WO2017194099A1 - Antimikrobielles vernetztes siliconpolymer - Google Patents

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WO2017194099A1
WO2017194099A1 PCT/EP2016/060527 EP2016060527W WO2017194099A1 WO 2017194099 A1 WO2017194099 A1 WO 2017194099A1 EP 2016060527 W EP2016060527 W EP 2016060527W WO 2017194099 A1 WO2017194099 A1 WO 2017194099A1
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WO
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silicone polymer
amino
radical
functional siloxane
crosslinked
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Application number
PCT/EP2016/060527
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Stepp
Frank Achenbach
Original Assignee
Wacker Chemie Ag
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/24—Crosslinking, e.g. vulcanising, of macromolecules
    • C08J3/246—Intercrosslinking of at least two polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2300/00—Characterised by the use of unspecified polymers
    • C08J2300/20—Polymers characterized by their physical structure
    • C08J2300/208—Interpenetrating networks [IPN]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2383/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Derivatives of such polymers
    • C08J2383/04—Polysiloxanes
    • C08J2383/06—Polysiloxanes containing silicon bound to oxygen-containing groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2383/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Derivatives of such polymers
    • C08J2383/04—Polysiloxanes
    • C08J2383/08—Polysiloxanes containing silicon bound to organic groups containing atoms other than carbon, hydrogen, and oxygen

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an interpenetrating network of networked! Silicone polymer S and cross-linked ⁇ Aminosiloxane N, the antimicrobial
  • Silicone sealants tend to colonize in humid environments (outdoor areas, wet rooms)
  • Counteract metal colloids e.g., silver nanoparticles.
  • a major drawback of these additives is their tendency to migrate out of the elastic silicone rubber into the environment over time, resulting in both a loss of efficacy and the loss of efficiency
  • EP2308520 describes colloids of silver salts which serve the antimicrobial finish of medical articles and implants.
  • WO06050806 describes a silicone elastomer containing an antimicrobial antibiotic as a water-soluble solid.
  • WO07131487 describes the use of amine-modified siloxanes as a microbicidal protective layer in
  • the invention relates to a method for producing an interpenetrating network of crosslinked
  • Silicone polymer S and crosslinked aminosiloxane N in which amino-functional siloxane is introduced into the silicone polymer S and the amino-functional siloxane in the crosslinked
  • Silicone polymer S covalently crosslinked.
  • the process produces an interpenetrating network of cross-linked silicone polymer S and cross-linked aminosiloxane N.
  • the interpenetrating network can also be used as a
  • the aminosiloxane N permanently imparts antimicrobial properties to the silicone polymer S.
  • the silicone polymer S may be a crosslinked pure silicone or a crosslinked copolymer having units of organic
  • organic polymers are Polyesters, polyethers, polyalkylenes and polyacrylates, polyureas, polyurethanes, polyamides and polyoxalyldiamines.
  • the uncrosslinked copolymers are Polyesters, polyethers, polyalkylenes and polyacrylates, polyureas, polyurethanes, polyamides and polyoxalyldiamines.
  • the uncrosslinked copolymers are Polyesters, polyethers, polyalkylenes and polyacrylates, polyureas, polyurethanes, polyamides and polyoxalyldiamines.
  • the uncrosslinked copolymers are Polyesters, polyethers, polyalkylenes and polyacrylates, polyureas, polyurethanes, polyamides and polyoxalyldiamines.
  • the uncrosslinked copolymers are Polyesters, polyethers, polyalkylenes and polyacrylates, polyureas, polyurethanes, polyamides and polyo
  • A is a linear or branched alkylene group having 1 to 10
  • R 5 is a linear or branched unsubstituted or
  • halogen-substituted alkyl group of 1 to 10
  • R 6 is a linear or branched unsubstituted or
  • halogen-substituted alkyl group having 1 to 5
  • x is 1, 2 or 3.
  • A is preferably a linear alkylene group having 1 or 3 carbon atoms.
  • R 5 is preferably an alkyl radical having 1 to 4 C atoms, in particular the ethyl or methyl radical.
  • R 6 is preferably the ethyl or methyl radical.
  • the compounds of the general formula (1) are prepared by known methods, preferably by reaction of isocyanate-functional silanes of the general formula (1 ')
  • Base polymer or by hydrosilylation of unsaturated radicals of the organic base polymer with silanes of
  • the crosslinked silicone polymer S contains at most 50, more preferably at most 20 percent by weight levels of organic polymers without silyl groups.
  • the silicone polymer S contains no proportions of organic polymers without silyl groups.
  • the silicone polymer S is a vulcanizate prepared, for example, by radical (e.g., peroxidic)
  • the silicone polymer S can be used as any crosslinked,
  • elastic silicone article for example as a shaped body or coating.
  • amino-functional siloxanes are preferred.
  • Liquids may be monomeric, oligomeric or polymeric and have in particular the general formula (2)
  • R is a monovalent hydrocarbon radical or a
  • Q and Q x are independently bivalent
  • a is 0, 1 or 2, preferably 0 or 1, especially
  • R 1 , R 2 and R 3 independently of one another the hydrogen radical
  • hydrocarbon radical having 1 to 18 C atoms or a radical R 4 a hydrocarbon radical having 1 to 18 C atoms or a radical R 4 ,
  • R 4 is a radical of the general formula (3)
  • R represents the hydrogen radical or a hydrocarbon radical having 1 to 18 C atoms
  • the amine concentration is at least 0.5 mmol amine per gram, preferably at least 1 mmol amine per gram and preferably at most 10 mmol amine per gram, preferably at most 4 mmol amine per gram aminofunctional siloxane.
  • R is preferably an alkyl or alkoxy radical having 1 to 4 C atoms, in particular the methyl radical.
  • R 1 , R 2 and R 3 are preferably the hydrogen radical and the methyl radical, in particular the hydrogen radical.
  • R ' is preferably for the hydrogen radical
  • C 1 -C 18 -hydrocarbon radicals R 1 , R 2 , R 3 , and R ' are alkyl radicals such as the methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, 2-butyl , iso-butyl, tert. Butyl, n-pentyl, iso-pentyl, neo-pentyl, tert.
  • -Pentyl radical hexyl radicals, such as the n-hexyl radical, heptyl radicals, such as the n-heptyl radical, octyl radicals, such as the n-octyl radical and iso-octyl radicals, such as the 2,2,4-trimethylpentyl radical, nonyl radicals, such as the n-nonyl radical,
  • Decyl radicals such as the n-decyl radical
  • Cycloalkyl radicals such as
  • Cycloheptyl radicals norbornyl radicals and methylcyclohexyl radicals or also alkenyl radicals, such as the vinyl, 2-propen-2-yl, allyl, 3-buten-1-yl, 5-hexene-1-yl, 10-undecene-1 yl, cycloalkenyl radicals (2-cyclohexenyl, 3-cyclohexenyl, cyclopentadienyl, 2- (cyclohex-3-en-l-yl) ethyl, aryl radicals, such as the phenyl,
  • Biphenylyl, naphthyl radical Alkaryl radicals, such as o-, m-, p-tolyl radicals and phenethyl radicals (2-phenylethyl, 1-phenylethyl radical) and aralkyl radicals, such as the benzyl radical.
  • R ' is the hydrogen radical and the methyl radical.
  • At least 50%, particularly preferably at least 70%, in particular at least 80%, of all radicals R is a methyl radical.
  • the proportion of radicals R 4 relative to all radicals R 1 , R 2 and R 3 is preferably at most 95%, particularly preferably
  • Q and Q l are preferably each independently
  • divalent hydrocarbon radicals having 1 to 12
  • Carbon atoms which optionally contain bridge oxygen atoms. In particular, they stand for bivalent
  • Hydrocarbon radicals having 2 to 6 carbon atoms more preferably Q is the propylene and Q ⁇ is the ethylene radical.
