JP4810150B2 - 抗菌剤水溶液及びその保存方法 - Google Patents

Description

本発明はシラン化合物を含む保存安定性に優れた抗菌剤水溶液に関するものであり、本抗菌剤水溶液はチタン、ステンレス等の各種金属、ガラス、セラミックス、樹脂、繊維などの表面に抗菌性を付与するために適用される。

アルコキシシラン化合物はシランカップリング剤として良く知られている表面改質剤である。この化合物に抗菌性官能基を結合したシラン化合物を用いてチタン、ガラス、樹脂などの表面に抗菌性を付与する技術が開示されている（特許文献１）。
特開２００４−２０９２４１号公報

本発明者らは特許文献１で開示されているシラン化合物として抗菌性に優れるオクタデシルジメチル（３−トリメトキシシリルプロピル）アンモニウムクロライド（以降ＯＤＱＡＳと略す）の原液（メタノール溶液）を溶媒で稀釈した抗菌剤溶液を用いて各種材料の表面を抗菌処理する検討を行なって来た。その場合、稀釈する溶媒として有機溶媒よりも環境負荷のない水を用いるのが好ましいと考えて、メタノール原液を水で稀釈して抗菌剤水溶液を調整した。
ところが単に水で稀釈して保存しておくと、その水溶液の粘度が時間と共に増加してくる現象を発見した。粘度の増加はシラン化合物が水溶液中で何らかの化学反応を起こしていることを示唆するものであり、このような変化の起こらない保存安定性に優れた水溶液の調整及びその保存方法を課題として鋭意検討を行なった。

上記課題は下記化学構造を有するシラン化合物を含む抗菌剤水溶液において、前記水溶液のＰＨを３．５〜２．０に調整することで解決される。また、ＰＨが３．５〜２．０に調整された、下記化学構造を有するシラン化合物を含む抗菌剤水溶液を１０℃以下の温度で保存することで解決される。本発明の抗菌剤水溶液に含まれるシラン化合物としては（化１）において、Ｒｎ基がオクタデシル基であり、Ｒ基がメチル基であるＯＤＱＡＳを用いた場合が抗菌特性に優れていて好ましい。

上記の化学構造において、Ｒｎ（ｎは整数）は炭素数４〜２２のアルキル基、Ｒはメチル基またはエチル基である。

抗菌特性を有するシラン化合物水溶液のＰＨを３．５〜２．０の範囲に調整することで、また、この水溶液を１０℃以下で保管することにより、水溶液の粘度の経時変化がなくなり保存安定性に優れた抗菌剤水溶液を調整することができる。これにより、有機溶媒などを使用しない環境汚染のない抗菌剤水溶液の使用が可能となり、各種被抗菌材料の表面を処理することにより抗菌特性を付与した衛生的な製品を簡便に製造することが出来る。

本発明に用いられる抗菌剤は（化１）で示される構造を有するシラン化合物である。この化学構造において、Ｒｎ（ｎは整数）は炭素数４〜２２のアルキル基、Ｒはメチル基またはエチル基である。Ｒはアルコキシシリル基のアルコール残基で、たとえばメトキシ基の場合シラン化合物は製造過程で使用されるメタノール溶液として得られるのが一般的である。

この抗菌剤はアルコキシシリル基が被抗菌材料の表面に存在する水酸基などの官能基と反応して材料表面に固定化されたり、あるいはアルコシキシリル基の分子間縮合反応により高分子化して材料表面に付着するものと考えられる。抗菌作用は分子内に存在する第４級アンモニウム塩により発現すると考えられる。これらの抗菌剤の中でＲｎがオクタデシル基、Ｒがメチル基の化合物、ＯＤＱＡＳが優れた抗菌特性をしめすためこの抗菌剤水溶液についてその保存安定性について検討した。

