0 251 783 A2 angegeben ist.
Die oben genannten Nachteile werden durch die Lehre der WO 2009/013016 zur Herstellung von teilreduziertem Silberorthophosphat überwunden. Das teilreduzierte Silberorthophosphat gemäß der WO 2009/013016 umfasst Silberphosphatpartikel, an deren Oberfläche sich metallisches Silber befindet, wobei Silberphosphat und metallisches Silber sich in direktem Kontakt befinden. Derartige Teilchen werden nach der Lehre der oben genannten WO 2004/024205 nicht erhalten. Die genannten Unterschiede in der Struktur ergeben sich aus der unterschiedlichen Verfahrensführung.
In Beispiel 7 der WO 2004/024205 wird auf dem Füllstoff Bariumsulfat metallisches Silber abgeschieden. Anschließend wird Silberorthophosphat gefällt. Auf diese Weise wird mit metallischem Silber beschichtetes Bariumsulfat und freies Silberorthophosphat erzeugt.
Bei der Herstellung des teilreduzierten Silberorthophosphats gemäß der WO 2009/013016 wird zunächst das Silberorthophosphat gefällt. Bei dieser Fällung ist ein Füllstoff nicht anwesend. Die anschließende Reduktion erzeugt den direkten Silberphosphat-Silber-Kontakt und damit mikroskopische elektrochemische Halbelemente. Diese besondere Struktur hat eine wesentlich verbesserte antimikrobielle Aktivität zur Folge.
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 WO 2004/024205 kann die Infektionsrate bei Implantationen gesenkt werden.
Die Kunststoffprodukte gemäß WO 2009/013016 weisen eine gute Photostabilität auf. Gegenüber der Offenbarung der EP 0 251 783 A2 , in der angegeben ist, dass gemäß der Lehre dieses Dokumentes sich die Photostabilität von Silberphosphat schlechter verbessern lässt als diejenige von Silberchlorid, stellt die Lehre der WO 2009/013016 eine deutliche Verbesserung dar.
Allerdings sind die verschiedenen in der WO 2009/013016 beschriebenen Verfahren zur Herstellung von teilreduziertem Silberorthophosphat recht aufwändig. Bei diesen Verfahren wird eine Lösung eines Silbersalzes in wässrigem Ammoniak vorgelegt. Silberorthophosphat wird durch Zugabe von Phosphorsäure ausgefällt. Gemäß allen Verfahrensvarianten wird das Silberorthophosphat dann abgetrennt. Gemäß einzelner Varianten wird das Silberorthophosphat mehrfach gewaschen, bis die spezifische Leitfähigkeit bei 25°C der letzten Portion Waschwasser nach Abtrennung von dem Feststoff unter 50 μS/cm liegt, und nach dem Waschen wird das Silberorthophosphat getrocknet, gegebenenfalls zerkleinert und anschließend in deionisiertem Wasser suspendiert. Gemäß anderer Varianten wird das Silberorthophosphat ohne Waschen, Trocknen und Zerkleinern direkt in deionisiertem Wasser suspendiert. Anschließend wird das suspendierte Silberorthophosphat nach verschiedenen Varianten in teilreduziertes Silberorthophosphat überführt. Gemäß aller Varianten wird das teilreduzierte Silberorthophosphat dann abgetrennt, mehrfach gewaschen, bis die spezifische Leitfähigkeit bei 25°C der letzten Portion Waschwasser nach Abtrennung von dem teilreduzierten Silberorthophosphat unter 50 μS/cm liegt. Nach dem Waschen wird das teilreduzierte Silberorthophosphat getrocknet und in ein Kunststoffvorprodukt eingearbeitet. Anschließend wird daraus das Kunststoffprodukt geformt.
Allen Verfahrensvarianten gemäß der WO 2009/013016 ist eine zweistufige Arbeitsweise gemeinsam. In der ersten Stufe wird Silberorthophosphat durch Zugabe von Phosphorsäure zu einer ammoniakalischen Silbersalzlösung gefällt. Das Silberorthophosphat wird als Zwischenprodukt isoliert und in einer zweiten Stufe teilreduziert.