  • Q and Q ' are the radicals -CH 2 -, CH 2 -CH 2 -, - CH 2 -CH (CH 3 ) -, -CH 2 -CH 2 -CH 2 -, - (CH 2 ) 4 -, - (CH 2 ) 6 -, 1, 2-phenylene, 1, 3-phenylene, 1, 4-phenylene.
  • general formula (2) can be prepared simply and inexpensively by established standard methods of silicone chemistry from the corresponding silanes. They are prepared according to relevant literature methods known eg by
  • amino-functional siloxanes are commercially available products. By choosing the stoichiometry of the starting materials, chain lengths and
  • siloxane units in the general formula (2) without amine function are:
  • siloxane units in the general formula (2) with alkoxy functions (without amine function) are:
  • amino-functional siloxane units in compounds of all Formula 2 are:
  • Me is methyl
  • Et is ethyl
  • vinyl is vinyl
  • Ph is phenyl
  • Bu is n-butyl.
  • the amino-functional siloxane is a
  • amino-functional siloxane from the silicone polymer S prevents reactions of the amino-functional siloxane which lead to crosslinking during or after swelling.
  • the crosslinking can be carried out on alkoxy radicals having 1 to 4 C atoms present in the amino-functional siloxane, in particular by hydrolysis / condensation processes.
  • the amino-functional siloxane has alkoxysilyl radicals (Example 2), which are preferably selected from the radicals
  • Methoxy-Si and ethoxy-Si are preferably selected from methoxy and ethoxy radicals.
  • Alkoxysilylresten which is just sufficient to achieve crosslinking, but as low as possible to minimize the amount of volatile cleavage products (alcohols).
  • Titanium, zinc, zirconium or aluminum alcoholates or
  • Hydrolysis / condensation reaction is possible i.d.R. but not necessary.
  • the reaction already proceeds to a large extent when the amino-functional siloxane is introduced (for example with the water present in the silicone polymer S, adsorbed on fillers).
  • the interpenetrating network can be subsequently heated.
  • a crosslinking agent is incorporated in the silicone polymer S, which is combined with the
  • the crosslinking agent may have electron-poor double bonds, which by
  • amino-functional siloxane forms covalent bonds (e.g., so-called aza-Michael addition to acrylic ester or
  • Formula (2) Preferably, at least 10%, more preferably at least 40%, especially 100% of the in the
  • the crosslinking agent is combined with the
  • amino-functional siloxane mixed before swelling with the crosslinked substrate.
  • the mixing ratio of amino-functional siloxane / crosslinking agent is preferably such that the crosslinking does not take place too quickly, so that a
  • crosslinking agents are monomeric or oligomeric acrylic acid or methacrylic acid di-, tri-, tetra- or -polyesters or -amides.
  • acrylates are ethylene glycol diacrylate,
  • amino-functional siloxane used not more than 20 mol%, more preferably not more than 10 mol% of acrylic functions.
  • the corresponding methacrylates can also be used.
  • CH 2 C (CH 3 ) -COO- (CH 2 ) -Si (OMe) 3 ,
  • a treatment of the already crosslinked silicone polymer S with the amino-functional siloxane can in principle be carried out on any swellable silicone polymer S.
  • Silicone polymer S is preferably brought in the surface of the silicone polymer S with the amino-functional siloxane in
  • the amino-functional siloxane is optionally used in combination with the above-mentioned.
  • Crosslinking agent in one
  • Control penetration depth For example, if only one
  • the interpenetrating network of crosslinked silicone polymer S and amino functional siloxane preferably contains at least 0.02 mmol amine per gram, more preferably at least 0.03 mmol amine per gram, especially 0.04 mmol amine per gram.
  • mmol of amine refers to one mmol of amine nitrogen
  • Aminosiloxane N in the interpenetrating network of crosslinked silicone polymer S and Aminosiloxan N can be achieved by simple
  • aminosiloxanes N exert an outstanding antimicrobial effect on the surface of silicone polymer S, since they contain no additional polar residues compared to the compounds described in WO07131487, which due to the incompatibility with the silicone migration of the drug cause the surface.
  • purely amino-functional siloxanes could be practically not extracted in an already effective concentration with water.
  • Aminosiloxane N prevents the colonization of substrates including Gram-positive and Gram-negative bacteria as well as with Yeast mushrooms and molds. Similarly, an effect on viruses but also multicellular microbes is possible.
  • the swelling of the silicone polymer S with the amino-functional siloxane is preferably carried out at room temperature and the ambient air pressure.
  • the duration of the swelling can be varied as desired, but is economic
  • the amino-functional siloxane and is preferably in the range of a few minutes to several hours and can be easily determined by preliminary experiments. If solvents are used, the evaporation of the solvent is preferably also carried out at room temperature and the ambient air pressure, but can by
  • Silicone polymer S used unreactive liquids with a normalized to 0.10 MPa boiling point between 40 and 180 ° C, since they are easy to handle and evaporate in a reasonable time.
  • aprotic polar and non-polar organic solvents are preferably used, for example linear, branched or cyclic alkanes such as n-pentane, n-hexane, n-heptane, n-octane, isohexane, isooctane, cyclohexane, aromatics such as benzene, Toluene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, ethers, such as diethyl ether, dipropyl ether.,
  • Methyl tris-trimethylsiloxysilane or mixtures of different solvents are stable, it is also possible to use protic solvents such as alcohols.
  • the subject matter of the invention is also the interpenetrating network made of crosslinked material which can be produced by the process
  • Silicone polymer S and crosslinked aminosiloxane N are crosslinked silicone polymer S and crosslinked aminosiloxane N.
  • the interpenetrating network of crosslinked silicone polymer S and aminosiloxane N can be used as an antimicrobial molding or antimicrobial coating.
  • interpenetrating network can be used in all areas in which the colonization with microorganisms is to be prevented from the outset and the emigration of
  • a low functional density means better compatibility with nonpolar silicone polymer S, but in this case the amount of added amino-functional siloxane required for an effective amine concentration increases.
  • the respective optimum can be determined by the person skilled in the art in simple experiments with the particular substrate or amino-functional siloxane.
  • the molecular weight of the amino-functional siloxane is a crucial factor. The number average is preferably at most 10,000 g / mol, more preferably at most 7,000 g / mol, especially 5,000 g / mol, preferably determined by 1 H and 29 S NMR spectroscopy.
  • Formulas is the silicon atom tetravalent.
  • the proliferation test is carried out analogously to
  • Guggenbichler A new method for screening anti- infective biomaterials, Nature Medicine, 2000, 6: 1053-1056 and V. Alt, P. Steinbruecke, M. Wagener, P. Seidel, E. Dingeldein, E. Domann, R. Schettler: In Vitro Testing of Antimicrobial Activity of Bone Cement, in: Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 2004, 48: 4084-4088.
  • microtiter plate proliferation assays used in the present studies for silicone rubber samples were based on antimicrobial screening
  • Biomaterials introduced test procedures (1 and 2).
  • Microplate reader (Synergy 2, BioTek Instruments, Inc., Winooski, VT 05404, USA) was observed using a time-proliferation curve as the test result for each well of the well
  • Microtiter plate was obtained.
  • onset OD time For each growth curve, the time to reach an optical density (OD) of 0.2 was defined as onset OD time. The more living cells remained on the rubber surface, the more clonal bacteria were released into the surrounding medium, resulting in faster exponential growth and short onset OD times. Long onset times correlate with a strong antibacterial and antiadherent effect of a rubber material.
  • Initiators can be achieved without heating and without irradiation on Vulkanisatober Design.
