(57)【要約】  抗菌性化学組成物は、結合ポリマー内に分散したリン酸アルミニウム(AlP)固体を含み、1種以上の生物活性物質がAlP内に配置されて、生物活性-AlP複合体を形成する。該複合体は、AlPと化学結合した、AlPと物理的に合わさった、又は両者の組み合わせである生物活性物質を含み得る。該複合体は、製造の沈殿法、縮合法、及びゾルゲル法により形成できる。該複合体は、水分に曝されると、生物活性物質又はその構成要素の制御された送達を与えて、該組成物から形成された塗膜又はコンポジットに少なくとも約30 μg/m2の所望のレベルの抗菌性抵抗性を与えるよう設計されており、不動態化ホスフェートアニオンの放出により所望のレベルの耐食性も与え得る。そのような抗菌性化学組成物は、公知の抗菌性化学組成物と比べた場合、広範囲の微生物に対する、改善された程度の活性な長期の抵抗性を与える。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
抗菌性化学組成物であって、
生物活性構成要素を含む複合体であって、該複合体と水分との接触時に、ある速度で該生物活性構成要素を放出する複合体;及び
該組成物のバルクマトリックスを形成するバインダーポリマーであって、該複合体がバルクマトリックス内に配置されており、該バルクマトリックスが、該複合体から放出される該生物活性構成要素が、そこを通って、ある速度で拡散することを可能にするバインダーポリマー;
を含み
該複合体からの該生物活性構成要素の放出速度が、該バルクマトリックスを通る該生物活性構成要素の拡散速度と同じか又は異なる、前記抗菌性化学組成物。
【請求項２】
該複合体がリン酸アルミニウムを含む、請求項１記載の化学組成物。
【請求項３】
前記リン酸アルミニウムが非晶質リン酸アルミニウムである、請求項２記載の化学組成物。
【請求項４】
前記リン酸アルミニウムが結晶性リン酸アルミニウムである、請求項２記載の化学組成物。
【請求項５】
前記リン酸アルミニウムが非晶質リン酸アルミニウムと結晶性リン酸アルミニウムの組み合わせである、請求項２記載の化学組成物。
【請求項６】
前記生物活性構成要素の放出速度が、該生物活性構成要素の拡散速度と異なる、請求項１記載の化学組成物。
【請求項７】
前記生物活性構成要素の放出速度が、該生物活性構成要素の拡散速度より大きい、請求項6記載の化学組成物。
【請求項８】
前記生物活性構成要素の放出速度が、該生物活性構成要素の拡散速度未満である、請求項6記載の化学組成物。
【請求項９】
前記複合体が非晶質リン酸アルミニウムを含み、該複合体が多孔性を有し、前記生物活性構成要素の放出速度が多孔性の関数である、請求項１記載の化学組成物。
【請求項１０】
前記生物活性構成要素が、錯化した銀材料を含む生物活性物質中に存在する、請求項１記載の化学組成物。
【請求項１１】
前記錯化した銀材料が、配位子からなる群から選択される錯化剤を含む、請求項１０記載の化学組成物。
【請求項１２】
前記配位子が、イミダゾール、置換イミダゾール、アンモニア、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１１記載の化学組成物。
【請求項１３】
前記銀材料が銀塩を含み、前記配位子がイミダゾールである、請求項１２記載の化学組成物。
【請求項１４】
前記生物活性物質が金属酸化物をさらに含む、請求項１０記載の化学組成物。
【請求項１５】
前記金属酸化物が、銅、亜鉛、及びこれらの組み合わせからなる金属を含む酸化物の群から選択される、請求項１４記載の化学組成物。
【請求項１６】
抗菌性化学組成物であって
結合ポリマー;及び
該結合ポリマー内に分散した生物活性-リン酸アルミニウム複合体であって、リン酸アルミニウムポリマー及び生物活性物質を含む生物活性-リン酸アルミニウム複合体;
を含み、
該リン酸アルミニウム複合体が、該組成物が硬化した場合、水分に曝されると、該生物活性物質から誘導された生物活性構成要素の制御された送達を与える設計された多孔性を有する、前記抗菌性化学組成物。
【請求項１７】
前記リン酸アルミニウムポリマーが非晶質リン酸アルミニウムである、請求項１６記載の化学組成物。
【請求項１８】
前記リン酸アルミニウムポリマーが結晶性リン酸アルミニウムである、請求項１６記載の化学組成物。
【請求項１９】
前記リン酸アルミニウムポリマーが非晶質リン酸アルミニウムと結晶性リン酸アルミニウムの組み合わせである、請求項１６記載の化学組成物。
【請求項２０】
前記生物活性構成要素の制御された送達が約15〜800 ppmの範囲である、請求項１６記載の化学組成物。
【請求項２１】
前記生物活性構成要素の制御された送達が少なくとも約30 μg/m2である、請求項１６記載の化学組成物。
【請求項２２】
前記複合体中に存在する前記生物活性物質の量が、該複合体の総重量の1〜10パーセントの範囲である、請求項１６記載の化学組成物。
【請求項２３】
ホスフェートとアルミニウムの比が約0.5:1〜1.5:1の範囲である、請求項１６記載の化学組成物。
【請求項２４】
前記生物活性物質が前記リン酸アルミニウムポリマー中に物理的に散在している、請求項１６記載の化学組成物。
【請求項２５】
前記生物活性物質が、銀、カルシウム、銅、亜鉛、銀塩、銅塩、亜鉛塩、カルシウム塩、及びこれらの組み合わせの金属イオンからなる群から選択される金属塩である、請求項１６記載の化学組成物。
【請求項２６】
前記生物活性物質が、銀イオン、銀塩、及び水と接触すると銀イオンを放出することが可能な銀化合物、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１６記載の化学組成物。
【請求項２７】
前記生物活性物質が前記リン酸アルミニウムポリマーと化学結合している、請求項１６記載の化学組成物。
【請求項２８】
前記生物活性物質が前記リン酸アルミニウムポリマーの骨格に組み込まれている、請求項２７記載の化学組成物。
【請求項２９】
前記生物活性物質が、前記リン酸アルミニウムポリマーと物理的に組み合わされている金属塩である、請求項１６記載の化学組成物。
【請求項３０】
前記複合体が約100 m2/gを超す表面積を有する、請求項１６記載の化学組成物。
【請求項３１】
前記複合体が約100 m2/g未満の表面積を有する、請求項１６記載の化学組成物。
【請求項３２】
前記複合体が約20 m2/g未満の表面積を有する、請求項１６記載の化学組成物。
【請求項３３】
前記生物活性構成要素の制御された送達が、前記バインダーポリマーを通る該生物活性構成要素の拡散速度と異なる、請求項１６記載の化学組成物。
【請求項３４】
前記化学組成物の総重量に対して約0.01〜1重量パーセントの範囲の前記生物活性物質を含む、請求項１６記載の化学組成物。
【請求項３５】
前記化学組成物の総重量に対して約0.05〜5重量パーセントの範囲の前記複合体を含む、請求項１６記載の化学組成物。
【請求項３６】
前記化学組成物の総重量に対して約0.1〜2重量パーセントの範囲の前記複合体を含む、請求項１６記載の化学組成物。
【請求項３７】
前記結合ポリマーが、ポリウレタン、ポリエステル、溶剤型エポキシ、無溶剤型エポキシ、水性エポキシ、エポキシコポリマー、アクリル、アクリルコポリマー、シリコーン、シリコーンコポリマー、ポリシロキサン、ポリシロキサンコポリマー、アルキド、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１６記載の化学組成物。
【請求項３８】
前記生物活性-リン酸アルミニウム複合体が、最大約25重量パーセントの水吸着能力を有する、請求項１６記載の化学組成物。
【請求項３９】
前記生物活性-リン酸アルミニウム複合体が、水分への曝露時に約1,500 ppm未満のホスフェートアニオンの制御された送達を有する、請求項１６記載の化学組成物。
【請求項４０】
ホスフェートアニオンの前記制御された送達が約100〜500 ppmである、請求項３９記載の化学組成物。
【請求項４１】
前記生物活性物質が金属塩を含み、該金属塩が、配位子、金属酸化物、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される物質と組み合わされている、請求項１６記載の化学組成物。
【請求項４２】
前記金属塩が硝酸銀であり、前記配位子が、アンモニア、イミダゾール、置換イミダゾール、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項４１記載の化学組成物。
【請求項４３】
前記金属塩が金属酸化物と組み合わされている、請求項１２記載の化学組成物。
【請求項４４】
請求項１６記載の化学組成物から形成されたプライマーコーティング。
【請求項４５】
請求項１６記載の化学組成物から形成されたコーティング系のミッドコート又はトップコート。
【請求項４６】
基材に適用され硬化して塗膜を形成するコーティング組成物を含む抗菌保護を与えるシステムであって、該コーティング組成物が、結合ポリマーを、その中に分散している生物活性-リン酸アルミニウム複合体と共に含み、該複合体がリン酸アルミニウムを生物活性物質と合わせて含み、該複合体が、水分に曝露されると生物活性構成要素の制御された送達を与えるように設計されている、前記システム。
【請求項４７】
前記生物活性物質が、配位子、金属酸化物、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるさらなる物質と組み合わされている、請求項４６記載のシステム。
【請求項４８】
前記生物活性物質が硝酸銀であり、アンモニア、イミダゾール、置換イミダゾール、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される配位子と錯化されている、請求項４７記載のシステム。
【請求項４９】
前記生物活性物質が金属酸化物と組み合わされている、請求項４８記載のシステム。
【請求項５０】
前記金属酸化物が、銅、亜鉛、及びこれらの組み合わせからなる金属の酸化物を含む群から選択される、請求項４９記載のシステム。
【請求項５１】
前記複合体からの前記制御された送達が放出速度で起こり、前記結合ポリマーが、該複合体から放出される前記生物活性構成要素の拡散速度を有し、該放出速度が該拡散速度と異なる、請求項４６記載のシステム。
【請求項５２】
複合体が約100 m2/gを超える表面積を有する、請求項４６記載のシステム。
【請求項５３】
前記複合体が約20 m2/g未満の表面積を有する、請求項４６記載のシステム。
【請求項５４】
前記生物活性構成要素の制御された送達が、約5〜1,000 ppmの範囲である、請求項４６記載のシステム。