Die Verwendung von Ammoniak ist unter Gesichtspunkten des Arbeitsschutzes bei der industriellen Herstellung nicht wünschenswert.
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.
Die Zweistufigkeit und die Isolierung von Silberorthophosphat als Zwischenprodukt bedeuten einen hohen arbeitstechnischen Aufwand.
Bei allen Verfahrensvarianten gemäß der WO 2009/013016 wird die Teilchengröße des teilreduzierten Silberorthophosphats durch die Fällung des Silberorthophosphats in der ersten Stufe bestimmt, d. h. durch die Umsetzung der ammoniakalischen Silbersalzlösung mit Phosphorsäure. Bei dieser Reaktion sollte auf den Zusatz von Stabilisierungsmittel und insbesondere Dispergiermittel wegen möglicher Verunreinigung des Produkts verzichtet werden. Das hat zur Folge, dass die Teilchengröße des hergestellten teilreduzierten Silberorthophosphats nur in engen Grenzen beeinflusst werden kann und insbesondere einer Verringerung der Teilchengröße Grenzen gesetzt sind. Auch wenn in der WO 2009/013016 eine Normalverteilung (Gauß-Verteilung) der Teilchengrößen (absolute Größen, keine Mittelwerte) mit einem Maximum im Bereich von 2 bis 20 μm, vorzugsweise 3 bis 12 μm und insbesondere 4 bis 10 μm angegeben ist, hat es sich als schwierig erwiesen, Maxima an den Untergrenzen der angegebenen Bereiche zu erzielen.
Für eine gute antimikrobielle Wirksamkeit des Kunststoffproduktes sind geringere Teilchengrößen des darin verteilten teilreduzierten Silberorthophosphats wünschenswert.
Aufgabe der vorliegende. Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines antimikrobiell wirkenden Kunststoffproduktes, das teilreduziertes Silberorthophosphat als antimikrobielles Mittel enthält, vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines antimikrobiell wirkenden Kunststoffproduktes, bei dem

a) Silberorthophosphat durch Umsetzung einer basischen wässrigen Lösung eines wasserlöslichen Hydrogenphosphats und einer mehrbasischen Hydroxycarbonsäure oder eines Salzes derselben mit einer wässrigen Lösung eines Silbersalzes bei einer ersten Temperatur im Bereich von 15°C bis 35°C ausgefällt wird, um eine wässrige Suspension von Silberorthophosphat mit der Hydroxycarbonsäure oder deren Salz als Dispergiermittel zu erhalten,
b) die so erhaltene wässrige Suspension auf eine zweite Temperatur im Bereich von 70°C bis 100°C erwärmt und/oder mit UV-Licht bestrahlt wird, um mittels der in der Suspension gelöst enthaltenen Hydroxycarbonsäure oder des Salzes derselben als Reduktionsmittel 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.

Wenn in Stufe a) Silbernitrat als Silbersalz und Kaliumhydrogenphosphat als wasserlösliches Hydragenphophat verwendet werden, dann erfolgt die Fällung des Silberorthophosphats nach folgender Reaktion: 3AgNO₃ + K₂HPO₄ → Ag₃PO₄ + 3NO₃ ^– + 2K⁺ + H⁺
Das eingesetzte Silbersalz soll in Stufe a) im Wesentlichen quantitativ gefällt werden. Entsprechend werden stöchiometrische Mengen an Silbersalz und Hydrogenphophat eingesetzt. Es kann auch ein leichter Überschuss an Hydrogenphosphat verwendet werden.
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. Vorzugsweise wird die wässrigen Lösung des wasserlöslichen Hydrogenphosphats und der Hydroxycarbonsäure oder des Salzes derselben 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 kann erfindungsgemäß durch Zugabe eines Alkalihydroxids erfolgen. Das Alkalihydroxid kann in fester oder gelöster Form der wässrigen Lösung des wasserlöslichen Hydrogenphosphats und der Hydroxycarbonsäure oder des Salzes derselben zugegeben werden.
