EP2753172A1 - Antimikrobielles mittel zum biociden ausrüsten von polymeren, insbesondere von schaumstoffen - Google Patents

Antimikrobielles mittel zum biociden ausrüsten von polymeren, insbesondere von schaumstoffen

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EP2753172A1
EP2753172A1 EP12758737.6A EP12758737A EP2753172A1 EP 2753172 A1 EP2753172 A1 EP 2753172A1 EP 12758737 A EP12758737 A EP 12758737A EP 2753172 A1 EP2753172 A1 EP 2753172A1
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EP
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zinc oxide
antimicrobial agent
silver
silver glass
biocidal
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12758737.6A
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English (en)
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Inventor
Karl Rametsteiner
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Wenatex Forschung-Entwicklung-Produktion GmbH
WENATEX FORSCHUNG ENTWICKLUNG PRODUKTION GmbH
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Wenatex Forschung-Entwicklung-Produktion GmbH
WENATEX FORSCHUNG ENTWICKLUNG PRODUKTION GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2753172A1 publication Critical patent/EP2753172A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N59/00—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing elements or inorganic compounds
    • A01N59/16—Heavy metals; Compounds thereof

Definitions

  • the invention relates to an antimicrobial agent for biocidal finishing of polymers, in particular of foams, on the basis of a fine-pored foamed and fine-grained silver glass, which has a proportion of zinc oxide in addition to a silver content.
  • the antimicrobial agent consisting of such a silver-containing glass is conventionally admixed with the polyol component before the biocide-finished polyurethane foam is obtained by a polyaddition reaction with an isocyanate component under the action of a blowing agent.
  • a proportion of the antimicrobial agent on the foam of about 2 wt.% Exposed.
  • a disadvantage is the comparatively high cost of the silver glass, which has a weight fraction of usually 3 to 3.5 wt.% Of silver.
  • the invention is therefore based on the object, an antimicrobial agent for biocidal finishing of polymers, in particular foams, of the type described in such a way that under favorable economic conditions, the antimicrobial effect can be increased.
  • the invention achieves the stated object in that the fine-grained silver glass zinc oxide powder is added.
  • the biocidal effect of the foams finished with such an antimicrobial agent can surprisingly be markedly increased. This is surprising because the use of a zinc oxide powder in conjunction with a silver glass powder without zinc oxide content rather brings about a deterioration of the antimicrobial effect. Due to the increase in the biocidal effect of the antimicrobial agent according to the invention either the higher biocidal effect can be used or the proportion of the antimicrobial agent can be reduced for economic reasons, without having to accept a disadvantage compared to the prior art with regard to the desired biocidal effect.
  • the mixture of the fine-grained silver glass and the zinc oxide powder may have a proportion of zinc oxide powder which corresponds to two to twenty times the amount of zinc oxide in the silver glass. Particularly advantageous effects arise when the mixture of silver glass and zinc oxide powder has a ten to twenty times the amount of zinc oxide in the silver glass corresponding amount of zinc oxide powder.
  • the effect of the biocidal finish of a foam depends not only on the antimicrobial properties, but also on the amount and specific surface area of the agent used. For this reason, it is recommended to use a zinc oxide powder with a specific surface area between 2 and 10 m 2 / g. Preference is given to zinc oxide powders having a specific surface area of between 4 and 8 m 2 , which corresponds to an average particle size of between 200 and 400 nm.
  • the coming to use as antimicrobial silver glasses are usually from 9 to 14 wt.% Sodium, 1 to 4 wt.% Potassium, 1 to 5 wt.% Calcium oxide, 5 to 8 wt.% Of alumina, 50 to 55 wt % Silica, 5 to 10 wt% boron trioxide, 2.5 to 3 wt% silver and 10 to 15 wt% zinc oxide together.
  • this agent was added in varying amounts with different proportions of free zinc oxide to a polyol component, and this polyol component was mixed with an isocyanate component for foaming reaction in an open vessel.
  • the antimicrobial activity test was conducted in accordance with Japanese Industrial Standard JIS Z 2801: 2000.
  • Escherichia coli DSM 787
  • Staphylococcus aureus DSM 346
  • the reduction number IR was determined to quantify the effectiveness of the biocidal equipment of the samples.
  • a reduction factor of 2 a clearly antimicrobial effect of the evaluated samples is given, which increases logarithmically with increasing reduction factor.
