DE4106165C2 - Mikrobizide - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikrobizid, das als aktiven Wirkstoff ein spezifisches Phosphat mit Gehalt an einem Metallion mit antibakterieller, antifungaler oder antialgaler Akti­ vität wie Silber-, Kupfer-, Zink-, Zinn-, Quecksilber-, Blei-, Eisen-, Kobalt-, Nickel-, Mangan-, Arsen-, Antimon-, Wismut-, Bari­ um-, Cadmium- oder Chromionen enthält; das Mikrobizid kann als antimikrobielle Zusammensetzung, die das Mikrobizid in Mischung mit verschiedenen Bindemitteln enthält, oder als antimikrobielles ge­ formtes Produkt verwendet werden, daß das Mikrobizid auf Trägern wie Fasern, Filmen, Folien, Papier und Kunststoff aufweist.

Silber, Kupfer, Zink, Zinn, Quecksilber, Blei, Eisen, Kobalt, Nickel, Mangan, Arsen, Antimon, Wismut, Barium, Cadmium und Chrom sind seit langem als Metalle bekannt, die antifungale, antialgale und antibakterielle Wirkungen (im folgenden als "antimikrobielle Metalle" bezeichnet) aufweisen, und insbesondere Silber wurde in Form von wässriger Silbernitratlösung als Bakterizid oder Desinfek­ tionsmittel verwendet. Die erwähnten Metallionen mit antifungaler, antialgaler und antibakterieller Wirkung sind jedoch in vielen Fällen für Menschen giftig und unterliegen vielen Beschränkungen bezüglich Verwendung, Lagerung und Beseitigung.

In jüngerer Zeit hat sich gezeigt, daß geringe Mengen antimi­ krobielles Metall genügen, um antifungale, antialgale und antibakte­ rielle Wirkungen zu erzielen; verschiedene anorganische Mikrobizide mit antifungaler, antialgaler und antibakterieller Wirkung, die antimikrobielle Metalle auf anorganischen Ionenaustauscherträger oder porösen Materialien als Träger aufweisen, wurden bisher vor­ geschlagen.

Im Vergleich zu organischen Mikrobiziden besitzen anorganische Mikrobizide die Eigenschaft, daß sie sicherer sind, verlängerte antimikrobielle Wirkung zeigen und darüberhinaus höhere Hitzebestän­ digkeit aufweisen.

Beispielsweise wird gemäss US 4 906 464 ein Mikrobizid hergestellt, indem das Metallion in Tonmineralien wie Zeolith mit Silberionen ersetzt wird; da aber die Säureresistenz der Skelettstruktur des Tonminerals per se niedrig ist, werden die Silberionen leicht in saurer Lösung ausgespült, so daß eine andauernde antimikrobielle Wirkung nicht eintritt. Darüberhinaus sind Silberionen gegenüber Licht- und Hitze­ einwirkung instabil und werden sofort zu metallischem Silber redu­ ziert, wodurch Verfärbung auftritt; demnach besitzt dieses Mikrobi­ zid große Probleme bezüglich langfristiger Stabilität. Um die Stabi­ lität von Silberionen zu erhöhen, wurde gemäss US 4 938 958 versucht, sowohl das Silber wie auch Ammonium auf Zeolith durch Ionenaustausch aufzubringen; das Problem der Verfärbung wurde jedoch nicht in praktisch befriedigen­ der Weise gelöst.

Aus der JP-A2-160 707 ist ein anderes Mikrobizid bekannt, das ein antimikrobielles Metall auf einem aktiven Kohlenstoffträger, der adsorptionsfähig ist, enthält. Weil jedoch ein lösliches antimikrobielles Metall lediglich physikalisch adsorbiert oder abgelagert wird, wenn das Mikrobizid mit Wasser in Kontakt gebracht wird, wird das antimikro­ bielle Metallion schnell herausgelöst, so daß es schwierig ist, die antimikrobielle Wirkung über eine längere Zeit aufrechtzuerhalten.

Schließlich sind aus der JP-A-02 96508 Mikrobizide mit Gehalt an wasserunlöslichen oder kaum löslichen Phosphaten oder kondensierten Phosphaten und Schwermetallionen wie Ag, Cu, Zn, Zr, Mn, Co und Ni Ionen und aus der JP-A-03 43457 antibakterielle Harzzusammensetzungen, die mit Metallionen wie Ag, Cu, Zn, Au und Pt beladene Phosphatsalzpartikel ent­ halten, bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Material zur Verfügung zu stellen, das maximale antifungale, antialgale und antibakterielle Wirkung von Silber-, Kupfer-, Zink-, Zinn-, Queck­ silber-, Blei-, Eisen-, Kobalt-, Nickel-, Mangan-, Arsen-, Antimon-, Wismut-, Barium-, Cadmium-, und Chromionen aufweist. Aufgabe der Erfindung ist es demnach, ein Material zur Verfügung zu stellen, das sich nicht verfärbt und darüberhinaus antifungale, antialgale und antibakterielle Wirkung über einen längeren Zeitraum selbst unter schwierigen Bedingungen aufweist und physikalisch stabilisierte antimikrobielle Metallionen enthält.

Die Aufabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß spezielle Phosphate mit Metallionen mit antimikrobiellen Wirkungen wie Sil­ ber-, Kupfer-, Zink-, Zinn-, Quecksilber-, Blei-, Eisen-, Kobalt-, Nickel-, Mangan-, Arsen-, Antimon-, Wismut-, Barium-, Cadmium-, und Chromionen, insbesondere Silberionen mit ausgezeichneter chemischer und physikalischer Stabilität und mit zusätzlich antifungalen, antialgalen und antibakteriellen Wirkungen über einen langen Zeit­ raum zur Verfügung gestellt werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft demnach ein Mikrobizid mit Gehalt an einem Phosphat der folgenden allgemeinen Formel:

M_a ¹A_bM_c ²(PO₄)d . nH₂O

worin M¹ mindestens eines der Elemente Silber, Kupfer, Zink, Zinn, Quecksilber, Blei, Eisen, Kobalt, Nickel, Mangan, Arsen, Antimon, Wismut, Barium, Cadmium und/oder Chrom, M² mindestens ein 4-wertiges Metallelemente, A mindestens eines der folgenden Ionen von Wasser­ stoff, Alkalimetall, Alkalierdmetall und Ammonium sind, wobei n eine Zahl ist, die der Formel O ≦ n ≦ 6 genügt; a und b sind positive Zahlen und genügen den Gleichungen la + mb = 1 oder la + mb = 2, und, wenn a und b der Formel la + mb = 1 genügen, ist c gleich 2 und d gleich 3, und wenn a und b der Formel la + mb = 2 genügen, ist c gleich 1 und d gleich 2, wobei 1 die Wertigkeit von M¹ und m die Wertigkeit von A sind.