【請求項５５】
前記生物活性構成要素の制御された送達が約10〜900 ppmの範囲である、請求項５４記載のシステム。
【請求項５６】
前記生物活性構成要素の制御された送達が約15〜800 ppmの範囲である、請求項５４記載のシステム。
【請求項５７】
前記生物活性構成要素の制御された送達が少なくとも約30 μg/m2である、請求項４６記載のシステム。
【請求項５８】
前記生物活性物質が、銀、銅、亜鉛、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される金属イオンであり、該金属イオンがリン酸アルミニウムの骨格に組み込まれている、請求項４６記載のシステム。
【請求項５９】
前記金属イオンが前記リン酸アルミニウム複合体中に化学結合している、請求項５８記載のシステム。
【請求項６０】
前記生物活性物質が、銀、銅、亜鉛、カルシウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される金属塩であり、それが前記リン酸アルミニウムに物理的に組み込まれている、請求項４６記載のシステム。
【請求項６１】
前記生物活性物質が、銀、銅、亜鉛、カルシウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される金属イオンであり、それが前記リン酸アルミニウムの骨格中に組み込まれている、請求項６０記載のシステム。
【請求項６２】
水分への曝露時の約100〜1,500 ppmのホスフェートアニオンの制御放出速度を含む、請求項４６記載のシステム。
【請求項６３】
前記結合ポリマーが、ポリウレタン、ポリエステル、溶剤型エポキシ、無溶剤型エポキシ、水性エポキシ、エポキシコポリマー、アクリル、アクリルコポリマー、シリコーン、シリコーンコポリマー、ポリシロキサン、ポリシロキサンコポリマー、アルキド、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項４６記載のシステム。
【請求項６４】
生物活性-リン酸アルミニウム複合体を製造する方法であって、
アルミニウム源をホスフェート源と、好適なpHの水溶液中で合わせてリン酸アルミニウムの分散液を形成することにより非晶質リン酸アルミニウムを形成する工程;及び
生物活性物質が該リン酸アルミニウムと組み合わされて生物活性-リン酸アルミニウム複合体を形成するように、該形成工程の間又は後に、生物活性物質を加える工程;
を含む、前記方法。
【請求項６５】
前記形成工程の間に、前記分散液が非晶質リン酸アルミニウムである、請求項６４記載の方法。
【請求項６６】
前記形成工程の間に、前記分散液が結晶性リン酸アルミニウムである、請求項６４記載の方法。
【請求項６７】
前記形成工程の間に、前記分散液が非晶質リン酸アルミニウムと結晶性リン酸アルミニウムの組み合わせである、請求項６４記載の方法。
【請求項６８】
さらなるリン酸アルミニウムを前記生物活性-リン酸アルミニウム複合体に加えるさらなる工程を含む、請求項６４記載の方法。
【請求項６９】
抗菌性化学組成物を製造する方法であって、ポリマー結合材料を、請求項６４記載の通り製造された前記生物活性-リン酸アルミニウム複合体に加えることを含み、該組成物が、硬化した場合、水分に曝されると、前記生物活性物質から誘導された生物活性構成要素の制御された送達を与える、前記方法。
【請求項７０】
前記生物活性構成要素の制御された送達が約10〜900 ppmの範囲である、請求項６４記載の方法。
【請求項７１】
前記生物活性構成要素の制御された送達が約100 ppm以上である、請求項６４記載の方法。
【請求項７２】
前記生物活性構成要素の制御された送達が少なくとも約30 μg/m2である、請求項６４記載の方法。
【請求項７３】
前記複合体中の前記生物活性物質の量が、該複合体全体の約1〜10重量パーセントの範囲である、請求項６４記載の方法。
【請求項７４】
ホスフェートとアルミニウムの比が、約0.5:1〜1.5:1の範囲である、請求項６４記載の方法。
【請求項７５】
前記生物活性物質が金属塩を含み、該金属塩が前記添加工程の前に配位子と錯化する、請求項６４記載の方法。
【請求項７６】
前記金属塩が硝酸銀であり、前記配位子が、イミダゾール、置換イミダゾール、アンモニア、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項７５記載の方法。
【請求項７７】
前記複合体が金属酸化物をさらに含む、請求項７５記載の方法。
【請求項７８】
前記生物活性物質が金属塩を含み、前記複合体が金属酸化物をさらに含む、請求項６４記載の方法。
【請求項７９】
前記アルミニウム源が水酸化アルミニウムであり、前記ホスフェート源がリン酸であり、該アルミニウム源が水溶液形態であり、前記錯化した金属塩と事前混合されて、複合体化した金属塩-水酸化アルミニウム混合物を形成し、前記添加工程の間に、該複合体化した金属塩-水酸化アルミニウム混合物がリン酸に加えられる、請求項７５記載の方法。
【請求項８０】
リン酸アルミニウム内に分散した生物活性物質を含む抗菌性化学組成物を製造する方法であって、
アルミニウム源をホスフェート源と、好適なpHの水溶液中で合わせて、リン酸アルミニウムの分散液を形成することによりリン酸アルミニウムを形成する工程;
該生物活性物質が前記リン酸アルミニウム中に配置されて生物活性-リン酸アルミニウム複合体を形成するように、該形成工程の間又は後に、生物活性物質を加える工程;及び
ポリマー結合材料を該生物活性-リン酸アルミニウム複合体と合わせて抗菌性化学組成物を形成する工程;
を含み
該組成物が、硬化した場合、水分に曝されると、該生物活性物質から誘導された生物活性構成要素の、約10〜900 ppmの制御された送達を与える、前記方法。
【請求項８１】
前記添加工程が前記形成工程の後で実施され、前記生物活性物質が前記リン酸アルミニウムと物理的に合わされている、請求項８０記載の方法。
【請求項８２】
前記生物活性物質が、銀塩、銅塩、亜鉛塩、カルシウム塩、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される金属塩である、請求項８１記載の方法。
【請求項８３】
前記添加工程が前記形成工程の間に実施され、前記生物活性物質が前記リン酸アルミニウムと化学結合している、請求項８０記載の方法。
【請求項８４】
前記生物活性物質が、銀、銅、亜鉛、カルシウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される金属イオンである、請求項８３記載の方法。
【請求項８５】
前記形成工程の間に、前記分散液が非晶質リン酸アルミニウムである、請求項８０記載の方法。
【請求項８６】
前記形成工程の間に、前記分散液が結晶性リン酸アルミニウムである、請求項８０記載の方法。
【請求項８７】
前記形成工程の間に、前記分散液が非晶質リン酸アルミニウムと結晶性リン酸アルミニウムの組み合わせである、請求項８０記載の方法。
【請求項８８】
前記形成工程が、
アルミニウム塩をリン酸と水溶液中で合わせること;及び
充分な量の塩基物質を加えて該溶液のpHを増加させてゲル構造を形成すること;
を含み、
該ゲルが、互いに連結した非晶質リン酸アルミニウム粒子の三次元構造を含む、請求項８０記載の方法。
【請求項８９】
前記アルミニウム塩が硝酸アルミニウムであり、前記塩基物質が水酸化アンモニウムである、請求項８８記載の方法。
【請求項９０】
前記ポリマー結合材料を合わせる工程の前に、前記ゲルを、望まれない物質をそこから除くのに充分な高温で乾燥させることをさらに含む、請求項８８記載の方法。
【請求項９１】
前記乾燥工程が約200℃より高温で起こり、硝酸アンモニウム、アンモニア、及び水が前記ゲルから除かれる、請求項９０記載の方法。
【請求項９２】
前記ポリマー結合材料を合わせる工程の前に、前記ゲルを高温で乾燥させて、前記生物活性物質の制御された送達を促進する望ましい多孔性を与えることをさらに含む、請求項８８記載の方法。
【請求項９３】
前記非晶質リン酸アルミニウムが約100 m2/gを超える表面積を有する、請求項８８記載の方法。
【請求項９４】
前記形成工程が、水酸化アルミニウムをリン酸と合わせて、酸性のリン酸アルミニウムを含む溶液を形成することを含む、請求項８０記載の方法。
【請求項９５】
前記添加工程が、
金属塩の形態の前記生物活性物質を前記酸性リン酸アルミニウムに加えること;及び
該生物活性物質と酸性リン酸アルミニウムの混合物を中和して、リン酸アルミニウムを形成すること
を含む、請求項９４記載の方法。
【請求項９６】
前記金属塩が硝酸銀であり、前記混合物がアルミン酸ナトリウムにより中和される、請求項９５記載の方法。
【請求項９７】
前記の合わせる工程の前に、前記混合物を約200℃未満の温度に乾燥させること、請求項８０記載の方法。
【請求項９８】
前記複合体が約20 m2/g未満の表面積を有する、請求項８０記載の方法。
【請求項９９】
前記表面積が約100〜250 m2/gである、請求項９８記載の方法。
【請求項１００】
前記制御された送達が約100 ppm以上である、請求項８０記載の方法。
【請求項１０１】
前記生物活性リン酸アルミニウム複合体が、約1〜10重量パーセントの範囲の前記生物活性物質を含む、請求項８０記載の方法。
【請求項１０２】
前記化学組成物の総重量に対して、約0.1〜2重量パーセントの範囲の前記生物活性物質を含む、請求項８０記載の方法。
【請求項１０３】
前記化学組成物が、水分に曝されると、約1,500 ppm未満のホスフェートアニオンの制御された送達を与えるように設計されている、請求項８０記載の方法。
【請求項１０４】
ホスフェートアニオンの前記制御された送達が約100〜500 ppmである、請求項１０３記載の方法。
【請求項１０５】
生物活性物質をリン酸アルミニウムと合わせて含む抗菌性化学組成物を製造する方法であって、
アルミニウム源をホスフェート源と、好適なpHの水溶液中で合わせて、リン酸アルミニウムの分散液を形成することによりリン酸アルミニウムを形成する工程;
該形成工程の後に、生物活性物質を該非晶質リン酸アルミニウムに加えて複合体を与える工程であって、該生物活性物質が該リン酸アルミニウム中に物理的に組み込まれて、生物活性-リン酸アルミニウム複合体を形成する工程;及び
ポリマー結合材料を該複合体と合わせて該抗菌性化学組成物を形成する工程;
を含み
該組成物が、硬化した場合、水分に曝されると、該生物活性物質から誘導された生物活性構成要素の、100 ppm以上の制御された送達を与える、前記方法。
【請求項１０６】
