抗微生物制品的制备方法

专利名称：抗微生物制品的制备方法
技术领域：
本发明涉及抵抗微生物生长的制品的制备方法以及处理基材以赋予受处理基材抗微生物性能的方法。
背景技术：
控制潮湿环境中的霉菌、霉、藻类、真菌和其它微生物或微生物体长期以来一直受到关注。通常采用注入防霉剂、抗微生物剂、防腐剂、消毒剂、卫生洗涤剂、杀菌剂、除藻剂、杀粘菌剂、防污浊剂或防腐剂来除去某表面的微生物并防止它们复发。
用于清洁的吸收性制品(如海绵和擦拭制品)能够携带诸如能在潮湿环境中生存和迅速繁殖的细菌和真菌等微生物。在食品行业和医药工业中，卫生和防止传播感染是最重要的。因此，希望使用能控制或防止不希望的微生物生长的物质。现已采用了各种方法来解决微生物在诸如海绵和其它擦拭和清洁制品等制品中生长的问题。用杀菌剂和杀生物剂(包括碱金属盐和季铵化合物的组合以及碱金属蒙脱石粘土)处理纤维素海绵已经取得了一些成功。二烷基二硫代氨基甲酸金属盐也已经用作有颜料的海绵的杀生物剂。用这些方法制得的海绵虽然在开始时很有效，但是大都没有长期的抗微生物活性，因为在用水清洗时或当制品用于清洁应用时，杀生物剂会被洗出海绵。
美国专利5,541,233(Roenigk)描述了一种将长效抗微生物剂导入吸收性海绵的方法。耐用的长效抗微生物海绵是这样形成的使金属离子和螯合聚合物的分散液与用来制成海绵的粘胶纤维素混合，然后用加热或酸处理，导致其凝固并再生成海绵。清洗该海绵，留下其中具有螯合聚合物的多孔结构。然后加入认为会与金属离子反应的增效剂(即抗微生物剂)。
然而，还需要有一种方法来制备耐用的长效抗微生物的制品，该成品不需要再生或进一步加工。
发明概述本发明提供了一种制备抗微生物制品的方法。这些制品提供了防止诸如霉菌、霉病、藻类、真菌等各种微生物生长的长期保护作用。
一方面，本发明是一种制备抗微生物制品的方法，该方法包括
提供基材；形成包含螯合聚合物和金属离子的溶液；将该溶液沉积到该基材上；干燥该基材，形成经涂布的基材；和在经涂布的基材上加入增效剂，形成抗微生物制品。
溶液形成包括(A)从聚葡糖胺、乙烯丙烯酸共聚物、聚羧酸和聚胺中选出一种螯合聚合物，(B)将该螯合聚合物溶解在酸中，形成酸性溶液，(C)制备金属离子的水溶液，较佳的是选择该金属离子的盐然后将该盐溶于水中，和(D)将金属离子水溶液与酸性溶液混合。特别佳的聚葡糖胺是脱乙酰壳多糖。金属离子宜选自锌、锆、铁和铜。
在将溶液沉积到基材上时，各种方法均是适合的，例如将该基材浸泡在溶液中，浸泡后拧出基材中过量的溶液。在经涂布的基材中加入增效剂是这样实现的，将增效剂溶于水中，以形成增效剂溶液，用该增效剂溶液处理经涂布的基材，干燥该基材，从而得到最终的抗微生物制品。增效剂可以选自烷基二硫代氨基甲酸盐、噻唑、咪唑、2-巯基吡啶氧化物(巯氧吡啶)或其混合物。
本发明提供了处理各种基材的方法，从而赋予这些基材抵抗某些微生物生长的作用(从本文实施例提出的测试结果可以看出)。作为例子，本发明提供了将较佳的抗微生物复合物施加到各种基材上的方法。具体地说，可将脱乙酰壳多糖为基的抗微生物复合物施加到这些基材上，以便使这些基材对诸如真菌等微生物生长有高度抗性。具体地说，容易将脱乙酰壳多糖-金属-巯氧吡啶复合物施加到基本上任何基材表面，以提供适用于清洁等应用的具有抗微生物性能的成品，该成品即使在接触大量水后也可反复使用。
本领域技术人员在阅读了包括本文较佳实施方案详述、实施例和所附权利要求等其余公开内容后会进一步理解本发明的用途、新颖性和非显而易见性。
较佳实施方案详述在本发明中，制得金属离子和螯合聚合物的溶液并将其沉积到基材上。在干燥该基材后，加入含有增效剂的溶液，以赋予该基材长效抗微生物的性质。该抗微生物的制品可用于某些清洁用途(例如作为海绵或擦洗片)，或用于抗微生物性质有好处的任何应用。
适用于本发明的金属离子能与通常称为配体或螯合剂的分子形成键(例如配位共价键)。合适的金属包括过渡金属(即元素周期表ⅠB-ⅧB族)的水溶性盐。另外，能与本发明的螯合聚合物形成复合物的主族金属也是合适的。有用的金属离子包括Zn+2,Zr+2,Fe+2,Cu+2。这些金属离子能以水溶性盐的形式获得，即例如，金属的乙酸盐、氯化物和硫酸盐，包括其水合物。由于水溶性锌盐可从商业途径购得且价格较低，因此Zn+2是较佳的金属离子。较佳的锌盐包括乙酸锌和氯化锌。
金属离子在溶液中与螯合聚合物形成复合物。适用于本发明的螯合聚合物宜能在涂布到表面上后形成膜。合适的聚合物例如包括聚葡糖胺、乙烯丙烯酸共聚物、聚羧酸、烯化亚胺和聚胺。较佳的螯合聚合物称为聚葡糖胺，也称为脱乙酰壳多糖，它是壳多糖(β-(1,4)-聚-N-乙酰-D葡糖胺)的脱乙酰衍生物以及虾和蟹工业的丰富的天然副产物。
在本发明中，螯合聚合物溶解在合适的溶剂中，该溶剂包括水以及极性有机溶剂如醇和酮。水是较佳的溶剂。在溶解螯合聚合物时，可能希望加入足量的酸(例如乙酸)或碱(例如氢氧化钠)，以帮助聚合物溶解和产生均一的溶液。当螯合聚合物是脱乙酰壳多糖时，加入足量的酸以提供酸性pH，这样酸使脱乙酰壳多糖的胺基团质子化，从而使其溶解在溶液中。通常，pH约为6或更低的溶液足以溶解脱乙酰壳多糖。用于溶解脱乙酰壳多糖的合适的酸包括有机和无机酸。合适的有机酸包括但不局限于乙酸、己二酸、甲酸、乳酸、苹果酸、丙二酸、丙酸、丙酮酸和琥珀酸。合适的无机酸例如包括盐酸和硝酸。