  • HDDA 1, 6-hexanediol diacrylate
  • Silicone rubber plate from Wacker LSR3003 / 40 as reference is the time difference to reach an OD 578nm of 0.2 determined from the average latencies of each true 24 individual measurements: ⁇ t> 42.94 h at a
  • the remaining 24 plates are stirred in 100 g of drinking water for 24 h at room temperature to simulate an aqueous environment. After drying to constant weight, these platelets are also subjected to an adherence proliferation test with Staphylococcus aureus as test germ.
  • Vulcanizate surface can be fixed.
  • Amine oil B is a linear polydimethylsiloxane having 3- (2-aminoethyl) -aminopropyl-methoxysiloxy units in the chain and 3- (2-aminoethyl) -aminopropyl-dimethoxysiloxy units at the chain end and an amine concentration of 2.5 mmol amine / g , The weighing after reaching the
  • Constant weight results in a weight increase of the platelets by 2.2% by weight. Both the platelets thus treated and the platelets subsequently extracted with water show in the proliferation test with Staphylococcus aureus i.Vgl. to the untreated silicone rubber LSR3003 / 40 a very strong antibacterial activity (values see Table 1).
  • Hexanediol diacrylate used. The weighing after reaching the weight constancy results in an increase in weight
  • the extraction loss is 0.3% by weight.
  • aqueous extract can be detected by 1 H-NMR spectroscopy 178 ppm (w) dimethylsiloxy and 21 ppm (w) 3- (2-aminoethyl) aminopropylmethylsilandiol.
  • Staphylococcus aureus has a somewhat attenuated but still strong antibacterial activity (values see Table 1).
  • the materials show an antibacterial antiadherent
  • the antibacterial effect is greater the greater the value of Et.

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines interpenetrierenden Netzwerks aus vernetzten Siliconpolymer S und vernetztem Aminosiloxan N, bei dem aminofunktionelles Siloxan in das Siliconpolymer S eingebracht wird und das aminofunktionelle Siloxan im vernetzten Siliconpolymer S kovalent vernetzt wird, das nach dem Verfahren herstellbare interpenetrierende Netzwerk sowie Verwendung des interpenetrierenden Netzwerks aus vernetztem Siliconpolymer S und vernetztem Aminosiloxan N als antimikrobiellen Formkörper oder antimikrobielle Beschichtung.

Description

Antimikrobielles vernetztes Siliconpolymer
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines interpenetrierenden Netzwerks aus vernetzten! Siliconpolymer S und vernetzten^ Aminosiloxan N, das antimikrobielle
Eigenschaften aufweist, sowie das nach dem Verfahren
herstellbare interpenetrierende Netzwerk.
Die Ausstattung von Silicon-Gummi-Artikeln mit antimikrobiellen Eigenschaften gewinnt zunehmend an Bedeutung. Viele
medizinische Artikel werden aufgrund der besonderen
Eigenschaften von Silicon wie Temperaturstabilität
(Autoklavierbarkeit ) , Elastizität über weite Temperaturbereiche und gute Verträglichkeit mit physiologischer Umgebung aus Silicon-Gummi gefertigt. Ein grundsätzliches Problem stellt die Besiedelung der Silicon-Oberfläche mit Keimen (z.B. Bakterien, Viren, Pilzen) dar, die insbesondere vor dem Hintergrund der Zunahme antibiotikaresistenter Krankheitserreger zur
potenziellen Gefahr für Patienten und medizinisches Personal werden kann. Aber auch elastisch aushärtende Einkomponenten-
Silicon-Dichtstoffe (sog. RTVl-Dichtstoffe) , neigen in feuchter Umgebung (Außenbereich, Nassräume) zur Besiedelung mit
Schimmelpilzen, was häufig nur durch einen aufwendige und teure Entfernung der befallenen Bereiche und dem Ersatz durch neuen Dichtstoff gelöst werden kann. Es gab deshalb viele Ansätze, dieser Verkeimung durch antimikrobiell wirkende Zusätze wie organischen Bakteriziden, Fungiziden, Metallsalzen oder
Metallkolloiden (z.B. Silbernanopartikel ) entgegenzuwirken. Ein großer Nachteil dieser Additive ist ihre Tendenz, mit der Zeit aus dem elastischen Silicon-Gummi in die Umgebung auszuwandern, was sowohl mit einem Wirksamkeitsverlust als auch der
unkontrollierten Freisetzung der teils giftigen bzw. schwer abbaubaren physiologisch wirksamen Substanzen in die Umwelt einhergeht .
EP2308520 beschreibt Kolloide von Silbersalzen, die der antimikrobiellen Ausstattung von medizinischen Artikeln und Implantaten dienen.
WO06050806 beschreibt ein Siliconelastomer enthaltend ein antimikrobiell wirksames Antibiotikum als wasserlöslichen Feststoff.
WO07131487 beschreibt die Verwendung von aminmodifizierten Siloxanen als mikrobizide Schutzschicht in
Beschichtungssystemen und Werkstücken.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines interpenetrierenden Netzwerks aus vernetztem
Siliconpolymer S und vernetztem Aminosiloxan N, bei dem aminofunktionelles Siloxan in das Siliconpolymer S eingebracht wird und das aminofunktionelle Siloxan im vernetzten
Siliconpolymer S kovalent vernetzt wird.
Durch das Verfahren entsteht ein interpenetrierendes Netzwerk aus vernetztem Siliconpolymer S und vernetztem Aminosiloxan N. Das interpenetrierende Netzwerk kann auch als
Durchdringungsnetzwerk von Siliconpolymer S und Aminosiloxan N bezeichnet werden.
Das Aminosiloxan N verleiht dem Siliconpolymer S dauerhaft antimikrobielle Eigenschaften.
Das Siliconpolymer S kann ein vernetztes reines Silicon oder ein vernetztes Copolymer mit Einheiten aus organischen
Polymeren sein. Beispiele für organische Polymere sind Polyester, Polyether, Polyalkylene und Polyacrylate , Polyharnstoffe , Polyurethane, Polyamide und Polyoxalyldiamine . Vorzugsweise besitzen die unvernetzten Copolymere
feuchtigkeitsvernetzbare Endgruppen der allgemeinen Formel (1)
Figure imgf000004_0001
wobei
A eine lineare oder verzweigte Alkylengruppe mit 1 bis 10
Kohlenstoffatomen bedeutet,
R5 eine lineare oder verzweigte unsubstituierte oder
halogensubstituierte Alkylgruppe mit 1 bis 10
Kohlenstoffatomen bedeutet,
R6 eine lineare oder verzweigte unsubstituierte oder
halogensubstituierte Alkylgruppe mit 1 bis 5
Kohlenstoffatomen bedeutet und
x 1, 2 oder 3 sind.
A bedeutet vorzugsweise eine lineare Alkylengruppe mit 1 oder 3 Kohlenstoffatomen .
R5 steht vorzugsweise für einen Alkylrest mit 1 bis 4 C-Atomen, insbesondere für den Ethyl- oder Methylrest.
R6 steht vorzugsweise für den Ethyl- oder Methylrest.
Die Herstellung der Verbindungen der allgemeinen Formel (1) erfolgt nach bekannten Methoden vorzugsweise durch Umsetzung von isocyanatfunktionellen Silanen der allgemeinen Formel (1' )
Figure imgf000004_0002
mit OH- oder NH- Funktionen des jeweiligen organischen
Basispolymers, oder durch Hydrosilylierung von ungesättigten Resten des organischen Basispolymers mit Silanen der
allgemeinen Formel (1")
H-Si (OR5)xR6 3-x (1")
R5 , R6 und x haben dabei die vorstehenden Bedeutungen. Vorzugsweise enthält das vernetzte Siliconpolymer S höchstens 50, besonders bevorzugt höchstens 20 Gewichtsprozent Anteile an organischen Polymeren ohne Silylgruppen . Insbesondere enthält das Siliconpolymer S keine Anteile an organischen Polymeren ohne Silylgruppen.
