專利名稱：包括聚酰胺載體和單質(zhì)銀納米顆粒的用于水滅菌的抗微生物材料的制作方法
包括聚酰胺載體和單質(zhì)銀納米顆粒的用于水滅菌的抗微生
物材料本發(fā)明涉及由包含抗微生物劑和載體的顆粒組成的抗微生物材料，并具體地涉及可通過抑制水中的微生物生長用來對水滅菌的抗微生物材料。本發(fā)明還涉及包含抗微生物材料的制品和包含抗微生物材料或制品的設備。本發(fā)明還涉及用于制備抗微生物材料的方法并涉及a)抗微生物材料；b)制品；和C)設備在水處理系統(tǒng)/器具、水過濾器、游泳池、 渦旋浴缸(whirlpool)、水供應容器、水存儲中的用途以及用于飲用水處理的用途。如今，地球上超過1億人不能獲取干凈的飲用水。盡管我們地球的70%是水，但這些水僅有2. 5%可用于飲用目的。剩下的是鹽水，不適于飲用。不安全的水和基礎衛(wèi)生設施缺乏引起所有病(sickness)和疾病的80%，并且每年比所有形式的暴力(包括戰(zhàn)爭) 殺死更多的人。發(fā)展中國家的許多人特別是女人和孩子每天步行超過3小時去取得有可能使他們生病的水。每天花費這些時間是關鍵的因為它們妨礙人們?nèi)W?；蚬ぷ鳌：⒆訉Σ话踩暮蠊绕涿舾?。由于不安全的水和基礎衛(wèi)生設施缺乏，每周有超過40，000孩子死亡。這些死亡孩子的90%在5歲以下。假設在未來幾年里人口如預期的那樣快速增長，預計這個問題會擴大化。因而，人們需要能夠允許全球的大量人口容易地獲取下述飲用水的解決方案，所述飲用水相應地會顯著限制疾病蔓延并改善這些人的生活質(zhì)量。對于該問題的解決，對不安全飲用水進行水滅菌(抑制居住在水中的微生物繁殖)是關鍵性的。已知的水滅菌技術是a)煮沸水)；b)使用氯和銀片)；C)使用碘；d) 過濾；和e)過濾和使用鹵素的組合。不幸地，這些水滅菌方法沒有一種能提供關鍵參數(shù)的組合，所述關鍵參數(shù)例如是高抗微生物效率、低花費并容易維持、沒有與特殊的抗微生物劑 (例如碘不推薦用于孕婦、孩子和患有甲狀腺病的人)相關的對人類健康的風險、既可小規(guī)模應用又可以大規(guī)模應用從而既可以適用于小規(guī)模(家用)水滅菌又適用于大規(guī)模(村莊、城鎮(zhèn)等等)水滅菌?？刮⑸飫┍硎尽苍诒景l(fā)明的上下文中——殺死微生物或使微生物生長慢下來的藥物、化學物質(zhì)、化學藥品或其他物質(zhì)?？刮⑸飫┲杏锌咕幬?、抗病毒劑、抗真菌劑和抗寄生蟲藥物(antiparisitic drug)。銀作為抗微生物劑已久為人知。銀的抗菌效果取決于活性物質(zhì)的特性和濃度、細菌類型、活性物質(zhì)的表面積、細菌濃度、可消耗活性物質(zhì)并降低其活性的物質(zhì)濃度和/或表面積、失活機制等等。US 5011 602公開了適于滅菌水(抑制水中的微生物增殖)的抗微生物材料。在 US 5011 602中公開的抗微生物材料包含載體(無定形硅鋁酸鹽、活性粘土、合成或天然結(jié)晶硅鋁酸鹽、硅膠、氧化鋁、海泡石、粘土材料)，其含抗微生物劑(金屬例如銀、銅、鋅、汞、 鉛、錫等等的離子和化合物)；和載體周圍的多孔織物，其允許水和微生物通過那里。所述織物被用來過濾可引起粘泥形成的污染物，所述粘泥由于本文上述解釋的原因而不被期望。盡管US 5011 602提供了防止抗微生物材料滲漏到織物外面的技術方案，但是需要特別的小心來制備應當具有足夠機械強度以耐受抗微生物材料重量的織物。此外，織物還應當具有適宜的孔尺寸，以平衡a)在抗微生物材料內(nèi)/外的水和微生物的自由流動；和b)隨著時間推移在水和粘泥中具有污染物的織物孔的堵塞。