TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft antibakterielle Mittel und
insbesondere antibakterielle Mittel, die als wirksame Bestandteile ein
Phosphoniumsalz mit Vinylgruppen und/oder ein Phosphoniumsalzpolymer, in
dem das Phosphoniumsalz, ein Monomer, polymerisiert ist, umfassen.
HINTERGRUND DES FACHGEBIETS
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In den letzten Jahren wurde eine Vielfalt von antibakteriellen
Mitteln auf den Gebieten der Industrie, der Landwirtschaft, der
Lebensmittelindustrie und dergleichen verwendet.
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Obwohl der größere Teil der früher verwendeten synthetisch
hergestellten antibakteriellen Mittel hochtoxisch war, hat die Forschung
Fortschritte in Richtung auf antibakterielle Mittel mit verminderter
Toxizität gemacht und immobilisierte antibakterielle Mittel des polymeren
Typs entwickelt, die wasserunlöslich sind und geringe Toxizität aufweisen.
Diese immobilisierten antibakteriellen Mittel können antibakterielle
Wirksamkeit auf die Oberfläche von verschiedenen Materialien übertragen und
sind so auf verschiedenen Gebieten einschließlich der Textilindustrie
verwendet worden, wo zum Beispiel antibakterielle Mittel auf der Oberfläche
von antibakteriellen und desodorierenden Textilien immobilisiert werden.
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Es wird berichtet, daß in den immobilisierten antibakteriellen
Mitteln des polymeren Typs die antibakteriellen Mittel selbst in einer an
Polymere, wie z.B. Polyvinyl, Polyacrylat, Polymethacrylat, Polyester und
Polyamid, anhängenden Form immobilisiert sind. Zum Beispiel werden
Alkylpyridiniumsalze und Alkyldimethylbenzylammoniumsalze durch Polyvinylketten.
Biguanide durch Polyacrylatketten und Polymethacrylatketten und
Alkylpyridiniumsalze durch Polyesterketten und Polyamidketten immobilisiert.
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Die meisten der praktisch verwendeten oder in der Erforschung
befindlichen immobilisierten antibakteriellen Mittel sind diejenigen von
quaternären Ammoniumsalzen.
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Weiterhin ist ein bestimmter Typ von Phosphoniumsalzverbindung als
biologisch aktive Substanzen bekannt, die ein breites antibakterielles
Spektrum gegenüber Bakterien, Pilzen und Algen aufweisen, wie z.B.
verschiedene stickstoffhaltige Verbindungen (japanische offengelegte
Patentschriften 57-204286, 63-60903, 1-93596, 2-240090 und 62-114903).
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Obwohl die immobilisierten antibakteriellen Mittel vom Typ eines
quaternären
Ammoniumsalzes ein breites antibakterielles Spektrum aufweisen,
haben sie bei kurzen Einwirkungszeiten nicht genügend antibakterielle
Wirksamkeit, um Mikroorganismen zu beeinflussen. Antibakterielle Mittel vom
Typ einer Phosphoniumsalzverbindung haben ebenfalls nicht genügend
antibakterielle Wirksamkeit, und Vinylbenzylphosphoniumsalzverbindungen
gemäß der vorliegenden Erfindung sind noch nicht offenbart worden.
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Ethylenisch ungesättigte ionische Phosphoniumsalze werden in der US-
Patentschrift 3065272 zur Verwendung als Anionenaustauscherverbindungen,
Radikalfänger, Zwischenverbindungen und als Monomere für Polymere zur
Verwendung als Ionenaustauscherharze und Maskierungsmittel ebenso wie als
temperaturbeständige Laminate, nicht entflammbare Formlinge und Extrusionen
beschrieben.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die
vorstehend erwähnten Probleme zu überwinden und antibakterielle Mittel
bereitzustellen, die ein breites antibakterielles Spektrum aufweisen und
genügend antibakterielle Wirksamkeit während einer kurzen Einwirkungszeit
haben.
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Im Ergebnis einer intensiven Forschung haben die Erfinder jetzt
entdeckt, daß bestimmte Arten antibakterieller Mittel vom Typ einer
Phosphoniumsalzverbindung mit Vinylgruppen die vorstehend erwähnten
Probleme lösen können.
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Das bedeutet, daß in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ein antibakterielles Mittel bereitgestellt wird, das als aktiven
Bestandteil ein Vinylbenzylphosphoniumsalz der allgemeinen Formel (I):
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umfaßt, in der R&sub1;, R&sub2; und R&sub3; jeweils ein Wasserstoffatom, eine lineare oder
verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, eine Arylgruppe,
eine Hydroxylgruppe oder eine alkoxysubstituierte Alkyl-, Aryl-, oder
Aralkylgruppe ist, und X&supmin; ein Anion ist; und/oder ein
Phosphoniumsalzpolymer, in dem das Vinylbenzylphosphoniumsalz, ein Monomer, polymerisiert
ist.
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In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das
vorstehend erwähnte antibakterielle Mittel bereitgestellt, in welchem ein
Phosphoniumsalzpolymer ein Homopolymer eines Phosphoniumsalzes der
allgemeinen Formel (II):
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ist, in der R&sub1;, R&sub2; und R&sub3; jeweils ein Wasserstoffatom, eine lineare oder
verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, eine Arylgruppe,
eine Hydroxylgruppe oder eine alkoxysubstituierte Alkyl-, Aryl- oder
Aralkylgruppe ist; X&supmin; ein Anion ist; und n eine ganze Zahl von 2 oder mehr
ist.