Das Siliconpolymer S ist ein Vulkanisat, das beispielsweise hergestellt wird durch radikalische (z.B. peroxidische)
Vernetzung, Kondensationsvernetzung oder Additionsvernetzung.
Das Siliconpolymer S kann als beliebiger vernetzter,
elastischer Silicon-Artikel vorliegen, beispielsweise als Formkörper oder Beschichtung .
Die aminofunktionellen Siloxane sind vorzugsweise
Flüssigkeiten, können monomer, oligomer oder polymer vorliegen und weisen insbesondere die allgemeine Formel (2)
Figure imgf000005_0001
auf , in der
R einen einwertigen Kohlenwasserstoffrest oder einen
Alkoxyrest ,
Q und Q x unabhängig voneinander zweiwertige
Kohlenwasserstoffreste ,
a die Werte 0, 1 oder 2, vorzugsweise 0 oder 1, besonders
bevorzugt 1,
c die Werte 0, 1, 2 oder 3 bedeuten, wobei gilt 3 ^ d > 0, c + d = 1 bis 3,
R1, R2 und R3 unabhängig voneinander den Wasserstoffrest,
einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 18 C-Atomen oder einen Rest R4 bedeuten,
R4 einen Rest der allgemeinen Formel (3)
Figure imgf000006_0001
bedeutet, wobei
R ` den Wasserstoffrest oder einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 18 C-Atomen bedeutet,
mit der Maßgabe, dass die Aminkonzentration mindestens 0,5 mmol Amin pro Gramm, vorzugsweise mindestens 1 mmol Amin pro Gramm und vorzugsweise höchstens 10 mmol Amin pro Gramm, vorzugsweise höchstens 4 mmol Amin pro Gramm aminofunktionelles Siloxan beträgt .
R steht vorzugsweise für einen Alkyl- oder Alkoxyrest mit 1 bis 4 C-Atomen, insbesondere für den Methylrest.
R1 , R2 und R3 stehen vorzugsweise für den Wasserstoffrest und den Methylrest, insbesondere für den Wasserstoffrest.
R ` steht vorzugsweise für den Wasserstoffrest und den
Methylrest.
Beispiele für C1-C18-Kohlenwasserstoffreste R1 , R2 , R3 , und R ` sind Alkylreste wie der Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, iso-Propyl- , n-Butyl-, 2-Butyl-, iso-Butyl-, tert . -Butyl- , n-Pentyl-, iso- Pentyl-, neo-Pentyl-, tert . -Pentylrest , Hexylreste, wie der n- Hexylrest, Heptylreste, wie der n-Heptylrest , Octylreste, wie der n-Octylrest und iso-Octylreste , wie der 2,2,4- Trimethylpentylrest , Nonylreste, wie der n-Nonylrest,
Decylreste, wie der n-Decylrest ; Cycloalkylreste , wie
Cyclopentyl- , Cyclohexyl-, 4 -Ethylcyclohexyl- ,
Cycloheptylreste , Norbornylreste und Methylcyclohexylreste oder auch Alkenylreste , wie der Vinyl-, 2 -Propen-2 -yl- , Allyl-, 3- Buten-l-yl-, 5 -Hexen-l-yl- , 10 -Undecen- 1-yl , Cycloalkenylreste (2-Cyclohexenyl- , 3-Cyclohexenyl- , Cyclopentadienylrest , 2- (Cyclohex-3-en-l-yl) ethyl, Arylreste, wie der Phenyl-,
Biphenylyl-, Naphthylrest ; Alkarylreste , wie o-, m- , p- Tolylreste und Phenethylreste (2-Phenylethyl- , 1- Phenylethylrest ) und Aralkylreste , wie der Benzylrest.
Beispiele für substituierte Kohlenwasserstoffreste sind
halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie der 3 , 3 , 3 -Trifluorpropyl und 5 , 5 , 5 , 4 , 4 , 3 , 3 -Heptafluorpentylrest . Besonders bevorzugt steht R ` für den Wasserstoffrest und den Methylrest.
Vorzugsweise bedeuten mindestens 50%, besonders bevorzugt mindestens 70%, insbesondere mindestens 80% aller Reste R einen Methylrest . Der Anteil an Resten R4 bezogen auf alle Reste R1 , R2 und R3 beträgt vorzugsweise höchstens 95%, besonders bevorzugt
höchstens 75%, insbesondere höchstens 60% ganz besonders bevorzugt 0%. Q und Ql stehen vorzugsweise unabhängig voneinander für
zweiwertige Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 12
Kohlenstoffatomen, die gegebenenfalls Brückensauerstoffatome enthalten. Insbesondere stehen sie für zweiwertige
Kohlenwasserstoffreste mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt steht Q für den Propylen- und Q` für den Ethylenrest . Weitere Beispiele für Q und Q` sind die Reste -CH2-, CH2-CH2-, - CH2-CH(CH3) - , -CH2-CH2-CH2- , -(CH2)4-, -(CH2)6-, 1 , 2 -Phenylen, 1 , 3 -Phenylen, 1, 4 -Phenylen. Diese zumeist farblosen und homogenen Verbindungen der
allgemeinen Formel (2) sind durch etablierte Standardverfahren der Siliconchemie aus den entsprechenden Silanen einfach und kostengünstig herstellbar. Ihre Herstellung erfolgt nach literaturbekannten einschlägigen Methoden z.B. durch
- Cohydrolyse der jeweiligen Chlor- oder Alkoxysilane und anschl . Kondensation oder
- Äquilibrierung von Siloxanen, die jeweils unterschiedliche
Konzentrationen an gewünschten Siloxan-Einheiten enthalten oder
- Äquilibrierung von Siloxanen mit Alkoxy- oder Chlorsilanen und anschließende Hydrolyse und Kondensation oder
- Hydrosilylierung von SiH-haltigen Polysiloxanen .
- Kondensation von aminofunktionellen Alkoxysilanen mit silanolfunktionellen Siloxanen.
- Hydrierung von nitrilfunktionellen Siloxanen.
Oftmals handelt es sich bei den aminofunktionellen Siloxanen um kommerziell erhältliche Produkte. Durch Wahl der Stöchiometrie der Einsatzstoffe können Kettenlängen und
Mischungsverhältnisse/Aminkonzentrationen beliebig variiert werden .
Beispiele für Siloxaneinheiten in der allgemeinen Formel (2) ohne Aminfunktion sind:
Figure imgf000008_0002
Beispiele für Siloxaneinheiten in der allgemeinen Formel (2) mit Alkoxyfunktionen (ohne Aminfunktion) sind:
Figure imgf000008_0001
Beispiele für aminofunktionelle Siloxaneinheiten in Verbindun en der all emeinen Formel 2 sind:
Figure imgf000009_0001
dabei steht Me für den Methylrest, Et für den Ethylrest, Vinyl für den Vinylrest, Ph für den Phenylrest, Bu für den n- Butylrest .
Vorzugsweise wird das aminofunktionelle Siloxan über eine
Quellung in das vernetzte Siliconpolymer S eingebracht.