Die mehrbasische Hydroxycarbonsäure (oder Hydroxypolycarbonsäure) dient in dem erfindungsgemäßen Verfahren zwei verschiedenen Zwecken. Einerseits dient sie in Stufe a) als Dispergiermittel bei der Fällung des Silberorthophosphates. Andererseits wird sie in Stufe b) als Reduktionsmittel genutzt. Die Besonderheit der Erfindung besteht unter anderem darin, dass durch das Prozessregime die dispergierende Wirkung von der Reduktionswirkung selektiv getrennt werden. Die dispergierende Wirkung liegt auch bei Raumtemperatur vor. Die Reaktionsgeschwindigkeit der Reduktion ist aber bei Raumtemperatur sehr gering. Erst bei höheren Temperaturen findet eine Reduktion mit merklicher Geschwindigkeit statt. Daher lässt sich die Reduktion des Silberorthophosphates nach dessen Fällung in Gegenwart der mehrbasischen Hydroxycarbonsäure als Dispergiermittel durch anschließende Temperaturerhöhung selektiv auslösen. Die erste Temperatur in Stufe a) liegt im Bereich von 15°C bis 35°C. Die zweite Temperatur in Stufe b) liegt im Bereich von 70°C bis 100°C.
Alternativ kann man die Reduktion selektiv auch durch Bestrahlung mit UV-Licht auslösen.
In Stufe b) des erfindungsgemäßen Verfahrens 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.
Eine Charakterisierung von reinem Silberorthophophat einerseits und teilreduziertem Silberorthophosphat andererseits durch Röntgendiffraktion ist in den 1 und 2 der WO 2009/013016 gezeigt. In der Röntgendiffraktionsaufnahme des teilreduzierten Silberorthophosphats sind neben Peaks für Silberorthophosphat auch Banden für metallisches Silber zu erkennen. Entsprechend weist das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene teilreduzierte Silberorthophosphat in der Röntgendiffraktionsaufnahme neben Peaks für Silberorthophosphat auch Banden für metallisches Silber auf. Eine Röntgendiffraktionsaufnahme eines gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Silberorthophosphats ist in der anliegenden 1 gezeigt.
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 Silberorthophophat aufweist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die mehrbasische Hydroxycarbonsäure in einer Menge eingesetzt, die ausreichend ist, um das in Stufe a) gefällte Silberorthophosphat zu dispergieren, so dass eine stabile Suspension erhalten wird. Dies ist das hauptsächliche Bemessungskriterium, nach dem der Fachmann die Bemessung ohne weiteres vornehmen kann. Im übrigen muss die Menge an mehrbasischer Hydroxycarbonsäure ausreichen, um in Stufe b) das Silberorthophosphat teilweise zu metallischem Silber reduzieren zu können, was nach dem vorstehend genannten Bemessungskriterium aber regelmäßig der Fall sein wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat Vorteile gegenüber dem aus der WO 2009/013016 bekannten Verfahren. Die Verwendung von Ammoniak ist nicht erforderlich. Die Isolierung des Silberorthophosphats als Zwischenprodukt wird vermieden, wodurch die Herstellung wesentlich vereinfacht wird. Die Fällung des Silberorthophosphats erfolgt in Gegenwart eines Dispergiermittels. Dies trägt dazu bei, dass nach dem erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zum Stand der Technik ein teilreduziertes Silberorthophosphat mit geringeren Teilchengrößen hergestellt werden kann.
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.
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.
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.
Es ist bevorzugt, dass bezogen auf die insgesamt in dem Verfahren eingesetzte Wassermenge die jeweiligen Wassermengen so gewählt werden, dass die wässrige Lösung, die bei der Umsetzung der basischen wässrigen Lösung eines Hydrogenphosphats und einer mehrbasische Hydroxycarbonsäure oder eines Salzes derselben mit der wässrigen Lösung eines Silbersalzes in Stufe a) vorgelegt wird, 60 bis 90 Vol.% der Wassermenge enthält, und die wässrige Lösung, die bei der Umsetzung der basischen wässrigen Lösung eines Hydrogenphosphats und einer mehrbasische Hydroxycarbonsäure oder eines Salzes derselben mit der wässrigen Lösung eines Silbersalzes in Stufe a) zugegeben wird, 10 bis 40 Vol.% der Wassermenge enthält.