本発明で言う抗菌剤水溶液とは上述の通りメタノール溶液などの抗菌剤原液を水で稀釈したもので、メタノール等の原液溶剤を水に若干含むものである。抗菌剤原液は数十％の抗菌剤を含むアルコール溶液で供給されるため、水で稀釈して水溶液にするとアルコールの濃度は数％以下となり大部分が水の溶液となる。稀釈倍率、即ち水溶液に含まれる抗菌剤濃度は被抗菌材料の種類、形態、表面積等によって適宜選択されるが、０．１〜５ｗｔ％の範囲で使用するのが好ましい。抗菌処理はこれらの抗菌剤水溶液を被抗菌材料表面と一定時間接触させた後、洗浄して乾燥することで簡便に行なわれる。

ところが水で希釈した水溶液を保存しておくと、数日の内に水溶液の粘度が増大してくることが判明した。一方、メタノールで希釈した溶液は粘度の経時変化は起こらず安定であった。水溶液中での粘度の経時変化はＯＤＱＡＳ分子が水溶液中で分子間あるいは分子内で何らかの反応を起こし構造変化を起こしているものと考えられ、このような変化の起こらない安定な水溶液の保存方法を検討した。また、粘度が増大すると抗菌剤水溶液が被抗菌材料の表面に均一に接触するのが困難となるため好ましいことではない。

抗菌剤水溶液中の抗菌剤濃度を変えて水溶液の増粘現象を調べると、水溶液中の抗菌剤の濃度が高い場合に起こりやすいことが判明した。ＯＤＱＡＳ水溶液を用いて抗菌剤濃度が３ｗｔ％の場合で粘度の経時変化を約１ヶ月間調べると、水溶液の保存温度が低い場合、例えば冷蔵庫温度や冬場の室温で特に大きく増粘する事が解った。ＯＤＱＡＳ水溶液のＰＨは原液の水稀釈倍率によって若干変化するが、ＯＤＱＡＳ濃度が０．１〜５ｗｔ％の範囲では５〜６．５の値を示す。この水溶液に塩酸等の酸を少量添加してＰＨを低下させた水溶液を調整した溶液で粘度の経時変化を調べた。

その結果、粘度の経時変化は水溶液のＰＨを調整することによって起こらなくなり、ＰＨを３．５以下、好ましくは３．０以下にすると冷蔵庫温度で少なくとも１ヶ月以上は粘度の変化が起こらないことが分かった。ＰＨをさらに下げて１．０以下にするとＯＤＱＡＳの縮重合が進行して白濁の沈殿物が発生する。また、ＰＨが２．０以下の場合、沈殿物は発生しないが、水溶液の酸性度が強くなり被抗菌材料によっては抗菌処理の際に酸で腐食することも考えられので、下限は２．０以上が好ましい。即ち水溶液のＰＨを３．５以下、好ましくは３．０以下、２．０以上に調整することにより、保存安定性の優れた且つ被抗菌材料に対する腐食性の少ない抗菌剤水溶液が得られることが判明した。

一方、水溶液中のＯＤＱＡＳ濃度を０．６ｗｔ％と低く調整した抗菌剤水溶液ではＰＨを低い状態に調整しなくても少なくとも１ヶ月間増粘現象は起こら無かった。しかしながら抗菌剤の濃度が低い水溶液においてもＰＨが高いと潜在的に水溶液中で反応が進行して増粘を示す可能性があり、１ヶ月を越える長期間の保存を考えると抗菌剤濃度の低い水溶液においてもＰＨを３．５〜２．０の範囲に調整した溶液にして保存する方が好ましい。

ＰＨを３．５〜２．０の範囲に調整した抗菌剤水溶液は低温で保存する場合は増粘を示さないが、夏場など室温が高い場合では少し増粘してくる事が判明した。保存温度を検討した結果１０℃以下であれば高濃度の抗菌剤水溶液においても少なくとも１ヶ月間は増粘を示さないことが解った。従がって抗菌剤水溶液をＰＨ３．５〜２．０の範囲に調整して、１０℃以下、好ましくは８℃以下の温度で保存する事により増粘のない、言い換えれば化学反応により変性などしない抗菌剤を水溶液の状態で保存する事ができる。