In einer Ausführungsform wird das Auswandern des
aminofunktionellen Siloxans aus dem Siliconpolymer S verhindert durch Reaktionen des aminofunktionellen Siloxans, die zu einer Vernetzung während oder nach dem Eindringen per Quellung führen. Die Vernetzung kann an im aminofunktionellen Siloxan vorhandenen Alkoxyresten mit 1 bis 4 C-Atomen insbesondere durch Hydrolyse/Kondensationsprozesse erfolgen. Insbesondere weist das aminofunktionelle Siloxan Alkoxysilyl-Reste (Beispiel 2) auf, die vorzugsweise ausgewählt werden aus den Resten
Methoxy-Si und Ethoxy-Si. In der allgemeinen Formel (2) wird in dieser Ausführungsform ein Teil der Reste R vorzugsweise ausgewählt aus Methoxy- und Ethoxyresten .
Vorzugsweise weist in dieser Ausführungsform das
aminofunktionelle Siloxan eine Konzentration an
Alkoxysilylresten auf, die gerade ausreicht, um eine Vernetzung zu erzielen, aber so gering wie möglich, um die Menge an flüchtigen Spaltprodukten (Alkohole) zu minimieren. Die
Alkoxykonzentration im aminofunktionellen Siloxan liegt
vorzugsweise unter 25 Gewichts-%, besonders bevorzugt unter 10 Gew.-%, insbesondere unter 5 Gew.-% des aminofunktionellen Siloxans. Der Zusatz von Katalysatoren wie beispielsweise
Titan-, Zink-, Zirkonium- oder Aluminiumalkoholaten oder
Dialkylzinn ( IV) Verbindungen zur Beschleunigung der
Hydrolyse/Kondensationsreaktion ist möglich i.d.R. jedoch nicht notwendig. Die Reaktion verläuft bereits beim Einbringen des aminofunktionellen Siloxans (z.B. mit dem im Siliconpolymer S vorhandenen, an Füllstoffen adsorbierten Wasser) weitgehend ab. Zusätzlich können bis zu maximal 50 Gew.-%, vorzugsweise höchstens 20 Gew.-% besonders bevorzugt höchstens 5 Gew. -% bezogen auf das aminofunktionelle Siloxan andere Alkoxyreste tragende Silane (z.B. Tetraethoxysilan, Methyltrimethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan) , deren dimere, oligomere oder polymere Teil (Co) Hydrolysate , Siloxane (z.B. Hexaethoxydisiloxan, 1,3- Dimethyl-1, 1, 3 , 3-tetramethoxydisiloxan) oder Polysiloxane (z.B. Umsetzungsprodukte aus Alkoxysilanen, z.B.
Methyltrimethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Tetraethoxysilan, mit silanolterminierten Polydimethylsiloxanen) , um die
Reaktionsgeschwindigkeit in gewünschter Weise anzupassen. Zur Vervollständigung der Vernetzung kann das interpenetrierende Netzwerk nachträglich erhitzt werden. In einer weiteren Ausführungsform wird ein Vernetzungsmittel in das Siliconpolymer S eingebracht, welches mit dem
aminofunktionellen Siloxan unter Ausbildung kovalenter
Bindungen reagiert. Beispielsweise kann das Vernetzungsmittel elektronenarme Doppelbindungen aufweisen, welche durch
Additionsreaktionen der Aminfunktionen mit dem
aminofunktionellen Siloxan kovalente Bindungen ausbildet (z.B. sogenannte Aza-Michael-Addition an Acrylsäureester oder
Acrylsäureamide) (s. Beispiel 1). Voraussetzung dafür sind aminische N-H-Bindungen in der Verbindung der allgemeinen
Formel (2) . Vorzugsweise sind mindestens 10 %, besonders bevorzugt mindestens 40%, insbesondere 100% der in der
Verbindung der allgemeinen Formel (2) vorliegenden
Aminfunktionen primäre oder sekundäre Aminfunktionen .
Vorzugsweise wird das Vernetzungsmittel mit dem
aminofunktionellen Siloxan vor der Quellung mit dem vernetzten Substrat vermischt. Das Mischungsverhältnis aminofunktionelles Siloxan / Vernetzungsmittel ist vorzugsweise so zu bemessen, dass die Vernetzung nicht zu rasch erfolgt, sodass noch ein
Eindringen des aminofunktionellen Siloxans in das Netzwerk des Siliconpolymers S möglich ist. Das Mischungsverhältnis
orientiert sich dabei an der Aminfunktionalität des
aminofunktionellen Siloxans und an der Funktionalität des
Vernetzungsmittels.
Als Vernetzungsmittel besonders geeignet sind monomere, oder oligomere Acrylsäure oder Methacrylsäure-di- , -tri-, -tetra- oder -polyester oder -amide.
Beispiele für Acrylate sind Ethylenglykoldiacrylat ,
Diethylenglykoldiacrylat , Polyethylenglykol-Diacrylate
verschiedener Molmassen (z.B. Mn 250, Mn 575), 1,6- Hexandioldiacrylat , Neopentylglykoldiacrylat , Pentaerythritoltriacrylat , Pentaerythritoltetraacrylat . Es können auch acrylfunktionelle (Poly) Siloxane eingesetzt werden, wie z.B. solche mit einer mittleren Formel [CH2=CH-COO- (CH2) 3- SiMe2-O1/2] 2 [SiMe2O]
Vorzugsweise werden bezogen auf die Aminfunktionen im
aminofunktionellen Siloxan nicht mehr als 20 Mol-% besonders bevorzugt nicht mehr als 10 Mol-% Acrylfunktionen eingesetzt. Zur Verzögerung der Reaktion können auch die entsprechenden Methacrylate eingesetzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform tragen die Vernetzermoleküle feuchtigkeitsvernetzbare Alkoxysilylreste , z.B. die teilweise kommerziell erhältlichen Silane: CH2=CH-COO- (CH2) 3-Si (OMe) 3, CH2=C (CH3) -COO- (CH2) 3-Si (OMe) 3, CH2=CH-COO- (CH2) -Si (OMe) 3,
CH2=C (CH3) -COO- (CH2) -Si (OMe) 3,
Sie können während der Quellung oder in einem vorgeschalteten Schritt über die Acryl- oder Methacrylgruppe im Sinne einer aza-Michael -Addition an primäre oder sekundäre Aminfunktionen des aminofunktionellen Siloxans angebunden werden und
anschließend durch - gegebenenfalls katalytisch beschleunigte - Hydrolyse/Kondensation der Alkoxysilylreste ein
interpenetrierendes Netzwerk im Siliconpolymer S ausbilden.
Eine Behandlung des bereits vernetzten Siliconpolymers S mit dem aminofunktionellen Siloxan kann prinzipiell an jedem quellfähigen Siliconpolymer S durchgeführt werden. Zum
Einbringen des aminofunktionellen Siloxans in das
Siliconpolymer S bringt man vorzugsweise die Oberfläche des Siliconpolymers S mit dem aminofunktionellen Siloxan in
Kontakt, beispielsweise durch Bestreichen, Besprühen, Tauchen. Vorzugsweise wird das aminofunktionelle Siloxan gegebenenfalls in Kombination mit dem o.g. Vernetzungsmittel in einem
Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch gelöst appliziert, welches eine Quellung des Substrats ermöglicht. Durch diesen Effekt kann das aminofunktionelle Siloxan bzw. die reaktive Mischung aus aminofunktionellem Siloxan und Vernetzungsmittel schneller eindringen und sich im Netzwerk des Siliconpolymer S homogen verteilen. Durch die Quelldauer lässt sich die
Eindringtiefe steuern. Wenn beispielsweise nur eine
Oberflächenwirkung am Substrat benötigt wird, reicht eine kürzere Behandlungszeit aus, um den gewünschten Effekt zu erzielen, was der Wirtschaftlichkeit des Prozesses zu Gute kommt .