Im folgenden werden die erfindungsgemäß verwendeten Verbindun­ gen und ihre Verwendung beschrieben.

Die erfindungsgemäß verwendeten Verbindungen sind Phosphate der allgemeinen Formel

M_a ¹A_bM_c ²(PO₄)_d . nH₂O

in der M¹ mindestens eines der Elemente Silber, Kupfer, Zink, Zinn, Quecksilber, Blei, Eisen, Kobalt, Nickel, Mangan, Arsen, Antimon, Wismut, Barium, Cadmium und/oder Chrom, M² mindestens ein tetrava­ lentes Metallelemente, A mindestens ein Ion von Wasserstoff, Alkali­ metall, Alkalierdmetall und/oder Ammonium sind, wobei n eine Zahl ist, die der Formel O ≦ n ≦ 6 genügt; wobei a und b positive Zahlen gemäß der Formel la + mb = 1 oder la + mb = 2 sind, und, wenn a und b der Formel la + mb = 1 genügen, c gleich 2 und d gleich 3 sind, und, wenn a und b der Formel la + mb = 2 genügen, c gleich 1 und d gleich 2 ist, wobei 1 die Wertigkeit von M¹ und m die Wertigkeit von A darstellen.

Das Phosphat gemäß der obigen allgemeinen Formel, bei der a und b der Formel la + mb = 1 genügen, und c gleich 2 und d gleich 3 sind, ist eine amorphe Verbindung oder eine Netzwerkstruktur; das Phosphat gemäß der obigen allgemeinen Formel, in der a und b der Formel la + mb = 2 entsprechen, und c gleich 1 und d gleich 2 sind, ist eine amorphe oder eine schichtstrukturierte Verbindung. Das Phosphat mit Netzwerkstruktur wird erfindungsgemäß bevorzugt.

Silber, Kupfer, Zink, Zinn, Quecksilber, Blei, Eisen, Kobalt, Nickel, Mangan, Arsen, Antimon, Wismut, Barium, Cadmium und/oder Chrom zeigen antifungale, antialgale und antibakterielle Wirkung und Kupfer, Zink, Zinn, Blei, Nickel, Mangan, Wismut, Cadmium und/oder Chrom tragen darüberhinaus zur Stabilisierung der Phosphate bei.

Erfindungsgemäß ist Silber unter dem Gesichtspunkt der Stabili­ tät und der animikrobiellen Aktivität besonders bevorzugt. Zu Alka­ limetallionen zählen beispielsweise Lithium-, Natrium- und Kaliumio­ nen; zu Alkalierdmetallionen zählen beispielsweise Magnesium- und Calciumionen, wobei Lithium-, Natrium- und Kalium-, sowie Magnesiu­ mionen unter Berücksichtigung der Stabilität und leichten Zugäng­ lichkeit der gebildeten Verbindungen erfindungsgemäß bevorzugt sind.

Zu den tetravalenten Metallen zählen beispielsweise Zirkon, Titan und Zinn, wobei Zirkon und Titan aus Sicherheitsgründen erfin­ dungsgemäß bevorzugt werden. Zu typischen Beispielen der erfindungs­ gemäßen Phosphate zählen:

Ag_0.005Li_0.995Zr₂(PO₄)₃
Ag_0.01(NH₄)_0.99Zr₂(PO₄)₃
Ag_0.05Na_0.95Zr₂(PO₄)₃
Ag_0.20K_0.80Ti₂(PO₄)₃
Ag_0.01H_0.95Li_0.04Zr₂(PO₄)₃
Ag_0.05H_0.85Li_0.10Zr₂(PO₄)₃
Ag_0.10H_0.80Li_0.10Ti₂(PO₄)₃
Ag_0.10H_0.85Li_0.05Zr₂(PO₄)₃
Ag_0.20H_0.75Na_0.05Ti₂(PO₄)₃
Ag_0.30H_0.45Na_0.25Zr₂(PO₄)₃
Ag_0.35H_0.60Na_0.05Sn₂(PO₄)₃
Ag_0.50H_0.45K_0.05Sn₂(PO₄)₃
Ag_0.50H_0.40Li_0.10Ti₂(PO₄)₃
Ag_0.70H_0.25K_0.05Ti₂(PO₄)₃
Ag_0.92H_0.05Li_0.03Zr₂(PO₄)₃
Ag_0.001Li_1.999Zr₂(PO₄)₂
Ag_0.01Na_1.99Zr₂(PO₄)₂
Ag_0.01K_1.99Sn(PO₄)₂ . 1.2H₂O
Ag_0.1(NH₄)_1.9Ti(PO₄)₂ . 4H₂O
Ag_0.005H_1.995Zr(PO₄)₂ . H₂O
Ag_0.50H_1.50Zr(PO₄)₂ . H₂O

Beispiele für Verbindungen mit obigen Formeln, in denen ein Teil oder alles Ag durch Zn, Mn, Ni, Pb, Hg, Sn, Cr, Bi oder Cu ersetzt sind, sind die folgenden:

Cu_0.200Na_0.040H_1.56Zr(PO₄)₂ . 2H₂O
Cu_0.010H_1.980Zr(PO₄)₂ . H₂O
Cr_0.010H_1.70Zr(PO₄)₂ . H₂O
Bi_0.010H_1.70Zr(PO₄)₂ . H₂O
Cr_0.200Na_0.300H_1.100Zr(PO₄)₂ . 3H₂O
Bi_0.200Na_0.300H_1.100Zr(PO₄)₂ . 3H₂O

Diese Phosphate können beispielsweise nach dem Brennverfahren, dem Naßverfahren, dem hydrothermischen Verfahren und beispielsweise nach folgendem Verfahren hergestellt werden.

