JPH0687710A - 改良された抗菌性物質 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】抗菌性金属として少なくとも銀成分を担体に
吸着させてなる抗菌性物質において、抗菌性物質の少な
くともその粒子表面が有機化合物成分、例えばカップリ
ング剤或いは接着剤の一方、或いは両者で被覆されてい
ることを特徴とする改良された抗菌性物質。この担体
が多孔性金属酸化物、例えば多孔性チタニアである抗菌
性物質である。 【効果】これらの抗菌性物質は抗菌性に優れている。ま
たこの物質の少なくとも粒子表面を親マトリックスへと
化学修飾することによって、加工性ならびに製品特性に
も優れ、広範囲の分野で抗菌性組成物として使用でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は抗菌性及びそのスペクト
ルに幅広さが望まれる各種構造物、例えば、壁、壁紙な
どの建材、食品包装材料、工業用品、さらに各種日用
品、医療用機器用具等を構成する基材等に広く運用可能
な改良された抗菌性物質に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】抗菌性物質の多くは有機系抗菌剤による
ものであり、有機銅や錫化合物、有機砒素化合物、有機
塩素化合物などが広く用いられてきた。しかし、一般に
これらの化合物が有効であればあるほど有毒性が強まる
ことが最大の問題点であった。一方、金属イオンの微量
溶出効果を主張する方法なども広く検討されている。こ
の例としては、各種形状の銀や銅などのいわゆる抗菌性
金属、あるいはその酸化物を構造物に添加する手段、粉
末状物の糊料や塗料への混和、繊維状物の繊維への混紡
などが用いられている。これらの代表的例として、医療
用分野を例にとれば、カテーテル表面への銀粒子の固定
（米国特許第４，０５４，１３９号）、医療用高分子材
料表面への銀、亜鉛、セリュウムなどの金属塩のコーテ
ィング法（米国特許第４，６１２，３３７号、特開昭６
２−１１４５７）、あるいはバルーンカテーテルのバル
ーン部表面への金属層の形成（特開平１−１３５３５
８）などをあげることが出来る。しかし、いずれの分野
でも、使用する金属粉末等の分散性及びその結果による
であろう効果の程度やその持続性に劣る傾向にあるた
め、殆ど実用化されていなかった。これらの欠点を改良
する試みとして、銀等の金属イオンを交換した天然・合
成ゼオライトを抗菌剤とし、工業用品、日用品あるいは
医療用品への適用などが試みられている（特公昭６３−
５４０１３など）。ここでも、当然のことながら抗菌性
金属の担体への分散状態や得られた抗菌性物質の構造物
への分散状態が抗菌力を向上させる鍵であり、さらに抗
菌性物質をマトリックスへ混和することによる構造物の
物性の低下を生じさせないことが重要である。しかし、
現状はこれらに対し十分なものではなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は抗菌性金属を吸着した抗菌性物質の構造物（マトリッ
クス）への分散性を向上させ、さらに抗菌性物質を量的
に混和することによる材料物性の低下を防止し、あるい
はより好ましくは混和によってより優れた物性をもつ材
料を提供できる抗菌性物質の開発である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】抗菌性金属を吸着した抗
菌性物質粒子のマトリックスへの混練性・分散性の向上
及び混和による一般物性の低下防止或いは向上させる目
的は、抗菌性物質の粒子にカップリング剤或いは接着
剤、或いは両者の混合系を反応させ、少なくとも粒子表
面を被覆することにより達成することを見いだしたの
で、以下に本発明を説明する。さて、抗菌性金属を吸着
させる担体として多孔性金属酸化物、この中でも耐食
性、安定性が優れ、また各種添加剤として広く知られて
いるチタニア（酸化チタン）について課題を解決する手
段を考えてみる。多孔性チタニア、特にゲル状に形成し
たチタニアは極めて多孔質であり、各種の金属イオンを
吸着させることにより金属の超微粒子状態の実現が期待
できる。本発明者らはこれらの特性に着目し、鋭意検討
した結果、いわゆる抗菌性金属の代表例である銀を中心
に、銅及び亜鉛などから選ばれた少なくとも１種の金属
を多孔性チタニアに吸着させることによって優れた抗菌
性を付与できることを見いだし、先に出願した。従って
ここでは、抗菌性チタニアを代表例として説明する。さ
て、本発明の主旨は次のようである。一般に金属酸化物
の表面は水酸基が存在していることが知られているが、
ここで例示する多孔性チタニアゲルも例外でない。好ま
しくは、この水酸基を利用して親マトリックス化合物を
反応させることで、チタニアゲルにマトリックスとの親
和性を付与することである。このように抗菌性チタニア
を親マトリックス化することで、マトリックスへの分散
性、および抗菌性を付与する目的で混和した抗菌性チタ
ニアによる構造物（抗菌性材料）の物性低下を防止し、
さらに好ましくは積極的に構造物の物性向上が期待でき
るのである。この際、親マトリックス化する手段として
は幾つかの方法をとることが可能である。その代表的な
例は、いわゆるプライマーとしてのカップリング剤の中
から親マトリックス化合物を選択し、また、いわゆるゴ
ム−金属接着剤から選択し、これを用いてチタニアゲル
粒子表面を化学修飾することである。この親マトリック
ス化合物の選択に当っては、凝集エネルギー密度の測定
により得られる溶解性パラメータδを参照することが有
効である。このようにして選択した親マトリックス化合
物を金属酸化物表面の水酸基と反応させた粒子をマトリ
ックスに混練する。溶解性パラメータが近似した物質同
士は相溶性に優れているため混和し易いことも大きな特
徴である。さらに、カップリング剤の他の官能基をマト
リックスとの反応により化学的に結合させることがより
有効であることは云うまでもない。