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In einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das
vorstehend erwähnte antibakterielle Mittel bereitgestellt, in welchem das
Phosphoniumsalzpolymer ein Copolymer ist, dessen Polymerisationsgrad 2 oder
mehr beträgt und das besteht aus 1 bis 99 Mol-% Struktureinheiten der
allgemeinen Formel (III):
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in der R&sub1;, R&sub2; und R&sub3; jeweils ein Wasserstoffatom, eine lineare oder
verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, eine Aryl- oder eine
Aralkylgruppe ist und die Alkyl-, Aryl- und Aralkylgruppen möglicherweise
hydroxyl- oder alkoxysubstituiert sind, X&supmin; ein Anion ist; und 99 bis 1
Mol-% Struktureinheiten der allgemeinen Formel (IV):
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in der R&sub4; ein Wasserstoffatom, eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit
1 bis 4 Kohlenstoffatomen, eine substituierte oder unsubstituierte Phenyl -,
Amido-, Nitril-, Pyridinyl-, Hydroxyl-, Acetoxy-, Alkoxy- oder
Carbazolylgruppe, ein Lactam oder eine Carbonsäurekette und deren Derivate
ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung soll nachstehend weiter erläutert werden.
Das antibakterielle Mittel der vorliegenden Erfindung umfaßt als aktiven
Bestandteil ein Vinylbenzylphosphoniumsalz der vorstehend erwähnten Formel
(I) an sich und/oder ein Homopolymer, in dem die Verbindung der vorstehend
erwähnten Formel (I), ein Monomer, polymerisiert ist, oder ein Copolymer,
in dem die Verbindungen der vorstehend erwähnten Formel (I) und eine
weitere monomere Vinylverbindung, die in der Lage ist, mit der Verbindung
der Formel (I) zu copolymerisieren, polymerisiert sind.
(VINYLBENZYLPHOSPHONIUMSALZ)
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Vinylbenzylphophoniumsalz, eines der wirksamen Bestandteile in dem
antibakteriellen Mittel der vorliegenden Erfindung, ist die Verbindung der
Formel (I). Zu Beispielen für R&sub1;, R&sub2; und R&sub3; in der Formel (I) gehören
Alkylgruppen, wie z.B. Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyl-, Pentyl-, Hexyl-,
Heptyl-, Octyl- und Dodecylgruppen; Arylgruppen, wie z.B. Phenyl-,
Tolyl- und Xylylgruppen; Aralkylgruppen, wie z.B. Benzyl- und Phenytylgruppen;
diejenigen mit Hydroxyl-, Alkoxy- und andersartig substituierten Gruppen;
vorzugsweise Alkylgruppen, wie z.B. Heptyl- und Octylgruppen; Arylgruppen,
wie z.B. Phenyl- und Tolylgruppen; und stärker bevorzugt Octyl- und
Phenylgruppen. R&sub1;, R&sub2; und R&sub3; können gleiche oder verschiedene Gruppen sein.
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Wenn R&sub1;, R&sub2; und R&sub3; niedere Alkylgruppen, wie z.B. Ethyl- oder
Butylgruppen, sind, ist das antibakterielle Mittel in Wasser löslich und
wird in organischen Lösungsmitteln, wie z.B. Alkohol und dergleichen,
gelöst. Wenn im Gegensatz dazu R&sub1;, R&sub2; und R&sub3; höhere Alkylgruppen, wie z.B.
Pentyl-, Hexyl- oder Octylguppen, sind, nimmt die Löslichkeit des
antibakteriellen Mittels in Wasser ab. Zu Beispielen für X&supmin;, einem Anion,
gehören Halogenionen, wie z.B. Fluor, Chlor, Brom oder Iod; Carboxylionen,
wie z.B. Ameisensäure, Essigsäure oder Oxalsäure; Schwefelsäureionen,
Phosphorsäureionen, Methyl- oder Dimethylphosporsäureionen. Ethyl- oder
Diethylphosphorsäureionen, Antimonfluoridionen Phosphorfluoridionen,
Arsenfluoridionen, Borfluoridionen, Perchlorsäureionen und dergleichen.
Unter ihnen werden Halogenionen bevorzugt.
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Wenn X&supmin; ein Antimonfluoridion, Phosphorfluoridion, Arsenfluoridion,
Borfluoridion oder Perchlorsäureion ist, wird die Verbindung, in der R&sub1;,
R&sub2; oder R&sub3; beliebige Gruppen sind, unlöslich in Wasser.
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Das heißt, daß das antibakterielle Mittel der vorliegenden Erfindung
als wasserlösliches, wasserdispergierbares oder wasserunlösliches
antibakterielles Mittel hergestellt werden kann, indem die Gruppen R&sub1;, R&sub2;
und R&sub3; und X&supmin; in Abhängigkeit von ihrer Verwendung verändert werden.
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Vinylbenzylphosphoniumsalze der Formel (I), bei denen eines von R&sub1;,
R&sub2; und R&sub3; von den beiden anderen verschieden ist, neigen dazu, größere
antibakterielle Wirksamkeit zu haben als diejenigen, bei denen R&sub1;, R&sub2; und
R&sub3; alle gleich sind. Weiterhin neigt die Verbindung dazu, größere
antibakterielle Wirksamkeit zu haben, wenn R&sub1;, R&sub2; und R&sub3; 6 oder mehr
Kohlenstoffatome haben, unabhängig davon, ob sie gleich oder verschieden
sind, und insbesondere sind diese Gruppen in Fällen von Alkylgruppen
Octyloder höhere Gruppen.