Ein Oxychlorid eines tetravalenten Metalls wie Zirkon, Titan oder Zinn, beispielsweise Zirkonoxychlorid, Titanoxychlorid oder Zinnoxychlorid wird zu einer wässrigen konzentrierten Phosphorsäure­ lösung zugegeben; nach Refluxieren und Erhitzen über 24 Std. wird der Niederschlag filtriert, mit Wasser gewaschen, getrocknet und gemahlen; es wird ein Phosphat wie Zirkonphosphat [Zr(HPO₄)₂ . H₂O] erhalten. Dieses Phosphat wird in einer wässrigen Lösung getränkt, die ein antimikrobielles Metall in geeigneter Konzentration enthält, wodurch das erfindungsgemäße Phosphat erhalten wird.

Wenn Ionen wie Cu²⁺, Zn²⁺, Sn²⁺, Mn²⁺, Hg²⁺, Bi²⁺, Cd²⁺, und Cr²⁺ als antimikrobielles Metall gewählt werden, ist es nötig, das obige Phosphat wie Zirkonphosphat [Zr(HPO₄)₂ . H₂O] mit einer wäss­ rigen Lösung mit Gehalt an Alkalimetall oder Erdalkalimetall zu tränken, bevor es in der wässrigen Lösung mit Gehalt an dem antimi­ krobiellen Metall getränkt wird.

Phosphate der Netzwerkstruktur wie Zirkonphosphat werden auf folgende Weise hergestellt.

Zu einer wässrigen Lösung von Zirkonoxinitrat und Natriumnitrat wird Oxalsäure unter Rühren und zusätzlicher Zugabe von Phosphorsäu­ re zugesetzt. Die Lösung wird auf einen pH-Wert von 3.5 mit wäss­ riger Natriumhydroxidlösung eingestellt und 78 Std. unter Rückfluß erhitzt; der Niederschlag wird filtriert, mit Wasser gewaschen, getrocknet und gemahlen; es wird Zirkonphosphat [NaZr₂(PO₄)₃] mit Netzwerkstruktur erhalten. Dieses Zirkonphosphat wird in eine wäss­ rige Lösung mit Gehalt an antimikrobiellem Metall in geeigneter Konzentration getränkt; es wird das erfindungsgemäße Phosphat erhal­ ten, das Netzwerkstruktur aufweist.

Es kann auch wie folgt vorgegangen werden: Eine Verbindung mit Gehalt an einem Alkalimetall wie Lithiumcarbonat (Li₂CO₃) oder Natriumcarbonat (Na₂CO₃), eine Verbindung mit Gehalt an Zirkon, Titan oder Zinn wie Zirkonoxid ZrO₂ oder Titanoxid TiO₂ und eine Verbindung mit Gehalt an einer Phosphatgruppe wie Ammoniumdihydro­ genphosphat NH₄H₂PO₄ werden in molarem Verhältnis von etwa 1 : 4 : 6 gemischt; diese Mischung wird bei 1000 bis 1400°C unter Erhalt eines Phosphats gebrannt. Dieses wird in eine wässrige Lösung einer an­ organischen Säure wie Salpetersäure, Schwefelsäure oder Salzsäure bei Zimmertemperatur bis 100°C getränkt; es wird ein rohes Phosphat [H_(1-x)A_xM₂ ²(PO₄)₃] erhalten. Das gebildete Rohphosphat wird in wässriger Lösung mit Gehalt an Silberionen in geeigneter Konzen­ tration getränkt; auf diese Weise wird das erfindungsgemäße Phosphat erhalten.

Die erfindungsgemäßen Phosphate mit einem höheren Wert von a zeigen tendenzgemäß höhere antifugale, antialgale und antibakteriel­ le Wirksamkeit; selbst wenn der Wert a sehr klein ist, kann antifun­ gale, antialgale und antibakterielle Wirksamkeit eintreten. Ist der Wert von a jedoch kleiner als 0.001, kann es schwierig sein, anti­ fungale, antialgale und antibakterielle Wirksamkeit über einen längeren Zeitraum zu erzielen; darüberhinaus, unter Berücksichtigung der Kosten der verwendeten antimikrobiellen Metalle, ist der Wert a vorzugsweise mindestens 0.001 insbesondere 0.01 bis 0.5.

Darüberhinaus kann der Wert a geeigneter Weise in Abhängigkeit von den erwünschten Wirkungen und den Verwendungsbedingungen einge­ stellt werden; er kann geändert werden durch Einstellung der Konzen­ tration eines antimikrobiellen Metalls in der wässrigen Lösung oder entsprechende Einstellung von Zeit und/oder Temperatur zum Tränken des Rohphosphats in der wässrigen Lösung.

Die erfindungsgemäß verwendeten Phosphate sind gegenüber Licht- und Wärmeeinfluß stabil, wobei weder ihre Struktur noch ihre Zusam­ mensetzung selbst nach Erhitzen auf 500°C bzw. 800°C für einige sich ändert, und wobei sie selbst bei Bestrahlung mit ulravioletten Strahlen keine Farbänderung eingehen. Darüberhinaus wird selbst in saurer Lösung kein Wechsel bezüglich der Skelettstruktur beobachtet. Deshalb wird die Verwendung der erfindungsgemäßen Phosphate weder durch Erhitzungstemperaturen noch durch Beeinflussung durch Licht bei Verarbeitung zu geformten Produkten, bei der Lagerung oder Verwendung beeinträchtigt, wie es bei konventionellen Mikrobiziden der Fall ist.

Die Form der erfindungsgemäßen Mikrobizide ist nicht begrenzt; sie können mit anderen Komponenten vermischt oder zu Zusammensetzun­ gen mit anderen Materialien in Abhängigkeit von der Verwendung geformt werden. Die erfindungsgemäßen Mikrobizide können beispiels­ weise in verschiedenen Formen wie Pulver, pulverhaltige Dispersio­ nen, pulverhaltige Partikel, pulverhaltige Farben, pulverhaltige Fasern, pulverhaltiges Papier, pulverhaltige Filter, pulverhaltige Filme oder Folien und pulverhaltige Aerosole verwendet werden. Bei Bedarf können sie in Kombination mit verschiedenen Additiven oder üblichen Zusatzstoffen für Deodoranten, Flammhemmmitteln, Antikorro­ sionsmitteln, Düngemitteln und Baumaterialien verwendet werden.

