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Beschreibung "Bicide Schäume und Verfahren zu ihrer Herstellung" Die
Priorität der Anmeldung in USA Nr. 136191 vom 6. September 1961 wird in Anspruch
genommen.
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Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schaum
es, der durch seine biociden Eigenschaften charakterisiert ist. Insbesondere betrifft
die Erfindung einen neuartigen Schaum, der eine hochgradige Wirksamkeit gegen viele
Organismen, darunter Pilze, Bakterien, einschließlich Staphylococcus aureus, usw.,
aufweist.
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Schäume, z.B. Urethan- oder andere allgemein zur VerfUgung stehende
Schäume besitzen unter normalen Anwendungsbedingungen viele Eigenschaften, die sie
für unerwUns¢hte biologische Aktivitäten empfänglich erden lassen. Diese Schäume
besitzen eine Vielzahl
von Zellen, die nach aebrauch (z.Bo als Reinigungsgeräte)
verschiedene Nährstoffe, Nahrungsmittel und andere Bestandteile enthalten können,
welche fUr das Bakterienwaohstuu geeignet sind. Gemeinhin ist die Leichtigkeit,
mit der Bakterien usw. in diesen iui Schaum enthaltenen Nährstoften gedeihen kannen
als schwerwiegender Nachteil anzusehen, unabhängig davon, ob der Schaum ein Schwamm
rUr den KUchengebrauch, ein in Matratzen oder anderen Möbeln verwendeter Schaum
oder ein fUr anderweitige Zwecke benutzter Schaum ist.
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Auf Grund der speziellen Schaustruru, die eine große Anzahl von. inneren
Zellen enthält, ist es bisher unter den Bedingungen der Praxis noch nicht möglich
gewesen, diese rungistatisch und/ oder bacteriostatisch zu machen. Demzufolge wurde
die Verwendung derartiger Materialien eng auf die Fälle begrenzt, bei denen Sterilität
nicht notwendig ist, oder wo man diese Materialien nach kurzer Zeit leicht verwerfen
kann.
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Es sind bereits Versuche unternommen worden, Schäume durch Eehandlung
mit verschiedenen germiciden Mitteln usw. biocid zu machen. Dies hat sich Jedoch
in der Praxis als weitgehend unmöglich erwiesen, da unter anderen das germicide
Mittel die Bakterien usw., die es abtöten soll, nicht zu erreichen vermag.
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Weiterhin werden bei der Behandlung eines mit einem germicid präparierten
Schaumes energische Wärme-, Temperatur-und Druckbedingungen sowie Lösungsmittel
usw. benötigt. Diese Bedingungen führen zu einer Verschlechterung des Schaumes bis
zu einem Punkt,
bei dem er seine Elastizität oder andere erwtlrischte
Eigenschaften verliert.-Daher haben Schäume bisher noch nicht die weitgehende Aufnahme
gefunden, die ihnen auf Grund ih/rer Eigenschaften an sich zukommen sollte. Beispielsweise
sind die bisher bekannten Schäume nicht in größerem Umfang in Krankenhäusern oder
auf chirurgischen Gebieten verwendet worden, weil es nicht möglich war, ihnen ausreichende
Wirksamkeit zu verleihen, um das Wachstum verschiedener Organismen, einschließlich
Staphylococcus aureus in beständiger Weise zu hemmen.
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Gegenstand der Erfindung ist ein neuartiges Verfahrenzur.Herstellung
eines Schaumes, der durch seine hochgradige biocide Wirksamkeit gegen Meltau, Pilze,
Bakterien, einschließlich Staphylococcus aureus, und andere Organismen gekennzeichnet
ist. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein neuartiger Schaum, der durch seine
Uberlegenen biociden Eigenschaften gekennzeichnet ist. Andere Ziele der Erfindung
gehen fUr den Fachmann aus der folgenden Beschreibung hervor Unter diesen Gesichtspunkten
besteht das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines biociden Schaumes aus
schaumbildenden Komponenten darin, daß die schaumbildenden Komponenten vermischt
werden, der Schaum aus den schaumbildenden Komponenten gebildet und zu den schaumbildenden
Komponenten vor der Bildung des Schaumes eine biocide Menge einer Verbindung der
Formel RDSnX hinzugefUgt wird, in der R ein Kohlenwasserstoffrest, bei detn die
Summe der Kohlenstoffatome in allen Resten R 9 - 12 beträgt,
bedeutet
und X Halogen, Acetat, Sauerstoff, Hydroxyl, Salicylat, Benzoat, Malat, Pentachlorphenolat,
o-Phenylphenolat oder Succinat sein kann.