前記形成工程の間、前記分散液が非晶質リン酸アルミニウムである、請求項１０５記載の方法。
【請求項１０７】
前記形成工程の間、前記分散液が結晶性リン酸アルミニウムである、請求項１０５記載の方法。
【請求項１０８】
前記形成工程の間、前記分散液が非晶質リン酸アルミニウムと結晶性リン酸アルミニウムの組み合わせである、請求項１０５記載の方法。
【請求項１０９】
前記リン酸アルミニウムが、約100 m2/g未満の表面積を有する、請求項１０５記載の方法。
【請求項１１０】
前記添加工程の間に、金属イオンの形態のある量の前記生物活性物質が、前記リン酸アルミニウムに化学結合する、請求項１０５記載の方法。
【請求項１１１】
前記形成工程が、
アルミニウム塩をリン酸と水溶液中で合わせること;及び
充分な量の塩基物質を加えて該溶液のpHを増加させてゲル構造を形成すること;
を含み、
該ゲルが、互いに連結した非晶質リン酸アルミニウム粒子の三次元構造を含む、請求項１０５記載の方法。
【請求項１１２】
前記の合わせる工程が、
水酸化アルミニウムをリン酸と合わせて、酸性リン酸アルミニウム縮合物を含む溶液を形成すること;及び
該縮合物を中和して、非晶質リン酸アルミニウムを形成すること;
を含む、請求項１０５記載の方法。
【請求項１１３】
生物活性物質をリン酸アルミニウムと合わせて含む抗菌性化学組成物を製造する方法であって、
水酸化アルミニウムをリン酸と合わせて、酸性リン酸アルミニウム縮合物を含む溶液を形成する工程;
前記酸性リン酸アルミニウム縮合物を形成する工程の間又は後に、生物活性物質を合わせて、該生物活性物質を含む生物活性-リン酸アルミニウム複合体を含む混合物を形成する工程;及び
ポリマー結合材料を該複合体と合わせて、該化学組成物を形成する工程;
を含む、前記方法。
【請求項１１４】
前記複合体が非晶質リン酸アルミニウムを含む、請求項１１３記載の方法。
【請求項１１５】
前記複合体が結晶性リン酸アルミニウムを含む、請求項１１３記載の方法。
【請求項１１６】
中和剤を前記酸性リン酸アルミニウム複合体に加えて、そのpHを増加させる工程をさらに含む、請求項１１３記載の方法。
【請求項１１７】
前記複合体が、前記リン酸アルミニウムと化学結合した前記生物活性物質を含む、請求項１１３記載の方法。
【請求項１１８】
前記生物活性物質を合わせる工程の後に、さらなる水酸化アルミニウムを前記混合物に加えること、請求項１１３記載の方法。
【請求項１１９】
前記水酸化アルミニウムとリン酸を合わせる工程の間に、該水酸化アルミニウムがスラリーの形態で与えられ、該リン酸にゆっくりと加えられる、請求項１１３記載の方法。
【請求項１２０】
前記水酸化アルミニウムとリン酸を合わせる工程の間に、該リン酸が該水酸化アルミニウムにゆっくりと加えられる、請求項１１３記載の方法。
【請求項１２１】
前記水酸化アルミニウムとリン酸を合わせる工程が、
該リン酸を、第一の量の該水酸化アルミニウムに加えて、酸性リン酸アルミニウム溶液を形成する工程;及び
該酸性リン酸アルミニウム溶液を、第二の量の該水酸化アルミニウムに加えて、縮合物を形成する工程;
を含む、請求項１１３記載の方法。
【請求項１２２】
前記生物活性-リン酸アルミニウム複合体が約20 m2/g未満の表面積を有し、前記組成物が硬化する場合、水分に曝されると、約10〜900 ppmの前記生物活性構成要素の制御された送達を与える、請求項１１３記載の方法。
【請求項１２３】
前記中和剤が、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、前記生物活性物質構成要素が、銀、銅、亜鉛、カルシウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される金属イオンである、請求項１１６記載の方法。
【請求項１２４】
前記ポリマー結合材料を合わせる工程の前に、前記リン酸アルミニウムを、約200℃未満の温度に乾燥させること、請求項１１３記載の方法。
【請求項１２５】
前記生物活性物質が、銀塩、銅塩、亜鉛塩、カルシウム塩、及びこれらの組み合わせからなる金属塩の群から選択される、請求項１１３記載の方法。
【請求項１２６】
生物活性物質を非晶質リン酸アルミニウムと合わせて含む抗菌性化学組成物を製造する方法であって、
生物活性物質を硝酸アルミニウム及びリン酸と合わせて溶液を形成し、該溶液を中和して、非晶質リン酸アルミニウムを含むゲルを形成する工程であって、該ゲルが、該非晶質リン酸アルミニウムの骨格中に組み込まれた該生物活性物質の生物活性構成要素を含み、それにより生物活性-リン酸アルミニウム複合体を形成する工程;及び
ポリマー結合材料を該複合体と合わせて該化学組成物を形成する工程;
を含む、前記方法。
【請求項１２７】
前記複合体が約100 m2/gを超える表面積を有し、前記組成物が、水分に曝されると、約10〜900 ppmの前記生物活性構成要素の制御された送達を与える、請求項１２６記載の方法。
【請求項１２８】
前記溶液が、水酸化アンモニウムの添加により中和され、前記生物活性物質構成要素が、銀、銅、亜鉛、カルシウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される金属イオンである、請求項１２６記載の方法。
【請求項１２９】
前記ポリマー結合材料を合わせる工程の前に、前記非晶質リン酸アルミニウムを約200℃を超える温度に乾燥させること、請求項１２６記載の方法。
【請求項１３０】
前記生物活性物質が、銀塩、銅塩、亜鉛塩、カルシウム塩、及びこれらの組み合わせからなる金属塩の群から選択される、請求項１２６記載の方法。
【請求項１３１】
生物活性物質をリン酸アルミニウムと合わせて含む抗菌性化学組成物を製造する方法であって、
生物活性物質を水酸化アルミニウムと合わせて混合物を形成する工程;
該混合物をリン酸に加えて、該生物活性物質を含む生物活性-リン酸アルミニウム複合体を形成する工程;及び
ポリマー結合材料を該複合体と合わせて、該化学組成物を形成する工程;
を含む、前記方法。
【請求項１３２】
前記生物活性物質が金属塩を含む、請求項１３１記載の方法。
【請求項１３３】
前記の合わせる工程の前に、前記金属塩を配位子と合わせる(combing)ことにより錯体が形成される、請求項１３２記載の方法。
【請求項１３４】
前記金属塩が硝酸銀であり、前記配位子が、アンモニア、イミダゾール、置換イミダゾール、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１３３記載の方法。
【請求項１３５】
前記生物活性-リン酸アルミニウム複合体が金属酸化物をさらに含む、請求項１３３記載の方法。
【請求項１３６】
前記生物活性-リン酸アルミニウム複合体が金属酸化物をさらに含む、請求項１３１記載の方法。
【請求項１３７】
前記添加工程及び合わせる工程が室温で実施される、請求項１３１記載の方法。
【請求項１３８】
前記水酸化アルミニウムが非晶質水酸化アルミニウムを含む、請求項１３１記載の方法。
【請求項１３９】
前記複合体が非晶質リン酸アルミニウムを含む、請求項１３１記載の方法。
【請求項１４０】
前記複合体が結晶性リン酸アルミニウムを含む、請求項１３１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、抗菌性を有する化学組成物に関し、より詳細には、1種以上の抗菌剤を含むリン酸アルミニウム複合体を含むように特別に処方された化学組成物及びそれを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
1種以上の抗菌剤を含んで抗菌性を与えるように処方されている化学組成物、例えば、下にある基材表面に塗膜層を形成するための被覆組成物などの形態で与えられる化学組成物は当分野に公知である。そのような抗菌性化学組成物は、望まれない微生物に対するある程度の保護を与えることが知られている抗菌剤を利用する。
【０００３】
当分野に公知である従来の抗菌性化学組成物、例えば、水性塗料及びコーティングなどの処方された製品は、貯蔵の間に液体組成物を微生物による変質から保護するための殺生物剤を中に含んでいる。抗菌保護は、カビ及び/又は白カビの増殖による使用中の適用された乾燥塗膜の汚損を防ぐ薬剤の組み込みにより、そのような従来の塗料及びコーティングからもたらされる。
【０００４】
従来の抗菌性化学組成物は、望まれない微生物に対するいくらかの保護を与えることが知られているが、もたらされる保護は、その活性の程度と望まれない微生物に対する望まれるレベルの抵抗性を与えることができる時間の長さの両方で幾分限定されている。これは、大部分は、配合物の性質及びその中に配置された抗菌剤の限定された活性、並びにそれから生じる、望まれない微生物に対する高活性で長期間作用する抵抗性を与えることができないためである。そのため、そのような従来の抗菌性化学組成物は、微生物に対するある程度の抵抗性を与えることが可能であるが、特定の最終使用用途の要求を満たすのに充分な、望ましい又は必要なレベルの微生物制御を与えることが不可能である。
【０００５】
広範囲の細菌、カビ、白カビ、及び他の有害な微生物に対する、活性な長期間の抵抗性を与えて、病気及び/又は感染による製品の変質という付随する作用を予防するという、満たされていない必要性がある。感染及び感受性のある環境(sensitive environments)中で表面接触からの製品変質を防ぐことが重要である標的最終使用用途の例には、病院及び健康管理施設;台所及び食品の加工・貯蔵区域;乳製品加工場;醸造所;浴室及びトイレ施設;ホテル;学校、レクリエーション、娯楽、及びスポーツ施設がある。既存の抗菌性添加剤は、ある程度の抗菌作用を与えることができるが、塗料及びコーティングなどの処方されたそのような製品におけるその有効性は、下記を超える、抗菌作用を達成するのに要求される物質の量により限定される:(1)処方される製品のコストの制約;(2)標的外の毒性に関する使用の限界;(3)処方される製品に組み込むための実際的な制限;及び(4)保護すべき物品の表面に送達するための機構により制限され得る。
【０００６】
したがって、抗菌性化学組成物が、細菌、カビ、白カビ、及び他の微生物種を含む広範囲の微生物に対する、望まれる活性な長期間の抵抗性を与えて、公知の抗菌性化学組成物に比べて病気及び製品変質の付随する作用を予防し、それにより、特定の最終使用用途の必要性を満たすように処方されることが望ましい。そのような抗菌性化学組成物が、様々な最終使用用途に関連する具体的な抗菌性の要求に効果的に対処する目的で、配合物の性能特性における変化を効果的に個別化し、調整し、及び/又は特化する能力を推進するように設計されていることが望ましい。そのような抗菌性化学組成物が容易に手に入る材料から処方され、且つ/又は新型装置の使用を必要とせず、過度に労働集約的でなく、経済的に実現可能であるように化学組成物の製造を促進する方法により製造されることがさらに望まれる。