螯合聚合物以及任何加入的酸或碱通常是通过搅拌足够长的时间(例如数分钟)来溶解到溶液中的。然后在该聚合物溶液中加入固体盐形式或金属盐溶液形式的金属离子。将金属离子加入溶液中的简便方法是，首先在所需溶剂中制得该金属离子的稀释液，然后将该稀释液加入等量的螯合聚合物稀释液中并搅拌。然后，得到的该离子/聚合物溶液可涂布到基材上。
离子/聚合物溶液中还可任选地包括添加剂。例如，在离子/聚合物溶液施加到基材上之前，其中可加入一种或多种颜料、颜料固定剂、加工助剂(例如润湿剂、消泡剂、减粘剂、增稠剂)、粘附性增强剂、抗氧化剂等。在离子/聚合物溶液中可使用颜料，以使涂料颜色与基材的颜色匹配，或可作为抗微生物最终成品的颜色编码的鉴别手段。离子/聚合物溶液中的固定剂将螯合聚合物固定在基材上。合适的固定剂是环氧硅烷。还可采用其它此类固定剂，如氮丙啶或其它已知的交联剂。不希望受任何具体理论的束缚，交联剂或固定剂将与脱乙酰壳多糖和基材上的羟基反应，进而使抗微生物剂与基材结合。离子/聚合物溶液中的较佳添加剂是3-(三甲氧甲硅烷基)丙基缩水甘油基醚(按照A-187商品代号购自OSi Specialties Inc.,Danbury,Connecticut)。
认为离子/聚合物溶液还可与通常用于制备最终成品的可涂布粘合剂类型混合。例如，在生产无纺制品时，通常需要用粘合剂来使其纤维在交叉和/或接触部位彼此结合并维持最终成品呈较佳的构型。较佳的，粘合剂可与离子/聚合物溶液混溶。当前述粘合剂是最终成品的一个组分时，本发明的离子/聚合物溶液可以和粘合剂在相同的加工步骤中导入生产过程。与本发明的离子/聚合物溶液相容的合适的粘合剂包括水溶性粘合剂，如聚乙烯醇(PVA)以及丙烯酸或酚醛的分散液或乳状液。即使成品通常不需要使用粘合剂，离子/聚合物溶液也可与这种粘合剂混合，以便改善金属离子/螯合聚合物与基材的粘附性。本领域技术人员应理解，离子/聚合物溶液与粘合剂之比可能因具体应用而异。因此，离子/聚合物溶液和粘合剂的相对用量将根据生产的制品的特征及其用途由经验来确定。
离子/聚合物溶液可用各种已知的涂布方法施加到基材上，这些方法包括喷涂、刀涂、辊涂、旋涂、浸涂等。根据特定制品的生产来选择的涂布方法可取决于基材的形式以及本领域技术人员已知的其它因素。通常希望将离子/聚合物溶液沉积到基材的整个可利用的表面上，但是这并不是必需的。所需的涂布量取决于具体基材的类型和应用。根据目前分析方法的灵敏度，增效剂的最低水平约为30ppm。较低水平的增效剂可能在某些应用场合仍对某些细菌有效。更佳的，增效剂水平在1500-3000ppm之间(根据干燥基材的总重量(克)计)。低于1500ppm的水平，抗微生物制品对某些真菌的有效性可能会削弱(通过下文实施例中提出的ASTM真菌侵袭实验来确定)。
在将离子/聚合物溶液沉积到基材上后，在室温下或升高温度下干燥涂布的基材足够长时间，以除去溶剂。较佳的，干燥是通过采用常规干燥烘箱加热来实现的，该烘箱在大约105-120℃的温度下操作就足以除去溶剂，干燥螯合聚合物并在处理过的基材上形成合适的膜。在高于120℃的温度下，螯合聚合物会发生一些变色。在低于105℃的温度下，干燥速度会非常缓慢。
如果在生产制品中已经使用了粘合剂，则离子/聚合物溶液可能已经与粘合剂混合或施加在粘合剂上。在任何一种情况下，通常需要进行热处理来使粘合剂固化。在这种情况下，温度可在高达约150℃的范围内，这取决于粘合剂类型和基材厚度。在此时，宜使用颜色较暗的基材以掩盖上述变色。
在制品干燥后，宜用另一含有增效剂的溶液进行处理。本文所用的术语“增效剂”指能与金属离子键合的抗微生物剂。应注意，增效剂的选择取决于金属离子的配位化学。例如，如果螯合聚合物与金属离子之间的键能完全被增效剂取代，则螯合聚合物内的复合物的耐用会受到损害。因此，不希望使用这样的增效剂。增效剂溶液可用已知的涂布方法来涂布，这些方法例如是上述用于涂布离子/聚合物溶液的那些方法。为了使该方法制得的制品的抗微生物活性最高，宜使涂布基材的全部可利用的表面与增效剂溶液接触。然而，不涂布全部可利用的表面，也可获得所需水平的抗微生物活性。
合适的增效剂包括但不局限于，烷基二硫代氨基甲酸盐(alkyl dithiocarbamate)、噻唑、咪唑、巯氧吡啶及其混合物。合适的烷基二硫代氨基甲酸盐包括烷基氨基甲酸盐的每个烷基有高达大约8个碳的那些化合物。烷基可以是直链或支链。典型的二硫代氨基甲酸盐包括二甲基二硫代氨基甲酸盐、二乙基二硫代氨基甲酸盐、二丙基二硫代氨基甲酸盐、二丁基二硫代氨基甲酸二丁酯、甲基乙基二硫代氨基甲酸盐、甲基丙基二硫代氨基甲酸盐、甲基丁基二硫代氨基甲酸盐、二己基二硫代氨基甲酸盐、二辛基二硫代氨基甲酸盐。较佳的烷基二硫代氨基甲酸盐是二甲基二硫代氨基甲酸盐，它可按照商品代号“Vancide 51”购自R.T.Vanderbilt ofNorwalk,Connecticut。咪唑是含有一个N-H基团和一个不饱和氮的五元杂环。合适的取代的咪唑例子是2-(4-噻唑基)苯并咪唑。噻唑是含有氮和硫的五元环。合适的噻唑例子是2-巯基苯并噻唑。2-巯基苯并噻唑以商品代号“Captax”购自R.T.Vanderbilt。特别佳的增效剂是1-羟基-2(1H)-吡啶硫酮，它在本领域中也称为吡啶硫酮或巯氧吡啶。巯氧吡啶通常为钠盐形式的固体，可根据“OMADINE”的商品代号以40％的水溶液形式购自Olin Corporation ofCheshire,Connecticur。将足量的增效剂涂布到基材上，从而在成品中产生抗微生物效果(如本文所列举的)。