保存温度が及ぼす抗菌剤水溶液の増粘はＰＨを調整しない水溶液（ＰＨ：５〜６．５）においては保存温度が低い場合の方が高い場合に比べて大きく、上述のＰＨを３．５〜２の範囲に調整した本発明の抗菌剤水溶液と逆の温度依存性を示した。従がって、それぞれの水溶液において増粘に関係する変性反応が異なるものと考えられる。

次に、本発明の抗菌剤水溶液の調整方法について説明する。ＯＤＱＡＳの場合、たとえば６０ｗｔ％メタノール溶液の状態で供給される。このメタノール溶液を精製水でＯＤＱＡＳの濃度が０．１〜５ｗｔ％の濃度になるように希釈する。希釈した水溶液のＰＨはＯＤＱＡＳの濃度によって変化するがＰＨは５〜６．５の範囲にある。この水溶液に酸を添加してＰＨを３．５以下好ましくは３．０以下、２．０以上にＰＨを調整する。酸としては塩酸、硫酸、硝酸などの無機酸や蟻酸、酢酸、などの有機酸のいずれでも使用可能であるが、塩酸が好ましい。

以下に実施例を援用して本発明をさらに詳しく説明するが、本発明の技術的範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、％は特に断りのない限り重量％を示す。

市販のＯＤＱＡＳ６０％メタノール溶液を精製水でＯＤＱＡＳ濃度が３％になるように希釈した。この希釈液のＰＨは５．３５であった（Ａ液とする）。このＡ液を分割してＢ液、Ｃ液とし、それぞれに１Ｎ塩酸を少量添加してＰＨ＝４．１０（Ｂ液）、ＰＨ＝３．１１（Ｃ）液とした。Ａ，Ｂ，Ｃ液をガラス容器に入れて密閉し室温に放置してその粘度の経時変化を測定した。なお、粘度の測定は回転粘時計を使用して２０℃で測定した。結果を表１に示した。この結果より、Ｃ液はＡ，Ｂ液に比べて１ヶ月後も粘度の経時変化がなく安定であることが分かる。

なお、この実験は２００５年１月２５日から約１ヶ月広島市内で行なわれたが、この期間の広島市の気温は広島地方気象台のホームページで調べると２月の最高気温、最低気温、平均気温はそれぞれ１６．２℃、−４．０℃、４．９℃であった。

実施例１と同様にしてＡ液を調整した。このＡ液に酢酸を少量添加してＰＨを２．９９に調整した（Ｄ液とする）。Ｄ液を実施例１と同じ期間室温に放置して粘度の経時変化を調べたが実施例１のＣ液とほぼ同じ粘度で１ヶ月後もほとんど変化していなかった。

実施例１と同様にしてＡ液を調整した。このＡ液を分割して１Ｎ塩酸を少量添加してＥ液（ＰＨ＝２．８５）を調整した。Ａ，Ｅ液をガラス容器に入れて密閉して室温に放置して粘度の経時変化を約１ヶ月測定した。結果を表２に示した。なお、この実験は２００５年６月２日から約１ヶ月広島市内で行なわれたが、この期間の広島市の気温は広島地方気象台のホームページで調べると６月の最高気温、最低気温、平均気温はそれぞれ３２．４℃、１５．６℃、２４．５℃であった。

表２の結果からＰＨを低下させたＥ液でも保存温度が高い場合は増粘が若干起こる事がわかった。また、Ａ液の増粘の程度は実施例１に比べて低く、ＰＨの高い水溶液は保存温度が高いと逆に増粘しにくいことが解った。