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Zu Beispielen derartiger Vinylbenzylphosphoniumsalze gehören
Octyldiethyl-3(und 4)-vinylbenzylphosphoniumchlorid, Octyldibutyl-3(und 4)-
vinylbenzylphosphoniumchlorid, Triphenyl-3(und
4)-vinylbenzylphosphoniumchlorid, Dodecylphenyl-3(und 4)-vinylbenzylphosphoniumchlorid, Trioctyl-
3(und 4)-vinylbenzylphosphoniumchloridOctyldiethyl-3(und
4)-vinylbenzylphosphoniumbromid, Octyldibutyl-3(und 4)-vinylbenzylphosphoniumbromid,
Triphenyl-3(und 4)-vinylbenzylphosphoniumbromidDodecyldiphenyl-3(und 4)-
vinylbenzylphosphoniumbromid, Trioctyl-3(und
4)-vinylbenzylphosphoniumbromid, Octyldibutyl-3(und 4)-vinylbenzylphosphoniumtetrafluoroborat,
Trioctyl-3(und 4)-vinylbenzylphosphoniumtetrafluoroborat, Trioctyl-
3(und 4)-vinylbenzylphosphoniumperchlorat, Trioctyl-3(und
4)-vinylbenzylphosphoniumhexafluorophosphat und dergleichen.
(HOMOPOLYMERE, IN DENEN DAS VINYLBENZYLPHOSPHONIUMSALZ EIN MONOMER IST)
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Das antibakterielle Mittel der vorliegenden Erfindung kann weiterhin
als aktiven Bestandteil ein Vinylphosphoniumsalzpolymer umfassen, in dem
ein Vinylbenzylphosphoniumsalz der vorstehend erwähnten Formel (I), ein
Monomer, homopolymerisiert ist, wie in Formel (II) gezeigt wird.
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Das Vinylphosphoniumsalzpolymer der Formel (II) ist ein Homopolymer,
in dem das Vinylbenzylphosphoniumsalz der vorstehenden Formel (I), ein
Monomer, polymerisiert ist.
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Beispiele von R&sub1;, R&sub2; und R&sub3; und X sind die gleichen wie diejenigen
in dem vorstehend erwähnten Vinylbenzylphosphoniumsalz.
(COPOLYMERE EINES VINYLBENZYLPHOSPHONIUMSALZES UND EINER MONOMEREN
VINYLVERBINDUNG, DIE MIT DIESEM COPOLYMERISIERBAR IST)
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Das antibakterielle Mittel der vorliegenden Erfindung kann weiterhin
als wirksamen Bestandteil das vorstehend erwähnte
Vinylphosphoniumsalzpolymer umfassen, in dem das Vinylbenzylphosphoniumsalz der Formel (III)
und die monomere Vinylverbindung (IV) als Struktureinheiten copolymerisiert
sind.
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In Formel (III) sind Beispiele von R&sub1;, R&sub2; und R&sub3; und X die gleichen
wie diejenigen in dem vorstehend erwähnten Vinylbenzylphosphoniumsalz.
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Zu Beispielen von R&sub4; gehören Wasserstoff, Halogene, wie z.B. Chlor,
Brom und Iod; lineare oder verzweigte Alkylgruppen mit 1 bis 4
Kohlenstoffatomen, wie z.B. Methyl, Ethyl und Butyl; substituierte oder
unsubstituierte Phenylgruppen, wie z.B. Phenyl, p-Methylbenzyl und Tolyl-
1,4-divinylbenzyl; Amidogruppen, wie z.B. Carbonamido und Acrylamid;
Lactame, wie z.B. N-Vinyl-2-pyrrolidon und dergleichen; Carbonsäureketten
und deren Derivate, wie z.B. Carboxyl, Methoxycarbonyl und Ethoxycarbonyl;
Nitrilgruppen; Pyridinylgruppen; Hydroxylgruppen; Acetoxygruppen,
Alkoxygruppen, wie z.B. Methoxy und Ethoxy. Zu Beispielen anderer monomerer
Vinylverbindungen, die in der Lage sind, mit diesen Vinylbenzylphosphonium
salzen zu copolymerisieren, gehören ungesättigte Monocarbonsäuren wie, z.B.
Acrylsäure und Methacrylsäure; ungesättigte Dicarbonsäuren, wie z.B.
Maleinsäure und dergleichen, und deren niedere Alkylester; zum Beispiel
Derivate, wie z.B. Methylmethacrylat und Amidometallsalz; sowie
Acrylnitril, Vinylacetat, Ethylen, Propylen, Isobutylen, Diisobutylen,
Isopren, Chloropren, Vinylchlorid, Vinylpyrrolidin, N-Vinyl-2-pyrrolidon
und Styrol, Pyridin, Acrylamid und Carbazol. Eines oder mehrere von ihnen
können verwendet werden.
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DER ANTIBAKTERIELLEN MITTEL DER VORLIEGENDEN
ERFINDUNG
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Obwohl das antibakterielle Mittel nach einem beliebigen Verfahren
hergestellt werden kann, werden nachstehend einige Herstellungsverfahren
im industriellen Maßstab erläutert.