  • the polyol component comprised 99 g of a functional base polyol (molecular weight 2500 to 3000 g / mol), 3.5 g of water as blowing agent, 1.2 g of a silicone stabilizer and 1.3 g of a foaming catalyst.
  • the disocyanate component had 65 g of diphenylmethane diisocyanate with an isocyanate group content of 29.5% by weight.
  • the isocyanate component and the polyol component were converted by a polyaddition reaction into an open-celled flexible foam having a density of about 40 kg / m 3 .
  • Example 1 The polyol component was added to 3.4 g of a silver glass having a silver content of 3.4% by weight.
  • the silver glass contained no zinc oxide.
  • Example 3 For the biocidal finishing of the foam, 3.0 g of silver glass according to Example 1 with 0.4 g of zinc oxide with a specific surface area of 2.2 m 2 / g mixed. This zinc oxide additive corresponds quantitatively to the zinc oxide content of the silver glass according to Example 2.
  • EXAMPLE 4 According to the invention, 3.0 g of a silver glass according to Example 2 together with 0.8 g of zinc oxide (specific surface 2.2 m 2 / g) were used as the antimicrobial agent, a ratio of the molar masses of the zinc oxide bound in the silver glass and of the free Zinc oxide of about 1: 2 was present.
  • Example 5 The antimicrobial agent used was that of Example 4 except that 4.0 g of zinc oxide was added to the fine-grained silver glass to give a molar mass ratio of 1: 1.
  • Example 6 1.5 g of a silver glass according to Example 2 were mixed with 1.6 g of zinc oxide (specific surface 2.2 m 2 / g) to give the antimicrobial agent (molar mass ratio 1: 9).
  • Example 7 As an antimicrobial agent, 0.75 g of a silver glass according to Example 2 was used together with 1.8 g of zinc oxide (specific surface area 2.2 m 2 / g) (molar mass ratio: 1:20).
  • Example 8 An antimicrobial agent according to Example 7 was used, with the difference that the specific surface area of the zinc oxide was 4 m 2 / g.
  • Example 9 An antimicrobial agent of Example 7 was changed in the specific surface area of the zinc oxide.
  • the specific surface area of the zinc oxide was 6 m 2 / g.
  • Example 10 Again, the specific surface area of the zinc oxide according to Example 7 was changed to 8 m 2 / g.
  • samples 1 to 10 were prepared from open-cell flexible foam in the indicated manner and the antimicrobial activity according to Japanese Industrial Standard JIS Z 2801: 2000 by determining the reduction factor IR for Escherichia coli (Gram-positive) and Staphylococcus aureus (Gram-negative) determined after a week's period. The results are summarized in the table below.
  • the proportion of the silver glass can be significantly reduced to one of the silver glasses to be able to ensure comparable biocidal effect without additional free zinc oxide powder, as can be seen in Samples 6 and 7, which bring considerable economic advantages due to the significantly reduced compared to the sample 4 content of silver glass, without sacrificing a sufficient biocidal effect have to.

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Abstract

Es wird ein antimikrobielles Mittel zum biociden Ausrüsten von Polymeren, insbesondere von Schaumstoffen, auf der Basis eines feinporig verschäumten und feinkörnig gemahlenen Silberglases beschrieben, das neben einem Silberanteil einen Anteil an Zinkoxid aufweist. Um ein wirtschaftliches antimikrobielles Mittel mit einer guten biociden Wirkung zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass dem feinkörnigen Silberglas Zinkoxidpulver zugemischt ist.

Description

Antimikrobielles Mittel zum biociden Ausrüsten von Polymeren, insbesondere von Schaumstoffen
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein antimikrobielles Mittel zum biociden Ausrüsten von Polymeren, insbesondere von Schaumstoffen, auf der Basis eines feinporig verschäumten und feinkörnig gemahlenen Silberglases, das neben einem Silberanteil einen Anteil an Zinkoxid aufweist.