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Ein Merkmal dieser Erfindung besteht darin, daß sie auf eine Vielzahl
verschiedener Schäume angewendet werden kann. Als typische Beispiele für derartige
Schäume seien genannt:Urethanschäume, VinylschEume, Styrolschäume, Polyäthylenschäume,
kautschukartige Schäume usw. Wie dem Fachmann bekannt ist, können die Schäume mit
Hilfe verschiedener Arbeitsweisen hergestellt werden0 Beispielsweise können Schäume
vom Urethan-Typ dadurch hergestellt werden, daß Wasser, ein organisches polyfunktionelles
Isocyanat und Verbindungen vom Typ der Polyalkylenpolyole, die aktive Wasserstoffatome,
wie sie mit Hilfe der bekannten Zerewitinoff-Reaktion bestimmt werden können, aufweisen,
zusammen mit anderen bekannten Komponenten miteinander umgesetzt werden. Polyvinylschäume
können z.B, gebildet werden durch Behandlung eines zuvor hergestellten Polyvinyl-Kunststoffes
mit einem geeigneten Treibmittel.
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Die Erfindung findet spezielle Anwendung zur Modifizierung vollständiger
Schäume, um diese biocid zu machen, Ein "vollstmdiger Schaum" -wie dieser Ausdruck
bei vorliegender Erfindung verwendet werden soll - ist (entsprechend der handelsUblichen
Praxis) in Jeder Hinsicht zufriedenstellend, mit der einen Ausnahme, daß er nicht
biocid ist. Er wird im allgemeinen aus einer Zubereitung hergestellt, die alle notwendigen
chemischen Bestandteile zusammen
mit allen Katalysatoren, die normalerweise
zur Herstellung des Sohaumes verwendet werden können, enthält. Im Falle von Urethanen
die beispielsweise können/vollständigen Schäume aus Polyalkylenpolyol, z.B. Polyäthylenglykol,
einem organischen polyfunktionellen Isocyanat, z.B. Tolylendiisocyanat, einem Gel-Katalysator,
z.b.
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Zinnoctoat, einem Treibmittel, z.B. Wasser, einem Treibkatalysator,
z.B. N-Äthylmorpjholin, usw. hergestellt werden.
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Entsprechend der praktischen Druchführung der Erfindung werden dem
vollständigen Schaum biocide Eigenschaften verliehen, indem man zu ihm eine Verbindung
der Formel R3SnX hinzufügt, in der R eine Alkylgruppe, vorzugsweise mit niedrigerem
Alkyl, bedeutet wie s,B.
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Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Amyl, Hexyl usw. Die Summe
der Kohlenstoffatome in den Kohlenwasserstoffresten soll vorzugsweise 9 - 12 betragen.
Alle Reste R' brauchen nicht gleich zu sein. so kann R3 bedeuten: Tripropyl-, Tributyl,-
Amyldiäthyl-, DiAthylhexyl-, Xthylpropylbutyl-, Propyldibutyl- usw. Auch andere
gleichwertige Kombinationen können verwendet werden.
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X in der Formel R,SnX kann Halogen, Acetat, Sauerstoff, Hydroxyd,
Salicylat, Benzoat, Malat, Pentachlorphenolat, o-Phenylphenolat und Succinat bedeuten.
in der bevorzugten AusfUhrungsform ist X Sauerstoff. Es ist klar, daß, wenn X zweiwertig,
wie z.B. Sauerstoff ist, die Formel R3SnX die Form (R3Sn)2X erhält.