[1] VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON VINYLBENZYLPHOSPHONIUMSALZEN
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Die Vinylbenzylphosphoniumsalze der vorliegenden Erfindung können
erhalten werden durch Umsetzung von Styrolderivaten der allgemeinen Formel
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in der X ein Halogenatom oder ein anorganischer oder organischer Säurerest
und dergleichen ist, und Trialkylphosphin der allgemeinen Formel:
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in der R&sub1;, R&sub2; und R&sub3; die gleichen Bedeutungen wie vorstehend erwähnt haben.
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Die Umsetzung kann in Anwesenheit eines organischen Lösungsmittels
und eines Polymerisationsinhibitors bei einer Temperatur von 25 bis 110ºC,
vorzugsweise am Siedepunkt des Lösungsmittels eine Stunde lang oder länger
durchgeführt werden.
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Weiterhin kann ein Styrolderivat in einem Bereich zwischen
äquimolarer und zweifach molarer Konzentration in bezug auf diejenige eines
Phosphinderivates verwendet werden.
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Nach Beendigung der Umsetzung wurde ein Niederschlag, der sich
abgeschieden hatte, gesammelt, um das gewünschte Produkt zu erhalten.
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Zu geeigneten Lösungsmitteln gehören n-Hexan, Toluol und dergleichen,
und zu Polymerisationsinhibitoren gehören Hydrochinon, Brenzcatechin und
dergleichen.
[2] VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON VINYLPHOSPHONIUMSALZPOLYMEREN UND
-COPOLYMEREN
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Verfahren zur Herstellung von Vinylphosphoniumsalzpolymeren im
industriellen Maßstab sollen nachstehend erläutert werden, obwohl die
Herstellungsverfahren selbst dadurch nicht begrenzt werden.
(HOMOPOLYMERISATION)
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Zu einem Lösungsmittel werden das vorstehend erwähnte
Vinylbenzylphosphoniumsalz als Monomer und dann Polymerisationsinitiatoren
gegeben. Zu Beispielen des Lösungsmittels gehören Wasser, Methanol,
Ethanol, Dimethylformamid, Benzol, Toluol oder ein Gemisch davon. Zu
Beispielen des Polymerisationsinitiators gehören
2,2'-Azobisisobutyronitril,
2,2'-Azobis(2-aminopropan)hydrochlorid, Benzoylperoxid,
t-Butylhydroperoxid und dergleichen.
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Die Reaktionstemperatur und die Reaktionszeit hängen von der Art der
Polymerisationsinitiatoren ab. Zum Beispiel liegt die Reaktionstemperatur
vorzugsweise in einem Bereich von 40 bis 100ºC, und die Reaktionszeit
beträgt 0,5 Stunden oder mehr, vorzugsweise 1 bis 24 Stunden. Weiterhin
wird die Reaktion vorzugsweise unter erhöhtem oder Normaldruck und in
Inertgasatmosphäre ausgeführt. Nach Beendigung der Reaktion wird das
Reaktionsgemisch in eine große Menge von Aceton oder Tetrahydrofuran,
Diethylether oder n-Hexan gegossen, und dann wird der gesamte Niederschlag,
der sich abgeschieden hat, gesammelt, um das Polymer der vorliegenden
Erfindung zu erhalten. Der Polymerisationsgrad hängt hauptsächlich von der
Art des Reagenzes und den Reaktionsbedingungen ab, und höhere
Polymerisationsgrade üben vorzugsweise, ohne irgendwelche Einschränkungen,
größere antibakterielle Wirksamkeit aus. Deshalb kann der Grad 2 oder mehr
betragen und vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 500 liegen.
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Obgleich es ein weiteres Herstellungsverfahren gibt, bei dem
Chlormethylstyrol nach dem herkömmlichen Verfahren polymerisiert wird und
dann funktionelle Gruppen der Polymerkette zu Phosphoniumsalzen umgewandelt
werden, wird das erstgenannte Verfahren zur Herstellung des
antibakteriellen Mittels der vorliegenden Erfindung bevorzugt, um
homogenere Polymere zu erhalten.
(COPOLYMERISATION)
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Dieses Polymerisationsverfahren wird leicht in Form einer
statistischen Block- oder Pfropfpolymerisation nach dem vorstehend
erwähnten Verfahren oder nach herkömmlichen Polymerisationsverfahren
durchgeführt, bei welchen ein Gemisch des vorstehend erwähnten
Vinylbenzylphosphoniumsalzes (III) und des vorstehend erwähnten weiteren
Vinylmonomers (IV), eines damit copolymerisierbaren Monomers, verwendet
wird.
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Der Mischungsanteil der Verbindung (III) und der Verbindung (IV)
liegt ohne irgendwelche Einschränkungen in einem Bereich von 1-99 Mol-%,
vorzugsweise 1-70 Mol-% und stärker bevorzugt 5-50 Mol-% der Verbindung
(III), und 99-1 Mol-%, vorzugsweise 99-30 Mol-% und stärker bevorzugt 95-50
Mol-% der Verbindung (IV).
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Die Verwendung von weniger als 1 Mol-% der Struktureinheit der
allgemeinen Formel (III) führt zu einer Abnahme der antibakteriellen
Wirksamkeit, während die Verwendung von mehr als 99 Mol-% davon wegen der
Anwesenheit von mehr als der für die antibakterielle Wirksamkeit benötigten
Menge von Einheiten aus ökonomischer Sicht nicht bevorzugt wird.