【発明の概要】
【０００７】
本明細書に記載される抗菌性化学組成物は、一般的に、結合ポリマー内に分散しているリン酸アルミニウム(AlP)固体を含む。1種以上の生物活性物質が、AlP内に配置されているか、又はAlPと組み合わされて、生物活性-AlP複合体を形成する。該複合体の特徴は、該組成物が乾燥した塗膜膜又はコンポジットの形態で与えられる場合、それが生物活性構成要素(水分への曝露と同時に生物活性物質から誘導される)の塗膜又はコンポジット表面への制御された送達を与え、望まれるレベルの抗菌性抵抗性(antimicrobial resistance)を与えるように、それが具体的に設計されていることである。該複合体の形成に使用されるAlPは、非晶質形態でも、結晶性形態でも、その組み合わせでもよい。例の実施態様において、AlPは非晶質AlPを含む。
【０００８】
該複合体の形成に使用される生物活性物質又はそれから誘導される生物活性構成要素は、該複合体の製造に利用された特定の方法に応じて、例えば、AlPポリマーの骨格中に与えられてAlPポリマーと化学的に結合しても、AlPポリマーに物理的に組み込まれ、絡まり、封入され、又は織り込まれてもよい。生物活性物質は有機でよく、且つ/又は銀塩、銅塩、亜鉛塩、カルシウム塩、及びこれらの組み合わせを含むものなどの金属の塩若しくは酸化物でよく、且つ/又は銀、銅、亜鉛、カルシウム、及びこれらの組み合わせを含むものなどの金属イオンでよい。さらに、生物活性物質は、1種以上の金属酸化物を含んでよく、それは亜鉛、銅、マグネシウム、バリウム、カルシウム、及びこれらの組み合わせの酸化物を含み得るがこれらに限定されず、これらは、生物活性物質の抗菌有効性及び/又は光安定性を増加させ得る。さらに、生物活性物質は、組み合わされて生物活性-AlP複合体を形成する前に錯化されていてよく、それは生物活性物質の色安定性又は光安定性を増加させ得る。一例において、生物活性物質が硝酸銀などの金属塩を含む場合、該金属塩は、アンモニア、イミダゾール、置換イミダゾール、及びこれらの組み合わせなどの配位子により錯化されてから、錯化された金属塩が生物活性-AlP複合体の形成に使用される他の成分と組み合わされてよい。該組成物の形成に使用される結合ポリマーは、ポリウレタン、ポリエステル、溶剤型エポキシ、無溶剤型エポキシ、水性エポキシ、エポキシコポリマー、アクリル、アクリルコポリマー、シリコーン、シリコーンコポリマー、ポリシロキサン、ポリシロキサンコポリマー、アルキド、及びこれらの組み合わせを含み得る。
【０００９】
例の実施態様において、AlPは、化学組成物が、例えばコーティングフィルム又はコンポジット構造の形態の硬化された形態である場合、約5〜1,000 ppm、好ましくは約10〜900 ppm、最も好ましくは約15〜800 ppmの生物活性構成要素の制御された送達を与えるように設計されている。例の実施態様において、少なくとも100 ppm以上の生物活性構成要素の制御された送達で与えることが望ましい。複合体中の生物活性物質、例えば、Agの量は、複合体の総重量に対して、約1〜10重量パーセント、好ましくは約2〜8重量パーセント、より好ましくは約3〜6重量パーセントの範囲になり得る。複合体中のホスフェートとアルミニウムの比は、約0.5:1〜1.5:1の範囲である。化学組成物中の生物活性-AlP複合体は、乾燥塗膜重量の約0.1〜2パーセントを構成し、又は塗料中で20〜1,000 ppmwの生物活性構成要素、例えばAgを含む。好ましい実施態様において、効果的な浸出速度、すなわち、生物活性-AlP複合体を含む硬化したコーティング又は硬化したコンポジットの表面で放出される生物活性構成要素、例えば、Agの量は、少なくとも約30 μg/m2であり、好ましくは約36.9 μg/m2であるか、又は生物活性のためのリンス(rinse for bioactivity)において2 μg/Lを超える。
【００１０】
例の実施態様において、抗菌性化学組成物は、例えば、金属基材と共に使用するためのコーティングとして処方される場合、望まれる程度の耐食性も与え得る。そのような実施態様において、AlPは、生物活性構成要素の制御放出/送達に加えて、水分への曝露時にホスフェートアニオンなどの不動態化アニオンの制御された送達を与えるように処方される。例の実施態様において、そのような抗菌性化学組成物は、約100 ppmを超えるホスフェートアニオンの制御された送達を与え得る。
【００１１】
本明細書に記載される抗菌性化学組成物は、最初に生物活性-AlP複合体の形成により製造されるが、それは、所望のアルミニウム源を所望のホスフェート源と、好適な反応条件下で、例えば、好適なpHで好適な温度の水溶液中で合わせてAlPを形成することによりAlPを形成することを含む。生物活性物質は、生物活性物質がAlPに分散するか、又はAlPと組み合わされて生物活性-AlP複合体を形成するように、AlPを形成する工程の間及び/又は後にAlPに加えられる。望まれる場合、複合体を結合ポリマーと合わせる前に、さらなるAlPを生物活性-AlP複合体に加えることができる。
【００１２】
例の一製造方法によると、生物活性物質は、AlPが形成された後にAlPに加えられるが、その場合、生じた生物活性-AlP複合体は、AlPポリマーに物理的に組み込まれ、絡まり、封入され、又は織り込まれた生物活性物質を含む。別な例の製造方法によると、生物活性物質は、AlPの形成の間にAlPに加えられ、その場合、生じた生物活性-AlP複合体は、ALPとインサイチュで形成され、例えば、ALPポリマー骨格の一部として、AlPポリマーに化学結合した生物活性物質の生物活性構成要素を含む。
【００１３】
一例において、生物活性-リン酸アルミニウム複合体は、アルミニウム源(非晶質及び/又は結晶性形態の水酸化アルミニウムなど)を、ホスフェート源(リン酸など)と、生物活性物質の存在下で合わせて、反応混合物を形成することにより製造される。生物活性物質は、別な成分としても、アルミニウム源とホスフェート源の一方又は両方と組み合わされた予備混合された形態でも与えることができる。アルミニウム源とホスフェート源の一方又は両方は、水溶液の形態で与えることができる。反応混合物を放置して反応を起こさせ(例えば、室温で)、生物活性-リン酸アルミニウム複合体が形成するが、この場合生物活性物質はリン酸アルミニウムと結合している。一例において、生物活性物質は、イミダゾール又はアンモニアと錯化していてよく、且つ/又は亜鉛及び/若しくは銅の酸化物と組み合わされてもよい硝酸銀でよい。そのように形成された生物活性-リン酸アルミニウム複合体は、所望のポリマー結合剤と合わされて、本明細書に開示される抗菌性化学組成物を形成する。
【００１４】
本明細書に記載される抗菌性化学組成物は、細菌、カビ、白カビ、及び他の微生物種を含む広範囲の微生物に対する、活性な長期間の抵抗性を与え、公知の抗菌性化学組成物に比べて、病気及び製品変質の付随する作用を予防し、それにより、特定の処方された最終使用用途の必要性を満たすように具体的に設計されているが、そのような用途には、塗料、コーティング、接着剤、コンポジット、セメント、プラスチックなどがある。これらの抗菌性化学組成物は、容易に手に入る材料から、且つ/又は新型装置を避け、過度に労働集約的でなく、経済的に実現可能である方法で製造を促進する方法により製造される。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（詳細な説明）
本明細書に記載される抗菌性化学組成物は、一般的に、組成物のバルクマトリックスを形成する結合ポリマー内に分散しているリン酸アルミニウム(AlP)を含む。1種以上の生物活性物質はリン酸アルミニウム内に配置されて、それにより生物活性-AlP複合体を形成し、リン酸アルミニウムは、水分への曝露と同時に生物活性物質から誘導された生物活性構成要素の制御された送達又は放出を与えるように具体的に設計されている。そのような抗菌性化学組成物は、本明細書に記載されるいくつかの方法により製造され、塗料、コーティング、接着剤、コンポジット、セメント、プラスチックなどとして使用するために処方され得る。
【００１６】
この点で有用なリン酸アルミニウムには、非晶質リン酸アルミニウム、結晶性リン酸アルミニウム、及びこれらの組み合わせがある。この点で有用な例のリン酸アルミニウムは非晶質リン酸アルミニウム(AAlP)であり、好ましいAAlPは、非晶質オルトリン酸アルミニウムである。AAlPは特定の特徴的な性質を有することが示されており、生物活性物質の担体としての使用に好適であるのでAAlPの使用は望ましいが、結晶性AlP及び非晶質AlPと結晶性AlPの組み合わせもこの点で有用であると理解されており、本明細書に開示される抗菌性化学組成物の範囲内にある。
【００１７】
例の実施態様において、非晶質オルトリン酸アルミニウムは、非晶質ヒドロキシリン酸アルミニウム(aluminum hydroxy phosphates)である。非晶質ヒドロキシリン酸アルミニウムは、組成物内の均一な分散性を与え、分散液は配合物の貯蔵寿命の間安定なままでいる。非晶質ヒドロキシリン酸アルミニウムにはヒドロキシルが含まれているので、配合物の結合ポリマーの好適な基、例えば、カルボキシル基、アミノ基、ヒドロキシル基、酸性基などとの水素結合を与えることによりマトリックスの安定性を与える。この特徴は非晶質ヒドロキシリン酸アルミニウムに独特であり、結晶性又は他の種類の非晶質リン酸塩には存在せず、そのため均一な分散性を与えるのに役立つ。
【００１８】
本明細書に開示される抗菌性化学組成物の形成に使用されるAlPは、そのような最終使用用途を処方するために有用な種々の異なる結合ポリマー又は結合ポリマー系と高レベルの適合性を有し、それによりそのような組成物を処方する際の高度の柔軟性及び選択肢を与えて、いくつかの異なる最終使用産業における種々の最終使用用途の必要性及び条件を満たすように、特別に設計されている。
【００１９】
化学組成物内の生物活性構成要素の制御された送達及び/又は放出は、大部分は、コーティングの形態であれコンポジットの形態であれ、該組成物のバルクマトリックスを通る生物活性構成要素の拡散速度に依存する。生物活性構成要素の拡散速度は、生物活性構成要素及び水の輸送を制御するバルクマトリックスの構造的特徴に依存する。これらの特徴には、架橋密度、顔料と容積の比(PVC)、生物活性物質担体の本質、成分の親水性、及び成分の極性があるが、これらに限定されない。
