PL230338B1

PL230338B1 - Method for producing bioactive substance and its application

Info

Publication number: PL230338B1
Application number: PL414190A
Authority: PL
Inventors: Łucja Wyrębska; Lucjan Szuster; Bogusław Woźniak; Bogusław Królikowski
Original assignee: Inst Przemyslu Skorzanego
Priority date: 2015-09-28
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2018-10-31
Also published as: PL414190A1

Abstract

Ujawniono sposób wytwarzania iminopochodnej guanidyny przez ogrzewanie do temperatury 180°C pochodnej aminobenzenosulfonowej poliheksametylenoguanidyny.A process for producing a guanidine imine derivative by heating a polyhexamethylene guanidine aminobenzenesulfone derivative to 180°C is disclosed.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania substancji bioaktywnej nadającej tworzywom polimerowym właściwości biobójcze i jej zastosowanie.The subject of the invention is a method for the production of a bioactive substance that gives polymers biocidal properties and its use.

Bioaktywne wyroby polimerowe posiadają zdolność niszczenia lub hamowania rozwoju chorobotwórczych mikroorganizmów. Polimery bioaktywne są zazwyczaj nośnikami substancji aktywnej tzw. biocydu. Biocyd może być uwalniany w sposób kontrolowany z materiału polimerowego lub też może być związany z tym materiałem w sposób trwały. Polimery bioaktywne znajdują zastosowanie w medycynie i w wyrobach codziennego użytku. Z udziałem bioaktywnych polimerów wytwarza się materiały opatrunkowe, nici chirurgiczne, opakowania do żywności, a także tekstylne wyroby włókiennicze. Opracowanie literaturowe Antimicrobial Textiles - an Owerview IE Journal, 2004, 84, 42-47” omawiając zagadnienie sposobu aplikacji biocydu wymienia takie metody jak mikroenkapsulacja, kopolimeryzacja z udziałem biocydu, chemiczna modyfikacja włókna przez utworzenie wiązania biocyd - włókno czy też powlekanie powierzchni wyrobu materiałem zawierającym biocyd. Odrębną grupą metod aplikacji jest wprowadzanie biocydu do masy polimerowej w postaci masterbatcha (koncentratu) bezpośrednio przed procesem formowania wyrobu końcowego.Bioactive polymer products have the ability to destroy or inhibit the development of pathogenic microorganisms. Bioactive polymers are usually carriers of the active substance, the so-called biocide. The biocide may be released in a controlled manner from the polymeric material or it may be permanently bound to the material. Bioactive polymers are used in medicine and in everyday products. With the participation of bioactive polymers, dressings, surgical sutures, food packaging and textile textiles are produced. The literature study Antimicrobial Textiles - an Owerview IE Journal, 2004, 84, 42-47 "discussing the issue of the method of biocide application mentions such methods as microencapsulation, copolymerization with a biocide, chemical modification of the fiber by creating a biocide-fiber bond or coating the surface of the product with a material containing biocide. A separate group of application methods is the introduction of the biocide to the polymer mass in the form of a masterbatch (concentrate) immediately before the process of forming the final product.

Biocyd może więc być wprowadzony do polimeru na etapie jego syntezy lub też na etapie przerobu. Doniesienia patentowe omawiają zarówno zastosowanie biocydów jak i sposoby ich aplikacji.The biocide can therefore be introduced into the polymer at the stage of its synthesis or at the processing stage. Patent reports discuss both the use of biocides and the methods of their application.

Z opisu patentowego PL211826 znana jest poliolefinowa folia kompozytowa z aktywną funkcją przeciwdrobnoustrojową do pakowania żywności. Folia ta zawiera powyżej 20% wagowych napełniaczy mineralnych, zwłaszcza węglanu wapnia i/lub węglanu magnezu oraz od 0,003 do 0,03 części wagowych nizyny jako środka o właściwościach przeciwdrobnoustrojowych. Sposób wytwarzania folii z aktywną funkcją przeciwdrobnoustrojową polega na tym, że kompozytową folię poliolefinową o zawartości powyżej 20 części wagowych napełniaczy mineralnych, zwłaszcza węglanu wapnia i/lub węglanu magnezu, traktuje się roztworem wodnym zawierającym nizynę o stężeniu od 0,025 do 0,25 części wagowych i następnie suszy w temperaturze nie przekraczającej 60°C.From the patent description PL211826, a polyolefin composite film with an active antimicrobial function for food packaging is known. The film contains more than 20% by weight of mineral fillers, especially calcium carbonate and / or magnesium carbonate, and from 0.003 to 0.03 parts by weight of nisin as an antimicrobial agent. The method of producing a film with an active antimicrobial function consists in treating a composite polyolefin film with more than 20 parts by weight of mineral fillers, especially calcium carbonate and / or magnesium carbonate, with an aqueous solution containing nisin with a concentration of 0.025 to 0.25 parts by weight and then dried at a temperature not exceeding 60 ° C.