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Zu einem Lösungsmittel werden gewöhnlich relativ zu dem Monomer 0,1-5
Mol-% und vorzugsweise 0,2-2 Mol-% des gleichen Polymerisationsinitiators,
wie er bei der vorstehend erwähnten Homopolymerisation verwendet wird,
gegeben. Es werden die gleichen Bedingungen, wie z.B. Temperatur und Zeit,
bei der Polymerisation verwendet wie bei der vorstehend erwähnten
Homopolymerisation.
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Es gibt außerdem ein weiteres Verfahren zur Herstellung des
Vinylphosphoniumsalz-Copolymers der vorliegenden Erfindung, bei dem
Chlormethylstyrol mit der vorstehend erwähnten Verbindung (I) nach dem
herkömmlichen Verfahren polymerisiert wird und dann funktionelle Gruppen
der Polymerkette zu Phosphoniumsalzen umgewandelt werden.
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Ferner gibt es ein anderes Verfahren, bei welchem, nachdem Styrol,
Chlormethylstyrol und als Vernetzungsmittel Divinylbenzol einzeln in einem
Lösungsmittel gelöst wurden, der vorstehend erwähnte
Polymerisationsinitiator hinzugefügt wird und dann funktionelle Gruppen der
Polymerkette zu Phosphoniumsalzen umgewandelt werden. Dieses Polymer mit
einer dreidimensionalen Struktur ist in jedem Lösungsmittel unlöslich und
hat eine größere Festigkeit.
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Der Polymerisationsgrad der Polymere hängt ausschließlich von der Art
der Monomere und den Polymerisationsbedingungen ab und hinsichtlich der
antibakteriellen Wirksamkeit werden Polymere mit einem höheren
Polymerisationsgrad ohne jede Einschränkung bevorzugt. So kann der
Polymerisationsgrad 2 oder mehr, im allgemeinen 2-1000 und vorzugsweise 10-
500 für sowohl Homopolymere als auch Copolymere betragen.
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Das antibakterielle Mittel der vorliegenden Erfindung umfaßt als
wirksamen Bestandteil das vorstehend erwähnte Monomer und/oder Polymer des
Vinylbenzylphosphoniumsalzes, obgleich im Vergleich zu dem monomeren Typ
wegen der beschränkten Typen und der geringeren Stabilität und
antibakteriellen Wirksamkeit der Verbindungen vom monomeren Typ weitgehend
der polymere Typ angewendet wird.
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Es braucht jedoch nicht erst gesagt zu werden, daß der monomere Typ
in Abhängigkeit von seiner beabsichtigten Verwendung hinreichend brauchbar
ist.
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Da das antibakterielle Mittel der vorliegenden Erfindung in Wasser
oder Öl löslich sein kann, je nachdem, ob die
Vinylbenzylphosphoniumsalzverbindungen Polymere sind oder nicht, ist das antibakterielle Mittel in
der Lage, in Abhängigkeit von der Verwendung in jeder Form von Lösung,
Hydrat, Emulsion oder Pulver mit gewünschten Trägern, wie z.B.
Lösungsmitteln oder Pulvern, ebenso wie auch in der pulverförmigen Form der
Verbindung an sich hergestellt zu werden. Zu Beispielen von Trägern gehören
Flüssigkeiten, wie z.B. Wasser, Alkohol, Aceton, Benzol, Xylol und
Tetrachlorkohlenstoff; organische Feststoffe, wie z.B. ein höherer Alkohol,
Fette und Öle, Paraffin und DOP; und anorganische Pulver, wie z.B. Talkum,
Kaolin, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid und Titandioxid.
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Weiterhin kann die Herstellung Hilfsstoffe umfassen, wie z.B.
Reinigungsmittel, Bindemittel, Farbstoffe, Dispergiermittel und
Benetzungsmittel, sowie andere organische und anorganische antibakterielle
Mittel.
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Das antibakterielle Mittel der vorliegenden Erfindung weist ein
breites antibakterielles Spektrum gegenüber verschiedenen Bakterien,
Pilzen, Algen, Viren und dergleichen auf und zeigt insbesondere
bemerkenswerte antibakterielle Wirksamkeit gegen Bakterien. Darüber hinaus
ist das antibakterielle Mittel hitzestabil, sogar im Vergleich zu
quaternären Ammoniumsalzen und anderen organischen Verbindungen. Zum
Beispiel hat ein Vinylbenzylphosphoniumsalz mit Phenylgruppen eine
Zersetzungstemperatur von etwa 250ºC. Die antibakterielle Wirksamkeit, d.h.
die minimale Hemmkonzentration (MIC), eines antibakteriellen Mittels gemäß
der vorliegenden Erfindung ändert sich in Abhängigkeit von Art und
Herstellung der Vinylbenzylphosphoniumsalze oder Art und Wachstumsumgebung
der verschiedenen Mikroorganismen, obwohl das antibakterielle Mittel seine
MIC bei einer Konzentration von 1 ppm oder mehr einer
Phosphoniumsalzverbindung ausübt und im allgemeinen eine stärkere
antibakterielle Wirksamkeit hat als gut bekannte antibakterielle Mittel aus
quaternärem Ammoniumsalz.
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Die antibakteriellen Mittel der vorliegenden Erfindung können
entsprechend den Formen der Herstellung zum Beispiel schleimverhütende
Eigenschaften in der Papierindustrie oder antiseptische und antibakterielle
Eigenschaften für Bekämpfungsmittel, Wasser, Fette und Öle, Emulsionen,
Papier, Bauholz, Gummi, Kunststoff, Fasern, Folien und
Beschichtungsverbindungen auf verschiedenen Gebieten der Industrie
bereitstellen.