许多类型的基材适用于本发明。较佳的，基材是那些认为可用于抗微生物活性有好处的场合的基材。这包括过滤应用，如真空清洁袋、炉过滤器和呼吸面具。个人用品如天然或合成的短硬毛制成的头发和化妆刷以及沐浴用海绵也可根据本发明来生产或处理。可能希望根据本发明方法来制备抗微生物塑料片(例如聚乙烯醇(PVC)膜)。清洁、擦洗或擦拭制品非常适合用本发明的方法来生产。这些制品包括刷子、拖把、扫帚和较小的擦拭制品如海绵、无纺织物或垫子、纸制品和常规的纺织织物如毛巾、抹布和围兜。基材可以是无吸收性的，例如用于含有磨料的垫子(例如擦洗片和磨光垫)。基材可包含任何各种天然或合成的材料。特别有用的基材形状是天然和/或合成材料制成的纤维以及用这些纤维制成的制品。合适的天然纤维包括棉、亚麻、大麻、苎麻、人造丝、粗麻布、短绒棉、棉绒和浆状纤维。合适的合成的纤维包括粘胶人造丝、铜铵人造丝等、聚烯烃纤维如聚酯、聚丙烯和聚酰胺纤维、聚乙烯醇、尼龙和丙烯酸纤维。聚合泡沫如聚氨酯泡沫可用作本发明方法中的基材。
无纺织物由于它们在生产清洁和/或擦亮制品中的用途特别适合用作基材。无纺织物可以是吸收性的(例如用于擦拭制品的那些)或无吸收性的(例如用于擦亮或抛光应用的那些)。用于擦亮或抛光应用的无纺织物可以含有磨料颗粒。合适的无纺织物可以用气流成网的、粗梳的、缝编的、纺粘的、湿法成网的或熔喷的结构制成。典型的无纺织物其特征是开口的、膨松的、三维气流成网的无纺基材，如Hoover等人在美国专利2,958,593中描述的那些。另外，无纺织物可以是低密度的无纺制品，其由多个皱缩的单纤维(例如热塑性单纤维)制成，其中基本上所有的单纤维的一端一起连接在第一结合部位，而基本上所有的单纤维的另一端一起连接在第二结合部位，而在第一和第二结合部位之间有单纤维未结合部分的阵列。这种无纺织物在美国专利4,991,362和5,025,596(均授予Heyer等人)中有所描述。
无纺织物宜包含第一主要织物表面、第二主要织物表面以及在第一和第二主要织物表面之间伸展的织物中间部分。织物用合适的合成纤维制成，该纤维能耐受浸染树脂和粘合性粘合剂固化时的温度而不会劣化。有用的无纺织物以具有至少约50克/平方米的单位面积重量，该单位面积重量可高达200克/平方米。
无纺织物可通过纤维缠绕的方法来补强和巩固。这些方法包括针缝(needletacking)、水缠绕(hydroentangling)等。无纺织物还可以通过缝编或其它常规织物方法来补强。缝编是将至少两个织物或同一织物的至少两层结合在一起的方法。该方法可用来增加无纺织物的厚度，并可提高它们的耐用性。无纺纤维通常通过粘合剂来使它们的交叉和/或接触部分彼此粘合。合成的粘合剂包括树脂型粘附剂，例如热固性水基酚醛树脂。可熔融粘合的纤维可单独或与前述粘合剂组合用于无纺织物中。在接触高温后，可熔融粘合的纤维会软化和/或熔化，并且在冷却后会与织物网中的其它纤维粘合。
此类无纺纤维基材还可含有磨料颗粒。通常，颗粒与粘合剂混合物然后涂布到无纺织物上。或者，磨料颗粒可以涂布到例如熔融粘合剂或经加热而有粘性的粘合剂表面上。研磨颗粒的特征可以是硬的磨料，软的无机磨料或塑料研磨颗粒。常规的硬的研磨颗粒包括氧化铝；金属的碳化物、硼化物和氮化物；熔融的铝锆磨料；和溶胶-凝胶研磨颗粒，以及矿物如金刚石和石榴子石。常规的软的无机研磨颗粒包括氧化硅、氧化铁、氧化铬、氧化铈、氧化锆、氧化钛、硅酸盐和氧化锡以及金属碳酸盐、金属硫酸盐、三水合铝、石墨和金属颗粒。塑性研磨颗粒可以从热塑性材料以及热固性材料(分别是聚氯乙烯或蜜胺甲醛树脂)形成。无纺织物可用两种或多种不同研磨颗粒的混合物涂布。研磨颗粒可经过处理以提高研磨颗粒和粘合剂之间的粘合性。
无纺织物还可包含诸如表面修饰添加剂、固化剂、偶联剂、增塑剂、填料、膨胀剂、纤维、抗静电剂、引发剂、悬浮剂、光敏剂、润滑剂、润湿剂、表面活性剂、颜料、染料、UV稳定剂和悬浮剂等添加剂。这些材料可能是有用的，这取决于无纺织物中粘合剂的存在和/或取决于织物的用途。本领域技术人员会理解该无纺制品可制成各种构型和结构，并采用各种材料和组分。总之，本发明的方法能处理所有这些方案。
在实施本发明时用作基材的一种无纺制品是美国专利No.5,282,900(McDonell等人)中描述的无纺制品。该制品是一种开口的、膨松的、三维的无纺织物，它含有许多热塑性有机纤维，使纤维在相互接触的部位粘合的粘合剂，以及通过粘合剂与纤维粘合的研磨颗粒。研磨颗粒的大小范围在大约0.1至30微米之间。