Die erfindungsgemäßen Mikrobizide zeigen antifungale, antialga­ le und antibakterielle Wirksamkeit bei Verwendung gegen Pilze, Algen und Bakterien, auf die antimikrobielle Metallionen wie Silber wir­ ken, und können beispielsweise wirkungsvoll eingesetzt werden für: Fasern für Arbeitskleidung, ärztliche Berufskleidung, medizinische Bettwäsche, Sportbekleidung, Krankenhauswäsche und -bekleidung, Fischnetze, Vorhänge, Fußbodenbeläge und Teppiche, Unterwäsche und Luftfilter; Papiere wie Tapeten; Filme und Folien für die Nahrungs­ verpackung, medizinische Filme und Folien sowie synthetische Leder; Farben wie Farben für Sterilisatoren, korrosionsbeständige Farben und Antipilzfarben; Pulver wie Nährböden und landwirtschaftliche Nährböden; flüssige Zusammensetzungen wie Shampoos.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Referenz­ beispiele, Beispiele und Vergleichsbeispiele näher erläutert.

Zunächst wurden die folgenden drei Phosphatarten als Rohmate­ rialien hergestellt:

Referenzbeispiel 1

Zirkonoxychlorid wurde konzentrierter wässriger Phosphorsäure­ lösung zugesetzt. Nach 24stündigem Erhitzen am Rückfluß wurde der Niederschlag filtriert, mit Wasser gewaschen, getrocknet und gemah­ len; es wurde Zirkonphosphat Zr(HPO₄)₂ . H₂O erhalten.

Referenzbeispiel 2

Titanphosphat Ti(HPO₄)₂ . H₂O wurde gemäß Referenzbeispiel 1 mit dem Unterschied erhalten, daß Titantetrachlorid anstelle von Zirkon­ oxychlorid verwendet wurde.

Referenzbeispiel 3

Zinnphosphat Sn(HPO₄)₂ . H₂O wurde gemäß Referenzbeispiel 1 mit dem Unterschied erhalten, daß Zinnchlorid anstelle von Zirkonoxy­ chlorid verwendet wurde.

Beispiel 1

Mikrobizide wurden gemäß der folgenden Verfahrensweise unter Verwendung von Phosphatpulvern gemäß den Referenzbeispielen 1 bis 3 hergestellt.

Hierbei wurden 8 Arten wässriger Lösungen mit Gehalt an Nitrat von antimikrobiellem Metall bei verschiedenen Konzentrationen herge­ stellt (im Fall von Wismut mit Salpetersäure angesäuert). Die Pulver gemäß Referenzbeispielen 1 bis 3 wurden diesen wässrigen Lösungen zugesetzt und über verschiedenen Zeitdauern gerührt. Dann wurden die gebildeten Aufschlemmungen filtriert und der Rückstand mit reinem Wasser gewaschen, bis in der Waschflüssigkeit gemäß Atomabsorptions­ spektrum antimikrobielle Metallionen nicht mehr nachweisbar waren.

Hiervon getrennt wurden einige der Pulver gemäß Referenzbei­ spielen 1 bis 3 zu wässrigen Lösungen von Nitraten von Natrium, Magnesium und Ammonium zugesetzt, bevor sie zu wässrigen Lösungen von Nitraten von antimikrobiellen Metallen zugesetzt wurden, und wurden gerührt, mit Wasser gewaschen, getrocknet und gemahlen und danach den zuvor beschriebenen Verfahrensschritten unterworfen.

Dann wurde der auf diese Weise gewaschene Rückstand unter Verwendung von Wasser als Medium feucht gemahlen und dann unter Verwendung eines Siebs zu feinen Partikeln von 1,0 µm oder weniger klassifiziert. Dann wurden die feinen Partikel durch Erhitzen über Nacht auf 110°C getrocknet; auf diese Weise wurden die gewünschten Phosphate erhalten.

Der Gehalt an antimikrobiellen Metallionen in den auf diese Weise erhaltenen Phosphaten wurde berechnet, indem die Konzentratio­ nen an antimikrobiellen Metallionen im Filtrat und in der wässrigen Lösung von Nitrat von antimikrobiellen Metallen vor Kontaktieren mit den Pulvern gemäß Referenzbeispielen 1 bis 3 analysiert wurde.

Die nach der zuvor beschriebenen Verfahrensweise erhaltenen Phosphate werden in Tabelle 1 wiedergegeben. Diese Phosphate weisen hervorragende Mikrobizideigenschaften auf, wie es die Ergebnisse der folgenden Bewertungen zeigen.

Tabelle 1

Verfahren zur Bewertung der antimikrobiellen Wirksamkeit:

Bewertung der antimikrobiellen Wirksamkeit der in zuvor be­ schriebener Weise erhaltenen Mikrobizide erfolgte auf die folgende Weise.

Jedes dieser Mikrobizide wurde in ein Harz und eine Harzzu­ sammensetzung, wie im folgenden beschrieben, eingebracht und zu einem Plättchen mit einem Durchmesser von 20 mm oder zu Garn ge­ formt, aus dem ein Stoffstück gemacht wurde.

Folgende Mikroorganismen wurden im Test eingesetzt: Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus und Bacillus subtilis als Bakterien, Candidahefe und Saccharomyceshefe als Hefen sowie Aspergillus niger, Gliocladium, Aureobasidium und Cladosporium als Pilze.

Als Medium wurde für Bakterien Muller-Hinton-Medium und für Hefen und Pilze Sabouraud's Medium verwendet.

Die zu untersuchenden Mikroorganismen wurden in physiologischer Salzlösung bei 10⁸/ml eingebracht, worauf 0.1 ml mittels eines Conradi-Stabs in obigem Medium dispergiert wurde. Die Bewertung der antimikrobiellen Wirksamkeit wurde auf die folgende Weise bestimmt. Die Plättchen wurden darauf gebracht und nach Kultivieren durch 18stündiges Halten bei 37°C bei Bakterien und nach Kultivieren durch einwöchiges Halten bei 30°C bei Hefen und Pilzen wurden bestimmt, ob Inhibitionszonen gebildet oder nicht beobachtet wurden. Wurde eine Inhibitionszone gebildet, wurde auf antimikrobielle Wirksamkeit geschlossen.