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Darüber hinaus kann in einer praktischen Ausführungsform des
antibakteriellen Mittels des vorstehend erwähnten
Vinylbenzylphosphoniumsalzmonomers antibakterielle Wirksamkeit auf die
antibakteriellen Mittel übertragen werden, indem unter Verwendung einer
Quecksilberhochdrucklampe eine lichtinduzierte Pfropfpolymerisation des
Vinylbenzylphosphoniumsalzmonomers mit, zum Beispiel, Benzophenon als
Sensibilisator durchgeführt wird und dann eine Pfropfpolymerisation auf der
Oberfläche einer Polymerbasis, wie z.B. Polypropylen, durchgeführt wird.
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Die antibakteriellen Mittel der vorliegenden Erfindung, deren
Mechanismen im einzelnen nicht bekannt sind, haben größere antibakterielle
Wirksamkeit als frühere antibakterielle Mittel aus quaternärem Ammoniumsalz
und man denkt, daß diese Mittel die folgenden Wirkungen haben.
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(1) Die kationischen Eigenschaften des Phosphoniumsalzes erlauben
Zunahmen der Konzentration des Phosphoniumsalzes in der Umgebung von
Zellmembranen, die eine negative Ladung tragen, und so erhöht die
Polymerisation die antibakterielle Wirksamkeit weiter.
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(2) Pharmakologische Untersuchungen zeigen, daß das
Phosphoniumsalz nicht in die Mikroorganismen eingebaut zu werden braucht, weil
das Salz ein antibakterielles Mittel von dem Typ ist, der die
Zellmembran angreift. Deshalb ist die verringerte Durchdringbarkeit
der Zellmembranen durch Polymerisation des Phosphoniumsalzes kein
nachteiliger Faktor, sondern vielmehr schafft die vorstehende
Wirkung (1) eine vorteilhafte Polymerwirkung.
DIE BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wird nachstehend weiter erläutert.
BEZUGSBEISPIEL 1
(SYNTHESE VON VINYLBENZYLPHOSPHONIUMSALZ)
PROBEN 1-7
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In einen 100-ml-Kolben wurden bei hinreichender Verdrängung mit
Stickstoff 9,85 g (0,065 Mol) Chlormethylstyrol und 10,88 g (0,054 Mol)
Tributylphosphin und dann 20 ml n-Hexan gegeben. Diese Verbindungen wurden
in dem Kolben 24 Stunden lang bei 25ºC umgesetzt, wobei ein weißes,
kristallines Produkt erhalten wurde. Dieses kristalline Produkt wurde
abfiltriert und unter Verwendung von n-Hexan gut gewaschen. Das so
erhaltene Produkt wurde unter vermindertem Druck bei Raumtemperatur
getrocknet, wobei 8,84 g Tributyl-3(und 4)-vinylbenzylphosphoniumchlorid
erhalten wurden.
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Dann wurde die gleiche Verfahrensweise unter Verwendung einer Anzahl
von Phosphinderivaten an Stelle von Tributylphosphin durchgeführt, um die
verschiedenen Vinylbenzylphosphoniumsalzverbindungen, die in Tabelle 1
angeführt sind, zu erhalten.
TABELLE 1
BEISPIELE 1-7
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Staphylococcus aureus (IFO 12732) als typische Gram-positive Bakterie
und Escherichia coli (IFO 3806) als typische Gram-negative Bakterie wurden
der Einwirkung der Proben der verschiedenen Vinylbenzylphosphoniumchloride,
die im Bezugsbeispiel 1 erhalten wurden, bei den in Tabelle 2 und 3
angegebenen verschiedenen Konzentrationen und Einwirkungszeiten ausgesetzt.
Die so erhaltene antibakterielle Wirksamkeit ist in Tabelle 2 und 3
angegeben. Die antibakterielle Wirksamkeit wurde mittels des nachstehend
beschriebenen Verfahrens der seriellen Verdünnung bewertet. Abhängig von
der Einwirkungszeit war die Abnahme der Zahl der Bakterien um so
bemerkenswerter, je stärker die gezeigte antibakterielle Wirksamkeit war.
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Verfahren der seriellen Verdünnung: Nachdem 2 ml einer
Bakterienlösung mit 10&sup8; Bakterien/ml in 18 ml einer physiologischen
Kochsalzlösung inoculiert sind, werden sie der Einwirkung von 2000 µg, 200
µg und 20 µg verschiedener Vinylbenzylphosphoniumsalzverbindungen
ausgesetzt, und dann wird die Zahl der Bakterien gemessen. Abhängig von der
Einwirkungszeit war die Abnahme der Zahl der Bakterien um so
bemerkenswerter, je stärker die gezeigte antibakterielle Wirksamkeit war.
Die Zahlen in den Tabellen entsprechen den Bakterien (Bakterien/ml).