用于本发明方法的另一较佳的基材是包含亲水性纤维的无纺织物和包含交联聚乙烯醇(PVA)的粘合剂。该基材在美国专利5,641,563(Truong等人)中披露。较佳的亲水性纤维包括下列类型的纤维纤维素型纤维如PVA(包括乙烯基酯的水解共聚物，尤其是乙酸乙烯酯的水解共聚物)、棉、胶粘人造丝、铜铵人造丝等；以及热塑性纤维如聚酯、聚丙烯、聚乙烯、尼龙等。用于吸收性擦拭制品的较佳的纤维素型纤维是以人造短纤维形式购得的人造丝和聚乙烯醇(PVA)。
其它有用的基材包括纺织物和针织物以及海绵和擦布。合成的海绵通常由粘胶纤维素组成，并还可含有补强纤维。粘胶纤维素可从任何常规的粘胶技术制得。粘胶纤维素通常是通过对木纸浆进行丝光处理和切碎，然后用二硫化碳进行黄原酸化，用水稀释，最后混合混合物而制得的。在制得粘胶纤维素后，在该粘胶纤维素中加入十水硫酸钠(也称为芒硝)。然后加入补强纤维或其它添加剂。将所得混合物加热至约100℃，使纤维素凝固同时使硫酸钠熔融。洗去所得再生海绵中的硫酸钠，留下多孔结构。纺织物和针织物例如包括浴巾、洗碗抹布等。
制备过程在下述实施例中，采用下列制备过程。
过程A-离子/聚合物溶液将10克冰醋酸加入480克水中，并置于混合机内。称取10克脱乙酰壳多糖(购自Vanson Chemical Company of Redmond,Washington)并加入已搅拌的乙酸溶液中，随后充分搅拌直至聚合物溶解。将10克二水乙酸锌(Aldrich Chemical Company)溶解在490克水中，制得乙酸锌溶液。然后在连续混合下合并脱乙酰壳多糖和乙酸锌溶液，以提供适合生产抗微生物制品的离子/聚合物溶液。
在一些实施例中，用五水硫酸铜或七水硫酸亚铁(Ⅱ)(均购自Aldrich ChemicalCompanies,Milwaukee,Wisconsin)代替离子/聚合物溶液配方中的二水乙酸锌。在所有其它方面，包含铁或铜离子的离子/聚合物溶液与上述锌溶液相同。用于离子/聚合物溶液混合物的锌的重量百分数为0.298％(重量)锌(1.0％二水乙酸锌)。1升离子/聚合物溶液中的七水硫酸亚铁(Ⅱ)的等价量为14.82克(0.298％Fe)。同样，1升离子/聚合物溶液中的五水硫酸铜的等效量为11.70克，在溶液提供了0.298％铜。
程序B-抗微生物溶液将7.5克40％重量的市售巯氧吡啶钠溶液(Olin Chemical Company,Stanford,Connecticut)加入1992.5克水中稀释至巯氧吡啶浓度为3000ppm。充分搅拌此所得溶液。
程序C-基材的处理将基材浸泡在离子/聚合物溶液中大约1分钟，取出用零级清除绞干机(zeroclearance wringer)绞干。将经过涂布的基材置于保温在大约113℃(235°F)的烘箱内，直至它们充分干燥。将如此处理和干燥获得的基材在巯氧吡啶抗微生物溶液浸泡1小时。浸泡1小时后，用水清洗每个基材，并使其通过零级清除绞干机，除去基材中的过量未反应的巯氧吡啶。每个基材重复清洗和随后绞干10次。使清洗后的基材在烘箱内60℃下干燥过夜，使巯氧吡啶与氯化铁试剂反应并用吸收分光光度计(BeckmanDU 640分光光度计，购自Beckman Instruments Inc.in Fullerton,California)分析，以测试连接的巯氧吡啶。
测试方法和材料根据下列方法评价下列实施例中制得的制品。
细菌杀伤试验通过测定基材抵抗某些细菌的效果，以测试基材的抗微生物活性。使测试基材经历水洗过程，以评价基材的抗微生物处理的耐久性。清洗过程包括使基材在保温在约130°F(54℃)自来水中饱和，然后绞干饱和的基材，对每份样品重复清洗/绞干步骤多达400轮。在进行杀伤试验前，使一些样品在121℃下高压蒸汽灭菌30分钟，以减少清洗过程可能会引入的细菌污染。将如此制得的基材样品置于无菌样品袋(按照“Tekmar”的商品代号购自VWR Scientific ofPhiladelphia,Pennsylavania)，用于细菌试验。
用猪霍乱沙门氏猪霍乱亚种鼠伤寒血清型(salmonell choleraesuis subsp.choleraesuis serotype typhimurium,ATCC 14028)在蛋白胨中制得含有大约1×106菌落形成单位(cfu)/毫升的大块接种物。每个基材样品接种20毫升悬浮液，并在Model 80Stomacher Lab Blender(购自VWR Scientific of Phildelphia,Pennsylvania)中高速下放置2分钟，以便将生物体分布到整个基材中。从样品袋中取出1毫升溶液，在蛋白胨水溶液中进行10倍连续稀释，计数可见的生物体。将连续稀释所用的每一试管的1毫升样品以及来自无菌样品袋的1毫升样品一式两份接种铺平板(采用胰蛋白酶大豆肉汤琼脂TSBA)。使平板在28℃下培育2-3天，然后检查微生物的生长。每一基材在接种后立即取样，并在接种后1天、3天和7天取样。如上所述，用绿针假单胞菌(Pseudomonas chlororaphis,CRLID #3357)和恶臭假单胞菌(Pseudomonasputida,CRLID #3352)的混合悬浮液对另一组基材进行测试。