Bewertungstest 1

Jede der Proben Nr. 1 bis 34 wurde in Mengen von 2 Gewichts­ teilen ("Gewichtsteile" wird im folgenden als Teil bezeichnet) zu 100 Teilen trockner Chips von Polyethylenterephthalat einer Grenz­ viskosität [η] von 0.640, gemessen in einem gemischten Lösungsmittel von Phenol/Ethantetrachlorid (6 : 4) zugegeben, und die Mischung schmelzend gemischt und bei 270°C im Spritzguß zu einem Produkt von 20 mm Durchmesser und 3 mm Dicke geformt. Diese geformten Produkte wurden bezüglich ihrer antimikrobiellen Wirksamkeit gemäß der vor­ hergehend beschriebenen Bewertung der antimikrobiellen Wirksamkeit bewertet. Die Ergebnisse werden in Tabelle 2 und in Tabelle 3 wie­ dergegeben.

Parallel hierzu wurden geformte Produkte, wie beschrieben, unter Verwendung von Zirkonphosphat, Titanphosphat und Zinnphosphat gemäß Referenzbeispielen 1 bis 3 hergestellt; jene, die ohne Zugabe dieser Phosphate hergestellt wurden, wurden ebenfalls bezüglich ihrer antimikrobiellen Wirksamkeit untersucht; es wurde gefunden, daß eine Inhibitionszone in keinem dieser Fälle gebildet wurde.

Aus den obigen Ergebnissen geht hervor, daß die geformten Produkte mit Gehalt an erfindungsgemäßen Mikrobiziden ausgezeichnete antimikrobielle Wirksamkeit aufweisen.

Bewertungstest 2 und Vergleichsbewertungstest

Jede der Probennummern 1, 3, 4, 5, 8, 12, 13, 15, 16, 18, 28, 33 und 34 gemäß Beispiel 1 wurden in Mengen von 2 g zu 100 g einer Acrylharzemulsionszusammensetzung für Beschichtungen zugesetzt, die 70% ("%" bedeutet im folgenden Gewichtsprozent) einer Emulsion mit Gehalt an 43% eines Acrylharzes, 10% Titandioxid, 10% wässrige Lösung mit Gehalt an 4% Hydroxyethylzellulose, 8% 25%iger wässriger Lösung von Demol EP (von Kao Corporation) und 2% Wasser enthielt; die Zusammensetzung wurde dann gerührt. Parallel hierzu wurde eine Beschichtungszusammensetzung ohne Zusatz von Proben zu Vergleichs­ zwecken hergestellt.

Jede der auf diese Weise erhaltenen Beschichtungszusammenset­ zungen wurde zweimal auf eine Aluminiumplatte der Länge von 150 mm, der Breite von 70 mm, der Dicke von 2 mm unter Bildung einer gleich­ förmigen Beschichtung aufgeschichtet, die 48 Std. bei Zimmertempera­ tur sich selbst überlassen wurde. Die erhaltenen Teststücke wurden in 2 l deionisiertes Wasser in einem 3-l-Glasbecher eingetaucht und 2 Wochen in einem Sonnenlicht ausgesetztem Raum sich selbst überlas­ sen. Dann wurden diese Teststücke aus dem Becher herausgenommen, hydroextrahiert und dann luftgetrocknet.

Darüberhinaus wurden diese Teststücke behandelt, indem eine Testapparatur gemäß JIS-A1415 (beschleunigter Witterungstest) ver­ wendet wurde. Nach diesem Test wurde ein Plättchen mit einem Durch­ messer von 20 mm aus jedem Teststück ausgeschnitten und bezüglich der antimikrobiellen Wirksamkeit gemäß Bewertungstest 1 untersucht. Die Ergebnisse werden in Tabelle 4 wiedergegeben.

Darüberhinaus wurden die Beschichtungszusammensetzungen mit Gehalt an Mikrobiziden gemäß Erfindung mit der Beschichtungszusam­ mensetzung ohne Mikrobizide (Vergleich) verglichen; es wurde festge­ stellt, daß keine Unterschiede bezüglich der Eigenschaften als Be­ schichtungszusammensetzungen wie Entfärbung, Trocknungs- und Här­ tungseigenschaften sowie Aussehen der Beschichtungszusammensetzung und des Beschichtungsfilms auftraten.

Hierdurch zeigt sich, daß die Beschichtungszusammensetzung mit Gehalt an erfindungsgemäßen Mikrobiziden ausgezeichnete antimikro­ bielle Wirksamkeit besitzen. Darüberhinaus wurde die Konzentration von antimikrobiellen Metallionen in deionisiertem Wasser, in das das obige Plättchen eingetaucht wurde, durch Atomabsorptionsspektrome­ trie analysiert; es zeigte sich, daß in allen Fällen die Konzen­ tration unter der Auflösung lag, und daß das Ion nicht nachgewiesen werden konnte.

Hieraus ergibt sich, daß die erfindungsgemäßen Mikrobizide und die diese enthaltenden Zusammensetzungen sehr geringe Löslichkeit in Wasser aufweisen und so antimikrobielle Wirksamkeit über einen längeren Zeitraum aufweisen können.

Referenzbeispiel 4

Lithiumcarbonat (Li₂CO₃), Zirkonoxid (ZrO₂) und Ammoniumdihy­ drogenphosphat (NH₄H₂PO₄) wurden im molaren Verhältnis von 1 : 4 : 6 miteinander ausreichend vermischt. Dann wurde die Mischung bei 1300°C gebrannt und ergab eine Verbindung der Formel LiZr₂(PO₄)₃.

Diese Verbindung wurde gemahlen und dann in 2 N Salzsäure bei 80°C eingetaucht; es wurde eine Verbindung der folgenden Formel H₀₉LI_0.1Zr₂(PO₄)₃ (im folgenden als "HZP" bezeichnet) erhalten.

Darüberhinaus wurden die folgenden Verbindungen wie zuvor beschrieben mit dem Unterschied hergestellt, daß Titanoxid oder Zinnoxid anstelle von Zirkonoxid verwendet wurden.