Vorzugsweise wird ein Hydrogenphosphat verwendet, des 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.
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.
Das Silbersalz ist vorzugsweise Silbernitrat.
Die erste Temperatur und der Zeitraum für die. Umsetzung der basischen wässrigen Lösung eines Hydrogenphosphats und einer mehrbasische Hydroxycarbonsäure oder eines Salzes derselben mit der wässrigen Lösung eines Silbersalzes in Stufe a) sollen vorzugsweise so gewählt werden, dass während der Fällung des Silberorthophosphats weniger als 0,1% der Silberionen zu metallischem Silber reduziert werden.
Vorzugsweise werden in Stufe b) die zweite Temperatur für die thermische Behandlung und/oder die Intensität der Bestrahlung sowie die Dauer der thermischen Behandlung und/oder der Bestrahlung so gewählt werden, dass 5 bis 45% der Silberionen zu metallischem Silber reduziert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die wässrige Lösung eines Hydrogenphosphats und einer mehrbasische Hydroxycarbonsäure oder eines Salzes derselben vorgelegt und die wässrige Lösung eines Silbersalzes zugegeben. Vorzugsweise wird dabei die wässrige Lösung des Silbersalzes portionsweise oder kontinuierlich über einen Zeitraum von 15 bis 45 Minuten zugegeben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die wässrige Lösung des Silbersalzes vorgelegt und die wässrige Lösung eines Hydrogenphosphats und einer mehrbasische Hydroxycarbonsäure oder eines Salzes derselben zugegeben. Vorzugsweise wird dabei die wässrige Lösung eines Hydrogenphosphats und einer mehrbasische Hydroxycarbonsäure oder eines Salzes derselben portionsweise oder kontinuierlich über einen Zeitraum von 15 bis 45 Minuten zugegeben.
Vorzugsweise wird in Stufe b) die zweite Temperatur für die thermische Behandlung auf 70°C bis 100°C eingestellt und die thermische Behandlung 60 bis 180 Minuten lang durchgeführt.
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.
Wie oben bereits erwähnt, hat 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.
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.
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 festem 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.
Die Einstellung des fest/flüssig-Verhältnisses erfolgt im Hinblick auf die sich aus der Fällung ergebende Silberorthophosphatmasse. Danach richtet sich die zu verwendende Flüssigkeitsmenge.
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.
Zum Beispiel wird in Stufe a) eine Suspension mit einem Verhältnis bei Raumtemperatur von festem 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.
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 wird, bei der mindestens 30 Gew.% der Silberorthophosphat-Teilchen eine Teilchengröße von weniger als 1,0 μm aufweisen.
Wie oben erläutert, ist die Reaktionsgeschwindigkeit der Reduktion durch die mehrbasische Hydroxycarbonsäure bei Raumtemperatur sehr gering. In Stufe b) wird die Reaktionsgeschwindigkeit der Reduktion durch Anhebung der Temperatur erhöht. Dabei kann der Fachmann durch Wahl der Temperatur die Reaktionsgeschwindigkeit so einstellen, dass er das Ausmaß der Reduktion zur Herstellung des teilreduzierten Silberorthophosphats über die Reaktionszeit kontrollieren kann. Vorzugsweise werden Temperatur und Reaktionsdauer in Stufe b) so gewählt, dass ein teilreduziertes Silberorthophosphat mit einem Gewichtsverhältnis von Silberionen des Silberorthophosphats zu Silberatomen des metallischen Silbers im Bereich von 95:5 bis 55:45 hergestellt wird.