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Typische Verbindungen, die in den Gelunsberien der Formel RnSnX fallen,
sind z.B. die folgenden: Bistributylzinnoxyd, Bistripropylzinnoxyd,
Hexyldiäthylzinnhydroxyd,
Tributylzinnchlorid, Trlpropylzinnchlorid, Triburtylzinnacetat, Tripropylzinnicetat,
Dibutylpropylzinnchlorid und Amyldiäthylzinnchlerid, Diese Verbindungen sind leicht
erhältlich. Im allgemeinen werden sie durch Hinzufügen des entsprechenden Grignardreagens
zu der Zinnverbindung hergestellt. Amydiäthylzinnachorid wird z.B. durch geregelten
Zusatz von'mylmagnesiumchlorid zu Diäthylzinndichldorid in Heptan als Ldsungsmittel
hergestellt, wobei das gewünschte Produkt durch fraktionierte Destillation isoliert
wird . Die bei der praktischen Druchführung der Erfindung bevorzugt verwendete Verbindung
ist Tri-n-butylzinnoxyd.
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Es ist allgemeln bekannt, daß die oben erwähnten Verbindungen der
Formel RDSnX geringe oder keine katalystiche Aktivität hinsichtlcih der Erzeugung
von Urethansahaum besitzen. Tatsächlich rUhrsn Verbindungen dieser Art wie z*B.
Amydiäthylzinnchlorid, wenn sie in Urethanschäumen in katalytisch wirksamen Größenordnungen
engt. sprechenden Mengen vorliegen, zu einem unbefriedigenden Urethanschaum, der
durch geringe Trocken-HitzerBeständigkeit ¢harakteriiert ist. Erfindungsemäß können
diese Stoffe als biocide Mittel in schaumbildenden Zubereitungen zur Erzeugung von
Urethanschäumen ohne Modifizierung der Mengen oder Arten oder Treib- oder Gelkatalysatorkomponenten
des Reaktionsgemisches verwendet werden0 Es ist ein Merkmal der Erfindung, daß die
germlcide Aktivität der vorstehend erwähnten vollständigen Schäume noch weiter erhöht
werden kann, wenn die Verbindung R3SnX zusammen mit substitutierten
Ammoniumverbindugen
der Formel R'cNHc'A angewendet wird, worin R' einen Kohlenwasserstoffrest bedeutet,
und zwar im allgeme.inen Alkyl, Alkenyl, Aryl, Alkaryl, Aralkyl, Cycloalkyl usw.
R' kann z.B. Methyl, Äthyl, Propyl, Isopropyl, n-Butyl, Isobutyl, t-Butyl, Amyl,
Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Oleyl, d.h. 7-Heptadeoanyl usw., Phenyl,
o-, m-, oder p-Tolyl, Naphthyl, Cyclohexyl, Benzyl usw. bedeuten; c bedeutet eine
ganze Zahl von 1 - 4 und d eine ganze Zahl von 0 - 3, Die Summe von cund d ist 4.
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Alle Gruppen R' brauchen nicht gleich zu sein, Es ist offenbar, daß
R' eine cyclische Bindung enthalten kann, in welcher mehr als ein Kohlenstoffatom
mit dem Stickstoffatom verbunden sein kann, z.B. eine Polymethylenbindung, in welchem
Felle die das Stickstorfatom enthaltende Gruppierung die Piperidingruppe sein kann.
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In ählicher Weise kann die Pyridyl- oder die Chinolylgruppe usw. vorliegen.
Das Symbol A kann ein Anion einer komplexbildenden Verbindung bedeuten, d.h. einer
Verhtadung, die, wie bekannt ist, einen Ammoniumkomplex mit einem Amin bildet, im
allgereinen-ein Habgendi, z. B. Chlorid ein Sulfat, Sulfonat, Acetat usw.