真菌侵袭测试如细菌杀伤试验中所述，从其中描述的清洗步骤开始，制得基材。然后根据标准的ASTM G211-90测试方法测试基材，方法是将浓度已知的混合的真菌孢子悬浮液以雾化形式分散到样品表面上，在28℃/95％相对湿度下培育该材料28天。将样品以无菌方式置于最低盐(M-9)琼脂板表面上，然后接种。所用培养基不含碳源。因此，真菌生长表示样品组分分解。标准测试采用下列5中生物体黑曲霉(Aspergillusniger(ATCC 9642))、嗜松青霉(Penicillium pinophilum(ATCC 11797))、球毛壳(Chaetomium globosum(ATCC 6205))、绿粘帚霉(Gliocladium virens(ATCC 9645))和出芽短梗霉(Aureogasidium pullulans(ATCC 15233))。另外，如上所述制得另一组样品，用部分特征为对脱乙酰壳多糖-锌-巯氧吡啶复合物明显有免疫力的青霉(Penicilliun)属接种。每日检查样品上真菌生长的存在，并间隔一定时间评价生长水平(如本文所述)。用一片无菌滤纸作为阳性对照。
实施例下列非限制性实施例进一步描述了本发明的方面。除非另有特指，所有分数和百分数均指重量。
实施例1根据制备程序A-C，用锌/脱乙酰壳多糖作为离子/聚合物溶液，巯氧吡啶作为抗微生物剂，制得以商品代号“O-Cel-O All-Purpose Wipes”购自Minnesota Mining andManufacturing Company,St.Paul Minnesota的无纺抹布。
实施例2用购自Kalle Nalo GmbH ofWiesbaden,Germany的擦布制得抗微生物制品。制品按照上述制备程序A-C来制备，只是将离子/聚合物溶液制备成包括0.6％(重量)二水乙酸锌和0.6％(重量)脱乙酰壳多糖以及1.0％3-(三甲氧甲硅烷基)丙基缩水甘油醚(以商品代号“A-187”购自OSi Specialties Inc.,Danbury,Connecticut)。
实施例3用购自Kalle Nalo GmbH ofWiesbaden,Germany的擦布制得抗微生物制品。制品按照上述制备程序A-C来制备，只是离子/聚合物溶液是1.0％聚乙烯亚胺(PEI)(以“Corcat P-12”的代号购自Hoechst Celanese of Portsmouth,VA)作为螯合聚合物，以及1.0％锌和1.0％3-(三甲氧甲硅烷基)丙基缩水甘油醚。用在1升中浓度为1000ppm的巯氧吡啶钠溶液处理该基材。
实施例4用购自Spontex Company(Columbia,Tennessee)的擦布作为基材，制得抗微生物制品。如实施例2所述处理该基材，只是离子/聚合物溶液中每个组分为0.5(重量)％。
实施例5如实施例2所述那样处理购自Minnesota Mining and Manufacturing Company,St.Paul Minnesota的商品代号为“Niagara”的纤维素海绵，只是离子/聚合物溶液中的脱乙酰壳多糖和二水乙酸锌的重量百分数为0.5％。
实施例6如实施例5所述那样处理纤维素海绵(购自Minnesota Mining and ManufacturingCompany,St.Paul Minnesota的“Niagara”海绵)，只是离子/聚合物溶液包括了0.5％3-(三甲氧甲硅烷基)丙基缩水甘油醚。
实施例7根据上述制备程序A-C，处理一系列基材，以描述各种可用本发明的抗微生物处理方法来处理的基材。处理的基材是(1)聚氨酯海绵，购自Dayton Hudson Corporation,Minneapolis,Minnesota；(2)毛圈围巾，也购自Dayton Hudson Corporation；(3)丝瓜筋，根据商品代号“L′Esprit”购自Suuny Marketing Systems Incorporated,Port Washington,New York；(4)抹布，以“Handi Scrub Cloth”的商品代号购自Kimberly-Clark,Neenah,WI；和(5)含有微纤维的抹布，以“3M High Performance Cloth”的商品代号购自Minnesota Mining and Manufacturing Company,St.Paul Minnesota。
实施例8根据制备程序A-C，用铜作为离子/聚合物溶液中的螯合离子，处理纤维素海绵。由于铜与巯氧吡啶钠之间发生反应，因此处理的海绵变成深黑色。
实施例9根据制备程序A-C，用铁作为离子/聚合物溶液中的螯合离子，处理纤维素海绵。由于铁与巯氧吡啶钠之间发生反应，因此处理的海绵变成深黑色。
对比例A用购自Kalle Nalo GmbH of Wiesbaden,Germany的未处理的擦布用作本文所述抗微生物测试中的对比例。