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. Zweckmäßigerweise wird die in Stufe b) erhaltene wässrige Suspension von teilreduziertem Silberorthophosphat auf eine Temperatur im Bereich von 15°C bis 25°C abgekühlt, bevor in Stufe c) der Feststoff abgetrennt wird.
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 Silber-orthosphosphats.
Die spezifische elektrische Leitfähigkeit ist das Reziproke des spezifischen Widerstandes. Die Einhut ist (Ω cm)^–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.
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.
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.
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.
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.
Wesentlicher Bestandteil des Kunststoffvorproduktes sind polymere Verbindungen, insbesondere solche, die im medizinischen Bereich üblicherweise Verwendung finden.
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.
Neben einem oder mehreren polymeren Materialien kann das Vorprodukt Additive umfassen. Additive können beispielsweise anorganische oder organische Substanzen sein. Des 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.
Das Kunststoffvorprodukt kann darüber hinaus weitere Additive enthalten, wie z. B. Pigmente, Antioxidantien, Weichmacher, Photostabilisatoren für das Polymer usw.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird metallisches Silber auf Silberphosphat erzeugt. 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.
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 im Bereich bis 40 Gew.% 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.
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.
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.
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.
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 Silberorthophospat vor der Weiterverarbeitung längere Zeit gelagert werden soll.
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.
Ist das Kunststoffvorprodukt ein Zweikomponenten-System, dann kann das teilreduzierte Silberorthophosphat zunächst in eine Komponente eingemischt werden, bevor die zweite Komponente hinzugegeben wird.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 (142023) & SUCELL” im Handel erhältlich.
Vorzugsweise haben 95 Gew.%, insbesondere 95 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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 24. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung des so hergestellten teilreduzierten Silberorthophosphats als antimikrobielles Mittel, bespielsweise 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 unverletzten Haut, in Kunststoffen zur Herstellung von Fäden und Gespinsten als Halbzeug für textile Stoffe, in Lacken, in Farben, in Beschichtungen, in festen und flüssigen Präparaten zum Zusatz zu Flüssigkeiten (zur Keimfreimachung und -haltung) und in Keramikkörpern.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert.
Beispiel 1
In einem Reaktionskolben wurden 150 ml deionisiertes Wasser vorgelegt und darin 8,3 g K₂HPO₄ und 24,3 g Trinatriumcitratdihydrat aufgelöst. Durch Zugabe von 1,4 g NaOH wurde ein pH-Wert von 12,35 eingestellt. Die ganze Lösung wurde unter Rühren auf 25°C erwärmt.
In 50 ml Wasser wurden 24,3 g AgNO₃ aufgelöst und in einen Tropftrichter überführt. Die Silbernitratlösung wurde langsam (ca. 30 Min.) in den Reaktionskolben zudosiert.
Die entstandene Ag₃PO₄-Suspension wurde auf 95–98°C erwärmt. Nach Erreichen dieser Temperatur wurde das gesamte System 90 Minuten gerührt. Die einsetzende Reduktion war an der Farbveränderung zu erkennen. Nach 90 Minuten zeigte das Produkt eine schwarzbraune Farbe.
Anschließend wurde die Suspension auf 25°C abgekühlt und der pH-Wert in der wässrigen Phase gemessen. Er betrug 6,8.
Aus der abgekühlten Suspension wurde der Feststoff durch Zentrifugieren abgetrennt und erneut in deionisiertem Wasser suspendiert. Der Waschvorgang wurde viermal wiederholt. Die spezifische elektrische Leitfähigkeit der letzten Waschlösung betrug 50 μS/cm. Der abgetrennte Feststoff wurde anschließend bei 105°C getrocknet.
Durch chemische Analyse wurden im Feststoff die folgenden Silbergehalte bestimmt.
Ag⁺-Gehalt: 74,2%
Ag-Gesamtgehalt: 79,5%
In diesem Beispiel beträgt das Feststoff/Flüssigkeits-Verhältnis zum Prozessende 1:10.
