PL230338B1 - Sposób wytwarzania substancji bioaktywnej i jej zastosowanie - Google Patents

Abstract

Ujawniono sposób wytwarzania iminopochodnej guanidyny przez ogrzewanie do temperatury 180°C pochodnej aminobenzenosulfonowej poliheksametylenoguanidyny.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania substancji bioaktywnej nadającej tworzywom polimerowym właściwości biobójcze i jej zastosowanie.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

PL 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.

Wadą wszystkich omówionych powyżej pochodnych PHMG jest ich wymywanie się - czyli tzw. migracja do wody. Proces ten powoduje utratę właściwości antymikrobowych przez materiał polimeryczny.

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.

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.

Przedmiot wynalazku ilustrują, nie ograniczając jego zakresu, przedstawione poniżej przykłady.

Przykład 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.

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.

Przykład 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.

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.

Przykład 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.

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 1018

PL 230 338 Β1

EB. Warstwę środkową tworzy polietylen (PE) FGAN 18, D003 w postaci czystej bądź regranulatu PE, wykonanego z utylizowanego odpadu technologicznego.

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:

Staphylococcus aureus ATCC 6538

Escherichia 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.

Wytwarzana sposobem według wynalazku substancja bioaktywna może być dodatkiem do każdego rodzaju folii opakowaniowej, folii jedno-, dwu-, trój-, pięcio- lub więcej warstwowej.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania substancji biobójczej w postaci pochodnej iminobenzenosulfonowej poliheksametylenoguanidyny, znamienny tym, że pochodną aminobenzenosulfonową poliheksametylenoguanidyny lub jej zawiesinę ogrzewa się do temperatury 180°C przez 15 minut w inertnym medium.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako inertne medium stosuje się olej wybrany z grupy obejmującej olej silikonowy, olej parafinowy, polimer olefinowy.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pochodną iminobenzenosulfonową poliheksametylenoguanidyny wytwarza się w trakcie procesu wytwarzania folii.
4. 4. Zastosowanie pochodnej iminobenzenosulfonowej poliheksametylenoguanidyny otrzymanej sposobem określonym w zastrzeżeniach 1-3 do modyfikacji folii polimerowej przez nadanie jej właściwości biobójczych.