【０００５】多孔性チタニアを作成する方法は種々考え
られるが、例えば、酸素の作用下に三塩化チタン水溶液
にアンモニア水を加えることによってチタニアの白色ゲ
ルを収率よく得ることが出来る。抗菌性チタニアを製造
するための、該多孔性チタニアへの抗菌性金属として知
られている銀、銅、亜鉛或いはその他金属の吸着は、抗
菌性金属に対応する金属塩水溶液中に浸せきすることに
よる。例えば銀では硝酸銀、銅であれば硫酸銅の水溶
液、また金属混合系では銀と銅を段階的に吸着させて
も、或いは対応する混合塩水溶液でもよい。この場合で
も製造時の条件、溶液のｐＨ、イオン吸着前のゲルの乾
燥条件、イオン吸着条件、吸着量、また複数イオン吸着
の例では、その金属イオンの吸着比率などによっても抗
菌性の違いがみられる。また例えば、加水分解法などの
他の方法による場合でも同様な傾向があることは云うま
でもない。本発明による好適な多孔性チタニアの平均粒
径は５０μｍ以下であり、抗菌性金属の微粒子化、分散
媒へのより均一に分散させるために、好ましくは２０μ
ｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下である。このよう
にして得られた抗菌性チタニアゲル粒子の表面を親マト
リックス化するために化学修飾する方法は、最も簡単に
はいわゆる「シランカップリング剤」、「チタネートカ
ップリング剤」あるいはマトリックス−金属「接着剤」
等を用いることである。例えば「シランカップリング
剤」を少量の水と、加水分解用触媒としての塩酸等を含
む有機溶媒に溶解した溶液に抗菌性チタニアゲルを浸し
て反応させ、溶液を吸引ろ過後乾燥することによって、
表面修飾した抗菌性チタニアゲルを得る。「チタネート
カップリング剤」でも溶媒の選択の異なるものの、同様
な方法で、目的とする表面修飾した抗菌性チタニアゲル
を得ることができる。

【０００６】さて、本発明の抗菌性物質の抗菌性評価は
「最小発育阻止濃度（ＭＩＣ）」の測定によった。ＭＩ
Ｃの測定は、日本化学療法学会測定の方法に準じたが、
該方法の対象は水溶性抗菌薬が一般であるため、本発明
の不溶性抗菌剤に適用するために、大幅な変更を余儀な
くされた。測定法の要点は下記のようである。各種量の
抗菌性チタニアゲル（検体）をいれたフラスコを高圧蒸
気滅菌を行う。滅菌済みＭｕｅｌｌｅｒ Ｈｉｎｔｏｎ
培地を検体入りのフラスコに加え攪拌し、１０⁶ ／ｍｌ
に調整した接種菌液を注加する。フラスコを３７℃に保
った恒温振盪機で２０時間振盪後の菌液について、顕微
鏡下で菌増殖の有無を判定する。陰性の最小濃度をＭＩ
Ｃ値（μｇ／ｍｌ）とする。さて、抗菌性チタニアの抗
菌力（ＭＩＣ値で表示）は、大略は吸着した抗菌性金属
成分量、特に銀成分量に依存する。ここで抗菌性金属成
分量はプラズマ発光分光分析法により定量したもので、
多孔性チタニアのチタン成分（Ｔｉ）と（或いは銅、亜
鉛）成分（Ａｇ、（或いはＣｕ、Ｚｎ））の重量比、或
いは多孔性チタニア重量に対する抗菌性金属成分量の重
量百分率で表示する。ここでは後者、即ち抗菌性金属の
重量百分率の表示を用いる。これら系に於ける銀は重要
な役割を持ち、実施例で具体的に述べるように、銀成分
を単独で用いる時に有効な抗菌力をえるためには、銀成
分量の重量％は約１．５重量％以上であり、より有効な
抗菌性を与える銀成分量は約２重量％以上であり、さら
に高度な抗菌効果は約２．５重量％以上である。なお、
銀成分以外に亜鉛成分を吸着させることにより抗菌材の
変色を阻止できる効果もあるので、この両成分を併用す
ることが多い。