Beispiel 2
In einem Reaktionskolben wurden 750 ml deionisiertes Wasser vorgelegt und darin 21 g K₂HPO₄ und 86 g Trinatriumcitratdihydrat aufgelöst. Durch Zugabe von 4,0 NaOH wurde ein pH-Wert von 12,5 eingestellt. Die ganze Lösung wurde unter Rühren auf 25°C erwärmt.
In 250 ml Wasser wurden 60,8 g AgNO₃ aufgelöst und in einen Tropftrichter überführt. Die Silbernitratlösung wurde langsam (ca. 30 Min.) in den Reaktionskolben zudosiert.
Die entstandene Ag₃PO₄-Suspension wurde auf 95–98°C erwärmt. Nach Erreichen dieser Temperatur wurde das gesamte System 90 Minuten gerührt. Die einsetzende Reduktion war an der Farbveränderung zu erkennen. Nach 90 Minuten zeigte das Produkt eine schwarzbraune Farbe.
Anschließend wurde die Suspension auf 25°C abgekühlt und der pH-Wert in der wässrigen Phase gemessen. Er betrug 7,0.
Aus der abgekühlten Suspension wurde der Feststoff durch Zentrifugieren abgetrennt und erneut in deionisiertem Wasser suspendiert. Der Waschvorgang wurde viermal wiederholt. Die spezifische elektrische Leitfähigkeit der letzten Waschlösung betrug 31 μS/cm.
Der abgetrennte Feststoff wurde anschließend bei 105°C getrocknet.
Durch chemische Analyse wurden im Feststoff die folgenden Silbergehalte bestimmt.
Ag⁺-Gehalt: 72,7%
Ag-Gesamtgehalt: 78,5%
In diesem Beispiel beträgt das Feststoff/Flüssigkeits-Verhältnis zum Prozessende 1:20.
Beispiel 3
Ein 600 ml-Becherglas wird mit 300 ml deionisiertem Wasser gefüllt. Darin werden 8,3 g K₂HPO₄, 24,3 g Trinatriumcitratdihydrat und 1,5 g NaOH gelöst.
24,3 g AgNO₃ werden separat in 100 ml deionisiertem Wasser aufgelöst und die Lösung in einen Tropftrichter gefüllt.
Das 600 ml-Becherglas wird mit der darin befindlichen Lösung in einem Wasserbad auf 25°C temperiert. Ein Rührgerät vom Typ Ultraturrax wird in das Becherglas eingesetzt. Unter Rühren wird die AgNO₃-Lösung aus dem Tropftrichter langsam zugetropft.
Nach Beendigung der Fällung wird die erhaltene Suspension auf 95–98°C erwärmt und 60 Min. bei dieser Temperatur gehalten.
Nach dieser Zeit wird die Suspension auf 25–30°C abgekühlt, der Feststoff wird abgetrennt, und viermal wird mit deionisiertem Wasser gewaschen bis die Filtratleitfähigkeit weniger als 50 μS/cm beträgt.
Der Feststoff wird abschließend bei 105°C über einen Zeitraum von 3 bis 8 Stunden getrocknet.
Das Feststoff/Flüssigkeitsverhältnis betrug 1:20.
Messung der Teilchengrößenverteilung

Die Parameter der Teilchengrößenverteilung für die Produkte der Beispiele 1 bis 3 sind in der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengestellt. Alle Teilchengrößenverteilungen wurden mit einem Lasergranulometer des Typs SYMPATEC HELOS (H2023) gemessen. Tabelle 1

Beispiel Nr.	Feststoff/Flüssigkeit	Parameter der Korngrößenverteilung
		Anteil < 1 μm	x (50)	x (90)
WO 2009/013016	1:10	1 Gew.%	9,32 μm	15,77 μm
1	1:10	15 Gew.%	2,39 μm	5,35 μm
2	1:20	27 Gew.%	1,71 μm	4,59 μm
3	1:20	37 Gew.%	1,23 μm	2,59 μm

x (50): 50 Gew.% der Feststoffmenge haben eine Teilchengröße bis zu
x (90): 90 Gew.% der Feststoffmenge haben eine Teilchengröße bis zu

Die Beispiele 1 bis 3 zeigen, dass eine Verschiebung der Korngrößenverteilung nach kleineren Teilchengrößen außer durch Einsatz eines geeigneten Dispergiermittels, wie z. B. Tri-Natriumcitrat, auch durch Verwendung eines mechanischen Intensivrührers (hoher Energieeintrag) in Kombination mit dem Dispergiermittel und ebenfalls durch die Wahl eines kleinen Feststoff/Flüssigkeits-Verhältnisses erhalten werden.