对比例B
用购自Spontex Company of Columbia,Tennessee的未处理的擦布用作本文所述比较测试中的对照。
对比例C用购自Colgate-Palmolive Company的商品代号为“Handi Wipe”的未处理的无纺抹布作为本文所述对比测试中的对照。
对比例D用购自Navapharm Research(Australia)Pty Ltd.的无纺擦拭制品作为对照。该擦拭制品以抗微生物形式购得，认为它包括了巯氧吡啶锌作为抗微生物剂。
实施例2和4以及对比例A和B用上述细菌杀伤试验和真菌侵袭测试测试根据实施例2和3制得的制品。针对沙门氏菌和假单胞菌的细菌杀伤测试数据分别列在表1和2中。假单胞菌的数据列在表2中。
真菌侵袭测试的结果显示在表3中。
另外，用对锌巯氧吡啶复合物的抗微生物效果有正常免疫力的青霉株系处理该样品。进行该处理作为对照，预计青霉测试会对所有测试样品(包括根据本发明制得的样品)显示出失败。用青霉进行真菌侵袭的结果列在表4中。
实施例1和对比例C和D根据细菌杀伤试验和真菌侵袭测试测试根据实施例1制得的制品，并与对比例C和D的制品比较。对沙门氏菌进行细菌杀伤试验，数据列在表5和表6中。
收集两组数据(表5和表6)是因为认为对比例D开始收集的初始数据(0X和10X样品)有错误。
对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus Aureus(ATCC 6538))进行分开的细菌杀伤试验作为对照。该数据列于表7中。
对标准ASTM G21-90生物的进行的真菌侵袭测试数据列在表8中。表9包括了用青霉处理的制品的真菌侵袭数据。已知巯氧吡啶锌对该真菌种类的活性较低，表9中收集了其数据作为对照。
表1细菌杀伤试验(沙门氏菌)
1．“__X”表示基材在测试前的清洗和绞干次数。
2．认为这些样品中已经存在污染。
表2细菌杀伤试验(假单胞菌)
1．两份样品中的一份在另一份之前失效。
2．“__X”表示基材在测试前的清洗和绞干次数。
表3真菌侵袭(ASTM G21-90)
1．“__X”表示基材在测试前的清洗和绞干次数。
2． 0=没有发现生长1=微量生长。1-10％的样品表面被霉菌覆盖2=轻度生长。10-30％的样品表面被霉菌覆盖3=中度生长。30-60％的样品表面被霉菌覆盖4=重度生长。60％以上的样品表面被霉菌覆盖表4真菌侵袭(ASTM G21-90&青霉)
1．“__X”表示基材在测试前的清洗和绞干次数。
2． 0=没有发现生长1=微量生长。1-10％的样品表面被霉菌覆盖2=轻度生长。10-30％的样品表面被霉菌覆盖3=中度生长。30-60％的样品表面被霉菌覆盖4=重度生长。60％以上的样品表面被霉菌覆盖表5细菌杀伤试验(沙门氏菌)
1.“__X”表示基材在测试前的清洗和绞干次数。
2.两份样品的最低稀释度没有铺平板。接种的最低稀释度为1∶100，没有回收到生物体，因此这些两份样品实际上显示出平均对数减少值大于4.5/4.6。
表6细菌杀伤试验(沙门氏菌)
1．“__X”表示基材在测试前的清洗和绞干次数。
表7细菌杀伤试验(金黄色葡萄球菌)
1．“_X”表示基材在测试前的清洗和绞干次数。
表8真菌侵袭(ASTM G21-90)
1．“__X”表示基材在测试前的清洗和绞干次数。
2． 0=没有发现生长1=微量生长。1-10％的样品表面被霉菌覆盖2=轻度生长。10-30％的样品表面被霉菌覆盖3=中度生长。30-60％的样品表面被霉菌覆盖4=重度生长。60％以上的样品表面被霉菌覆盖表9真菌侵袭(青霉)
1．“__X”表示基材在测试前的清洗和绞干次数。
2． 0=没有发现生长1=微量生长。1-10％的样品表面被霉菌覆盖2=轻度生长。10-30％的样品表面被霉菌覆盖
3=中度生长。30-60％的样品表面被霉菌覆盖4=重度生长。60％以上的样品表面被霉菌覆盖实施例10-16从粗梳的、交叉铺网的和针打孔的无纺织物制得无纺抹布，该无纺织物由20％人造丝纤维(纤维型号“18552”,1.5丹尼尔×51毫米，Courtalds Chemical Company,England)和80％聚(乙烯醇)纤维(纤维类型“VPB 202”,2.0丹尼尔×51毫米，KurarayKK,Japan)组成，基重为158克/平方米，厚度为2.3毫米。
制得的涂布液含有45.5克10％聚(乙烯醇)水溶液(“R1130”购自Kuraray KK,Japan),2.25克交联剂(“Tyzor 131”，购自DuPont Company,Wilmington,DE),0.22克硅胶(“Nalco 8676”，购自Nalco Chemical Company,Naperville,IL),1.0克OrcobriteRED BRYN 6002颜料(Organic Dyestuffs Corporation,Concord,NC)和154克去离子水。
