DE4134540A1 - Desinfizierende keramikzusammensetzung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Keramikzusammensetzung mit
antibakteriellen und/oder desinfizierenden Eigenschaften,
insbesondere eine Keramikzusammensetzung, hergestellt durch
Einbau desinfizierender Metalle wie Silber, Kupfer und Zink
in eine Keramik durch Substituieren, sowie ein Polymer oder
eine Tapete, hergestellt durch Einarbeitung einer geeigneten
Menge der Keramikzusammensetzung.
Nachdem festgestellt worden war, daß Ionen von Metallen wie
Silber, Kupfer und Zink desinfizierende Wirkung haben,
wurden diese in Form organischer und/oder anorganischer
Metallsalze als Desinfizierungsmittel verwendet. Außerdem
ist bekannt, daß die Salze der erwähnten Metalle besonders
ausgeprägte desinfizierende Wirkung auf Escherichia coli,
Staphylococcus aureus, Bakterien der Gattung Bacillus,
Schimmelpilze, Hautflechten hervorrufende Pilze, Vibrionen,
Salmonellen und Karies erzeugende Bakterien ausüben.
Bisher wurden die erwähnten Metalle im flüssigen Zustand
verwendet. So z. B. wurden Silberionen als Desinfizierungs
mittel und/oder keimtötendes Mittel in Form einer Silber
nitratlösung verwendet. Da jedoch in flüssigem Zustand
schwierig zu arbeiten ist, keine beständige Wirkung erzielt
wird und die Wärmebeständigkeit gering ist, ist die Ver
wendung der flüssigen Form zwangsläufig beschränkt.
Zur Lösung dieses Problems wurde in den FR-PS 10 61 158 und
JP-PS 63-54 013 ein Verfahren zur Verwendung der erwähnten
desinfizierenden Metalle in einem Metallzeolithen entwic
kelt. Dies erreicht man dadurch, daß man die Na-Ionen des
Zeolithen durch Metallionen substituiert, da natürliche
und/oder künstliche Zeolithe Ionenaustauscheigenschaften
haben. Der auf diese Weise hergestellte Metallzeolith hat
eine relativ höhere Wärmebeständigkeit sowie Dauerhaftig
keit.
Ein ernstzunehmendes Problem dieses Verfahrens besteht
jedoch darin, daß die desinfizierenden Eigenschaften dadurch
beeinträchtigt werden, daß während der Trocknung und Sub
stitution ihre Porosität vermutlich vermindert wird. Ein
weiteres Problem dieses Verfahrens besteht darin, daß es
schwierig ist, die spezifische Oberfläche und den Molanteil
an SiO2 bzw. Al2O3 zu steuern. Ein weiteres Problem dieses
Verfahrens besteht darin, daß bei Erreichung der Sättigung
des Zeolithen, d. h. wenn er nicht weiter zu absorbieren
vermag, eine Beeinträchtigung seiner Wirksamkeit unvermeid
lich ist.
Ein weiteres ernstzunehmendes Problem dieses Verfahrens
besteht in der geringen Verträglichkeit für Lebewesen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist somit die Herstellung eines
leicht zu produzierenden keramischen Materials mit beständi
gen desinfizierenden Eigenschaften, das für den menschlichen
Körper schädliche Schwermetalle einfängt und im FIR-Bereich
strahlt, was einen positiven Einfluß auf Lebewesen ausübt.
Diese Aufgaben können dadurch gelöst werden, daß man ein
Material, das durch Verbrennung von Knochen von Vertebraten
wie Rindern, Schweinen usw. oder einer phosphorhaltigen
Verbindung und eines Erdalkalimetalls wie künstlicher Apatit
als Ausgangsstoff verwendet und diesen Grundstoff mit Metal
len mit desinfizierenden und unschädlichen Eigenschaften wie
Silber, Kupfer oder Zink umsetzt.
Beispiele für die Ausgangsstoffe, die erfindungsgemäß ver
wendet werden können, sind Erdalkalimetalle und Phosphor
enthaltende Verbindungen wie bei hoher Temperatur verbrannte
granulierte Vertebratenknochen oder Crustaceen, fossiles
Vertebratenmaterial, künstlicher Apatit, Calciumphosphat
erz, Tricalciumphosphat (TCP), Mg3(PO4)2 · 5 H2O, MgO · 3 SiO2 · xH2O
und Sr(C3H5OH)2 · 3 H2O. Calcium und Phosphor enthaltende Ver
bindungen sind jedoch besonders vorzuziehen, da sie auf
schädliche Bakterien desinfizierend wirken und außerdem für
den menschlichen Körper wertvolle Bakterien aktivieren.
Demgegenüber haben Barium oder Magnesium enthaltende Ver
bindungen den Nachteil, daß sie sich in Wasser leicht lösen.