如果考慮到全球水中的水污染物既不是特性相同也不是濃度相同，材料的物理、化學和機械性質(zhì)的微調(diào)會變得甚至更困難。而且，鑒于織物孔最終會被水污染物和粘泥堵塞，US 5011 602的抗微生物材料需要用新的材料來代替。而且，萬一其中US 5011 602的載體(其含抗微生物劑)從織物中滲漏， 例如由于織物/抗微生物材料的誤用/不好用、織物的結(jié)構損壞、織物意外撕裂，接著載體會被分散進水中，這會對最終飲用被認為不含微生物但實際有分散的載體材料的水的人造成進一步的健康風險。對于例如大的水容器或儲藏區(qū)，其在給大量人口供水中是非常重要的，也難以想象該解決方案是經(jīng)濟有效和容易擴大規(guī)模的。如果能提供在家庭和/或社區(qū)水庫中用于滅菌儲備水的下述解決方案會是有優(yōu)勢的，所述解決方案是牢固的、經(jīng)濟有效的、容易擴大規(guī)模和維護的、具有增強的抗微生物活性、可直接追蹤抗微生物效果并且不對人類引起健康風險。本發(fā)明的目標是解決這些問題或缺點的一些或全部，例如本文就US 5011 602指出的問題或缺點。因而，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種由包含抗微生物劑㈧和載體⑶的顆粒組成的抗微生物材料，其中a.抗微生物材料是粒狀材料；b.至少90% w/w顆粒具有根據(jù)方法DIN 66165-1/-2測量的范圍從1. Omm到高至 8. Omm(包括8. Omm在內(nèi))的顆粒尺寸；c.至少90% w/w顆粒具有等于或小于8的長徑比R ；d.抗微生物劑(A)包含單質(zhì)銀納米顆粒，所述單質(zhì)銀納米顆粒在載體(B)中混合；e.抗微生物劑㈧以從0. 001% w/w到高至2% w/w(包括2% w/w)范圍內(nèi)的量在抗微生物材料上存在；f.載體⑶包含聚酰胺；g.載體(B)以從98% w/w到高至99. 999% w/w (包括99. 999% w/w)的范圍內(nèi)的量在抗微生物材料上存在。本發(fā)明的效果是，其提供了具有下述優(yōu)勢中的至少一種、更優(yōu)選至少兩種、甚至更優(yōu)選至少三種、最優(yōu)選至少四種或五種的抗微生物材料i)是牢固的；ii)是容易從不期望的沉積物中清潔的；iii)具有增強的抗微生物活性；iv)是容易擴大規(guī)模并維護的；ν)能直接追蹤隨著時間推移其抗生物活性；vi)不引起健康風險。關于“牢固的”表示抗微生物材料在其使用期間保持結(jié)構完整性。關于“容易從不期望的沉積物中清潔”表示，有溫和搖動例如IOrpm的幫助下，抗微生物材料存在容易清潔和/或自我清潔性質(zhì)，因為不期望的沉積物例如海藻或者一點也不在抗微生物材料表面上附著，或者沉積物一旦在抗微生物材料表面上附著，它們可被容易地去除。
關于“增強的抗微生物活性”表示，抗微生物材料在較長的時期展示抗微生物活性。關于“容易擴大規(guī)模并維護”表示，抗微生物材料可在家庭中使用或在大的社區(qū)應用中使用，而不需對其制造生產(chǎn)進行特別改造，并且對于其維護不必有專門的技術人員。關于“直接追蹤隨著時間推移其抗生物活性”表示抗微生物材料提供了與其抗生物活性改變直接相關的可視化褪色。關于“不引起健康風險”表示由抗微生物材料向水中釋放的銀濃度是低的，而抗微生物材料仍然是有活性的。