H_0.8Li_0.2Ti₂(PO₄)₃ (im folgenden als "HTP" bezeichnet)

H_0.9Li_0.1Sn₂(PO₄)₃ (im folgenden als "HSP" bezeichnet)

Beispiel 2

Jede der obigen Verbindungen wurden zu 1/100 N wässriger AgNO₃- Lösung zugesetzt und bei Zimmertemperatur verschieden lange gerührt. Die gebildete Aufschlemmung wurde filtriert und der Rückstand mit reinem Wasser gewaschen, bis Silberionen im Waschwasser gemäß Atom­ absorptionsspektrometrie nicht mehr nachgewiesen werden konnten.

Die Zusammensetzung und Gew.-% von Ag als Festkörper wurden durch Analysieren der Ag-Ionenkonzentration im Filtrat bestimmt; die Ergebnisse werden in Tabelle 5 wiedergegeben.

Nach dem Waschen wurde der Rückstand unter Verwendung von Wasser als Medium feucht gemahlen und unter Verwendung eines Siebs zu feinen Partikeln von 1.0 µm oder weniger klassifiziert. Die feinen Partikel wurden über Nacht bei 100°C getrocknet; es wurde ein Mikrobizid mit Gehalt an Phosphat gemäß Tabelle 5 erhalten.

Bewertungstest 3 und Vergleichsbewertungstest

Die Mikrobizide der Proben Nummern 35 bis 40 gemäß Beispiel 2 wurden bezüglich ihrer antimikrobiellen Wirksamkeit gemäß Bewer­ tungstest 1 bewertet. Darüberhinaus wurden geformte Produkte in gleicher Weise unter Verwendung von HZP, HTP und HSP gemäß Referenz­ beispiel 4 hergestellt, und auf die Ag nicht aufgetragen war (Probe Nr. P1, Probe Nr. P2 und Probe Nr. P3); geformte Produkte wurden hergestellt, ohne HZP, HTP und HSP zuzusetzen; sie wurden ebenfalls bezüglich ihrer antimikrobiellen Wirksamkeit (zum Vergleich) bewer­ tet. Die Ergebnisse werden in Tabelle 6 wiedergegeben. Aus Tabelle 6 folgt, daß die geformten Produkte mit Gehalt an erfindungsgemäßen Mikrobiziden ausgezeichnete antimikrobielle Wirksamkeit entfalten.

Bewertungstest 4 und Vergleichsbewertungstest

Die Mikrobizide gemäß den Proben Nummern 35 bis 40 gemäß Bei­ spiel 2 wurden bezüglich antimikrobieller Wirksamkeit gemäß Bewer­ tungstest 2 mit dem Unterschied bewertet, daß die Tauchbehandlung mit deionisiertem Wasser nicht durchgeführt wurde und die Zugabe von Mikrobiziden in Mengen gemäß Tabelle 7 erfolgte. Darüberhinaus wurde die gleiche Bewertung mit Proben, die keine Mikrobizide enthielten (Vergleich), durchgeführt. Die Ergebnisse werden in Tabelle 8 wie­ dergegeben.

Es bestanden keine Unterschiede zwischen der Beschichtungs­ zusammensetzung mit Gehalt an erfindungsgemäßen Mikrobiziden und der Beschichtungszusammensetzung ohne Gehalt an Mikrobiziden (Vergleich) bezüglich der Eigenschaften als Beschichtungszusammensetzungen wie Entfärbung, Trocknungs- und Härtungseigenschaften sowie äußeres Erscheinungsbild von Beschichtungsfilm und Beschichtungszusammen­ setzung.

Hieraus folgt, daß die Beschichtungszusammensetzung mit Gehalt an erfindungsgemäßen Mikrobiziden ausgezeichnete antimikrobielle Wirksamkeit aufweisen.

Tabelle 7

Tabelle 8

Bewertungstest 5

Teststücke gemäß Bewertungstest 4 wurden nach JIS-A1415 unter 500 Std. Verwendung einer Testapparatur für beschleunigten Witte­ rungstest behandelt. Dann wurde ein Plättchen von 20 mm Durchmesser aus jedem Teststück herausgeschnitten und bezüglich antimikrobieller Wirksamkeit gemäß Bewertungstest 1 bewertet. Die Ergebnisse waren gleich denen, die im Bewertungstest 4 erhalten wurden.

Aus den Ergebnissen folgt, daß die antimikrobiellen Zusammen­ setzungen mit Gehalt an erfindungsgemäßen Mikrobiziden ausgezeichne­ te antimikrobielle Wirksamkeit über einen sehr langen Zeitraum aufweisen.

Bewertungstest 6

Jedes der Mikrobizide der Probennummern 35 bis 40 gemäß Bei­ spiel 2 wurde in einer Konzentration von 2% auf Nylon 6-Trockenchips mit einer Grenzviskosität [η] von 2.3, gemessen in 95% Schwefelsäu­ re, zugesetzt und damit vermischt. Die Mischung wurde schmelzgespon­ nen und dann in üblicher Weise gestreckt, wobei 6 Arten von ge­ streckten Garnen (120 Deniers/4 Fäden) erhalten wurden.

Diese gestreckten Garne wurde zu einem Schlauch gestrickt und gereinigt. Dann wurde ein Teststück von 20 mm Durchmesser ausge­ schnitten und dessen antimikrobielle Aktivität gemäß Bewertungstest 3 bewertet. Es zeigte sich, daß sich Inhibitionszonen in allen Fällen gemäß Tabelle 9 bildeten.

Tabelle 9

Bewertungstest 7 und Vergleichsbewertungstest

Die gestreckten Garne gemäß Bewertungstest 6 wurden zu einem Schlauch gestrickt und gereinigt.

Zum Vergleich wurden drei Pulverarten von Silberpartikeln, silbertragender aktiver Kohlenstoff und Zeolith vom Silbertyp, er­ hältlich durch Zugabe von 500 ml 1/10 M wässriger Silbernitratlösung zu 250 g A-Typ Zeolith (0.94Na₂O . Al₂O₃ . 1.92SiO₂ . xH₂O/mittlere Parti­ kelgröße 1.1 µm) und 3stündiges Mischen der Mischung bei Zimmertem­ peratur, gemahlen und zu feinen Pulvern von 1.0 µm, 1.1 µm und 1.1 µm bezüglich ihrer mittleren Partikelgröße klassifiziert. In gleicher Weise wurden unter Verwendung dieser feinen Pulver zu Schläuchen gestrickte Stoffe erhalten.