Mit diesen Ausgangsstoffen kann durch Reaktion mit verschie
denen Arten von Metallen mit desinfizierenden und unschädli
chen Eigenschaften wie Silber, Kupfer oder Zink das des
infizierende erfindungsgemäße keramische Material herge
stellt werden. Da die Ionisierungstendenzen der beschriebe
nen Metalle (Silber, Kupfer und Zink) geringer sind als die
der Erdalkalimetalle, wenn diese Metalle mit Erdalkalimetal
le enthaltenden Verbindungen umgesetzt werden, ist eine
Substitutionsreaktion zwischen diesen Metallen zu erwarten.
Die Menge dieser Metalle hängt von der Art der verwendeten
Ausgangsstoffe ab. Wird Knochengranulat als Ausgangsstoff
verwendet, liegt im Falle von Silber die geeignete Menge
unter 25 Gew.-% des Trockengewichts des Ausgangsmaterials
und bei 10 Gew.-%, wenn Kupfer oder Zink verwendet wird. Bei
Überschreiten der angegebenen Menge können mehr Metallionen
frei werden, als für den menschlichen Körper erforderlich
sind, was einen negativen Einfluß auf diesen ausüben kann.
Da außerdem der Anteil der Erdalkalimetalle, die nicht
substituiert werden können, dann relativ klein wird, kann
die Fähigkeit Schwermetalle einzufangen, was eines der
Hauptziele der Erfindung ist, zu stark abgeschwächt werden.
Im Falle der Substitutionsreaktion zwischen den desinfizie
renden Metallen und den Ausgangsstoffen entsprechend dem
oben angegebenen Verhältnis können Keramikstoffe hergestellt
werden, die aufgrund der desinfizierenden, durch Substitu
tion eingebauten Metalle desinfizierende Eigenschaften
haben. Außerdem können die Erdalkalimetalle, die nicht
substituiert werden, für den Menschen schädliche Schwerme
tallionen wie Hg++, Pb++ und Cd++ durch Substitution einfangen
und schließlich noch schädliche Anionen wie Cl⁻ und F⁻ fest
halten.
Beispiele für besonders bevorzugte Ausgangsstoffe für die
Herstellung von Materialien für Behälter bzw. Verpackungs
material für Nahrungsmittel sind Ca und P enthaltende Ver
bindungen wie TCP, künstlicher Apatit oder Ca10(PO4)6(OH)2
(Hauptanteil der Zusammensetzung von granulierten Wirbel
tierknochen).
Künstlicher Apatit ist jedoch zu teuer und TCP hat eine
geringere Verträglichkeit mit dem menschlichen Körper als
Knochengranulat. Werden die Ausgangsstoffe für andere Zwecke
als für Behälter zur Lagerung von Nahrungsmitteln und ande
ren in der Küche verwendeten Waren verwendet, kommen als
solche auch TCP und Calciumphosphaterz in Frage.
Werden Wirbeltierknochen bei 1000°C verbrannt, verdampfen
die meisten organischen und anorganischen Substanzen, wobei
der Rückstand ein poröses Material ergibt, das zur problem
losen Absorption von Verunreinigungen und Schwermetallen
verwendet werden kann. Diese können somit die Aufnahme von
Schwermetallen begünstigen. In sehr feiner Form granuliert
(durchschnittliche Teilchengröße unter 0,2 µm), weist das
poröse Material eine spezifische Oberfläche von ca.
200 m2/g auf. Da dieses Granulat im fernen Infrarotbereich
strahlt, kann es zur Herstellung von FIR-Keramik verwendet
werden.
Außerdem kann bei Verwendung von Ausgangsstoffen wie künst
lichen Knochen oder Zähnen beim Menschen durch Zugabe einer
entsprechenden Menge der angeführten desinfizierenden Metal
le die Häufigkeit von Entzündungen kariöser Zähne nach einer
Operation stark gesenkt werden. Zudem kann ein Nahrungs
mittelbehälter, der aus Ausgangsstoffen hergestellt wurde,
die ein Calciumsalz enthalten, wie z. B. das erwähnte Kno
chengranulat, zur Geschmacksverbesserung von Wasser oder
Wein beitragen, da eine geringe Menge an Calciumionen ausge
waschen wird und diese dem menschlichen Körper zugeführt
wird, wo sie unter Umständen in unzureichender Menge vorhan
den sind.
Hergestellt werden 1000 g Knochenpulver durch Verbrennen von
Rinderknochen bei 1000°C unter nachfolgender Granulierung zu
feinem Pulver mit einem Teilchendurchmesser von 0,1 µm.