Z opisu patentowego US4775585 znane są bakteriobójcze włókna poliamidowe zawierające dodatek zeolitu podstawionego jonami srebra lub miedzi. Sposób wytwarzania bioaktywnych włókien z poliamidu zawierających klotrymazol czy triclosan lub sole srebra znany jest również z patentu PL193473.From US 4775585 there are known bactericidal polyamide fibers containing an addition of zeolite substituted with silver or copper ions. The method of producing bioactive fibers from polyamide containing clotrimazole or triclosan or silver salts is also known from the patent PL193473.

Wraz ze wzrostem popularności stosowania biocydów opartych o nanosrebro wzrosło również zainteresowanie oceną wpływu jego nanocząsteczek na organizm ludzki. Stwierdzono, że większość wykończeń tekstylnych opartych o nanosrebro nie jest odporna mechanicznie, co może powodować przedostawanie się nanocząstek przez skórę człowieka. Udowodniono, że nanosrebro z opatrunków antyseptycznych migruje do krwi. Z tego względu bezpieczeństwo jego stosowania jest ograniczone. Ponadto cząsteczki nanosrebra oddzielając się od tkaniny, np. w procesie prania, migrują do zbiorników wodnych, gdzie negatywnie wpływają na rozwój flory i fauny.With the growing popularity of the use of nanosilver-based biocides, the interest in assessing the impact of nanoparticles on the human body has also increased. It was found that most of the textile finishes based on nanosilver are not mechanically resistant, which may cause nanoparticles to pass through human skin. It has been proven that nanosilver from antiseptic dressings migrates into the blood. Therefore, the safety of its use is limited. In addition, nanosilver particles separate from the fabric, e.g. in the washing process, migrate to water reservoirs, where they negatively affect the development of flora and fauna.

Dlatego coraz większego znaczenia nabiera zastosowanie biocydów, które poza funkcją bakteriobójczości są nieszkodliwe dla człowieka i nie wykazują szkodliwego wpływu na środowisko. Taką grupą biocydów są czwartorzędowe sole amoniowe, a szczególnie pochodne polimeryczne guanidyny czy biguanidyny. Przykładem takich pochodnych jest poliheksametylenoguanidyna (PHMG) występująca najczęściej w postaci soli: chlorowodorku lub fosforanu. Pochodne PHMG, zarówno te rozpuszczalne w wodzie jak i nierozpuszczalne, znalazły w ostatnich latach zastosowanie jako środki odkażające, antyseptyczne i jako biocydy nadające właściwości biobójcze rozmaitym materiałom polimerowym. Badania sygnalizują, że PHMG i jej sole wykazują szerokie spektrum anty bakteryjne włączając bakterie gruźlicy i cholery, jak również wirusy grypy i HIY.Therefore, the use of biocides, which, apart from the bactericidal function are harmless to humans and do not have a harmful effect on the environment, is becoming more and more important. Such a group of biocides are quaternary ammonium salts, especially polymeric guanidines or biguanides. An example of such derivatives is polyhexamethylene guanidine (PHMG), most often in the form of a hydrochloride or phosphate salt. PHMG derivatives, both water-soluble and insoluble, have found use in recent years as disinfectants, antiseptics and as biocides imparting biocidal properties to various polymeric materials. Research indicates that PHMG and its salts exhibit a broad anti-bacterial spectrum including tuberculosis and cholera bacteria as well as influenza and HIY viruses.

Według opisu patentowego RU2264337 pochodne PHMG takie jak mleczan, cytrynian, benzoesan specjalnie wprowadzane są w sproszkowanej formie do polimeru w celu nadania mu cech biobójczych. Analogiczne pochodne PHMG wprowadza się do tworzywa przy wytwarzaniu folii służącej do pakowania żywności, co jest znane z opisu patentowego RU2136563.According to the RU2264337 patent description, PHMG derivatives such as lactate, citrate, benzoate are specially introduced in a powdered form into the polymer in order to give it biocidal properties. Analogous PHMG derivatives are incorporated into the material in the production of a food packaging film, as is known from RU2136563.