将15克60目的脱乙酰壳多糖(Vanson,Redmond,WA)溶解在5％冰醋酸溶液中，然后用过量乙酸锌(Aldrich Chemical Company,Milwaukee,WI)与脱乙酰壳多糖反应而不凝胶化，制得离子/聚合物溶液。将测定量的该锌-脱乙酰壳多糖溶液加入前述涂布液中，以使干燥树脂中有所需水平的脱乙酰壳多糖。
用涂布液手工涂布30.5厘米×38.1厘米的混合无纺织物片，65.5℃干燥，在162.7℃下固化15分钟。固化完成后，手工洗涤样品，并与10％巯氧吡啶钠溶液反应30分钟。最后用温自来水手工清洗该制品。实施例11、13和15的制品的最后清洗是使制品在约66℃的水中浸泡3小时。在最终清洗后，测试每一制品的巯氧吡啶连接并按照真菌侵袭试验抗微生物(抗真菌)效果。这些测试的结果以及根据所述程序制得的每种抹布的描述报道在下表10中。描述内容中指出了干树脂中的脱乙酰壳多糖水平。
对比例E-H制备其它的制品用作下文报道的测试中的对比例。如实施例10-15所述制备制品，只是织物未经巯氧吡啶钠处理。对比例E制成含有0.7％(重量)脱乙酰壳多糖，对比例F制成含有1.4％(重量)脱乙酰壳多糖，对比例G制成含有1.8％(重量)脱乙酰壳多糖。对比例E制成涂布液中不加入脱乙酰壳多糖，而是将脱乙酰壳多糖粉末手工施加到最终成品上。测试数据列于表10中。
实施例17-25从粗梳的、交叉铺网的和针打孔的无纺织物制得用于实施例17-23以及实施例25的丙烯酸乳胶基抹布，该无纺织物由20％人造丝纤维(18552,1.5丹尼尔×51毫米，Courtalds Chemical Company,England)和80％聚(乙烯醇)纤维(VPB 202,2.0丹尼尔×51毫米，Kuraray KK,Japan)组成，基重为158克/平方米，厚度为2.3毫米。
制得的涂布液含有4.8克55.4％苯乙烯化的丙烯酸乳胶的水悬浮液(“T278”,B.F.Goodrich Company,Cleveland,OH),0.52克交联剂(“Primid XL-552”，购自Rohm andHaas Company,Philadelphia,PA),0.25克Orcobrite RED BRYN 6002颜料(OrganicDyestuffs Corporation,Concord,NC)和29.6克去离子水。
将15克60目的脱乙酰壳多糖(Vanson,Redmond,WA)溶解在5％冰醋酸溶液中，然后用过量乙酸锌(Aldrich Chemical Company,Milwaukee,WI)与脱乙酰壳多糖反应而不凝胶化，制得离子/聚合物溶液。将测定量的5％锌-脱乙酰壳多糖溶液加入上述涂布液中，以使成品的干燥树脂中有所需水平的脱乙酰壳多糖。
用涂布液手工涂布19厘米×21厘米的混合无纺织物片，65.5℃干燥，在107.2℃下固化15分钟。固化完成后，洗涤样品，并与10％巯氧吡啶钠溶液反应30分钟。在最终清洗后，立即测试一些抹布的巯氧吡啶连接并按照真菌侵袭试验抗微生物(抗真菌)效果。
实施例24的制品是根据实施例10-16的通用步骤制得的PVA基抹布，其经过锌-脱乙酰壳多糖-巯氧吡啶处理，且干涂层中的脱乙酰壳多糖浓度为1.5％(重量)。
对比例I-L制备制品用作对比例。对比例I和J的制品如实施例17-23和25那样来制备。对比例K和L的制品如实施例10-16所述那样制备。一些制品用添加了锌-脱乙酰壳多糖的涂布液处理，但随后未用巯氧吡啶处理。其它制品则是用不含锌-脱乙酰壳多糖的涂布液来制得，然后手工施加具体量的脱乙酰壳多糖干粉。关于制品以及真菌侵袭测试数据的描述列在表11中。
实施例26和27通过浸涂市售的无纺擦刷制品，制得擦手片。实施例26是购自Minnesota Miningand Manufacturing Company,St.Paul Minnesota的“Scotch-Brite”LP-96擦手片，实施例27是同样购自3M公司的“Scotch-Brite”LP-98擦手片。该片经锌-脱乙酰壳多糖溶液处理，并如实施例17那样制得。用机械绞干机除去过量的溶液。然后在120°F下干燥制品并置于有大约200毫升2000ppm巯氧吡啶钠溶液的塑料袋中。使制品在室温下静置反应30分钟。30分钟期满后，用自来水清洗制品，然后在测试巯氧吡啶摄取和微生物效果前再于120°F干燥数小时。
根据标准测试程序ASTM G21-90，评价这些样品的抗真菌效果28天。评价实施例27和28，实施例27的相同二份的等级为1.5，实施例28的相同二份的等级为1.0。等级为1表示发现有微量生长，1-10％的样品表面显示出一些真菌生长。等级2表示轻度生长，10-30％的样品被覆盖。
实施例10-16和对比例E-H根据用ASTM G21-90的生物体进行真菌侵袭，测试根据实施例10-16和对比例E-H制得的制品。在用测试生物体接种28天后，收集一式两份样品的数据。数据列于表10。
表10真菌侵袭测试结果
数据表明，将锌-脱乙酰壳多糖-巯氧吡啶复合物掺入抹布树脂配方能提供优良的抵抗真菌生长的保护作用。认为单用脱乙酰壳多糖(例如没有巯氧吡啶)不足以提供抵抗真菌生长的保护作用。对比例H的良好结果与经脱乙酰壳多糖处理但未经巯氧吡啶处理的样品的其它数据不一致。本发明的方法提供了一种经过抗微生物处理的抹布，该处理足以耐受手工洗涤。