Danach werden 33 g AgNO3 in 1500 ml Wasser gelöst. Das Kno
chenpulver wird dann mit der erhaltenen Lösung gemischt und
2 Stunden lang bei 25°C gerührt. Nach der Ausfällung wird
der flüssige Anteil entfernt, wonach man 5000 ml Wasser
zugibt, eine Stunde lang rührt und den restlichen Flüssig
anteil aufnimmt. Danach wird so lange gewaschen, bis bei
Zugabe einiger Tropfen 0,1 N HCl zur Flüssigkeit kein weite
rer weißer Niederschlag mehr erhalten wird. Schließlich
fällt der Feststoff aus, wonach er mit Heißluft (100°C)
getrocknet wird, wodurch man C1 erhält.
13 g CuSO4 werden in 1500 ml Wasser gelöst. Danach mischt man
1000 g des nach Beispiel 1 erhaltenen Knochenpulvers mit der
erhaltenen Lösung, rührt das Gemisch 3 Stunden lang, wonach
es ausfällt. Danach wird weitergewaschen, bis bei Zugabe
einiger Tropfen K4Fe(CN)6 zum Flüssiganteil des Gemisches
kein rötlichbraunes Reaktionsprodukt mehr festgestellt wird.
Danach wird der Feststoff abgetrennt. Durch Trocknen des
Feststoffes mit Heißluft bei 100°C erhält man C2.
11 g ZnCl2 werden in 2000 ml Wasser gelöst. Danach mischt man
1000 g des nach Beispiel 1 erhaltenen Knochenpulvers mit der
erhaltenen Lösung, rührt das Gemisch 3 Stunden lang, wonach
es ausfällt. Danach wird weitergewaschen, bis bei Zugabe
einiger Tropfen 0,1 N AgNO3 kein weißer Niederschlag mehr
festgestellt wird. Danach wird der Feststoff abgetrennt.
Durch Trocknen des Feststoffes mit Heißluft bei 100°C erhält
man C3.
Man mischt die Substanzen C1, C2 und C3 jeweils mit Polypro
pylen bei einem Gewichtsanteil der 3 Substanzen von jeweils
2%. Mit diesen Gemischen werden durch Spritzguß bei 200°C
3 Nahrungsmittelbehälter hergestellt. Diesen wird jeweils
ein Stück entnommen und als Probe verwendet (D1, D2 und D3).
Nachfolgend sind die FIR-Strahlungswerte für die Proben D1
bis D3, gemessen bei einer Wellenlänge von 10 µm, angeführt.
C1, C2 und C3 werden jeweils mit einer üblichen Schlichte
bei einem Gewichtsanteil der 3 Substanzen von jeweils 3%
gemischt. Durch Schlichten jedes der Gemische stellt man
3 verschiedene Tapeten her. Diesen wird jeweils ein Stück
entnommen und als Probe verwendet (E1, E2 und E3). Herge
stellt wird auch eine Probe aus einer Tapete, die mit dem
obigen Schlichtemittel allein hergestellt wurde. Sie wird
als E4 bezeichnet.
Um die antibakteriellen Eigenschaften der Proben E1 bis E4
zu testen, werden diese in einen verdunkelten Raum mit einer
relativen Feuchtigkeit von 90% einen halben Monat lang
gehalten. Danach werden sämtliche Proben auf Schimmelbildung
untersucht. Die dabei erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 2
zusammengefaßt.
Bei Probe E2 setzte die Schimmelbildung nach einem Zeitraum
von etwas über 10 Tagen ein, stieg jedoch nicht an, während
bei E4 die Schimmelbildung nach 7 Tagen begann und weiter
zunahm. Bei E1 und E3 wurde während des gesamten Zeitraums
von 15 Tagen keine Schimmelbildung festgestellt.
Claims (5)
1. Desinfizierende keramische Zusammensetzung, dadurch
gekennzeichnet, daß sie hergestellt wurde
durch Substituierung eines feinen Pulvers, gewonnen durch
Granulierung einer ein Erdalkalimetall und Phosphor enthal
tenden Verbindung, mit einem oder mehreren Metallen der
Gruppe Silber, Kupfer und Zink.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Erdalkalimetall Calcium
ist.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Verbindung durch Granu
lierung von bei relativ hoher Temperatur verbrannten Wirbel
tierknochen gewonnen wurde.
4. Erzeugnis, dadurch gekennzeichnet,
daß es 0,1 bis 20 Gew.-% einer desinfizierenden keramischen
Zusammensetzung, hergestellt durch Substituierung eines
feinen Pulvers, gewonnen durch Granulierung einer ein Erdal
kalimetall und Phosphor enthaltenden Verbindung mit einem
oder mehreren Metallen der Gruppe Silber, Kupfer und Zink,
enthält.
5. Erzeugnis nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß es eine Tapete, einen Nahrungsmittel
behälter oder einen künstlichen Knochen oder Zahn für medi
zinische Zwecke darstellt.
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