Z patentów UA15205, UA79391 znane są pochodne PHMG kwasów benzeno- i naftalenosulfonowych, będące środkami antymikrobowymi dodawanymi do materiałów polimerycznych. Dzięki swoim właściwościom nie są wypłukiwane z polimeru i nie powodują niekorzystnych zmian właściwości gotowego produktu. Synteza pochodnych benzenosulfonowych PHMG, takich jak dodecylobenzenosulfonowe, 2-sulfobenzoesowe, 4-aminofenolo-2-sulfonowe i p-toluenosulfonowe polega na ogrzewaniu surowej PHMG z tymi kwasami w temp. 80-150°C.From the patents UA15205, UA79391, PHMG derivatives of benzene and naphthalene sulfonic acids are known, which are antimicrobial agents added to polymeric materials. Due to their properties, they are not washed out of the polymer and do not adversely change the properties of the finished product. The synthesis of PHMG benzene sulphonate derivatives, such as dodecylbenzenesulphonic, 2-sulphobenzoic, 4-aminophenol-2-sulphonic and p-toluenesulphonic derivatives, consists in heating crude PHMG with these acids at the temperature of 80-150 ° C.

PL 230 338 Β1PL 230 338 Β1

Z patentu UA16743 znany jest sposób wytwarzania p-toluenosulfonianu PHMG w wyniku reakcji kondensacji chlorku guanidyny heksametylenodiaminą w czasie 14-16 godzin w temperaturze 140—190°C. Powstały produkt, po rozpuszczeniu w wodzie w lekko kwaśnym środowisku od kwasu solnego, wydzielano p-toluenosulfonianem sodu.The patent UA16743 discloses a process for the preparation of p-toluenesulfonate PHMG by condensation of guanidine chloride with hexamethylenediamine for 14-16 hours at 140-190 ° C. The resulting product, after dissolving in water in a slightly acidic environment with hydrochloric acid, was isolated with sodium p-toluenesulfonate.

Wadą wszystkich omówionych powyżej pochodnych PHMG jest ich wymywanie się - czyli tzw. migracja do wody. Proces ten powoduje utratę właściwości antymikrobowych przez materiał polimeryczny.The disadvantage of all PHMG derivatives discussed above is their leaching - i.e. migration to water. This process causes the polymeric material to lose its antimicrobial properties.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że pochodna aminobenzenosulfonowa PHMG poddana działaniu temperatury przekształca się w wyniku reakcji kondensacji w pochodną iminową PHMG, która jest właściwym czynnikiem biobójczym w folii bioaktywnej.Surprisingly, it has been found that the aminobenzene sulphonate derivative PHMG when exposed to temperature is converted by a condensation reaction into the imine derivative PHMG, which is the actual biocidal agent in a bioactive film.

Reakcja ta powoduje sieciowanie łańcucha polimerowego PHMG z cząsteczką kwasu aminobenzenosulfonowego. W konsekwencji uzyskuje się związek iminobenzenosulfonowy, którego proces wymywania się w wodzie jest ograniczony. Proces takiego sieciowania może odbywać się poprzez ogrzewanie do temperatury 180°C samej pochodnej aminobenzenosulfonowej PHMG bądź też jej zawiesiny w roztworze inertnego medium. Medium tym może być zarówno odporny na wysoką temperaturę olej silikonowy czy parafinowy, jak również polimer olefinowy do którego domieszkowano pochodną aminobenzenosulfonową PHMG. W tym ostatnim przypadku iminobenzenosulfonowa pochodna PHMG jest wytwarzana w trakcie procesu formowania folii.This reaction causes the PHMG polymer chain to cross-link with the aminobenzene sulfonic acid molecule. As a consequence, an imino benzene sulphonic compound is obtained, the washing process of which in water is limited. The process of such cross-linking can take place by heating the aminobenzene sulphonate derivative PHMG or its suspension in a solution of an inert medium to the temperature of 180 ° C. This medium can be both a silicone or paraffinic oil resistant to high temperature, as well as an olefin polymer to which the aminobenzene sulphonate derivative PHMG has been doped. In the latter case, the imino benzene sulfonate derivative of PHMG is produced during the film forming process.

Przedmiot wynalazku ilustrują, nie ograniczając jego zakresu, przedstawione poniżej przykłady.The following examples will illustrate the subject matter of the invention without limiting its scope.

Przykład 1.Example 1.