Stand der Technik
Zur biociden Ausrüstung von Schaumstoffen, insbesondere von offenzelligen Weichschaumstoffen auf Polyurethanbasis, ist es bekannt, silberhaltige Gläser einzusetzen, die im Zuge des Erstarrens der Schmelze möglichst feinporig verschäumt und dann vermählen werden, sodass ein feinkörniges Pulver mit einer Korngröße von vorzugsweise kleiner 5 μιη erhalten wird. Da die Porosität der Körner erhalten bleibt, ergibt sich eine große spezifische Oberfläche, die eine Vielzahl von Silberionen als Ladungsträger für die biocide Wirkung zur Verfügung stellen kann. Das aus einem solchen silberhältigen Glas betehende anti- mikrobielle Mittel wird in üblicher weise der Polyolkomponente zugemischt, bevor durch eine Polyadditionsreaktion mit einer Isocyanatkomponente unter Einwirkung eines Treibmittels der biocid ausgerüstete Polyurethanschaumstoff erhalten wird. Als vorteilhaft für die angestrebte antimikrobielle Wirkung hat sich dabei ein Anteil des antimikrobiellen Mittels am Schaumstoff von etwa 2 Gew.% herausgestellt. Nachteilig sind allerdings die vergleichsweise hohen Kosten für das Silberglas, das einen Gewichtsanteil von üblicherweise 3 bis 3,5 Gew.% an Silber aufweist. Um den Silberanteil zu senken, wurde bereits vorgeschlagen, einen Teil des Silbergehalts dieser Silbergläser durch Zinkoxid zu ersetzen, wobei sich hinsichtlich der antimikrobiellen Wirkung sogar eine geringfügige Verbesserung ergibt, wenn bei einem Silberanteil von 2,5 bis 3 Gew.% diese Silbergläser einen Zinkoxidanteil von 10 bis 15 Gew.% aufweisen. Allerdings fällt die Kostenersparnis vergleichsweise gering aus.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein antimikrobielles Mittel zur biociden Ausrüstung von Polymeren, insbesondere von Schaumstoffen, der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass unter vorteilhaften wirtschaftlichen Bedingungen die antimikrobielle Wirkung gesteigert werden kann.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass dem feinkörnigen Silberglas Zinkoxidpulver zugemischt ist.
Durch das Zumischen des Zinkpulvers zum Silberglas, das selbst einen Zinkoxidanteil enthält, kann in überraschender weise die biocide Wirkung der mit einem solchen antimikrobiellen Mittel ausgerüsteten Schaumstoffe merklich gesteigert werden. Dies ist deshalb erstaunlich, weil die Verwendung eines Zinkoxidpulvers in Verbindung mit einem Silberglaspulver ohne Zinkoxidanteil eher eine Verschlechterung der antimikrobiellen Wirkung mit sich bringt. Aufgrund der Steigerung der biociden Wirkung des erfindungsgemäßen antimikrobiellen Mittels kann entweder die höhere biocide Wirkung genützt oder der Anteil des antimikrobiellen Mittels aus wirtschaftlichen Gründen herabgesetzt werden, ohne hinsichtlich der angestrebten biociden Wirkung einen Nachteil im Vergleich zum Stand der Technik in Kauf nehmen zu müssen. Obwohl die Wirkung des feinkörnigen Silberglases, das einen Zinkoxidanteil aufweist, in Verbindung mit einem zusätzlich zugemischten Zinkoxidpulver im Zusammenhang mit einer biociden Ausrüstung von Schaumstoffen für unterschiedliche Einsatzgebiete vorteilhaft genützt werden kann, ergeben sich besonders günstige Verhältnisse bei der biociden Ausrüstung von Schaumstoffmatratzen oder Schaumstoffauflagen insbesondere für einen Krankenhauseinsatz, weil mit dieser biociden Ausrüstung auch hohen Hygieneanforderungen entsprochen werden kann.
Um die angestrebte biocide Wirkung für übliche Anwendungsfälle sicherstellen zu können, kann die Mischung aus dem feinkörnigen Silberglas und dem Zinkoxidpulver einen Anteil an Zinkoxidpulver haben, der der zwei- bis zwanzigfachen Menge des Zinkoxidanteils im Silberglas entspricht. Besonders vorteilhafte Wirkungen ergeben sich, wenn die Mischung aus Silberglas und Zinkoxidpulver eine dem Zehn- bis Zwanzigfachen der Zinkoxidmenge im Silberglas entsprechende Menge an Zinkoxidpulver aufweist.
Wie bereits ausgeführt wurde, hängt die Wirkung der biociden Ausrüstung eines Schaumstoffs nicht nur von den antimikrobiellen Eigenschaften, sondern auch von der Menge und der spezifischen Oberfläche des eingesetzten Mittels ab. Aus diesem Grund empfiehlt es sich, ein Zinkoxidpulver mit einer spezifische Oberfläche zwischen 2 und 10 m2/g zu verwenden. Bevorzugt werden Zinkoxidpulver mit einer spezifische Oberfläche zwischen 4 und 8 m2, was einer durchschnittlichen Korngröße zwischen 200 und 400 nm entpricht.