【０００７】本発明の抗菌性チタニアを用いて、構造物
を構成する基材に抗菌性を与える手段を参考までに記す
と、次のようである。所要量の抗菌性金属を吸着し、表
面をカップリング剤等により親マトリックス化した抗菌
性チタニアを、マトリックス即ち分散媒としての溶融ポ
リマに混練することにより微粒子状、あるいは任意の形
状の抗菌性組成物を得、該抗菌性組成物を成形用原料と
し構造物の基材あるいはその部材に成形する。勿論、こ
の組成物を成形原料として、直接賦形できることは云う
までもない。また、マトリックスをポリマ系溶液（ポリ
マ／溶剤系、液状ポリマ、オリゴマ系など）として、所
定量の抗菌性チタニアを分散した抗菌性組成物を構造物
の基材あるいはその部材の表面にコーティングしたり、
分散媒を抗菌性チタニアゲルの表面にコーティングして
抗菌性組成物とすることができる。あるいは、分散媒と
して水や有機系、無機系液体も採用可能である。さら
に、抗菌性金属を吸着した多孔性チタニア粒子・粉末
を、その他の粉末や気体・液体を分散媒として混合し、
構造物あるいはその基材等の表層に散布する形態をとる
ことも可能である。このように、この目的で用いるマト
リックスとしては一般に、天然エラストマなどの天然高
分子物やポリオレフイン、ポリ塩化ビニル、ポリウレタ
ン、シリコーンなどの合成高分子物および抗菌性粒子の
表面修飾化合物と反応する官能基を含有した高分子物、
さらにこれら高分子物を含有する溶融状態物や溶液状態
物、更に適度な粘性を有する流体などである。

【０００８】

【作用】いわゆる抗菌性金属が強い抗菌効果を示す機構
は十分には明らかにされていない。微量の金属イオンが
抗菌作用を持つことは古くから知られていたが、近年生
体防御機構の一つである消毒機構への活性酸素系の関与
と類似し、ここでも活性酸素の寄与が論じられるように
なった。この種のゲルに金属を吸着させ、微粒子状にす
ることにより、しかもマトリックスに対し親和性を高め
た表面修飾を施すことによって、マトリックスへの分散
性および安定性が向上し、この機能を十分に発揮させる
ことが出来る。