Do zawiesiny 156 części wagowych kwasu p-aminobenzenosulfonowego w 2400 częściach Wagowych wody, wkroplono powoli 66 części wagowych sody kaustycznej do uzyskania wartości pH 6,5-7 całkowitego rozpuszczenia kwasu p- aminobenzenosulfonowego, po czym dodano 0,1 części wagowych dyspergatora Rokacetu 07 (ester polioksyetylenowany kwasu oleinowego o wzorze CH3-(CH2)7 COO(CH2-CH2-O)n - H, gdzie n śr= ok. 7). Następnie po krótkim wymieszaniu powoli wkroplono 840 części wagowych 21,43% poliheksametylenoguanidyny w postaci chlorowodorku. Wytworzony biały osad pochodnej aminobenzenosulfonowej poliheksametylenoguanidyny odsączono, przemyto na filtrze 100 częściami wagowymi zimnej wody i wysuszono w suszarce próżniowej w temperaturze 70°C. Uzyskano 270 g pochodnej aminobenzenosulfonowej poliheksametylenoguanidyny, którą wprowadzono do uplastycznianego tworzywa formującego warstwę wewnętrzną wielowarstwowej folii polimerowej.To a suspension of 156 parts by weight of p-aminobenzenesulfonic acid in 2400 parts by weight of water, 66 parts by weight of caustic soda was slowly added dropwise until a pH of 6.5-7 was obtained until the p-aminobenzenesulfonic acid was completely dissolved, followed by 0.1 parts by weight of Rokacet 07 dispersant ( polyoxyethylene oleic acid ester of formula CH3- (CH2) 7 COO (CH2-CH2-O) n - H, where n med = ca. 7). Then, after brief mixing, 840 parts by weight of 21.43% polyhexamethylene guanidine in the form of the hydrochloride were slowly added dropwise. The resulting white precipitate of the aminobenzenesulfone derivative of polyhexamethylene guanidine was filtered off, washed on the filter with 100 parts by weight of cold water and dried in a vacuum oven at 70 ° C. 270 g of the aminobenzene sulphonate derivative of polyhexamethylene guanidine was obtained, which was introduced into the plasticized material forming the inner layer of the multilayer polymer film.

Otrzymana pochodna dodawana do tworzywa polietylenowego w procesie przetwarzania zapewnia pełną homogenizację produktu biocydowego i polimeru, przez co wytworzona folia posiada właściwości biobójcze o szerokim zakresie zastosowań.The obtained derivative added to the polyethylene plastic in the processing process ensures full homogenization of the biocide product and the polymer, thanks to which the produced film has biocidal properties with a wide range of applications.

Przykład 2Example 2

Pochodną aminobenzenosulfonową poliheksametylenoguanidyny otrzymaną według przykładu 1 w ilości 20 g ogrzewano powoli w łaźni olejowej do temperatury 180°C aż do osiągnięcia stanu stopionego. W tym stanie utrzymywano ją przez 15 minut, po czym studzono i mielono uzyskując 19,12 g proszku pochodnej iminobenzenosulfonowej PHMG.The aminobenzenesulfone derivative of polyhexamethylene guanidine obtained according to Example 1 in an amount of 20 g was slowly heated in an oil bath to 180 ° C until a molten state was obtained. It was held in this state for 15 minutes, then cooled and milled to yield 19.12 g of PHMG iminobenzene sulphonate derivative powder.

Proces kondensacji obrazują różnice w wykresach różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) pochodnej aminobenzenosulfonowej PHMG ogrzewanej jednokrotnie (fig. 1) i ogrzewanej powtórnie (fig. 2). Z wykresów DSC widać wyraźnie brak na fig. 2 piku przy temperaturze 150°C obrazującego zachodzącą w biegu 1 reakcję kondensacji.The condensation process is illustrated by differences in the Differential Scanning Calorimetry (DSC) plots of the aminobenzene sulfone derivative PHMG heated once (Fig. 1) and reheated (Fig. 2). It is clearly seen from the DSC plots that the peak at 150 ° C in FIG. 2, illustrating the condensation reaction taking place in run 1, is missing.