根據(jù)World Health Organization (WHO)和關于“Silver in Drinking Water，，[首先才艮道于Guidelines for drinking-water quality, 2nd ed. ,Vol. 2， Health criteria and other supporting information (WHO, Geneva 1996)]的 艮道的結(jié)論，當銀鹽用來保持有細菌的飲用水質(zhì)量時，高至0. Img/升的銀的濃度可被容忍，而沒有健康風險。US 5011 602對根據(jù)本發(fā)明的抗微生物材料及其有益效果沒有記載或教導。在本發(fā)明中，抗微生物材料是包含抗微生物劑的材料并且當抗微生物材料與a) 微生物和b)水和/或氧氣接觸時，其會通過殺死它們和/或抑制它們增殖而使它們失活。 如果抗微生物材料不暴露于微生物和/或水和/或氧氣或上述的任一種時，其在本發(fā)明的上下文中仍然會被稱為抗微生物材料，但明顯地其抗微生物作用不會被展示出來。如果抗微生物材料不暴露于微生物和/或水和/或氧氣或上述的任一種，其仍將能展示抗微生物活性并適于抗微生物應用。顆粒被定義為小的物體，其a)具有如本文中隨后描述的尺寸并且b)就其運輸和性質(zhì)而言作為一個整的單元起作用。在本發(fā)明的上下文中，術語微粒(granule)、顆粒 (particle)和細粒(grain)可交換使用。粒狀材料是離散固體、肉眼可見顆粒的團塊，其特征是無論何時顆粒相互作用會導致能量損失(最常見的例子是細粒間碰撞時的摩擦)。組成粒狀材料的組分必須足夠大， 使得它們不會經(jīng)受熱運動波動。因而，在粒狀材料中的細粒的尺寸下限是大約1 μ m。在本發(fā)明的上下文中，粒狀材料是指含有具有如根據(jù)本文下文描述的方法測量的范圍在從1到高至8mm(包括8mm在內(nèi))的顆粒尺寸的微粒的材料。顆?？梢砸圆煌姆绞椒诸悾绺鶕?jù)它們的顆粒尺寸及其范圍。定義顆粒種類界限的顆粒尺寸范圍已例如在美國使用的溫氏分級表(Wentworth scale或 Udden-Wentworth)中給出名稱，并且由 C. K. Wentworth 已在"A scale of grade and class terms for clastic sediments，，，J. Geology 30:377-392(1922)中報道。溫氏分級表在表 1中以摘要概括形式描述。表1 根據(jù)溫氏分級表(本發(fā)明涉及的顆粒種類以粗體方式)的顆粒分類
權利要求
1.一種抗微生物材料，其由包含抗微生物劑(A)和載體(B)的顆粒組成，其特征在于a.所述抗微生物材料是粒狀材料；b.至少90%w/w的所述顆粒具有根據(jù)方法DIN 66165-1/-2測量的范圍在1.0mm到高至8. Omm并且包括8. Omm在內(nèi)的顆粒尺寸；c.至少90%w/w的所述顆粒具有等于或小于8的長徑比R ；d.所述抗微生物劑(A)包含單質(zhì)銀納米顆粒，所述單質(zhì)銀納米顆?；煸谒鲚d體(B)中；e.所述抗微生物劑(A)以范圍在0.001% w/w到高至2% w/w并且包括2% w/w在內(nèi)的量在抗微生物材料上存在；f.所述載體(B)包含聚酰胺；g.所述載體(B)以范圍在98%w/w到高至99. 999% w/w并且包括99. 999% w/w在內(nèi)的量在抗微生物材料上存在。
2.根據(jù)權利要求1的材料，其中至少90%w/w的所述顆粒具有等于或小于30°的水下摩擦角度。
3.根據(jù)權利要求1或2的材料，其中所述納米顆粒具有等于或小于IOOnm的平均顆粒尺寸和小于50%的％締合度。