【０００９】

【実施例】以下本発明を、多孔性金属酸化物であるチタ
ニアゲルへ吸着させる抗菌性金属として銀成分を用いた
例を中心とした実施例をもちいて抗菌性粒子の化学修飾
効果を説明するが、本発明は実施例の内容に限定される
ものではない。 実施例１ １．シランカップリング剤による処理 （１）試料Ａの作成：緑膿菌に対するＭＩＣ値（μｇ／
ｍｌ）が１１０μｇ／ｍｌの抗菌性チタニアを原試料と
し、シランカップリング剤”ＳＺ６０８３（γ−アニリ
ノプロビルトリメトキシシラン：東レ・ダウコーニング
・シリコーン（株））を次の手順でこれに反応させるこ
とにより表面処理を施した。即ち、３７％塩酸の３０％
水溶液１００ｍｌとエチルアルコール２４０ｍｌの混合
溶液に４．４ｇ（抗菌性チタニアに対して１０重量％
量）のカップリング剤を加えた溶液に、４０ｇの抗菌性
チタニアを３０分間浸した。吸引ろ過により溶媒を除去
し、十分に水洗いした後に真空乾燥を行った。ここで得
た粒子の緑膿菌に対するＭＩＣ値は１０５μｇ／ｍｌで
あり、末表面処理粒子のそれと同等であった。 （２）下記のようなその他のシランカップリング剤（い
ずれも東レ・ダウコーニング・シリコーン（株））でも
同様な方法で抗菌性チタニア粒子を処理し、試料Ｂ〜Ｄ
を作成した。 試料Ｂ：ＳＨ６０２０ γ−（２−アミノエチル）アミ
ノプロピルトリメトキシシラン 試料Ｃ：ＳＨ６０４０ γ−グリシドキシプロピルトリ
メトキシシラン 試料Ｄ：ＳＺ６３００ ビニルトリメトキシシラン ２．チタネートカップリング剤による処理 （１）試料Ｅの作成：実施例１におけるシランカップリ
ング剤をチタネートカップリング剤に変更した。チタネ
ートカップリング剤は”４１Ｂ”（テトライソプロピル
ビス（ジオクチルホスファイト）チタネート：味の素
（株））を用いた。粒子表面の処理条件は、ｎ−ヘキサ
ン３００ｍｌにカップリング剤４１Ｂの４．４ｇを溶解
し、攪拌下に４０ｇの抗菌性チタニア粒子を加える。約
３０分間反応後溶液を除き、さらに一昼夜真空乾燥し
た。生成物のＭＩＣ値は１２０μｇ／ｍｌであった。 （２）試料Ｆの作成：チタネートカップリング剤”３３
８Ｘ”（トリス（ジオクチルバイロホスフェート）チタ
ネート系：味の素（株））も同様な方法で抗菌性チタニ
ア粒子を処理し、試料Ｆを得た。 ３．接着剤による処理 （１）試料Ｇの作成：市販のゴム−金属接着剤の代表例
としてＣｈｅｍｌｏｃｋ−Ｄｕｒｈａｍ Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌｓの”６０７”を、メタノールを溶媒として抗菌性
チタニアと反応させた後、真空乾燥した。なお、生成物
のＭＩＣ値は１１５μｇ／ｍｌであり、表面処理の影響
を受けないことが判明した。 ４．表面処理粒子の表面特性 粒子表面の化学修飾の尺度として、例えば混合比を変え
たアセトン／水混合溶液を入れたシリンダーに表面処理
前後の抗菌性チタニア粒子を投入し、激しく振盪した後
の混合溶液中への分散性向を観察する。未処理の粒子で
は、アセトン／水＝０／１０溶液中に分散するが、例え
ば試料Ａは２／８（アセトン／水）混合溶液では分散す
るものの、０／１０（アセトン／水）溶液では表面に浮
遊する。また、試料Ｆは４／６（アセトン／水）混合溶
液中に分散するが、２／８及び０／１０溶液にはその表
面に浮遊する。ちなみに、試料Ｆの反応条件、即ち添加
カップリング剤量を３倍量とした試料では、６／４（ア
セトン／水）混合溶液中に分散するが、混合比４／６、
２／８及び０／１０溶液では表面に粒子が浮遊する。 実施例２ シリコーンゴムをマトリックスとして選び、これに実施
例１のシランカップリング剤により表面修飾した抗菌性
チタニア（試料Ａ〜Ｄ）、チタネートカップリング剤に
より表面修飾した抗菌性チタニア（試料Ｅ、Ｆ）および
接着剤により表面修飾した抗菌性チタニア（試料Ｇ）の
各々１０重量％量をロールを用い混練し、混和ゴム材料
として材料Ａから材料Ｇまでの７種の材料を作成した。
表面処理した粒子のシリコーンゴムへの混練性は、未処
理粒子の混練時に比べ著しく向上し、分散性もまた良好
であった。この表面処理抗菌性チタニアを異にする各々
の混和ゴムを、プレスによって厚さ０．５ｍｍのシート
に加工した。該シートより試験片を作成し、ＪＩＳＫ６
３０１に準拠して各種の機械的性質を測定した。この結
果を表１に示した。この表からも明らかなように、表面
処理を施さない「未処理抗菌材」を混和したゴム特性に
比し、引張強度及び引張伸度の上昇が認められた。

【００１０】

【表１】

【００１１】

【発明の効果】本発明による抗菌性物質は抗菌性に優れ
ていることは明らかであり、またこの物質の少なくとも
粒子表面を親マトリックスへと化学修飾することによっ
て、加工性ならびに製品特性にも優れ、広範囲の分野で
容易に抗菌性組成物を提供することができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 抗菌性金属として少なくとも銀成分を担
   体に吸着させてなる抗菌性物質において、抗菌性物質の
   少なくともその粒子表面がカップリング剤或いは接着剤
   の一方、或いは両者の成分で被覆されていることを特徴
   とする改良された抗菌性物質。
2. 【請求項２】 上記担体が多孔性金属酸化物であること
   を特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の改良され
   た抗菌性物質。
3. 【請求項３】 担体である上記多孔性金属酸化物が多孔
   性チタニアであることを特徴とする前記特許請求の範囲
   第１項記載の改良された抗菌性物質。