Das interpenetrierende Netzwerk aus vernetztem Siliconpolymer S und aminofunktionellem Siloxan enthält vorzugsweise mindestens 0,02 mmol Amin pro Gramm, besonders bevorzugt mindestens 0,03 mmol Amin pro Gramm, insbesondere 0,04 mmol Amin pro Gramm. Die Angabe „mmol Amin" bezieht sich auf ein mmol Aminstickstoff . Die antimikrobiell wirksame Mindestkonzentration des
Aminosiloxan N im interpenetrierenden Netzwerk aus vernetztem Siliconpolymer S und Aminosiloxan N kann durch einfache
Vorversuche leicht ermittelt werden.
Es war überraschend und nicht vorhersehbar, dass Aminosiloxane N eine herausragende antimikrobielle Wirkung auf der Oberfläche von Siliconpolymer S entfalten, da sie im Vergleich zu den in WO07131487 beschriebenen Verbindungen keine zusätzlichen polaren Reste enthalten, die aufgrund der Unverträglichkeit mit dem Silicon eine Wanderung des Wirkstoffs an die Oberfläche verursachen. Es war außerdem nicht zu erwarten, dass rein aminofunktionelle Siloxane in bereits wirksamer Konzentration mit Wasser praktisch nicht extrahiert werden können.
Das erfindungsgemäß eingesetzte, antimikrobiell wirksame
Aminosiloxan N verhindert die Besiedelung von Substraten u.a. mit grampositiven und gramnegativen Bakterien als auch mit Hefepilzen und Schimmelpilzen. Ebenso ist eine Wirkung auf Viren aber auch mehrzellige Mikroben möglich.
Die Quellung des Siliconpolymers S mit dem aminofunktionellen Siloxan wird vorzugsweise bei Raumtemperatur und dem Luftdruck der Umgebung durchgeführt. Die Zeitdauer der Quellung kann beliebig variiert werden, wird aber aus wirtschaftlichen
Gründen die Zeitspanne nicht wesentlich überschreiten, die zur Erzielung der gewünschten Wirksamkeit notwendig ist. Sie ist abhängig vom verwendeten Siliconpolymer S und
aminofunktionellen Siloxan und liegt vorzugsweise im Bereich von wenigen Minuten bis zu mehreren Stunden und kann leicht durch Vorversuche ermittelt werden. Falls Lösungsmittel eingesetzt werden, erfolgt das Abdampfen der Lösungsmittel vorzugsweise ebenfalls bei Raumtemperatur und dem Luftdruck der Umgebung, kann jedoch durch
Temperaturerhöhung oder eine Druckreduzierung oder beides beschleunigt werden. Als Lösungsmittel werden deshalb
vorzugsweise mit dem aminofunktionellen Siloxan, und
Siliconpolymer S unreaktive Flüssigkeiten mit einem auf 0,10 MPa normierten Siedepunkt zwischen 40 und 180°C eingesetzt, da sie gut handhabbar sind und in angemessener Zeit verdampfen. Wenn Lösungsmittel eingesetzt werden, kommen vorzugsweise aprotische polare und unpolare organische Lösungsmittel zum Einsatz, beispielsweise lineare, verzweigte oder cyclische Alkane wie n-Pentan, n-Hexan, n-Heptan, n-Octan, Isohexan, Isooctan, Cyclohexan, Aromaten wie Benzol, Toluol, o-Xylol, m- Xylol, p-Xylol, Ether wie Diethylether, Dipropylether.,
Dibutylether , Methyl-t-butylether, Phenylmethylether,
Diphenylether, Tetrahydrofuran, 2 -Methyltetrahydrofuran,
Dioxan, Tetrahydropyran, 4 -Methyltetrahydropyran, Ethylenglykoldimethylether, Diethylenglykoldimethylether, Triethylenglykoldimethylether , Ethylenglykoldibutylether, Ketone, wie Aceton, MIBK oder Siloxane, wie
Hexamethyldisiloxan, Octarnethyltrisiloxan,
Octamethylcyclotetrasiloxan, Decamethylcyclopentasiloxan,
Methyl-tris-trimethylsiloxysilan oder Gemische verschiedener Lösungsmittel. Wenn das aminofunktionelle Siloxan und der gegebenenfalls eingesetzte Vernetzer dagegen stabil sind können auch protische Lösungsmittel wie Alkohole eingesetzt werden.
Gegenstand der Erfindung ist auch das nach dem Verfahren herstellbare interpenetrierende Netzwerk aus vernetztem
Siliconpolymer S und vernetztem Aminosiloxan N. Das interpenetrierende Netzwerk aus vernetztem Siliconpolymer S und Aminosiloxan N kann verwendet werden als antimikrobieller Formkörper oder antimikrobielle Beschichtung . Das
interpenetrierende Netzwerk kann in allen Bereichen Anwendung finden, bei denen die Besiedelung mit Mikroorganismen von vornherein verhindert werden soll und die Auswanderung von
Bioziden unerwünscht ist.
Beispielsweise sind dies medizinische oder biologische Artikel wie Katheter, Ablagematten und Halterungen für chirurgische oder biologische Instrumente und Geräte, die aus hygienischer Sicht kritische Stellen darstellen, wie Griffe, Schalter und Oberflächenbeschichtungen im Lebensmittelbereich. Aber auch Anwendungen im Bausektor, wie Silicon-Fugendichtungen oder als Basis von Unterwasser- z.B. Antifouling-Anstrichen . Um ein Auswandern des Wirkstoffs aus dem vernetzten
Siliconpolymer S zu verhindern, ist eine gute Verträglichkeit des aminofunktionellen Siloxans mit dem Siliconpolymer S notwendig. Dies wird erreicht durch eine möglichst an das Substrat angepasste Polarität und damit Amino- Funktionsdichte im aminofunktionellen Siloxan. Eine hohe Funktionsdichte bedeutet dabei i.d.R. eine hohe Polarität und bessere
Verträglichkeit mit polarem Siliconpolymer S, eine geringe Funktionsdichte bedeutet eine bessere Verträglichkeit mit unpolarem Siliconpolymer S, allerdings steigt in diesem Fall der für eine wirksame Aminkonzentration notwendige Anteil an zugesetztem aminofunktionellem Siloxan. Das jeweilige Optimum kann der Fachmann jedoch in einfachen Versuchen mit dem jeweiligen Substrat bzw. aminofunktionellem Siloxan ermitteln. Im Hinblick auf eine rasche Penetration ist die Molmasse des aminofunktionellen Siloxans eine entscheidende Größe. Das Zahlenmittel beträgt vorzugsweise höchstens 10.000 g/mol, besonders bevorzugt höchstens 7.000 g/mol, insbesondere 5.000 g/mol vorzugsweise bestimmt nach 1H- und 29S-NMR-Spektroskopie .
Alle vorstehenden Symbole der vorstehenden Formeln weisen ihre Bedeutungen jeweils unabhängig voneinander auf. In allen
Formeln ist das Siliciumatom vierwertig.
In den folgenden Beispielen sind, falls jeweils nicht anders angegeben, alle Mengen- und Prozentangaben auf das Gewicht bezogen und sämtliche Umsetzungen werden bei einem Druck von 0,10 MPa (abs.) durchgeführt.
Beispiele :
Der Proliferationstest wird durchgeführt analog den
Vorschriften aus T. Bechert, P. Steinbruecke , J-P
Guggenbichler : A new method for Screening anti- infective biomaterials , Nature Medicine, 2000, 6: 1053-1056 und V. Alt, P . Steinbruecke , M. Wagener, P. Seidel, E. Dingeldein, E. Domann, R. Schettler: In Vitro Testing of Antimicrobial Activity of Bone Cement, in: Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 2004, 48: 4084-4088.
Mikrotiterplatten-Proliferationstestverfahren nach
Guggenbichler und Alt
Die in den vorliegenden Untersuchungen für Silikonkautschukproben verwendeten Mikrotiterplatten-Proliferationstests beruhten auf einem zum Durchmustern von antimikrobiellen
Biomaterialien eingeführten Testverfahren (1 und 2) .