4.根據(jù)權利要求1-3中任一項的材料，其中所述粒狀材料的顆粒尺寸在1.5mm到高至 5. Omm并且包括5. Omm的范圍內(nèi)，所述長徑比R在1. 0到高至6. 0并且包括6. 0的范圍內(nèi)， 所述顆粒具有范圍在2到高至并且包括觀°在內(nèi)的水下摩擦角度，在抗微生物材料上的所述抗微生物劑(A)的量在0. 001% w/w到高至1. 8% w/w并且包括1. 8% w/w的范圍內(nèi)，并且在抗微生物材料上的所述載體(B)的量在98. 2% w/w到高至99. 999% w/w并且包括99. 999% w/w的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權利要求1-4任一項的材料，其中所述聚酰胺選自由尼龍_6、尼龍_6，6、尼龍_4，6及其混合物組成的組。
6.用于制備根據(jù)權利要求1-5任一項的粒狀抗微生物材料的方法，其包括下列步驟a.將聚酰胺與用包含作為陽離子的銀的化合物干燥混合，從而形成預混物；b.在下述溫度下混合并加熱所述預混物一段時間，所述溫度為 i)適于流出所述聚酰胺而不分解它； )適于分解所述化合物；c.擠出、冷卻和切割；d.收集具有小于8mm并大于Imm的顆粒尺寸的微粒。
7.一種制品，其包含根據(jù)權利要求1-5任一項的粒狀抗微生物材料和包含所述粒狀材料的包封體。
8.根據(jù)權利要求7的制品，其中所述包封體是容器。
9.根據(jù)權利要求7的制品，其中所述包封體是多孔可透水包封體，其中多孔可透水包封體具有下述孔，所述孔具有阻止所述粒狀抗微生物材料從所述多孔可透水包封體散出的直徑。
10.由零件的組合體組成的設備，其包含一個含有根據(jù)權利要求9的制品或根據(jù)權利要求1-5任一項的粒狀抗微生物材料的零件。
11.a)根據(jù)權利要求1-5任一項的粒狀抗微生物材料；或b)根據(jù)權利要求7-9任一項的制品；或c)根據(jù)權利要求10的設備；用于水處理尤其用于飲用水處理的用途。
12.根據(jù)權利要求1-5任一項的粒狀抗微生物材料用于抗微生物應用的用途，其中所述粒狀抗微生物材料以允許所述粒狀抗微生物材料展示其抗微生物活性的量和形式使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及由包含抗微生物劑(A)和載體(B)的顆粒組成的抗微生物材料，其中所述抗微生物材料是粒狀材料；至少90％w/w的顆粒具有根據(jù)DIN 66165-1/-2方法測量的范圍在從1.0mm到高至8.0mm并且包括8.0mm在內(nèi)的顆粒尺寸；至少90％w/w的顆粒具有等于或小于8的長徑比R；所述抗微生物劑(A)包含單質(zhì)銀納米顆粒；所述抗微生物劑(A)以在從0.001％w/w到高至2％w/w并且包括2％w/w的范圍內(nèi)的量在抗微生物材料上存在；所述載體(B)是包含聚酰胺的聚合物；所述載體(B)以在從98％w/w到高至99.999％w/w并且包括99.999％w/w的范圍內(nèi)的量在抗微生物材料上存在。本發(fā)明還涉及包含所述粒狀抗微生物材料的制品、包含所述粒狀抗微生物材料或所述制品的設備。本發(fā)明也涉及用于制備所述粒狀抗微生物材料的方法和所述粒狀抗微生物材料或包含所述粒狀抗微生物材料的制品或設備在水處理系統(tǒng)/器具、水過濾器、游泳池、渦旋浴缸、水供應容器、水存儲中的用途以及用于飲用水處理的用途。
文檔編號A01P1/00GK102469795SQ201080034722
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權日2009年8月3日
發(fā)明者亞歷山大·彼得·瑪瑞·沃澤恩, 雅各布斯·龍?zhí)亟芏魉?申請人:帝斯曼知識產(chǎn)權資產(chǎn)管理有限公司