Die zum Einsatz als antimikrobielle Mittel kommenden Silbergläser setzen sich in üblicher weise aus 9 bis 14 Gew.% Natriumoxid, 1 bis 4 Gew.% Kaliumoxid, 1 bis 5 Gew.% Calciumoxid, 5 bis 8 Gew.% Aluminiumoxid, 50 bis 55 Gew.% Siliciumdioxid, 5 bis 10 Gew.% Bortrioxid, 2,5 bis 3 Gew.% Silber und 10 bis 15 Gew.% Zinkoxid zusammen. Um die Wirkung des erfindungsgemäßen antimikrobiellen Mittels zu testen, wurde dieses Mittel in unterschiedlichen Mengen mit unterschiedlichen Anteilen an freiem Zinkoxid einer Polyolkomponente zugegeben und diese Polyolkomponente mit einer Isocyanatkomponente zur Schäumungsreaktion in einem offenen Gefäß vermischt.
Die Prüfung hinsichtlich der antimikrobiellen Aktivität erfolgte gemäß dem japanischen Industriestandard JIS Z 2801 :2000. Als Testbakterien wurden E- scherichia coli (DSM 787) und Staphylococcus aureus (DSM 346) verwendet, wobei die Reduktionszahl IR zur Quantifizieren der Wirksamkeit der biociden Ausrüstung der Proben ermittelt wurde. Mit einem Reduktionsfaktor von 2 ist eine deutlich antimikrobielle Wirkung der bewerteten Proben gegeben, die mit zunehmendem Reduktionsfaktor logarithmisch steigt.
Die Polyolkomponente umfasste 99 g eines ^funktionellen Basispolyols (Molekulargewicht 2500 bis 3000 g/mol) 3,5 g Wasser als Treibmittel, 1 ,2 g eines Silikonstabilisators und 1 ,3 g eines Schäumungskatalysators. Die Disocyanat- komponente wies 65 g Diphenylmethandiisocyanat mit einem Gehalt an der Isocyanatgruppe von 29,5 Gew.% auf. Nach der Zugabe eines erfindungsgemäßen antimikrobiellen Mittels wurde die Isocyanatkomponente und die Polyolkomponente durch eine Polyadditionsreaktion zu einem offenzelligen Weichschaumstoff mit einem Raumgewicht von ca. 40 kg/m3 umgesetzt.
Beispiel 1 : Der Polyolkomponente wurde 3,4 g eines Silberglases mit einem Silbergehalt von 3,4 Gew.% zugesetzt. Das Silberglas enthielt kein Zinkoxid.
Beispiel 2: Als antimikrobielles Mittel dienten 3,4 g eines Silberglases mit 3,0 Gew.% Silber und 12 Gew.% Zinkoxid.
Beispiel 3: Zur biociden Ausrüstung des Schaumstoffs wurde 3,0 g Silberglas gemäß Beispiel 1 mit 0,4 g Zinkoxid mit einer spezifischen Oberfläche von 2,2 m2/g gemischt. Dieser Zinkoxidzusatz entspricht mengenmäßig dem Zinkoxidgehalt des Silberglases gemäß Beispiel 2.
Beispiel 4: Als antimikrobielles Mittel wurde erfindungsgemäß 3,0 g eines Silberglases gemäß Beispiel 2 zusammen mit 0,8 g Zinkoxid (spezifische Oberfläche 2,2 m2/g) eingesetzt, wobei ein Verhältnis der Molmassen des im Silberglas gebundenen Zinkoxids und des freien Zinkoxids von ca. 1 :2 vorlag.
Beispiel 5: Das eingesetzte antimikrobielle Mittel entsprach dem des Beispiels 4, jedoch wurden dem feinkörnigen Silberglas 4,0 g Zinkoxid zugesetzt, sodass sich ein Molmassenverhältnis von 1 :1 1 ergab.
Beispiel 6: Es wurden 1 ,5 g eines Silberglases gemäß Beispiel 2 mit 1 ,6 g Zinkoxid (spezifische Oberfläche 2,2 m2/g) zum antimikrobiellen Mittel gemischt (Molmassenverhältnis 1 :9).
Beispiel 7: Als antimikrobielles Mittel wurden 0,75 g eines Silberglases gemäß Beispiel 2 zusammen mit 1 ,8 g Zinkoxid (spezifische Oberfläche 2,2 m2/g) eingesetzt (Molmassenverhältnis: 1 :20).