【００２０】
本明細書に開示される抗菌性化学組成物は、AlPを生物活性担体材料として使用するが、AlPは、望まれる程度の抗菌性抵抗性を与える目的で、その中に含まれる生物活性物質への水分の両方の制御された拡散及びそのようなAlPを含むコーティング又はコンポジットの表面への生物活性構成要素の拡散又は送達又は放出を与えるように設計されている。したがって、生物活性物質はAlP中に組み込まれるが、それは、生物活性構成要素の溶解度を加減し制御するように、且つ溶解した生物活性構成要素の組成物膜又はコンポジットバルクマトリックスを通る拡散を制御するように、具体的に作られた。
【００２１】
水分の拡散及び生物活性構成要素の送達に影響を有することが発見されたAlPの特徴/パラメーターは、AlP分子の多孔性である。本明細書に開示されるAlP複合体の特徴は、合成方法の選択によりそのような複合体のモルフォロジー及び多孔性を設計する能力である。本明細書では、「設計された多孔性」という用語は、粒子ボイド(particle voids）、粒子凝集体中の粒子の間の間隙空間、及び集塊中の凝集体の間の間隙空間からなる固体材料内に存在する空間の体積と定義される。水銀ポロシメトリーを利用して、固体及び顔料の多孔性が特性化される。主な測定には以下がある:
1.全細孔容積(ml/g)-水銀が圧力の関数として吸収され得る試料中の空間全体を測定する。
2.全細孔比表面積(m2/g)-容積を面積に変換し、どれくらいの面積が全細孔容積により占められているかを定義する。
3.平均細孔容積(4V/Α=μ)-面積による容積の分布、すなわち平均でどれくらいの容積が異なる細孔サイズになるかを示す。
4.BET(m2/g)-試験条件下で窒素ガスがアクセス可能な総表面積の尺度である。BETと多孔性は相関する。
【００２２】
生物活性物質として例えば銀などの金属塩又は金属イオンを含み、ゾル-ゲル法（以下により詳細に記載する）により形成されたAlP複合体は、非常に高い表面積及び多孔性の凝集体に組み込まれたナノサイズの一次粒子の形成をもたらす。そのような高い表面積及び多孔性を有する利点は、それが水との最適な拡散接触及び結合ポリマーバルクマトリックスにより形成された塗膜中の銀イオンのその後の放出を確実にし、それにより塗膜又はコンポジット全体への複合体の均一な分布を促進し、水との接触と同時に複合体からの生物活性物質の比較的迅速な放出を促進することである。
【００２３】
生物活性物質として例えば銀などの金属塩又は金属イオンを含み、ゾル-ゲル法により製造されたAlP複合体は、約100〜250 m2/g、好ましくは約125〜200 m2/g、最も好ましくは約140〜160 m2/gのBET表面積を有する。そのようなAlP複合体は、約1〜2 mL/g、好ましくは約1.3〜1.8 mL/gの全細孔容積を有する。そのようなAlP複合体は、約0.02〜0.06 μm、好ましくは約0.04〜0.05 μmの平均細孔容積を有する。
【００２４】
対照的に、生物活性物質として例えば銀などの金属塩又は金属イオンを含み、沈殿法又は縮合法（以下により詳細に記載する）により形成されたAlP複合体は、比較的低い表面積及び低い多孔性の凝集体中に組み込まれたナノサイズの一次粒子の形成をもたらす。低い表面積及び多孔性を有する利点は、それが、低下した程度の水との拡散接触及び結合ポリマーバルクマトリックスにより形成された塗膜又はコンポジットへの銀イオンのその後の放出を確実にし、それにより、塗膜又はコンポジット全体への複合体の均一な分布を促進し、水との接触時にAlP複合体からの生物活性物質の比較的ゆっくりとした放出を促進することである。
【００２５】
生物活性物質として例えば銀などの金属塩又は金属イオンを含み、沈殿法又は縮合法により製造されたAlP複合体は、約2〜10 m2/gのBET表面積、約0.5〜0.9 mL/gの全細孔容積、及び約0.4〜0.6 μmの平均細孔容積を有する。
【００２６】
そのため、抗菌性化学組成物の製造に有用なAlPの特徴は、最終使用用途に配置された場合、望まれる程度の活性及び抗菌性抵抗性を促進する、望まれる速度の水分拡散及び生物活性構成要素の送達を与えるように計算された設計された多孔性を有することである。
【００２７】
そのため、AlPの望ましい多孔性は、異なる最終使用用途それぞれに必要とされる特定の要件に応じて変わると理解される。しかし、水分への曝露時に生物活性構成要素を急速に失わせるほど、例えば、活性が高いが有効耐用寿命が非常に低下するほどAlPの多孔性が高くないことが一般的に望ましい。生物活性物質の添加量(loading)及び/又は使用される生物活性物質の種類も、活性及び有効耐用寿命に影響を与えるだろう。したがって、AlPの多孔性は、ある生物活性物質のある量又は一般的な添加量範囲に対して、望まれる程度の抗菌活性と望まれる有効耐用寿命の間のバランス又は折り合いを反映する。
【００２８】
AlPの多孔性は、以下により詳細に記載されるとおり、AlPを製造するプロセスの間及び/又は形成後の処理、例えば、乾燥及び/又は他の熱処理の間に設計される。
【００２９】
本明細書に開示されるAlPは、生物活性物質担体として作用して生物活性構成要素の望ましい制御された送達/放出を与えるほかに、水分に曝露される時、ホスフェートアニオンの送達により耐食保護を与える。したがって、抗菌性と耐食性をどちらも必要とする最終使用用途では、例えば、組成物が金属基材上のコーティングとして使用するために処方される場合、AlPは、ホスフェートアニオンの制御された送達を与えて、不動態化により望ましい程度の耐食保護を金属基板に与えるようにも設計することができる。
【００３０】
やはりそのような耐食性が望まれる例の実施態様において、AlPは、最終使用用途に配置された硬化した塗膜又はコンポジット中に存在する場合、約50〜500 ppm、好ましくは100〜200 ppmの範囲の不動態化ホスフェートアニオンを放出するように設計される。送達されるべき不動態化アニオンの量は、使用されるAlPの添加量又は量、使用される結合ポリマーの種類、保護される金属基板の種類、及び最終使用用途内に存在する環境の種類などのいくつかの異なる因子に依存する。保護される金属基板が鉄を含み腐食環境が水、酸素、及び他の腐食性塩を含む好ましい実施態様において、AlPは、およそ160 ppmの不動態化ホスフェートアニオンを放出するように設計される。
【００３１】
例の結合ポリマーには、公知の抗菌性化学組成物を製造するのに現在使用されているものがあり、水性ポリマー、溶剤系ポリマー、並びにこれらのハイブリッド及び組み合わせを含む一般群から選択できる。耐食性コーティング組成物を製造するのに有用な例の水性ポリマーには、アクリル及びアクリルコポリマー、アルキド、エポキシ、ポリウレタン、並びにシリコーン及びポリシロキサンポリマーがある。耐食性コーティング組成物を製造するのに有用な例の溶剤系及び/又は非水性ポリマーには、アクリル及びアクリルコポリマー、エポキシ、ポリウレタン、シリコーン、ポリシロキサン、ポリエステル、及びアルキドがある。好ましい結合ポリマーには、アクリルコポリマーラテックス、アルキド、ポリウレタン、及びエポキシポリマーがある。
【００３２】
例の実施態様において、抗菌性化学組成物は、予備硬化又は湿った状態で、化学組成物の総重量に対して約15〜75重量パーセントの範囲、好ましくは約20〜60重量パーセントの範囲、より好ましくは約20〜35重量パーセントの範囲の結合ポリマーを含む。約15重量パーセント未満の結合ポリマーを含む抗菌性化学組成物は、望まれる程度の抗菌保護を与えるのに必要なよりも多量の生物活性物質(生物活性-AlP複合体として存在)を含み得る。約75重量パーセントより多い結合ポリマーを含む抗菌性化学組成物は、望まれる程度の抗菌性抵抗性を与えるのに不十分な量の生物活性物質(生物活性-AlP複合体として存在)を含み得る。特定の量の結合ポリマーが提供されてきたが、抗菌性化学組成物を処方するために使用される結合ポリマーの正確な量が、使用される結合ポリマーの種類、化学組成物の形成に使用される他の材料の種類及び量、使用される生物活性物質の種類及び/若しくは量、並びに/又は特定の最終使用抗菌性用途などの因子により変わるだろうということを理解されたい。
【００３３】
本明細書に記載される抗菌性化学組成物を形成する際に有用な生物活性物質又は作用物質は、以下を含むがこれらに限定されない種々の生物活性物質及び/又は種から選択できる:(1)殺菌性(微生物を殺す)と静生物性(biostatic）(微生物を不活性化する)のいずれかである有機分子を含む抗菌性添加剤;(2)生物農薬、典型的には、微生物に対して静生物性又は殺菌性作用を有するペプチド;(3)標的生物の増殖を自然に阻害又は防止する天然産物;(4)標的微生物の増殖及び/又は発生に干渉する「善玉」菌;(5)特定の環境状態に反応して抗菌性種を放出又は生成する鉱物及び金属;及び(6)これらの組み合わせ。有機抗菌性添加剤及び金属系殺生物剤が、処方された製品に抗菌性を付与するために、最も普通に使用されてきた。
【００３４】
生物活性物質又は作用物質として有用な金属系材料には、金属イオン及び金属塩がある。好適な金属イオンには、銀、銅、亜鉛、カルシウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるものがある。好適な金属塩には、先に特定された金属イオンの塩がある。例の実施態様において、銀を、それが組み込まれる結合ポリマーの配合物と適合性があるようにできれば、且つ、銀を、費用効果が良く不変である方法で、水分への曝露時に表面への送達用に配合物内部で活性状態に保つことができれば、銀はいくつかの利点があるので望まれる生物活性物質である。銀は、典型的な有機殺生物剤よりも高度の熱安定性、非標的生物に対する低レベルの毒性を有し、高レベルのUV安定性を有するので、有機材料よりも好都合である。
【００３５】
銀イオン(Ag+)は生物活性があり、充分な濃度で種々の微生物を殺す。銀は、証明された抗菌活性を有し、特定の抗生物質耐性菌に対して効果的であることが知られている。それは広いスペクトルの抗菌活性及び哺乳動物細胞に対して最低限の毒性を有する。銀は、典型的には、ガラス、シリカ、又はゼオライトなどの担体成分中の有効成分として(典型的には5重量%未満の濃度レベルで)処方又は組み込まれる。銀系材料が微生物を制御する作用機序は、周囲水分に反応した銀イオンの放出を含む。銀イオンは、水との接触により形成され、該イオンは生物と接触し、生物中の複数の結合部位と相互作用する。銀イオンが、標的生物代謝の細胞に移動されるにつれ、細胞の呼吸機能が変化し、ついには停止し、細胞を死なせる。