実施例１と同様にしてＡ液を調整した。このＡ液を分割して１Ｎ塩酸を少量添加してＦ液（ＰＨ＝２．８５）を調整した。Ａ，Ｆ液をガラス容器に入れて密閉して８℃に調温した冷蔵庫に保管して粘度の経時変化を約１ヶ月測定した。結果を図１に示したがＡ液は実施例１と同様に大きな増粘を示したが、Ｆ液の粘度は変化しなかった。

市販のＯＤＱＡＳ６０％メタノール溶液を精製水でＯＤＱＡＳ濃度が０．６％になるように希釈しＧ液（ＰＨ＝５．６７）を調整した。このＧ液を分割して１Ｎ塩酸を少量添加してＨ液（ＰＨ＝２．８３）を調整した。Ｇ液、Ｈ液をそれぞれガラス容器に入れて密閉して８℃に調温した冷蔵庫及び４５℃の恒温室に保管して粘度の経時変化を約１ヶ月測定した。Ｇ、Ｈ液ともに８℃、４５℃の保存温度で１ヶ月間粘度変化は起こらなかった。

実施例１で調整したのと同じ条件で調整直後の抗菌剤水溶液Ａ，Ｃを用意した。被抗菌材料としてチタン板（直径１０ｍｍ、内径４．５ｍｍのチタン製ワッシャー）を用いて以下の方法で抗菌処理を行い抗菌性試験を行った。
・抗菌処理：Ａ液、Ｃ液のそれぞれにチタン板を室温で３０分間浸漬して抗菌処理を行いチタン板を取り出して精製水で表面を洗浄して乾燥した。別に、チタン板を精製水に３０分浸漬して同様の処理を行い未処理チタン板とした。
・抗菌試験：Nikawaら（Nikawa H, Nishimura H, Yamamoto T, Hamada T, Samarayanake LP, Microbial Ecol Health and Dis 9 :35-48 1996）の方法で行った。チタン板上に１．０ｘ（１０の７乗）cfu/ml に調整したカンジダアルビカンスの菌液５０μｌを接種し、チタン板に菌を付着させるため３７℃で２時間放置した。その後サブロー培地２ｍｌを加えて３７℃で４８時間培養した。培養後、チタン板表面の余剰な菌を水洗して除去し、チタン板に形成されたバイオフイルムからＡＴＰ量（アデノシン三リン酸）を抽出して定量した。
・結果：Ａ液、Ｃ液で処理したチタン板では未処理板に比べてＡＴＰ量は有意に減少しており、菌の付着は明らかに少なかった。またＡ液とＣ液での差はほとんど見られなかった。

本抗菌剤水溶液は環境汚染のない簡単な処理で金属、ガラス、セラミックス、樹脂、繊維等の各種素材の表面に抗菌性を付与することが出来るため、医療分野、食品分野等の抗菌作用が求められる分野に効果的に用いることが出来る。

は抗菌性水溶液の粘度の経時変化を示した図である。（実施例４）

Claims (4)

1. 下記化学構造を有するシラン化合物を含む抗菌剤水溶液において、前記水溶液のＰＨが３．１１〜２．０に調整され、１０℃以下の温度で保存される水溶液であることを特徴とする抗菌剤水溶液。
   

   

   上記の化学構造において、Ｒｎは炭素数４〜２２のアルキル基、Ｒはメチル基またはエチル基である。
2. シラン化合物がオクタデシルジメチル（３−トリメトキシシリルプロピル）アンモニウムクロライドである請求項１の抗菌剤水溶液。
3. ＰＨが３．１１〜２．０に調整された、下記化学構造を有するシラン化合物を含む抗菌剤水溶液を１０℃以下の温度で保存することを特徴とする抗菌剤水溶液の保存方法。
   

   

   上記の化学構造において、Ｒｎは炭素数４〜２２のアルキル基、Ｒはメチル基またはエチル基である。
4. シラン化合物がオクタデシルジメチル（３−トリメトキシシリルプロピル）アンモニウムクロライドである請求項３の抗菌剤水溶液の保存方法。

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