TABELLE 2
Ergebnisse des Test de antibakteriellen Wirkamseit gegen Staphylococcus aureus (IFO 12732)
(Anzahl der Bakterien/ml)
TABELLE 3
Ergebnisse des Test de antibakteriellen Wirkamseit gegen Escherichia coli (IFO 3806)
(Anzahl der Bakterien/ml)
BEZUGSBEISPIEL 2
(SYNTHESE VON PHOSPHONIUMSALZPOLYMEREN)
PROBEN 8-15
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Zwei Gramm (0,0563 Mol)
Tributyl-3(und4)-vinylbenzylphosphoniumchlorid, erhalten nach dem gleichen Verfahren wie im Bezugsbeispiel 1,
wurden in 20 ml Wasser gelöst und dann wurden 36,7 mg 2,2'-Azobis(2-
amidinopropan)hydrochlorid zu der Lösung hinzugefügt, die entlüftet und
verschlossen wurde. Nachdem man die Lösung 6 Stunden lang bei 60ºC
stehengelassen hatte, um die Verbindung zu polymerisieren, wurde eine große
Menge Tetrahydrofuran in die Lösung gegossen, die filtriert wurde, um den
abgeschiedenen Niederschlag zu sammeln. 0,97 g Poly(tributyl-3(und 4)-
vinylbenzylphosphoniumchlorid) wurden erhalten, dessen Polymerisationsgrad
82 betrug.
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Dann wurde die gleiche Verfahrensweise unter Verwendung einer Anzahl
von Phosphinderivaten an Stelle des Tributylphosphins durchgeführt, um die
verschiedenen Polyvinylbenzylphosphoniumsalzproben, die in Tabelle 4
angeführt sind, zu erhalten.
TABELLE 4
BEISPIELE 8-15
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Staphylococcus aureus (IFO 12732) als typische Gram-positive Bakterie
und Escherichia coli (IFO 3806) als typische Gram-negative Bakterie wurden
der Einwirkung durch die Proben der verschiedenen
Vinylbenzylphosphoniumsalzproben der Tabelle 4 bei den verschiedenen Konzentrationen und
Einwirkungszeiten, die in den Tabellen 5 und 6 angegeben sind, nach dem
gleichen Verfahren ausgesetzt, und dann wurde die antibakterielle
Wirksamkeit in der gleichen Weise wie bei den vorstehenden Beispielen
bewertet. Die erhaltenen Ergebnisse der antibakteriellen Wirksamkeit sind
in den Tabellen 5 und 6 angegeben.
TABELLE 5
Ergebnisse des Test de antibakteriellen Wirkamseit gegen Staphylococcus aureus (IFO 12732)
(Anzahl der Bakterien/ml)
TABELLE 6
Ergebnisse des Test de antibakteriellen Wirkamseit gegen Escherichia coli (IFO 3806)
(Anzahl der Bakterien/ml)
BEZUGSBEISPIEL 3
(SYNTHESE VON PHOSPHONIUMSALZCOPOLYMEREN)
PROBE 16
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In 10 g Dimethylformamid wurden 1,5 g (0,0042 Mol) Tributyl-3(und 4)-
(vinylbenzyl)phosphoniumchlorid (A) und 0,31 g (0,0043 Mol) Acrylamid (B)
gelöst, und dann wurden 18,1 mg Azobisisobutyronitril zu der Lösung
hinzugefügt, die entlüftet und verschlossen wurde. Nachdem man die Lösung
6 Stunden lang bei 60ºC stehengelassen hatte, um die Verbindungen zu
polymerisieren, wurde das so erhaltene Polymer in eine überschüssige Menge
von Aceton gegossen, welches filtriert wurde, um den abgeschiedenen
Niederschlag zu sammeln. Ein Copolymer (1,11 g) von Tributyl-3(und 4)-
(vinylbenzyl)phosphoniumchlorid/Acrylamid wurde erhalten, dessen
gewichtsmittleres Molekulargewicht 10500 betrug.
PROBE 17
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In 10 g Wasser wurden 0,5 g (0,0014 Mol) Tributyl-3(und 4)-
(vinlbenzyl)phosphoniumchlorid (A) und 1,5 g (0,0211 Mol) Acrylamid (B)
gelöst, und dann wurden 18,0 mg 2,2'-Azobis-2-(amidinopropan)hydrochlorid
zu der Lösung hinzugefügt, die entlüftet und verschlossen wurde. Nachdem
man die Lösung 6 Stunden lang bei 60ºC stehengelassen hatte, um die
Verbindungen zu polymerisieren, wurde das so erhaltene Polymer in eine
überschüssige Menge eines Gemisches von Diethylether und Aceton (1:1)
gegossen, welches filtriert wurde, um den abgeschiedenen Niederschlag zu
sammeln. Ein Copolymer (1,64 g) von Tributyl-3(und
4)-(vinylbenzyl)phosphoniumchlorid/Acrylamid wurde erhalten.
PROBE 18
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In 10 g Dimethylformamid wurden 1,5 g (0,0042 Mol) Tributyl-3(und 4)-
(vinylbenzyl)phosphoniumchlorid (A) und 0,47 g (0,0043 Mol) N-Vinyl-2-
pyrrolidon (B) gelöst, und dann wurden 17,6 mg Azobisisobutyronitril zu der
Lösung hinzugegeben, die entlüftet und verschlossen wurde. Nachdem man die
Lösung 6 Stunden lang bei 60ºC stehengelassen hatte, um die Verbindungen
zu polymerisieren, wurde das so erhaltene Polymer in eine überschüssige
Menge von Tetrahydrofuran gegossen, welches filtriert wurde, um den
abgeschiedenen Niederschlag zu sammeln. Ein Copolymer (1,40 g) von
Tributyl-3(und 4)-(vinylbenzyl)phosphoniumchlorid/N-Vinyl-2-pyrrolidon
wurde erhalten, dessen gewichtsmittleres Molekulargewicht 17400 betrug.