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Die bevorzugt anzuwendenden Verbindungen sind Verbindungen der Formel
R'cNHd'A, worin c gleich 4 und d geich 0 sind. Die Formel dieser bevorzugten quaternären
Ammoniumverbindungen kann R'4N'A sein. Die typischen Vertreter dieser bevorzugt
verwendeten quanternären Ammoniumverbidngen lassen sich durch Reaktion tertiärer
Amie wie z.B. Dimethyldocyamin, Diäthyldodicylamin, Dimethyldecylamin, Dimethyloctylamin,
Trimethylamin, Tributylamin, Triäthylamin,
Pyridin usw. mit Halogeniden,
z.B. Alkylhalogeniden, wie Methyl bromid, Xthylchlorid, Propylbromid, Methyljodid,
Burylbromid, Butylchlorid, AmylJodid, Benzylchlorid usw. herstellen.
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Die bevorzugt verwendete quaternäre Ammoniumverbindung ist ein Alkyl-
(z .B. Lauryl-)dimethylbenzylammoniumchloird, das allgemein unter der Handelsbezeichnung
"BTC824" bei der Onys Chemleal Co. erhältlich ist. Andere spezielle, bezeichnende
Verbindungen, die man verwenden kann, sind Dodecylbenzylpyridinchlorid, lauryldimethylbenzylammoniumchlorid,
DecyLdimethyldeBzylaminoniumchlorid usw Bei der praktischen Durchfllhrung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, bei der der Schaum, charakteristischerweise ein Urethanschaum, in situ
hergestellt wird, werden biocide Mengen der Verbindung RnSnX, z.B. Bis-tri-n-Butylzinnoxyd,
zu dem den vollständigen Schaum bildenden Gemisch, z.B. Tolyendilscyanat und die
Polyalkylenpolyolverbindung, zusammen mit Gelbildungs- und Tibkatalysatoren, Weichmachern
und den anderen notwendigen Bestandteilen, hinzugerugto Entsprechend dem Fortschreiten
der Polymerisationsreaktion verteilt sich der biocid wirksame Stoff Uber die gesamte
unter dem Einfluß der vorliegenden Gel- und Treibkatalysatoren gebildete Schaumstruktur
und verleiht Jener einen hohen Grad biocider Aktrvität.
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Wenn es sich um Schaum vom Vinyltyp, der durch Zusatz der Treibmittel
zudem Polymerisat hergestellt wird, handelt, dann kann
der biocide
Zusatz R3SnX dem Gemisch zusammen mit dem Schaummittel zugesetzt werden. Andere
Arbeitsweisen der Zugabe des biociden Mittels zu-der Formel oder Schauvorstufe sind
dem Fachmann geläufig.
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Die entsprechend der praktischen DurchfUhrung der Erfindung dem vollständigen
Schaum zugesetzte Menge an R3SnX ist als biocide Menge ausreichend, dem Endprodukt
einen hohen Grad von biocider Aktivität zu verleihen, obwohl diese Menge abhängig
von der ver wendeten Zusammensetzung variiert. Ublicherweise beträgt sie 50 - 100
bis 10 900 Teile pro Million der gesamten Schaumzubereitung; im Falle von Urethanschäumen
Jedoch beträgt sie vorzugsweise 100 bis 1 000 Teile pro Million7 Die vorliegende
Menge an substituierter Ammoniumverbindung, vor zugsweise R'4N0 A, kann das l-2,5fache
der Menge an RDSnX betragen. Bei der praktischen Drucführung der bevorzugten AusfUhrungsform
der Erfindung kann die quaternäre Ammoniumverbindung in einer Menge von 100-2500
Teilen pro Million vorliegen.
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Es wurde gefunden, daß die gemäß der Erfindung hergestellten Schäume
Uberlegene biocide Eigenschaften bestizen. Sie erwiesen sich z.B. als besonders
wirksam gegenüber Staphylococcus aureus; sie erwiesen sich ferner tatsächlich als
so wirksam, daß biocide Mengen von Tributylzinnoxyd enthaltende Schäume sich im
wesentlichen inert verhalten in Hinsicht auf die Fähigkeit, das Wachstum dieser
Bakterien zu fördern.
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Es ist ein besonderes Kennzeichen der erfindungsemäßen Schäume, daß
sie, wenn sie bichide Mengen an R3SnX und der quaternären Ammoniumkomponete R'cNHd'A
wie aufgezeigt enthalten, selbst unter höchst ungünstigen Bedingungen eine unerwartet
hohe Widerstandsfähigktie genüber dem Wachstum sochohl gram-positiver Bakterien,
wie Staphylococcus aureus, als auch gram-negatlver Bakterien, wie E. coli, besitzen.