【００３６】
生物活性物質として使用するための銀の好適な源には、硝酸銀及び塩化銀などの銀塩があり、硝酸銀(AgNO3)が好ましい。硝酸銀は非常に溶解性が高く(0℃の水100ミリリットル当たり122グラム)、この溶解度は、抗菌性コーティング又はコンポジットなどの処方された製品からの生物活性物質の制御された送達にとって特別な難題を呈する。硝酸銀は、処方されたコーティング又はコンポジットからの表面への銀イオンの送達が、目標耐用寿命の間最低限の制御レベルを供給するようバランスのとれた速度及び濃度で制御されている限り、生物活性物質として有用である。あまりに送達が速いと、保護すべき表面の銀イオンが過剰な濃度になり、表面の変色及び/又はバルクマトリックス中の硝酸銀の利用可能な蓄えの急速な枯渇を起こし、有効耐用寿命が短くなるだろう。
【００３７】
先に議論された通り、設計された多孔性を有して、生物活性構成要素、例えば、銀イオンのコーティング又はコンポジットのバルクマトリックスを通る制御された拡散速度及び放出/送達を与えるAlPが製造される。遊離成分として、コーティングに直接に硝酸銀を組み込んでも制御放出は可能にならないだろう。銀塩の溶解度を加減及び制御し、溶解した銀イオンのフィルム又はコンポジットマトリックスを通る拡散を制御し、その結果生じた、表面への銀イオンの送達を制御するように設計されたAlPに、硝酸銀（又は銀イオン源)を組み込むことが必要である。
【００３８】
上述の通り、AlPの多孔性は、加水分解及び溶解などの反応を制御する機構を与えるように設計されている。さらに、AlPは、具体的にはバルクマトリックス中で水を自身に引き付け、それにより溶解相互作用の媒体を与えるために、吸湿性(hydroscopic)にすることができる。設計された多孔性の特徴は、制御された溶解及びイオン放出の基礎である。銀イオンの場合、銀イオンの拡散速度は、AlPの表面積及び多孔性に依存する。これは、バルクマトリックスを通る銀イオンの全体的な輸送速度も加減する。具体的には、水がバルクマトリックスに接触するとそれは吸収され、バルクマトリックス中の水が生物活性-AlP複合体内に配置された溶解性が高い銀(AlP内に物理的に封入された硝酸銀又はAlPに化学結合している銀イオンのいずれかとして)に接触すると、銀種は溶解し、銀イオンはバルクマトリックスを通り表面へ拡散する。
【００３９】
本明細書に開示される抗菌性組成物の特徴は、このような組成物がバインダーポリマーのバルクマトリックス内に配置されたAlP複合体の使用を含み、該AlP複合体が、バインダーポリマーを通る生物活性構成要素(複合体から放出される)の移動又は拡散の速度と同じでも異なっていてもよい生物活性構成要素送達の速度を有することである。そのため、処方者は、AlP複合体の多孔性を設計して、そこからの生物活性構成要素の望ましい放出速度を与えることができ、配合物をさらに設計して(異なる結合ポリマー、充填剤などの使用により)組成物を通る生物活性構成要素の移動又は拡散速度に影響を与え、特定の最終使用用途の要求を満たすことができる。これらの特徴の組み合わせ、すなわち、AlP複合体からの生物活性構成要素の放出速度と、バインダーポリマーバルクマトリックスを通る、そのような放出された生物活性構成要素の移動及び拡散速度は、他の方法では利用できない、増強したレベルの抗菌性組成物個別調整を可能にする。放出速度及び移動/拡散速度のそのような個別調整は、種々の最終使用用途に応えるように具体的に調整され得る膨大な範囲の抗菌性組成物を与えるように作用する。
【００４０】
AlPに組み込まれる生物活性物質の量又は濃度は、使用される生物活性物質の種類、コーティング又はコンポジットマトリックスの形成に使用される結合ポリマーの本質、AlPの種類(非晶質、結晶性、又はこれらの組み合わせ)、及びAlPの設計された多孔性などの因子に依存して変動することがあり、変動するだろう。そのため、生物活性物質濃度及びAlPの設計された多孔性などの生物活性-AlP複合体の性質を制御して、温度、相対湿度、紫外線曝露などの種々の曝露条件に対処することができる。
【００４１】
例の実施態様において、充分な量の生物活性物質が存在し、乾燥した塗膜又はコンポジットの形態で提供される場合、約5〜1,000 ppm、好ましくは約10〜900 ppm、より好ましくは約15〜800 ppmの範囲の生物活性構成要素の制御された送達(生物活性物質の水分との接触から誘導される)を与える組成物をもたらすだろう「設計された多孔性」を、AlPが有することが望ましい。生物活性構成要素が銀イオンである特定の実施態様において、望ましい最適の制御された銀イオンの送達は、約100 ppmを超え、最も好ましくは約120 ppmである。好ましい実施態様において、効果的な浸出速度、すなわち、生物活性-AlP複合体を含む硬化したコーティング又は硬化したコンポジットの表面で放出される生物活性構成要素、例えばAgの量は、少なくとも約30 μg/m2であり、好ましくは約36.9 μg/m2であるか、又は生物活性のためのリンスにおいて2 μg/Lを超える。
【００４２】
生物活性構成要素の望ましい制御された送達を与えるために、生物活性-AlP複合体を形成する際に特定の量の生物活性物質が使用されることが望ましい。例の実施態様において、AlP複合体は、生物活性-AlP複合体の総重量に対して、約1〜10重量パーセントの生物活性物質、好ましくは約2〜8重量パーセントの生物活性物質、より好ましくは約3〜6重量パーセントの生物活性物質を含む。
【００４３】
さらに、銀及び他の生物活性物質に基づく、相乗効果を有する混合抗菌性複合体を合成できることが見いだされた。例えば、銀-AlP複合体に加えて、銅及び/又は亜鉛などの他の生物活性金属を、以下により良好に記載されるとおり合成プロセスにおいてそれらを含めることにより複合体中に導入することができる。さらに、特定の有機生物活性分子は、物理吸着/封入により、又は複合体のホスフェート基との実際の反応/縮合により、複合体に導入することができる。これにより、水の拡散によるバルクフィルム中のその後の加水分解による制御放出機構が与えられる。
【００４４】
AlPは、上述の材料の選択的な組み合わせにより製造できる。下記の選択される製造方法は例として以下に与えられるが、具体的に開示されたもの以外の他の製造方法が利用できることを理解されたい。本明細書に開示されるAlPを製造する方法は、非晶質リン酸アルミニウム(AAlP)の形成を参照し開示するが、そのような方法が、最終使用抗菌性用途性能特性によって、種々の結晶性リン酸アルミニウム形態及び/又は非晶質と結晶性のリン酸アルミニウム混合物など他の形態のAlPも製造でき、又は製造するように改変できることを理解されたい。本明細書に開示される通り形成されるAlPの例の結晶性形態には、斜方晶系及び三斜晶系のオルトリン酸アルミニウムがあるが、これらに限定されない。したがって、本明細書に開示される方法は、特定の最終使用用途及び性能特性によって、異なる形態のAPを製造するのに有用であると理解される。
【００４５】
（二元縮合製造法）
一般的に、AlPは、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウムなどの好適なアルミニウム塩と、リン酸アルミニウムを形成するために選択されるアルミニウム塩の特定の種類に依存して、リン酸又は他のリン含有化合物又は材料を合わせて製造されるリン酸アルミニウム複合体である。例の実施態様において、好ましいアルミニウム塩は水酸化アルミニウム(ATH又はAl(OH)3)であり、リン含有成分の好ましい源はリン酸(H3PO4)である。本明細書に開示される例の方法は、縮合プロセスによるAlPの形成を含むが、その場合、AlPは、アルミニウム塩成分とリン含有成分の縮合反応によりスラリー形態のAlP粒子を製造することにより形成される。そのような製造プロセスから生じる縮合した固体の組成は、アルミニウム金属とホスフェートアニオンの比に依存する。生じた複合体、すなわちAlPの性質は、アルミニウム塩の選択、温度、反応物の物理的状態、反応物を加える順序、反応物を加える速度、撹拌の程度及び期間、1種以上の反応物の前処理、及び生じた縮合生成物の後処理を含む、縮合反応の間に利用される製造パラメーターに依存する。
【００４６】
一般的に、この製造方法から生じた縮合した固体は、粉砕の後でさえ、他の公知の方法により製造されたリン酸アルミニウムと比べて、非常に低い吸油性及び低い表面積(BET法により測定)を有する。吸油量は、顔料の周りのボイド空間を完全に浸潤し満たすのに必要な亜麻仁油の量（グラム又はポンド）と定義され、ASTM-D-281-84、ある配合物中で顔料が吸収し得る結合剤要求量又は結合剤樹脂の量の尺度である。結合剤要求量が高いと処方コストを増加させ、乾燥塗膜の特定のバリア性に影響し得る。これはさらに驚くべきことであり、その理由は、本明細書に開示される二元縮合プロセスにより製造されたリン酸アルミニウムは、通常高表面積の粒子に関連する制御放出性及び水吸着性も示すからである。
【００４７】
例の実施態様において、本明細書で製造された縮合したリン酸アルミニウムは、約50未満、好ましくは約10〜40の範囲、より好ましくは約20〜30の範囲の吸油量を有する。対照的に、他の方法で製造されたAlPは、約50を超え、典型的には約50〜110の範囲である吸油量を有する。
【００４８】
例の実施態様において、本明細書で製造されたAlPは、約20 m2/g未満、好ましくは約10 m2/g未満の表面積を有する。例の実施態様において、表面積は、約2〜8 m2/gの範囲、より好ましくは約3〜5 m2/gの範囲である。対照的に、他の方法で製造されたAlPは、20 m2/gを越え、例えば、約30〜135 m2/gの表面積を有する。
【００４９】
二元縮合生成物として製造されたAlPは、最小で5個の異なる方法により製造できるが、そのうち2つは塩基反応物を酸反応物に加えることを含み、そのうち1つは酸反応物を塩基反応物に加えることを含み、そのうち1つは、塩基を酸に加えるインサイチュ凝集を含み、そのうち1つは酸を塩基に加えるインサイチュ凝集を含む。そのような方法において、アルミニウム源及びリン源を含む選択された出発物質は、制御された物質送達、温度、及び撹拌の具体的な条件下で組み合わされる。出発物質及び処理条件の賢明な選択が、上述の設計された特性を生み出してコーティング組成物又はコンポジット中に処方された場合生物活性構成要素の望ましい制御された送達/放出を提供する目的で意図的に作られた材料含量及び化学構造を有するAlPを生み出す。
【００５０】