实施例17-25和对比例I-L用标准测试程序ASTM G21-90所需的生物进行真菌侵袭试验，测试根据实施例17-25和对比例I-L制得的制品。在用测试生物体接种后28天，收集一式两份的数据。
首先用洗衣机对实施例21-25以及对比例K和L的制品进行洗涤循环，清洗温度在40-95℃之间。这些制品在市售的洗衣机(以“ASKO 20004”的商品代号购自ASKOUSA,Inc.ofRichardson,Texas)中洗涤，该洗衣机是能在20-95℃的水温下洗衣的前装载式装置。
洗涤后对这些制品进行真菌侵袭测试。测试数据以及每一测试制品的描述信息(包括干燥树脂中的脱乙酰壳多糖水平)列于表11中。
表11真菌侵袭测试结果
上述结果表明，根据本发明制得的制品具有优良的抵抗真菌生长的保护作用。真菌侵袭数据表明，单用锌-脱乙酰壳多糖没有提供足够的抵抗真菌生长的保护作用。另外，本发明为制品提供的抗微生物处理足以耐受中等温度(例如40℃)下的清洗/洗涤循环。然而，制品对在更极端的温度(如60-95℃)下清洗的耐用性较差。
尽管前述公开内容描述了本发明的较佳实施方案，但是本领域技术人员可以不脱离如所附权利要求所述的本发明精神和范围而对所公开的实施方案作变化和改动。
权利要求
1．一种制备抗微生物制品的方法，该方法包括提供基材；形成包含螯合聚合物和金属离子的溶液；将该溶液沉积到所述基材上；干燥该基材，形成经涂布的基材；和在经涂布的基材上加入增效剂，形成抗微生物制品。
2．根据权利要求1所述的方法，其中包含螯合聚合物和金属离子的溶液的形成包括(A)从聚葡糖胺、乙烯丙烯酸共聚物、聚羧酸和聚胺中选出一种螯合聚合物，(B)将该螯合聚合物溶解在酸中，形成酸性溶液，(C)制备金属离子的水溶液，和(D)将金属离子水溶液与酸性溶液混合。
3．根据权利要求2所述的方法，其中聚葡糖胺是脱乙酰壳多糖。
4．根据权利要求2所述的方法，其中金属离子水溶液的制备包括选择金属离子的盐并将该盐溶于水中。
5．根据权利要求4所述的方法，其中金属离子选自锌、锆、铁和铜。
6．根据权利要求1所述的方法，其中通过将该基材浸泡在溶液中并在浸泡后拧出基材中过量的溶液来将所述溶液沉积到基材上。
7．根据权利要求1所述的方法，其中基材在烘箱内105℃-120℃温度范围内干燥。
8．根据权利要求1所述的方法，其中向经涂布的基材中加入增效剂是这样实现的将增效剂溶于水中形成增效剂溶液，用该增效剂溶液处理经涂布的基材，干燥该基材，得到最终的抗微生物制品。
9．根据权利要求1所述的方法，其中增效剂选自烷基二硫代氨基甲酸盐、噻唑、咪唑、巯氧吡啶或其混合物。
10．一种处理基材以提供抗微生物制品的方法，该方法包括将包含螯合聚合物和金属离子的溶液沉积到基材上形成经涂布的基材；干燥该经涂布的基材；在干燥的经涂布的基材上加入增效剂，形成抗微生物制品。
11．根据权利要求10所述的方法，该方法还包括通过以下方法形成包含螯合聚合物和金属离子的溶液，(A)从聚葡糖胺、乙烯丙烯酸共聚物、聚羧酸和聚胺中选出一种螯合聚合物，(B)将该螯合聚合物溶解在酸中形成酸性溶液，(C)制备金属离子的水溶液，和(D)将金属离子水溶液与酸性溶液混合。
12．根据权利要求11所述的方法，其中聚葡糖胺是脱乙酰壳多糖。
13．根据权利要求11所述的方法，其中金属离子水溶液的制备包括选择金属离子的盐并将该盐溶于水中。
14．根据权利要求13所述的方法，其中金属离子选自锌、锆、铁和铜。
15．根据权利要求10所述的方法，其中通过将基材浸泡在溶液中并在浸泡后拧出基材中过量的溶液来将所述溶液沉积到基材上。
16．根据权利要求10所述的方法，其中基材在烘箱内105℃-120℃温度范围内干燥。
17．根据权利要求10所述的方法，其中向经涂布的基材中加入增效剂是这样实现的将增效剂溶于水中形成增效剂溶液，用该增效剂溶液处理经涂布的基材，干燥该基材，得到最终的抗微生物制品。
18．根据权利要求10所述的方法，其中增效剂选自烷基二硫代氨基甲酸盐、噻唑、咪唑、巯氧吡啶或其混合物。
全文摘要
本发明描述了一种制备抗微生物制品的方法,该方法包括提供一种基材;形成包含螯合聚合物和金属离子的溶液;将该溶液沉积到基材上;干燥该基材,形成经涂布的基材;和在经涂布的基材上加入增效剂,形成抗微生物制品。溶液的形成包括:(A)从聚葡糖胺、乙烯丙烯酸共聚物、聚羧酸和聚胺中选出一种螯合聚合物,(B)将该螯合聚合物溶解在酸中形成酸性溶液,(C)制备金属离子水溶液,和(D)将金属离子水溶液与酸性溶液混合。经涂布基材中加入增效剂是这样实现的:将增效剂溶于水中形成增效剂溶液,用该增效剂溶液处理经涂布的基材,干燥该基材,得到抗微生物成品。本发明提供了处理各种基材以赋予这些基材对某些微生物生长抗性的方法。
文档编号D06M15/03GK1311695SQ99809251
公开日2001年9月5日 申请日期1999年1月29日 优先权日1998年7月28日
发明者K·R·莱昂, M·M·小罗克 申请人:美国3M公司