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Die erfidungsemäß hergestellten Schäume sind besconders charakterisiert
druch die Beibehaltung ihrer biochide Eigenschaften in oder nahe der urgsprünglichen
Höhe über einen usgedneten Zeitranum.
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Kennzeichenderweise behalte diese Schäume selbst unter ungünstigen
Bedingune über Zeiträume von einem Jahr oder länger ihre Aktivität.
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Beispiel 1 Gemäß einem speziellen Beispek der Erfindung kann ein Schaum
vom Uretahntyp durch Reaktion folgender Bestandteile hergestellt werdens Polyäthylenglykol
(Nlax Triol LG-56) 100,0 Tolylendiisocyanat 38,6 Polysiloxan (Dow Corning Silicone
L-520) 1,0 N-Athylmorpholin 1,0 Zinnoctoat 1,0 Bis (tri-n-butylzinn oxyd (700 Teile
pro Million) 0,1 Wasser
Das N-Xthylmorpholin, das Zinnoleat und
das Bis(tri-n-butylzinn) oxyd wurden vorgemischt und das Vorgemisch zu den anderen
Komponenten hinzugefUgt. Die Bestandteile wurden ander vermischt und bildeten einen
Schaum, der eine Stunde bei Raumtemperatur zum Erhäten stehengelassen wurde. Das
auf diese Weise gehärtet. Material wurde dann bakteriellen Prüfungen unterworfen.
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Bei einer PrUfung wurden der Schaum nach Beispeil 1 und ein kein Bis(tri-n-butylzinn)oxyd
enthaltender Standarschaum Jeweils mit einem Penioillium funiculosum. einen Schimemlplz.
enthaltenden Nährstoff geimpft und 48 Stunden lang bei 37°C inkubiert. Zu Ende der
Prüfung war der Schaum nach Beispiel 1 ballig frei von Wachstum; die Vergleichsprobe
zeigte eine starke Vermehrung des Testorganimus.
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Zur Erläuterung der biociden Natur der erfindungsgemäßen Schäume wurden
Schäume entsprechend der Arbeitsweise von Beispiel 1 hergestellt, mit der Abwandlung,
daß die Menge an Bis(tri-n-butylinn) oxyd folgende war: Beispiel Teile pro Million
2(Vergleichsprobe) o 3 10 4 100 5 1000 Proben dieser Schäume wurden in separate
Petrischalen UberfUhrt, die einen mit Staphylococcus-aureus-Bakterien beimpften
Nähragar
enthielten. Die Platten wurden 48 Stunden lang bei 37°C
inkubiert.
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Am Ende der Prüfung war der Vergleichsschaum gemäß Beispiel 2 völlig
von dem Organismus eingehUllt. In den Verscuhsbeispielen 3, 4 und 5 war eine die
Schaumproben umgbnde 6-7 mm starke Zone frei von Backterienastum, was zeigte, daß
der Schaum auf StLphylococcus aureus hemmend wirkte.
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Es ist ein besonderes Merkmal der Erfindung, daß Uberlegene biocide,
R3SnX und eine substituierte Ammoniumverbindung enthaltede Schäume hergestellt werden
können. In den folgenden Beispielen wurde ein Schaum entsprechend Bespiel 1 hergestellt,
nur daß die nabhstehend erwähnten Stoffe an Stelle der 0,1 Teil Bis (tri-n-butylzinn)oxyd
des Beispiels 1 verwendet wurden: Beispiel 6 Bistributylzinnoxyd, 0,005 Teile (50
Teile pro Million), Deimethyldodecylammoniumchordi, 0,0175 Teile (175 pro Million)
7 Tributylzinnchlorid, 0,1 Teile (1000 Teile pro Million Alkylbenzylidmethylammoniumchlorid,
0,1 Teile (1000 Teile-pro Million) (unter der Bezeichnung BTC 824 der Onyx Chemical
im Handel) 8 Tributylzinnacetat 0,1 Teile (1000 Teile pro Million); Dodecylbenzylpyridimchlorid
0,1 Teile (1000 Teile pro Million)
Alle Schaumprodukte der Beispiele
6, 7 und 8 wurden an Staphylocouse aureus entsprechend den im ZusammenHang mit den
Beispielen 2-5 beschriebenen Tests geprüft. Es erwies sich, daß diese Schäume Uberlegene
biocide Eigenschaften besitzen.