PROBE 19
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In 10 g Dimethylformamid wurden 0,5 g (0,0014 Mol) Tributyl-3(und 4)-
(vinylbenzyl)phosphoniumchlorid (A) und 1,5 g (0,0135 Mol) N-Vinyl-2-
pyrrolidon (B) gelöst, und dann wurden 18,0 mg Azobisisobutyronitril zu der
Lösung hinzugegeben, die entlüftet und verschlossen wurde. Nachdem man die
Lösung 6 Stunden lang bei 60ºC stehengelassen hatte, um die Verbindungen
zu polymerisieren, wurde das so erhaltene Polymer in eine überschüssige
Menge von Diethylether gegossen, welches filtriert wurde, um den
abgeschiedenen Niederschlag zu sammeln. Ein Copolymer (1,09 g) von
Tributyl-3(und 4)-(vinylbenzyl)phosphoniumchlorid/N-Vinyl-2-pyrrolidon
wurde erhalten.
PROBE 20
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In 10 g Dimethylformamid wurden 1,51 g (0,0043 Mol) Tributyl-
3(und 4)-(vinylbenzyl)phosphoniumchlorid (A) und 0,44 g (0,0042 Mol) Styrol
(B) gelöst, und dann wurden 18,0 mg Azobisisobutyronitril zu der Lösung
hinzugegeben, die entlüftet und verschlossen wurde. Nachdem man die Lösung
6 Stunden lang bei 60ºC stehengelassen hatte, um die Verbindungen zu
polymerisieren, wurde das so erhaltene Polymer in eine überschüssige Menge
von Tetrahydrofuran gegossen, welches filtriert wurde, um den
abgeschiedenen Niederschlag zu sammeln. Ein Copolymer (0,82 g) von
Tributyl-3(und 4)-(vinylbenzyl)phosphoniumchlorid/Styrol wurde erhalten,
dessen gewichtsmittleres Molekulargewicht 9400 betrug.
PROBE 21
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In 10 g Dimethylformamid wurden 0,5 g (0,0014 Mol) Tributyl-3(und 4)-
(vinylbenzyl)phosphoniumchlorid (A) und 1,5 g (0,0144 Mol) Styrol (B)
gelöst, und dann wurden 18,0 mg Azobisisobutyronitril zu der Lösung
hinzugegeben, die entlüftet und verschlossen wurde. Nachdem man die Lösung
6 Stunden lang bei 60ºC stehengelassen hatte, um die Verbindungen zu
polymerisieren, wurde das so erhaltene Polymer in eine überschüssige Menge
von Tetrahydrofuran gegossen, welches filtriert wurde, um den
abgeschiedenen Niederschlag zu sammeln. Ein Copolymer (0,47 g) von
Tributyl-3(und 4)-(vinylbenzyl)phosphoniumchlorid/Styrol wurde erhalten.
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Hierauf werden die Mol-% und der Polymerisationsgrad der
Struktureinheiten (A) und (B) in den Proben 16-21 der
Phosphoniumsalzcopolymere, die in den vorstehend erwähnten Synthesen erhalten wurden, in
der folgenden Tabelle 7 angegeben.
TABELLE 7
BEISPIELE 16-21
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Staphylococcus aureus (IFO 12732) als typische Gram-positive Bakterie
wurde der Einwirkung der verschiedenen Proben von Copolymeren, die aus dem
vorstehenden Bezugsbeispiel 3 erhalten wurden, bei den verschiedenen
Konzentrationen und Einwirkungszeiten, die in der folgenden Tabelle 8
angegeben sind, ausgesetzt. Die antibakterielle Wirksamkeit wurde nach dem
Verfahren der seriellen Verdünnung bewertet. Die erhaltenen Ergebnisse des
Tests der antibakteriellen Wirksamkeit sind in Tabelle 8 angegeben.
TABELLE 8
Ergebnisse des Test de antibakteriellen Wirkamseit gegen Staphylococcus aureus (IFO 12732)
(Anzahl der Bakterien/ml)
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Wie vorstehend erläutert, wurde gefunden, daß die
Vinylbenzylphosphoniumsalze der vorliegenden Erfindung und die Phosphoniumsalzpolymere
und -copolymere, in denen die monomeren Vinylbenzylphosphoniumsalze
polymerisiert sind, ausgezeichnete antibakterielle Wirksamkeit haben.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Die antibakteriellen Mittel der vorliegenden Erfindung sind wegen
ihrer starken Wirksamkeit gegen Mikroorganismen nützlich. Die
antibakteriellen Mittel der vorliegenden Erfindung können zum Beispiel für
äußerliche antibakterielle Mittel, antibakterielle Mittel für hygienische
Bearbeitung von Textilien, Stoff und dergleichen und für medizinische
Geräte, Beschichtungen, Baumaterialien, Bäder, Betriebswasser und
dergleichen angewendet werden. Weiterhin können sie auch mit antistatischen
Eigenschaften, Feuerbeständigkeit und Farbbeständigkeit ausgestattet
werden. Die Verbindungen der vorliegenden Erfindung und deren Copolymere
können in Form von Kügelchen und Pellets und als Filter verwendet werden.
Sie können ebenfalls als verschiedenartige industrielle Materialien
verwendet werden, die durch ihre Verarbeitung antibakterielle Wirksamkeit
aufweisen.