Beispiel 8: Es wurde ein antimikrobielles Mittel nach Beispiel 7 mit dem Unterschied eingesetzt, dass die spezifische Oberfläche des Zinkoxids 4 m2/g betrug.
Beispiel 9: Ein antimikrobielles Mittel nach Beispiel 7 wurde hinsichtlich der spezifischen Oberfläche des Zinkoxids geändert. Die spezifische Oberfläche des Zinkoxids betrug 6 m2/g.
Beispiel 10: Es wurde wiederum die spezifische Oberfläche des Zinkoxids gemäß Beispiel 7 verändert, und zwar auf 8 m2/g. Mit den antimikrobiellen Mitteln gemäß den Beispielen 1 bis 10 wurden unter sonst übereinstimmenden Bedingungen Proben 1 bis 10 aus offenzelligem Weichschaumstoff in der angegebenen Weise hergestellt und die antimikrobiel- le Aktivität gemäß dem japanischen Industriestandard JIS Z 2801 :2000 durch Bestimmung des Reduktionsfaktors IR für Escherichia coli (grampositiv) und Staphylococcus aureus (gramnegativ) nach einer Wochenfrist bestimmt. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefasst.
Aus den Reduktionsfaktoren lässt sich unmittelbar entnehmen, dass die Zugabe eines Zinkoxidpulvers zu einem Silberglas ohne Zinkoxidgehalt gemäß Beispiel 3 keine Verbesserung der antimikrobiellen Wirkung im Vergleich zu einer biociden Ausrüstung mit einem Silberglas ohne Zinkoxidgehalt gemäß Beispiel 1 mit sich bringt, dass aber bereits ein Silberglas mit einem Zinkoxidanteil eine geringfügige Verbesserung der biociden Wirkung ergibt. Aus der Probe 4 kann entnommen werden, dass sich mit einem freien Zinkoxidanteil entsprechend dem zweifachen des Zinkgehalts des Silberglases bereits eine geringfügige Verbesserung der angestrebten Wirkung im Vergleich zu einem Silberglas ohne Zinkoxid einstellt. Mit der Erhöhung des freien Zinkgehalts steigt die biocide Wirkung merklich an, wie dies die Probe 5 verdeutlicht. Es kann daher der Anteil des Silberglases erheblich verringert werden, um eine den Silbergläsern ohne zusätzliches freies Zinkoxidpulver vergleichbare biocide Wirkung sicherstellen zu können, wie dies den Proben 6 und 7 entnommen werden kann, die wegen des im Vergleich zur Probe 4 deutlich verringerten Gehalts an Silberglas erhebliche wirtschaftliche Vorteile mit sich bringen, ohne auf eine ausreichende biocide Wirkung verzichten zu müssen.
Aus den Beispielen 8 bis 10 lässt sich der Einfluss der Korngröße des freien Zinkoxids auf die biocide Wirkung ablesen. Mit zunehmender spezifischer Oberfläche des Zinkoxidpulvers steigt die biocide Wirkung, sodass auch durch diese Einflussgröße das eingesetzte antimikrobielle Mittel an die jeweiligen Anforderungen an den mit Hilfe dieses Mittels biocid ausgerüsteten Schaumstoff angepasst werden kann.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 . Antimikrobielles Mittel zum biociden Ausrüsten von Polymeren, insbesondere von Schaumstoffen, auf der Basis eines feinporig verschäumten und feinkörnig gemahlenen Silberglases, das neben einem Silberanteil einen Anteil an Zinkoxid aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dem feinkörnigen Silberglas Zinkoxidpulver zugemischt ist.
2. Antimikrobielles Mittel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung aus dem feinkörnigen Silberglas und dem Zinkoxidpulver einen Anteil an Zinkoxidpulver aufweist, der der zwei- bis zwanzigfachen Menge des Zinkoxidanteils im Silberglas entspricht.
3. Antimikrobielles Mittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung aus Silberglas und Zinkoxidpulver eine dem Zehn- bis Zwanzigfachen der Zinkoxidmenge im Silberglas entsprechende Menge an Zinkoxidpulver aufweist.
4. Antimikrobielles Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zinkoxidpulver eine spezifische Oberfläche zwischen 2 und 10 m2/g aufweist.
5. Antimikrobielles Mittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zinkoxidpulver eine spezifische Oberfläche zwischen 4 und 8 m2/g aufweist.
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