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Beispiel 9 Gemäß einem anderen speziellen Beispiel der Erfindung
kann ein Schaum durch Mischen folgender Stoffe erzeugt werden: Gewictsteile ,Polyvinylchloridharz
-(Goodrich Geon 101 EP) 100 Dioctylphthalat 100 Dibutylzinndiisooctylmercaptoacetat
2 p,p'-oxy-bis-(benzylsulfonylhydrazid) (Treibmittel) 10 Bis-(tri-n-butylzlnn) oxyd
(10 000 Teile pro Million) 2 i Das obige Gemisch wird langsam auf 1300C erwärmt.
Im Laufe der Erwärmung zersetzt sich das Treibmittel und leitet damit den Aufblähvorgang
ein. Wenn das Gemisch eine Temperatur von 1300C erreicht hat, setzt Gelbildung ein
und der Schaum erstarrt. Es zeigt sich, daß dieser Schaum eine biocide Aktivität
gegenUber Staphylococcus aureus in ählicher Weise wie die vorstehend beschriebenen
Schäume besitzt.
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Beispiel 10 Gemäß einem anderen speziellen Beispiel der Erfindung
kann ein
Schaum durch Vermischen der folgenden in Anteilen angegebenen
Bestandteile erzeugt werden: Gewichtstele Kautschuk tpale crepe rubber") 100-Fichtenöl-Weicmacher
20 Zinkoxyd 5 Stearinsäure 5 Natrumbichrbonat 7 4,4'-Thio-bis(3-methyl-6-t butylphenol)
1,5 Schlämmkreide 100 Schwefel 2,5 "Methyl-Tusads", d. h. Tetramethylthiuramidsufid
0,35 Bis-tri-n-butylzinnoxyd (100 Teile pro Million) 0,2 Die obigen Stoffe werden
durch Vermahlen innig vermischt und bilden ein -gleichförmiges Gemisch, das 30 Minüt'en
bei 1530C gehärtet wird und dabei einen Schaum bildet, dr biocide Eigenschaften
ähnlich denen, die die Schäume der Beispiele l-9'auszeichnen, besitzto Diese neuartigen
bei der praktischen DurchfUhrung der Erfindung erzeugten Schäume sind dadurch gekennzeichnet,
daß in einem schauförmigen Körper eine im wesentlichen gleichförmig Uber seine Struktur
verteilte biocide Menge von R SnX enthalten ist,-3 worin R einen Kohlenwasserstoffrest
bedeutet, die Summe der Kohlenstoffatome
in allen Resten 9-12
beträgt und X z.B. Halogen, Acetat, Sauerstoff, Hydroxyd, Salicylat, Benzeat, Malat,
Pentachlorphenolat, Orthophenylphenolat und Succinat sein kann.
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Wenn substituierte Ammoniumsalze der Formel R'cNHd'A, vorzugsweise
die quaternären Ammoniumverbindungen der Formel R'4N'A vorliegen, sind sie vorzugsweise
ähnlich lm wesentlichen gleich förmig über die Struktur des schaumförmigen Körpers
verteilt.
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Die erfindungsemäßen Produktschäume zeichnen sich durch eine große
Mannigfaltigkeit an Verwendungsmöglichkeiten, bei denen die Uberlegenen beicheden
Eigenschaften Anwendung finden, aus, z.B.
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Stuhlkissen, Matratzen als medizinische oder chirurgische Gebrauchsgegenstände.
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Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit bestimmten kennzeichnenden
Beispielen beschrieben wurde, werden dem Fachmann die verschiedenen in den Oeltungsbereich
der Erfindung fallenden Xnderungen und Modifizierungen geläufig sein.
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Patentansprüche