Der Unterschied zwischen Beispiel 1 und 2 ist das Feststoff/Flüssigkeits-Verhältnis. In beiden Fällen wurde der gleiche Rührer, ein üblicher Glasflügelrührer, verwendet. Durch die Wahl des niedrigerem Feststoff/Flüssigkeitsverhältnisses erfolgt eine Verschiebung der Korngrößenverteilung nach kleineren Teilchengrößen, der Anteil der Teilchen mit Durchmessern < 1 μm nimmt zu.
Beispiel 3 unterscheidet sich von Beispiel zwei nur durch die Verwendung einer anderen Rührvorrichtung. In Beispiel 3 wurde ein sogenannter mechanischer Intensivrührer des Typs ULTRTURRAX mit 8000 U/min. verwendet. Die Folge des damit verbundenen höheren Energieeintrages ist eine weitere beträchtliche Zunahme des Anteiles mit Teilchengrößen < 1 μm und auch eine Verschiebung der Häufigkeiten von Teilchengrößen nach kleineren Teilchengrößen.
Die gleichen Effekte wie mit dem mechanischen Ultraturrax werden auch bei Verwendung von Ultraschall zum Dispergieren erreicht.
Tabelle 1 zeigt, dass erfindungsgemäß kleinere Teilchen als in dem Verfahren gemäß WO 2009/013016 erhalten werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines antimikrobiell wirkenden Kunststoffproduktes, bei dem a) Silberorthophosphat durch Umsetzung einer basischen wässrigen Lösung eines Hydrogenphosphats und einer mehrbasischen Hydroxycarbonsäure oder eines Salzes derselben mit einer wässrigen Lösung eines Silbersalzes bei einer ersten Temperatur im Bereich von 15°C bis 35°C ausgefällt wird, um eine wässrige Suspension von Silberorthophosphat mit der Hydroxycarbonsäure oder deren Salz als Dispergiermittel zu erhalten, b) die so erhaltene wässrige Suspension auf eine zweite Temperatur im Bereich von 70°C bis 100°C erwärmt und/oder mit UV-Licht. bestrahlt wird, um mittels der in der Suspension gelöst enthaltenen Hydroxycarbonsäure oder des Salzes derselben als Reduktionsmittel 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.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in Stufe b) erhaltene wässrige Suspension von teilreduziertem Silberorthophosphat auf eine Temperatur im Bereich von 15°C bis 25°C abgekühlt wird, bevor in Stufe c) der Feststoff abgetrennt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff in Stufe e) bei einer Temperatur im Bereich von 80°C bis 105°C getrocknet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf die insgesamt in dem Verfahren eingesetzte Wassermenge die jeweiligen Wassermengen so gewählt werden, dass die wässrige Lösung, die bei der Umsetzung der basischen wässrigen Lösung eines Hydrogenphosphats und einer mehrbasischen Hydroxycarbonsäure oder eines Salzes derselben mit der wässrigen Lösung eines Silbersalzes in Stufe a) vorgelegt wird, 60 bis 90 Vol.% der Wassermenge enthält, und die wässrige Lösung, die bei der Umsetzung der basischen wässrigen Lösung eines Hydrogenphosphats und einer mehrbasischen Hydroxycarbonsäure oder eines Salzes derselben mit der wässrigen Lösung eines Silbersalzes in Stufe a) zugegeben wird, 10 bis 40 Vol.% der Wassermenge enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe a) die wässrige Lösung des Hydrogenphosphats und der Hydroxycarbonsäure oder des Salzes derselben vor der Umsetzung mit der wässrigen Lösung des Silbersalzes auf einen pH-Wert im Bereich von 10,5 bis 13 eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des pH-Wertes durch Zugabe eines Alkalihydroxids erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hydrogenphosphat verwendet wird, das der Formel Me₂HPO₄ entspricht, in welcher Me ein Metallion in der Oxidationsstufe +1 bedeutet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Hydrogenphosphat Di-Kaliumhydrogenphosphat verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit mindestens zwei. Carboxylgruppen und mindestens einer Hydroxygruppe substituiertes Äthan oder Propan als mehrbasische