Diese Proben wurden 2 Jahre im Freien ohne direkten Sonnen­ scheineinfluß und unter schlechter Ventilation gehalten und bewer­ tet; die Ergebnisse werden in Tabelle 10 wiedergegeben.

Darüberhinaus wurden diese Strickproben nach JIS-0217 (Methode 105) wiederholt 100 mal gewaschen; dann wurden Teststücke ausge­ schnitten und deren antimikrobielle Wirksamkeit in gleicher Weise wie im Bewertungstest 1 bestimmt. Als Ergebnis zeigte sich, daß Inhibitionszonen in den Stoffen mit Gehalt an erfindungsgemäßen Mikrobiziden gebildet wurden, während keine Inhibitionszonen in den Vergleichsstoffen auftraten.

Hieraus folgt, daß die geformten Produkte mit Gehalt an erfin­ dungsgemäßen Mikrobiziden ihre antimikrobielle Wirksamkeit über sehr lange Zeiträume bewahren.

Tabelle 10

Referenzbeispiel 5

Die Verbindung der Formel LiZr₂(PO₄)₃ gemäß Referenzbeispiel 4 wurde gemahlen und dann einer wässrigen Lösung Natriumnitrat oder Kaliumnitrat zugesetzt und gerührt, mit Wasser gewaschen, getrocknet und zu einem Phosphat der Formel NaZr₂(PO₄)₃ oder KZr₂(PO₄)₃ gemah­ len.

Darüberhinaus wurde ein Phosphat von LiTi₂(PO₄)₃ in gleicher Weise mit dem Unterschied erhalten, daß Titanoxid anstelle von Zirkonoxid verwendet wurde.

Referenzbeispiel 6

Das Zirkonphosphat gemäß Referenzbeispiel 1 wurde zu einer wässrigen Lösung von Natriumnitrat oder Kaliumnitrat zugesetzt und gerührt, mit Wasser gewaschen, getrocknet und zu einem Phosphat des Na₂Zr(PO₄)₂ oder K₂Zr(PO₄)₂ gemahlen.

Beispiel 3

Mikrobizide wurden gemäß folgender Verfahrensweise unter Ver­ wendung von Pulvern von Phosphaten gemäß Referenzbeispielen 5 bis 6 hergestellt.

Die Pulver gemäß Referenzbeispiel 5 bis 6 wurden zu wässrigen Lösungen mit Gehalt an Nitraten von antimikrobiellen Metallen in verschiedenen Konzentrationen zugesetzt und nachfolgend 15 Std. gerührt. Dann wurden die erhaltenen Aufschlemmungen filtriert und mit reinem Wasser ausreichend gewaschen. Darüberhinaus wurden sie über Nacht bei 110°C getrocknet; es wurden die erwünschten Mikrobi­ zide gemäß Erfindung erhalten.

Parallel hierzu wurde der A-Typ Zeolith (Zusammensetzung: 0.94Na₂O . Al₂O₃ . 1.92SiO₂ . xH₂O) zu einer wässrigen Lösung Silbernitrat alleine oder Silbernitrat und Ammoniumnitrat zugesetzt, 5 Std. bei Zimmertemperatur gerührt und dann ausreichend mit Wasser gewaschen und bei 110°C getrocknet; es wurden antimikrobielle Zeolith (Ver­ gleichsbeispiel) erhalten.

Die gebildeten Mikrobizide werden in Tabelle 11 wiedergegeben.

Tabelle 11

Bewertungstest 8 und Vergleichsbewertungstest

Die antimikrobielle Wirksamkeit der Mikrobizide gemäß Beispiel 3 wurde bestimmt, indem die Minimuminhibierungskonzentrationen (MIC) für Bakterien, Hefe und Pilz bestimmt wurden.

Hierbei wurden die folgenden Mikroorganismen getestet: Escheri­ chia coli und Pseudomonas aeruginosa wurden als Bakterien, Candida­ hefe als eine Hefe und Aspergillus niger als Pilz (fungus)

Als Wachstumsmedium für Bakterien wurde Muller-Hinton Medium, für Pilze Potatodextrose Agar Medium, und für Hefe Yeast Morphology Agar Medium verwendet.

Als ein die Sensitivität messendes Medium wurde für Bakterien Muller-Hinton Medium und für Pilz und Hefe Sabouraud's Agar Medium verwendet.

Eine Sensitivität messende Platte wurde auf die folgende Weise hergestellt.

Mit sterilisiertem und gereinigten Wasser wurde eine Verdün­ nungsstufensuspension jeder Probe hergestellt. Diese wurde gelöst und dem Sensitivität messenden Medium bei 50°C bis 60°C in Mengen von 1/9 des Mediums zugesetzt. Das gebildete Medium wurde gut durch­ mischt und in Petrischalen aufgeteilt und verfestigt, wodurch eine Sensitivität messende Platte erhalten wurde.

Die Herstellung der Bakterieninokulationslösung erfolgte durch Inokulieren des zu testenden Stammes als Subkultur im Wachstums­ medium, Kultivierung des Stammes und dann dessen Verdünnung mit Wachstumsmedium, so daß die Bakterienzahl 10⁶/ml betrug. Die Inoku­ lationslösung zum Testen von Pilzen wurde hergestellt, indem der zu testende Stamm als Subkultur in das Wachstumsmedium inokuliert, kultiviert und dann das gebildete Medium in 0.05% Poly-solvate 80- sterilisierter Lösung flotiert wurde, so daß die Pilzzahl etwa 10⁶/ml betrug. Die Inokulationslösung für Hefe wurde hergestellt, indem der zu testende Stamm als Subkultur in das Wachstumsmedium inokuliert, kultiviert und dann das gebildete Medium in sterilisier­ ter physiologischer Salzlösung flotiert wurde, so daß die Hefezahl etwa 10⁶/ml betrug.