Przykład 3Example 3

Pochodną aminobenzenosulfonową poliheksametylenoguanidyny otrzymaną według przykładu 1 w ilości 20 g zawieszono w 50 g oleju silikonowego, a następnie ogrzewano powoli do osiągnięcia temperatury 180°C i utrzymywano w tej temperaturze przez 15 minut. Po tym czasie mieszaninę ochłodzono do temperatury pokojowej i zdekantowano olej silikonowy. Produkt przemyto eterem naftowym i wysuszono w suszarce próżniowej w temperaturze 100°C. Zestalony preparat pokruszono i zmielono. Uzyskano 18,9 g proszku pochodnej iminobenzenosulfonowej PHMG.The aminobenzenesulfone derivative of polyhexamethylene guanidine obtained according to example 1 in an amount of 20 g was suspended in 50 g of silicone oil, and then slowly heated to a temperature of 180 ° C and kept at this temperature for 15 minutes. At this time, the mixture was cooled to room temperature and the silicone oil was decanted. The product was washed with petroleum ether and dried in a vacuum oven at 100 ° C. The solidified preparation was crushed and milled. 18.9 g of PHMG imino benzene sulphonate derivative powder was obtained.

Konfiguracja folii trójwarstwowej rękawowej według przykładu realizacji wynalazku jest następująca: warstwę wewnętrzną, wytwarzaną metodą wytłaczania z rozdmuchiwaniem, tworzy folia trójwarstwowa rękawowa z polietylenu (PE) FGAN 18, D003 o grubości 0,04 mm, zawierająca 0,2-1,0% masowych, korzystnie 0,4-0,8% masowych pochodnej aminobenzenosulfonowej poliheksametylenoguanidyny. Warstwę zewnętrzną licową, nadającą się do nadruku, stanowi polietylen (PE) EXCEED 1018The configuration of the three-layer tubular film according to an embodiment of the invention is as follows: the inner layer, produced by extrusion blow molding, is formed by a three-layer tubular film made of polyethylene (PE) FGAN 18, D003 with a thickness of 0.04 mm, containing 0.2-1.0% by mass , preferably 0.4-0.8% by weight of the aminobenzenesulfone derivative of polyhexamethylene guanidine. The outer layer, suitable for printing, is polyethylene (PE) EXCEED 1018

PL 230 338 Β1PL 230 338 Β1

EB. Warstwę środkową tworzy polietylen (PE) FGAN 18, D003 w postaci czystej bądź regranulatu PE, wykonanego z utylizowanego odpadu technologicznego.EB. The middle layer is made of polyethylene (PE) FGAN 18, D003 in the pure form or PE regranulate made of recycled technological waste.

Badania właściwości bakteriobójczych otrzymanej folii zawierającej 0,4% pochodnej uzyskanej zgodnie z podanym przykładem wykonano w oparciu o metodykę opisaną w normie ISO 22196. Przeprowadzono ilościowe oznaczenie właściwości przeciwbakteryjnych próbek wobec dwóch szczepów wzorcowych bakterii:The bactericidal properties of the obtained film containing 0.4% of the derivative obtained in accordance with the given example were tested based on the methodology described in ISO 22196. The quantitative determination of the antibacterial properties of the samples against two standard bacterial strains was carried out:

Staphylococcus aureus ATCC 6538Staphylococcus aureus ATCC 6538

Escherichia coli ATCC 8739Escherichia coli ATCC 8739

Badana próbka folii wykazuje bardzo dobrą skuteczność przeciwbakteryjną w stosunku do obydwu szczepów bakterii użytych w badaniu. Dla szczepu bakterii Staphylococcus aureus ATCC 6538 redukcja Logio wynosi 3,81, a dla szczepu bakterii Escherichia coli ATCC 8739 - Logio = 5,0.The tested sample of the foil shows very good antibacterial effectiveness against both strains of bacteria used in the study. For Staphylococcus aureus ATCC 6538 the reduction in Logio is 3.81, and for Escherichia coli ATCC 8739 - Logio = 5.0.

Wytwarzana sposobem według wynalazku substancja bioaktywna może być dodatkiem do każdego rodzaju folii opakowaniowej, folii jedno-, dwu-, trój-, pięcio- lub więcej warstwowej.The bioactive substance produced by the method according to the invention can be an addition to any type of packaging film, one-, two-, three-, five- or more-layer films.

Claims

Patent claims

A method for producing a biocidal substance in the form of a polyhexamethylene guanidine iminobenzene sulfone derivative, characterized in that the polyhexamethylene guanidine aminobenzene sulfone derivative or its suspension is heated to 180 ° C for 15 minutes in an inert medium.

2. The method according to p. The process of claim 1, wherein the inert medium is an oil selected from the group consisting of silicone oil, paraffin oil, and olefin polymer.

3. The method according to p. The process of claim 1, wherein the polyhexamethylene guanidine iminobenzene sulfone derivative is produced during the film manufacturing process.

4. Use of the iminobenzene sulfone derivative of polyhexamethylene guanidine obtained by the method of claims 1-3 to modify a polymer film by imparting it with biocidal properties.