Hydroxycarbonsäure verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mehrbasische Hydroxycarbonsäure oder ein Salz derselben verwendet wird, die bzw. das aus Citronensäure, Weinsäure, Äpfelsäure oder deren Salzen ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Salz der mehrbasischen Hydroxycarbonsäure Tri-natriumcitrat verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Silbersalz Silbernitrat verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe a) die wässrige Lösung eines Hydrogenphosphats und einer mehrbasischen Hydroxycarbonsäure oder eines Salzes derselben vorgelegt und die wässrige Lösung eines Silbersalzes zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe a) die wässrige Silbersalzlösung portionsweise oder kontinuierlich über einen Zeitraum von 15 bis 45 Minuten zugegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe a) die wässrige Lösung eines Silbersalzes vorgelegt und die wässrige Lösung eines Hydrogenphosphats und einer mehrbasischen Hydroxycarbonsäure oder eines Salzes derselben zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe a) die wässrige Lösung eines Hydrogenphosphats und einer mehrbasischen Hydroxycarbonsäure oder eines Salzes derselben portionsweise oder kontinuierlich über einen Zeitraum von 15 bis 45 Minuten zugegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe b) die zweite Temperatur für die thermische Behandlung auf 70°C bis 100°C eingestellt wird und die thermische Behandlung 60 bis 180 Minuten lang durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe a) die wässrige Suspension von Silberorthophosphat unter Einsatz einer Dispergiervorrichtung hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Dispergiervorrichtung ein Rührer oder eine Ultraschallsonde verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kunststoff ausgewählt aus Polyurethan, Polycarbonat, Silicon, Polyvinylchlorid, Polyacrylat, Polyester, Polyolefin, Polystyrol und/oder Polyamid verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der getrocknete Feststoff in einer Menge von 0,1 Gew.% bis 10 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kunststoffproduktes, in das Kunststoffvorprodukt eingearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der getrocknete Feststoff in einer Menge von 0,5 Gew.% bis 5 Gew.% in das Kunststoffvorprodukt eingearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der getrocknete Feststoff in einer Menge von 1 Gew.% bis 3 Gew.% in das Kunststoffvorprodukt eingearbeitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kunststoffprodukt hergestellt wird, das aus Kunststoff besteht, in dem das teilreduzierte Silberorthophosphat verteilt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kunststoffprodukt hergestellt wird, bei dem mindestens ein Teil desselben aus Kunststoff besteht, in dem das teilreduzierte Silberorthophosphat verteilt ist, und mindestens ein anderer Teil desselben aus einem anderen Material besteht.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kunststoffprodukt hergestellt wird, bei dem mindestens ein Teil aus einem Material besteht, das aus Metallen, Glas, Keramik und Kunststoffen ausgewählt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kunststoffprodukt hergestellt wird, dessen Oberfläche mindestens teilweise aus Kunststoff, in dem das teilreduzierte Silberorthophosphat verteilt ist, und mindestens teilweise aus anderem Material besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kunststoffprodukt hergestellt wird, bei dem der Kunststoff, in dem das teilreduzierte Silberrorthophosphat verteilt ist, das andere Material umschließt, so dass die Oberfläche des Produktes ausschließlich aus diesem Kunststoff besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kunststoffprodukt hergestellt wird, welches ein Katheter ist.