Für den Test wurden bei jedem Material 24 Stücke (5 mm lang, 5 mm breit, 2 bis 3 mm hoch) der Probe und die gleiche Menge an Kontrollstücken jeweils mit 5x106 Bakterien-CFU (Stamm DSM 799 von Staphylococcus aureus, frisch hergestellte Animpfkulturbrühe) in jeweils 200 PBS ( Phosphate-Buffered Saline, pH 7,4), supplementiert mit 10% TSB (Tryptic Soy Broth) , pro Näpfchen (Well) einer 96 -Well -Mikrotiterplatte bei 37°C 1 h inkubiert, um die Bakterien an die Silikonkautschukoberfläche haften zu lassen .
Nach der Inkubation wurden in zwei Schritten, in denen die Kautschukproben mit 300 μΐ PBS gespült wurden, lose anhaftende Zellen von den Silikonoberflächen entfernt. Im ersten Spülschritt wurden die zu testenden Stücke in eine neue Mikrotiterplatte überführt, in der jeweils 300 μΐ PBS pro Well vorgelegt waren. Zunächst wurde gespült, indem das PBS lOmal auf und ab pipettiert wurde. Danach wurden die Teststücke in eine dritte sterile Mikrotiterplatte, wieder mit 300 μΐ sterilem PBS, überführt, wobei bei jedem Stück sterile Pinzetten verwendet wurden. Nach 10 Minuten starkem Schütteln der Platte im
Mikrotiterplatten-Lesegerät wurden die Proben wiederum in eine vierte Mikrotiterplatte, in der 200 μΐ steriles PBS
supplementiert mit 1% frischem TSB vorgelegt waren, überführt, wobei bei jedem Stück zur Probenüberführung wieder sterile Pinzetten verwendet wurden.
Durch 18 bis 20 h Inkubieren der 96-Well-Mikrotiterplatte bei 37°C konnten verbliebene adhärente Zellen auf den Oberflächen proliferieren und klonale Gegenstücke in das Well freisetzen oder wurden durch die antimikrobielle Oberfläche abgetötet. Nach Abtrennen der Proben wurden die freigesetzten Bakterien durch Zugeben von jeweils 50 μΐ TSB-Medium pro Welle 48 h amplifiziert . Die Proliferation der freigesetzten Tochterzellen wurde bei einer Wellenlänge von 578 nm online mit einem
Mikrotiterplatten-Lesegerät (Synergy 2, BioTek Instruments, Inc., Winooski, VT 05404, USA) beobachtet, wobei eine Zeit- Proliferations-Kurve als Testergebnis für jedes Well der
Mikrotiterplatte erhalten wurde.
Bei jeder Wachstumskurve wurde die Zeit, um eine optische Dichte (OD) von 0,2 zu erreichen, als Onset-OD-Zeit definiert. Je mehr lebende Zellen auf der Kautschukoberfläche verblieben, desto mehr klonale Bakterien wurden in das umgebende Medium freigesetzt, was zu schnellerem exponentiellem Wachstum und kurzen Onset-OD-Zeiten führte. Lange Onset-Zeiten korrelieren mit einer starken antibakteriellen und antiadhärenten Wirkung eines Kautschukmaterials.
Zur statistischen Auswertung wurden alle Messungen 24mal durchgeführt, wobei für jedes Material und die Negativkontrolle Mittelwerte für die Onset-OD-Zeit und Standardabweichungen berechnet wurden. Statistische Signifikanz eines
antibakteriellen Effekts wurde erreicht, wenn der P-Wert eines nicht parametrischen Mann-Whitney-Tests, bei dem die Medianwerte der Onset-OD-Zeit-Verteilungen von Negativkontrollen und Proben verglichen wurden, als kleiner oder gleich 5% berechnet wurde. Für die Quantifizierung des antibakteriellen Effekts wird der Unterschied zwischen den mittleren Onset-OD-Zeiten der Proben und der Kontrollen als Δtonset OD berechnet. a) Quellung additionsvernetzender Siliconkautschuk: Wacker LSR3003/40 mit Aminöl A (lineares Polydimethylsiloxan mit 3- (2-Aminoethyl) -aminopropyl-methylsiloxy-Einheiten in der Kette und einer Aminkonzentration von 2,6 mmol Amin/g) und 1, 6-Hexandioldiacrylat (HDDA) und b) anschließende
Extraktion mit Wasser
Dieses Beispiel zeigt auf, dass mittels Äza-Michael- Addition eine Fixierung des wirksamen aminofunktionellen Polysiloxans ohne Zusatz von Katalysatoren oder
Initiatoren, ohne Erhitzen und ohne Bestrahlung an der Vulkanisatoberfläche erzielt werden kann.
Mischungen aus 97 Gewichtsteilen Aminöl A und 3
Gewichtsteilen 1 , 6-Hexandioldiacrylat (HDDA) zeigen bei 22°C eine Gelzeit von 53 Minuten.
48 Plättchen vernetzter Silicon Flüssigkautschuk Wacker LR 3003/40 mit den Abmessungen 5mm*5mm*2mm werden 15 Minuten in einer Mischung aus 40 g n-Heptan, 0,3 g 1,6- Hexandioldiacrylat (1,3 mmol, Sigma-Aldrich) und 9,7 g Aminöl A (25 mmol Amin) gerührt. Anschließend werden die Plättchen mit Hilfe eines Siebes von der flüssigen Phase abgetrennt und mit n-Heptan nachgewaschen. Man lässt bis zur Gewichtskonstanz im Abzug flüchtige Bestandteile abdampfen. Die abschließende Wägung ergibt eine
Gewichtszunahme der Plättchen um 1,2 Gew.-%.
Mit 24 Plättchen wird ein Proliferationstest mit dem grampositiven Staphylococcus aureus durchgeführt.
Ergebnis : im Vergleich zu einer unbehandelten
Siliconkautschukplatte aus Wacker LSR3003/40 als Referenz beträgt der Zeitunterschied zum Erreichen einer OD578nm von 0,2 ermittelt aus den gemittelten Latenzzeiten von jeweils echten 24 Einzelmessungen: Δt > 42,94 h bei einer
Signifikanz P von 0,00% und einer Standardabweichung von 0,01h. Der gemessene Δt-Wert liegt real höher als
angegeben, da die Gesamtlaufzeit des Assays auf 48h begrenzt ist. De facto werden alle Bakterienzellen auf den ausgestatteten Proben abgetötet.
Die restlichen 24 Plättchen werden in 100g Trinkwasser 24h bei Raumtemperatur gerührt, um eine wässrige Umgebung zu simulieren. Nach Trocknung bis zur Gewichtskonstanz werden auch diese Plättchen einem Adherenz-Proliferationstest mit Staphylococcus aureus als Testkeim unterzogen. Das
Ergebnis entspricht dem des behandelten aber nicht mit Wasser extrahierten Siliconkautschuks (Werte s. Tabelle 1) · a) Quellung LSR3003/40 mit Aminöl B ( Polydimethylsiloxan) und b) anschließende Extraktion mit Wasser
Dieses Beispiel zeigt auf, dass ein
feuchtigkeitsvernetzbares Aminöl bequem an der
Vulkanisatoberfläche fixiert werden kann.
Nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren werden 10 g Aminöl B anstelle der Mischung aus Aminöl A und 1,6- Hexandioldiacrylat eingesetzt.