上述の通り、二元縮合法によりAlPを形成するのに有用なアルミニウム源には、水酸化アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウムなどのアルミニウム塩がある。好ましいアルミニウム源には、水酸化アルミニウム及び硫酸アルミニウムがある。縮合によりAlPを形成するのに有用なリン源には、リン酸、及びオルトリン酸塩又はポリリン酸塩などのリンの塩がある。好適なリン源は、浄化され変色した任意の出所からの肥料グレードのリン酸である。例えば、およそ54%のP2O5を含む市販のリン酸を、化学処理し、かつ/又は処理された水で希釈すると、およそ20%のP2濃度になり得る。
【００５１】
本明細書に記載される抗菌性化学組成物を形成するのに有用なAlPは、いくつかの異なる方法により製造することができ、それは少なくとも5つの二元縮合プロセスの変法を含む。下記の選択された製造方法は、例として以下に提供されるが、具体的に開示されたもの以外の他の製造方法も利用できることを理解されたい。
【実施例】
【００５２】
（実施例1-AlPの二元縮合形成(塩基を酸に加える経路)
例の実施態様において、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)をリン酸(H3PO4)に加えてAlPを製造する。H3PO4を、Al(OH)3と合わせる前に水で希釈し、添加の前にAl(OH)3を水で湿らせなかったが、湿ったAl(OH)3を使用することができる。反応物を加熱せず室温で素早く合わせると、白色スラリーが生じた。しかし、望まれる場合、反応物を加熱できる。H3PO4は、Sigma-Aldrich社製の85重量%水溶液であり、Al(OH)3は、Sigma-Aldrich社製の試薬グレードであった。具体的には、およそ57.3g(0.5モル)のH3PO4を、Al(OH)3と合わせる前に50gの水で希釈した。およそ39g(0.5モル)のAl(OH)3を素早く溶液に加え、該混合物を室温でゆっくりと撹拌して粉末を湿らせた。AlP縮合固体が形成し、水中の固体AlP粒子の分散液として存在した。この特定の実施態様において、AlP粒子は、主に非晶質リン酸アルミニウム(AAlP)の形態で存在した。Al(OH)3の添加の前にH3PO4を希釈するのは、もっぱらAAlPを形成することに寄与すると考えられており、例えば、この場合、結晶性形態がほとんど又は全く生じない。懸濁液を濾過してAlP粒子を単離した。粒子を洗浄し、適切な温度に乾燥させたが、それは約300℃未満、好ましくは約100℃〜200℃であり得る。このように形成されたAlPの特徴は、さらなる熱処理、焼き戻し、又は焼成をする必要なく、例えば抗菌性コーティング組成物を処方するのに使用される結合ポリマーと合わせることができる点である。上述の極端な温度でのAlPの加熱は水を除くのに有用であり得るが、それは、AlPの非晶質形態から結晶性形態への転化を開始させることもある。AlPを、200℃を超える温度、例えば、300℃〜800℃の温度に曝して、不要な構成要素をそれから除くか、且つ/又は抗菌性組成物中の最終使用性能特性又は特性に影響し得るAlPの物理的特性に影響を与えることが望ましいことがある。AlPの結晶性形態が望まれる場合、このように形成されたAlPをさらに熱処理又は焼成して、望まれる結晶性AlPを製造できる。
【００５３】
或いは、Al(OH)3をH3PO4に加えてAlPを製造した。しかし、先に開示された例の実施態様とは異なり、Al(OH)3と合わせる前にH3PO4を希釈しなかった。しかし、合わせる前に、H3PO4を加熱した。さらに、H3PO4と合わせる前に、Al(OH)3を水で湿らせた。この製造方法の特徴は、反応物を合わせた後で遊離水の添加を含まないことであるが、遊離水の添加を含めることによりこの方法に従ってAlPを製造できることを理解されたい。例の実施態様において、H3PO4はSigma-Aldrich社製の85重量%水溶液であり、Al(OH)3はSigma-Aldrich社製の試薬グレードであった。具体的には、およそ57.6gのH3PO4を約80℃の温度に加熱した。およそ39gのAl(OH)3を約2gの水で湿らせ、湿ったAl(OH)3を、速い機械的撹拌をしながら素早くH3PO4に加えた。AALP固体が形成し、パン生地様球体として存在し、それを取り除き室温で保存した。このように形成されたAlPの特徴は、望まれるAlPを単離して得るために濾過及び洗浄の形態のさらなる処理が不要であったことである。先に開示された例の実施態様と同様に、そのようなAlPを乾燥させて、抗菌性化学組成物の形成に有用な望まれる粒径に形成した。
【００５４】
（実施例2-AlPの二元縮合形成(塩基を酸に加える経路)）
例の実施態様において、上述の設計された物性又は特性、例えば多孔性を有するAlPを、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)をリン酸(H3PO4)に高温で、例えば約60℃で加えて、望まれるAlPを形成することにより製造する。Al(OH)3と合わせる前に、H3PO4を水で希釈し、加える前に、Al(OH)3を水と合わせて、Al(OH)3のグレードによって、約10〜25重量パーセント、いくつかの場合では最高で約40重量パーセントのAl(OH)3を含むスラリーを形成した。Al(OH)3スラリーを製造する際に、水を加熱して、水酸化アルミニウム粉末の分散を促進し、例えば、特定のグレードの水酸化アルミニウムの特定の性質を克服できる。加熱されたスラリーを高温に保って、酸に加えることができる。高い純度並びに小さい粒径及び分布を有する非常に高いグレードの水酸化アルミニウムでは、Al(OH)3スラリーは室温水に加えることにより製造できる。
【００５５】
Al(OH)3スラリーを、縮合反応の速度を制御するために、希釈されたH3PO4にゆっくりと加えた。例の実施態様において、Al(OH)3スラリーを、制御された方法で、例えば滴加などで、H3PO4におよそ10分から約1時間の期間にわたって加えた。合わせた反応物をおよそ95℃の温度に加熱し、反応物を、充分な期間、典型的には約3時間混合した。例の実施態様において、反応は、基本的に閉鎖されている定体積系において起こり、例えば、還流冷却器を取り付けて反応系中の一定の溶媒体積(水)を保つことができる。例の実施態様において、H3PO4はSigma-Aldrich社製の85重量%水溶液であり、Al(OH)3はSigma-Aldrich社製の試薬グレードであった。具体的には、およそ864gの85%希H3PO4を使用し、585gのAl(OH)3を1,650gの脱イオン水と合わせてスラリーを形成した。合わせた反応物を混合容器に収容し、1,300〜1,500rpmで混合した。さらなる水を反応物に加え、合わせたものをおよそ30分〜約3時間、例えば、より典型的には後者の期間混合した。
【００５６】
望まれる場合、母液の成分の溶解度を下げる目的で、好適な化学試薬を反応物に加えて、反応の結果に対してさらに増大した制御を与えることができる。例の実施態様において、そのような化学試薬は、水酸化カルシウム(Ca(OH)2)、ジエチレントリアミン(DETA)などの可溶性アミンなどでよい。
【００５７】
AlP縮合固体が形成し、固体酸性AlP粒子の水中の分散液として存在した。懸濁液を濾過して酸性AlP粒子を単離した。粒子を水で1回以上洗浄し、次いで再び濾過した。例の実施態様において、最初の濾過の後、再び濾過する前に、粒子を、沈殿物の体積のおよそ6倍の体積の水で洗浄した。連続した洗浄は、未反応の出発物質及び製造からでた可溶性の副生成物を除くように作用する。再び濾過した後、水を添加して酸性AlP粒子を再びスラリー化し、以下の3種の異なる技法のいずれかによりさらに処理した。
【００５８】
第一の技法において、スラリーを濾過し、酸性AlP粒子を単離して、粒子を加熱する。例の実施態様において、AlP粒子を約110℃の温度に約24時間加熱して水を除くと、酸性AlP粒子が生じる。或いは、AlP粒子を約250℃の温度に約12〜48時間加熱すると、水と250℃未満で分解する副生成物がどちらもない酸性AlP粒子が生じる。さらに、いずれの温度でもよいが特に高温での熱処理が、複合体中に残留し得る中間体の転化を完了させる推進力を与える。
【００５９】
第二の技法において、酸性AlPを含むスラリーを、好適な中和剤を加えて中和する。例の実施態様において、中和剤は水酸化アンモニウム(NH4OH)であり、pHを高めてAPを望ましいpHに、典型的には5.5〜7.0に中和するのに充分な量でスラリーに加える。生じたスラリーを濾過し、単離したAP粒子を加熱する。ある例の実施態様において、AlP粒子を、約110℃の温度に約24時間加熱して水を除くと、AlP粒子が生じる。或いは、AlP粒子を約250℃の温度に約24時間加熱して、水と他の不要な化学成分をどちらも除くとAlP粒子が生じ、且つホスフェートアニオン又はリン酸水素アニオンなどの表面吸着又はバルク吸収された反応性種の最終的な転化又は中和を引き起こす。ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、2-アミノ-2-メチル-1-プロパノールがあるがこれらに限定されない任意の反応性アミンをこの転化又は中和工程に使用できる。
【００６０】
第三の技法において、酸性AlPを含むスラリーを、好適な中和剤を加えて中和する。例の実施態様において、中和剤は水酸化カルシウム(Ca(OH)2)であり、pHを高めて酸性APを中和するのに充分な量でスラリーに加える。生じたスラリーを濾過して、単離したAlP粒子を加熱する。ある例の実施態様において、AlP粒子を、約110℃の温度に約24時間加熱して水を除くと、AlP粒子が生じる。或いは、AlP粒子を約250℃の温度に約24時間加熱して、水と他の不要な化学成分をどちらも除くと、AlP粒子が生じる。バリウム及びマグネシウムなどの二価カチオンの他の水酸化物化合物をカルシウムの代りに使用して、中和又はpH調整を起こすこともできる。
【００６１】
実施例1で記載された通り、実施例2で開示された方法に従い製造したAlPはAAlPを含んでいた。しかし、結晶性AlP及び/又はAAlPと結晶性AlPの組み合わせを、例えば、縮合反応を90℃超で3時間未満の温度と期間で実施することにより、開示される方法に従って製造できることを理解されたい。反応温度を約45〜90℃に、好ましくは約60〜70℃に維持すると、結晶性形態と非晶質形態の組み合わせであるAlPが生じるだろう。約45℃未満の温度で反応を実施すると、主に非晶質形態のAlPが生じるだろう。
【００６２】