Der Test für Minimuminhibierungskonzentration wurde wie folgt durchgeführt: Die Inokulationslösung wurde auf etwa 2 cm auf der Sensitivität messenden Platte durch eine Ni-Cr-Drahtschlinge (innerer Durchmesser etwa 1 mm) aufgestrichen und für 18 bis 20 Std. bei 37°C für Bakterien und für 7 Tage bei 25°C für Pilze kultiviert. Danach wurde die Minimumkonzentration, bei der Wachstum inhibiert wurde, als Minimuminhibierungskonzentration bestimmt. Die Ergebnisse werden in Tabelle 12 wiedergegeben.

Tabelle 12

Bewertungstest 9 und Vergleichsbewertungstest

Zu den Mikrobiziden gemäß Beispiel 3 wurden 3 Gew.-% Sepiolit als Bindemittel und 3 Gew.-% Titanoxid oder Ascorbinsäure als Entfär­ bungsbeschleunigungsmaterial zugesetzt, worauf gute Durchmischung erfolgte. Dann wurden Tabletten mit einem Durchmesser von 13 mm und einer Höhe von 5 mm aus der Mischung mittels einer Tablettiermaschi­ ne unter einem Druck von 200 kg/cm² hergestellt.

Die Farbe der Tabletten unmittelbar nach der Formung und die der Tabletten, die 3 Tage in einem Raum dem Sonnenlicht ausgesetzt wurden, wurden durch ein Farbmessgerät SZ-Σ80 von Nihon Denshoku Kogyo Co., Ltd. gemessen; die Farbdifferenz wurde bestimmt, indem die Farbe mit der Farbe der Tablette der Probenr. 49, die kein anti­ mikrobielles Metall enthielt, unmittelbar nach der Formung vergli­ chen wurde. Die Ergebnisse werden in Tabelle 13 wiedergegeben.

Tabelle 13

Bewertungstest 10

Jedes der verschiedenen Mikrobizide gemäß Beispiel 3 wurde zu 4% wässriger Essigsäurelösung (pH = 3) in Mengen von 10% zugesetzt; die Lösung wurde sich für 4 Std. selbst überlassen. Dann wurden die Mikrobizide abfiltriert und die Elutionsmenge des antimikrobiellen Metalls im Filtrat durch Atomabsorptionsphotometer gemessen. Die Ergebnisse werden in Tabelle 14 wiedergegeben.

Tabelle 14

Bewertungstest 11 und Vergleichsbewertungstest

Jedes der Mikrobizide gemäß Beispiel 3 wurde in Mengen von 10% zu einer Acrylbeschichtungszusammensetzung (10% Festgehalt) zuge­ setzt und anschließend ausreichend unter Bildung einer antimikro­ biellen Beschichtungszusammensetzung gerührt.

Diese Beschichtungszusammensetzung wurde auf ein Polyesterpa­ pier in einer Beschichtungsmenge des Mikrobizids von 0.1 g/m² unter Herstellung eines antimikrobiell beschichteten Papiers geschichtet.

Das beschichtete Papier wurde in eine wässrige Salpetersäurelö­ sung vom pH-Wert 2 über Nacht eingetaucht, dann gründlich mit Wasser gewaschen und bezüglich der antimikrobiellen Wirksamkeit bewertet.

Die Bewertung der antimikrobiellen Wirksamkeit wurde in der folgenden Weise durchgeführt.

Escherichia coli wurde als Bakterium benutzt. Die Bakterienlö­ sung wurde auf das beschichtete Papier inokuliert, so daß die Bakte­ rienzahl 10⁴ bis 10⁵ je 25 cm² betrug; diese Probe wurde bei 37°C gelagert. Unmittelbar nach Beginn der Lagerung (unmittelbar nach Inokulation) und nach Verlauf von 24 Std. wurde das Bakterium auf dem beschichteten Papier mit einem Medium zur Messung der Bakterien­ zahl (SCDLP flüssiges Medium) fortgewaschen; die Waschflüssigkeit wurde als Testlösung benutzt. Die Anzahl überlebender Bakterien in dieser Testlösung wurde durch Kultivieren auf einer Platte (bei 37°C über 2 Tage) mit dem die Bakterienzahl messenden Medium gemessen, wobei sich als Wert die Zahl lebender Bakterien je 25 cm² auf dem beschichteten Papier ergab. Die Ergebnisse werden in Tabelle 15 wiedergegeben.

Tabelle 15

Wie die obigen Ergebnisse deutlich zeigen sind die erfindungs­ gemäßen Mikrobizide chemisch und physikalisch stabil und als Mate­ rialien mit antimikrobieller Wirksamkeit über lange Zeiträume selbst unter erschwerten Bedingungen sehr geeignet.

Claims (7)

1. Mikrobizid mit Gehalt an Phosphat der folgenden all­ gemeinen Formel:
M_a ¹A_bM_c ²(PO₄)_d . nH₂O
in der M¹ mindestens eines der Elemente Silber, Kupfer oder Zink, M² mindestens eines der tetravalenten Metallelemente Zirkon, Titan oder Zinn, A mindestens eines der Ionen Was­ serstoffion, Alkalimetallion, Erdalkalimetallion, Ammoniu­ mion sind, und n eine Zahl entsprechend der Formel O ≦ n ≦ 6 ist, wobei a und b jeweils eine positive Zahl sind und der Formel la + mb = l oder la + mb = 2 entsprechen, und, wenn a und b der Formel la + mb = 1, c gleich 2 und d gleich 3 sind, und wenn a und b der Formel la + mb = 2 entsprechen, c gleich 1 und d gleich 2 sind, wobei l die Wertigkeit von M¹ und m die Wertigkeit von A sind.

2. Mikrobizid gemäß Anspruch 1, wobei la + mb = 1 und c = 2 und d = 3 sind.

3. Mikrobizid nach Anspruch 1, wobei M¹ Silber ist.

4. Mikrobizid nach Anspruch 1, wobei A ein Lithiumion, Natriu­ mion, Kaliumion oder Magnesiumion ist.

5. Mikrobizid nach Anspruch 1, wobei M² Zirkon oder Titan ist.

6. Mikrobizid nach Anspruch 1, wobei a = 0.01 bis 0.5 ist.

7. Mikrobizid nach Anspruch 1, wobei A ein Wasserstoffion oder ein Ammoniumion ist.