Aminöl B ist ein lineares Polydimethylsiloxan mit 3- (2- Aminoethyl) -aminopropyl-methoxysiloxy-Einheiten in der Kette und 3 - (2-Aminoethyl) -aminopropyl -dimethoxysiloxy- Einheiten am Kettenende und einer Aminkonzentration von 2,5 mmol Amin/g. Die Wägung nach Erreichen der
Gewichtskonstanz ergibt eine Gewichtszunahme der Plättchen um 2,2 Gew. - % . Sowohl die so behandelten Plättchen als auch die nachträglich mit Wasser extrahierten Plättchen zeigen im Proliferationstest mit Staphylococcus aureus i.Vgl. zum unbehandelten Siliconkautschuk LSR3003/40 eine sehr starke antibakterielle Aktivität (Werte s. Tabelle 1).
3. Vergleichsversuch: a) Quellung LSR3003/40 mit Aminöl A und b) Extraktion mit Wasser
Nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren werden 10 g Aminöl A anstelle der Mischung aus Aminöl A und 1,6-
Hexandioldiacrylat eingesetzt. Die Wägung nach Erreichen der Gewichtskonstanz ergibt eine Gewichtszunahme der
Plättchen um 1 Gew.-%.
Die Hälfte der behandelten Plättchen (69,5g ) wird 24 Stunden mit vollentsalztem Wasser (434,4 g) extrahiert.
Der Extraktionsverlust beträgt 0,3 Gewichts- %. Im
wässrigen Extrakt sind mittels 1H-NMR-Spektroskopie 178 ppm(w) Dimethylsiloxyeinheiten und 21 ppm(w) 3-(2- Aminoethyl) aminopropylmethylsilandiol nachweisbar.
Die nachträglich mit Wasser extrahierten behandelten
Plättchen zeigen demnach auch im Gegensatz zu den
behandelten Plättchen im Proliferationstest mit
Staphylococcus aureus eine etwas abgeschwächte aber immer noch starke antibakterielle Aktivität (Werte s. Tabelle 1) .
Die Materialien zeigen eine antibakterielle antiadhärente
Wirkung. Der antibakterielle Effekt ist umso größer, je größer der Wert Ät ist.
Tabelle 1: Ergebnisse der Adhärenz-Proliferationstests mit Staphylococcus aureus (DSM 799)
Figure imgf000022_0001

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Herstellung eines interpenetrierenden
Netzwerks aus vernetztem Siliconpolymer S und vernetztem Aminosiloxan N, bei dem
aminofunktionelles Siloxan in das Siliconpolymer S
eingebracht wird und das aminofunktionelle Siloxan im vernetzten Siliconpolymer S kovalent vernetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Siliconpolymer S ein reines Silicon oder ein Copolymer mit Einheiten aus organischen Polymeren ist.
3. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüchen, bei dem das aminofunktionelle Siloxan die allgemeine Formel (2)
Rc (NR1R2 ( Q ' NR3 ) aQ ) dS iO (4-c-d) /2 (2) aufweist, in der
R einen einwertigen Kohlenwasserstoffrest oder einen
Alkoxyrest ,
Q und Q` unabhängig voneinander zweiwertige
Kohlenwasserstoffreste ,
a die Werte 0, 1 oder 2,
c die Werte 0, 1, 2 oder 3 bedeuten, wobei gilt 3 ≥ d > 0, c
+ d = 1 bis 3,
R1 , R2 und R3 unabhängig voneinander den Wasserstoffrest,
einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 18 C-Atomen oder einen Rest R4 bedeuten,
R4 einen Rest der allgemeinen Formel (3)
- C ( =O) R ` (3) bedeutet, wobei
R` den Wasserstoffrest oder einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 18 C-Atomen bedeutet,
mit der Maßgabe, dass die Aminkonzentration mindestens 0,5 mmol Amin pro Gramm aminofunktionelles Siloxan beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem mindestens 50% aller Reste R einen Methylrest bedeuten.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüchen, bei dem das aminofunktionelle Siloxan in das Siliconpolymer S über eine Quellung in das vernetzte
Siliconpolymer S eingebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem während oder nach dem Eindringen des aminofunktionellen Siloxans per Quellung eine Vernetzung an im aminofunktionellen Siloxan
vorhandenen Alkoxyresten mit 1 bis 4 C-Atomen erfolgt.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, bei dem ein Vernetzungsmittel in das Siliconpolymer S eingebracht wird, welches mit dem aminofunktionellen
Siloxan unter Ausbildung kovalenter Bindungen reagiert.
8. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Vernetzungsmittel ausgewählt wird aus Acrylsäure- und Methacrylsäure-di - , - tri-, -tetra- und -polyestern und -amiden.
9. Interpenetrierendes Netzwerk aus vernetztem Siliconpolymer S und vernetztem Aminosiloxan N, herstellbar nach dem Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüchen .
10.Verwendung des interpenetrierenden Netzwerks aus vernetztem Siliconpolymer S und Aminosiloxan N gemäß Anspruch 9 als antimikrobiellen Formkörper oder antimikrobielle
Beschichtung .
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5536537A (en) * 1994-03-17 1996-07-16 Toshiba Silicone Co., Ltd Process of producing surface modified weather strip for automobiles
US6124490A (en) * 1999-10-26 2000-09-26 Mona Industries, Inc. Zwitterionic siloxane polymers and ionically cross-linked polymers formed therefrom
US6153567A (en) * 1994-12-22 2000-11-28 The Procter & Gamble Company Silicone compositions
WO2006050806A1 (en) 2004-11-05 2006-05-18 Bayer Innovation Gmbh Antimicroboial active ingredient-containing silicone elastomers
WO2007131487A1 (de) 2006-05-17 2007-11-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verwendung von aminmodifizierten siloxanen als schutzmittel in beschichtungen und werkstücken
EP2308520A1 (de) 1999-12-15 2011-04-13 C.R. Bard, Inc. Kunststoffmassen, die kolloidale Silbersalze enthalten
US8604152B2 (en) * 2007-06-11 2013-12-10 Ndsu Research Foundation Anchored polysiloxane-modified polyurethane coatings and uses thereof

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5536537A (en) * 1994-03-17 1996-07-16 Toshiba Silicone Co., Ltd Process of producing surface modified weather strip for automobiles
US6153567A (en) * 1994-12-22 2000-11-28 The Procter & Gamble Company Silicone compositions
US6124490A (en) * 1999-10-26 2000-09-26 Mona Industries, Inc. Zwitterionic siloxane polymers and ionically cross-linked polymers formed therefrom
EP2308520A1 (de) 1999-12-15 2011-04-13 C.R. Bard, Inc. Kunststoffmassen, die kolloidale Silbersalze enthalten
WO2006050806A1 (en) 2004-11-05 2006-05-18 Bayer Innovation Gmbh Antimicroboial active ingredient-containing silicone elastomers
WO2007131487A1 (de) 2006-05-17 2007-11-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verwendung von aminmodifizierten siloxanen als schutzmittel in beschichtungen und werkstücken
DE102006023415A1 (de) * 2006-05-17 2007-11-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verwendung von aminmodifizierten Siloxanen als Schutzmittel in Beschichtungen und Werkstücken
US8604152B2 (en) * 2007-06-11 2013-12-10 Ndsu Research Foundation Anchored polysiloxane-modified polyurethane coatings and uses thereof

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
T. BECHERT; P. STEINBRUECKE; J-P GUGGENBICHLER: "A new method for screening anti-infective biomaterials", NATURE MEDICINE, vol. 6, 2000, pages 1053 - 1056
V. ALT; P.STEINBRUECKE; M. WAGENER; P. SEIDEL; E. DINGELDEIN; E.DOMANN; R. SCHETTLER: "In Vitro Testing of Antimicrobial Activity of Bone Cement", ANTIMICROBIAL AGENTS AND CHEMOTHERAPY, vol. 48, 2004, pages 4084 - 4088

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