（実施例3-AlPの二元縮合形成(酸を塩基に加える経路)）
添加の順序を変えると、縮合反応の触媒作用の性質が変わることが発見された。すなわち酸を塩基性スラリーに加えると、よりゆっくりした局所的pH変化を起こし、反応は主に塩基に触媒される。AlP粒子はゆっくりと形成し、溶解状態の局所部分においてより小さい。形成する粒子は、酸触媒により形成される粒子よりも大きい表面積を有する傾向があり、凝集も集塊もあまりしない。例の実施態様において、実施例2における添加の順序を逆にし、すなわち、要求される量のリン酸を水酸化アルミニウムスラリーにゆっくりと加える。スラリーは実施例2に記載の通り製造する。リン酸を、スラリーにおよそ30分から1時間かけてゆっくりと加え、生じた混合物を機械的に撹拌し、約95℃に少なくとも3時間加熱する。AlP粒子を、実施例2に記載の通り単離し、精製し、乾燥させる。
【００６３】
直前に開示された酸を塩基に加える経路に加え、そのような酸を塩基に加える経路を、酸溶液をスラリーに加える前に、最初にある量の水酸化アルミニウムをリン酸に溶解させることにより、さらに増強できることが発見された。例の実施態様において、ある量の水酸化アルミニウム、例えば、溶解限度の水酸化アルミニウムを、別にリン酸に溶解させる。例の実施態様において、AlPを、2工程プロセスにより製造する。第一工程において、水酸化アルミニウムの一部、典型的には化学量論量の1/3を、最初にリン酸に溶解させて、酸性AlP溶液を形成する。この酸性AlP溶液は、望ましい1:1のPとAlの比を有する生成物のための反応の化学量論を満たすのに必要なリン酸及びホスフェートを全て含む。第二工程において、次いで、酸性AlP溶液を、化学量論に要求される残りの量の水酸化アルミニウムを含むスラリーに加える。組み合わせたものは、周囲温度で反応を起こして、固体酸性AlP粒子の水中の分散液を含むAlP縮合固体を形成する。或いは、反応は、例えば約95℃の高温条件で起こり得るが、これは、反応の効率及び生成物形態の動力学的制御のために好ましい。この2工程手法の利点は、反応に要求される水酸化アルミニウムの一部が、酸性溶液がスラリーに加えられる前に、溶解され事前反応し、それにより、粘度がより低くあまり撹拌を必要としないその後の不均一系反応を与え、それにより、より完全な縮合を確実にすることである。
【００６４】
上記実施例2に開示された方法と同様に、そのような酸を塩基に加える反応経路は、好ましくは一定の体積条件下で実施されるものである。懸濁液を濾過して、酸性AlP粒子を単離した。粒子を水で1回以上洗浄し、次いで再び濾過した。例の実施態様において、最初の濾過の後、粒子を、再び濾過する前に、沈殿物の体積のおよそ6倍の体積の水で洗浄した。好ましい実施態様において、順番は濾過して洗浄であり、それを何度でも繰り返して望まれる程度の純度を得ることができる。次いで、得られた再洗浄済みAlP粒子を濾過して、およそ110℃の温度で約24時間乾燥させると、酸性AlP粒子が生じる。
【００６５】
或いは、再洗浄の後、AlP粒子を再スラリー化し、次いで好適な中和剤、例えば上述のものを加えて中和できる。例の実施態様において、充分な量の水酸化アンモニウム(NH4OH)を、再スラリー化したAPに加え、生じた混合物を濾過してAlP粒子を単離し、該粒子を加熱する。例の実施態様において、AlP粒子を、約110℃の温度に約24時間加熱して水を除くと、固体AAlP粒子が生じた。さらに、上述の通り、本明細書に開示される方法を利用して、例えば約90℃を超える温度で反応を実施することにより、結晶性AlP又はAAlPと結晶性AlPの組み合わせも製造できることを理解されたい。
【００６６】
（実施例4-AlPの二元縮合形成(塩基を酸に加えるインサイチュ凝集)）
例の実施態様において、AlPを、例えば、実施例1及び2で先に開示された方法で、水酸化アルミニウム(Al(OH)3)をリン酸(H3PO4)に加えて望まれるAlPを形成することにより製造する。しかし、実施例1及び2とは異なり、反応を開放系で起こさせ、溶媒の水が連続的に蒸発するように反応系を開放したままにして、時間とともに反応系の濃度を増加させそのpHを低下させる。縮合反応プロセスの間の定期的な間隔で、水のレベルを元の体積まで補充する。次いで、反応スラリーをさらに50gの水で希釈し、30分間撹拌して、AlP粒子の反応スラリー中への分散をさらに促進する。次いで、該スラリーを濾過し、沈殿物の体積のおよそ6倍の体積の水で洗浄し、再び濾過する。この濾過-洗浄-濾過サイクルを、望まれる純度レベルが得られるまで繰り返すことができる。通常、1から3回のサイクルが、未反応の出発物質及び不要な反応副生成物を除くのに十分である。
【００６７】
記載の通り体積の変化を可能にすることにより、系の濃度及びpHに生じる変化が、溶解状態のAlP「オリゴマー」の、既に形成して集塊しているAlP粒子への連続的な沈殿を起こすことが発見された。AlPオリゴマーの、既に形成し集塊しているAlP粒子へのこの連続的な沈殿は、既に存在しているAlP凝集体及び粒子の表面多孔性を封鎖するように作用し、例えば、インサイチュの粒子の層化を起こし、それによりそのようなAlP凝集体の表面多孔性を低下させ、吸油量などの関連する性質を低下させる。例の実施態様において、AlPオリゴマーはAAlPであり、既に形成しているAlP粒子はAAlPである。
【００６８】
上述の通り、縮合の間水のレベルを循環させると、Al(OH)3の濃度に比例してpHの変化が起こる。体積が減ると、Al(OH)3の濃度が高くなるのでpHが上昇し、溶解度が低下するとAlPオリゴマーを集塊させる。Ca(OH)2を縮合媒体に加えると、類似のpH変化を引き起こすことがあり、AlPの沈澱及び既に存在しているAlP粒子のその後のコーティングを起こす。このプロセスは、AlP粒子表面上に吸着したか、又は懸垂成分として結合した残留酸性ホスフェート基の対イオンとして、アルカリ土類金属カチオンも組み込むだろう。
【００６９】
縮合固体が形成し、固体の酸性の被覆されたAAlP粒子の水中の分散液として存在した。懸濁液を濾過し、酸性の被覆されたAlP粒子を単離した。粒子を水で1回以上洗浄し、次いで再び濾過した。例の実施態様において、最初の濾過の後に、再び濾過される前に、粒子を沈殿物の体積のおよそ6倍の体積の水で洗浄した。連続的な洗浄は、未反応の出発物質及び製造から出た副生成物を除去する。再び濾過した後、水を加えて酸性の被覆されたAlP粒子を再スラリー化し、さらに熱処理した。例の実施態様において、スラリーを濾過して、酸性の被覆されたAlP粒子を単離し、該粒子を約110℃の温度に約24時間加熱して水を除くと、酸性の被覆されたAlP粒子が生じる。或いは、被覆されたAlP粒子を、約250℃の温度に約12〜48時間加熱すると、水と250℃未満で分解する副生成物がどちらもない乾燥した酸性の被覆されたAP粒子が生じる。さらに、上述の通り、本明細書に開示される方法を利用して、結晶性AlP又はAAlPと結晶性AlPの組み合わせを製造できることを理解されたい。
【００７０】
（実施例5-AlPの二元縮合形成(酸を塩基に加えるインサイチュ凝集)）
例の実施態様において、例えば、実施例3に先に開示された方法で、リン酸(H3PO4)を水酸化アルミニウム(Al(OH)3)に加えて望まれるAlPを形成することによりAlPを製造する。しかし、実施例3とは異なり、反応を開放系で起こさせ、溶媒の水が連続的に蒸発するように反応系を開放したままにして、時間とともに反応系の濃度を増加させそのpHを低下させる。縮合反応プロセスの間の定期的な間隔で、水のレベルを元の体積まで補充する。次いで、反応スラリーをさらに50gの水で希釈し、30分間撹拌して、AlP粒子の反応スラリー中への分散をさらに促進する。次いで、該スラリーを濾過し、沈殿物の体積のおよそ6倍の体積の水で洗浄し、再び濾過する。この濾過-洗浄-濾過サイクルを、望まれる純度レベルが得られるまで繰り返すことができる。通常、1から3回のサイクルが、未反応の出発物質及び不要な反応副生成物を除くのに十分である。
【００７１】
上記で実施例4に記載の通り、反応の間に記載の通り体積の変化を可能にすることにより、系の濃度及びpHに生じる変化が、溶解状態のAlP「オリゴマー」の、既に形成して集塊しているAlP粒子への連続的な沈殿を起こすことが発見された。AlPオリゴマーの、既に形成し集塊しているAlP粒子へのこの連続的な沈殿は、既に存在しているAlP凝集体及び粒子の表面多孔性を封鎖するように作用し、例えば、インサイチュの粒子の層化を起こし、それによりそのようなAP凝集体の表面多孔性を低下させ、吸油量などの関連する性質を低下させる。例の実施態様において、APオリゴマーはAAlPであり、既に形成しているAlP粒子はAAlPである。さらに、上述の通り、本明細書に開示される方法を利用して、結晶性AlP又はAAlPと結晶性AlPの組み合わせを製造できることを理解されたい。
【００７２】
（実施例6-生物活性-AlP複合体の形成(物理的組み込み)）
例えば実施例1〜5に述べたような二元縮合生成物として製造されたAlPは、34重量パーセントのスラリーとして構成され、適切な濃度の硝酸銀溶液と混合した。後者の溶液は、1.0%パーセント及び10%パーセントの銀-対-AlPスラリー溶液を製造するように作った。合わせたスラリーをおよそ5分間混合し、次いで窒素下で噴霧乾燥器中で噴霧し、入口約180℃及び出口約79℃の範囲の温度で乾燥させた。固体の粉末を回収して分析した。得られた粉末は、生物活性物質が、AlPポリマーに物理的に組み込まれ、絡まり、封入され、又は織り込まれている生物活性-AlP複合体であった。
【００７３】
或いは、例えば実施例1〜5に述べたような二元縮合生成物として製造されたAlPは34重量パーセントのスラリーとして構成され、適切な濃度の硝酸銀溶液と混合した。撹拌後、合わせたスラリーを濾過し、40〜60℃の温度の温水で1回洗浄した。濾液をおよそ110℃でおよそ12時間乾燥させ、小分けにし、それぞれおよそ250℃でおよそ24時間熱処理した。収率は、熱処理温度にかかわらず同じであり、生じた粉末は、生物活性物質がAlPポリマーに物理的に組み込まれ、絡まり、封入され、又は織り込まれている生物活性-AlP複合体であった。
【００７４】
（実施例7-生物活性-AlP複合体の形成(化学結合)）
適切な濃度の硝酸銀溶液を、リン酸及び水酸化アルミニウムを合わせる場合に同時に合わせた以外、AlPを実施例1〜5で先に記載された二元縮合経路により製造した。得られた懸濁液は、銀イオンの形態の生物活性物質がAlPポリマーと化学結合した、例えば、AlPポリマー骨格に組み込まれている、溶解状態の生物活性-AlP複合体縮合物を含んでいた。懸濁液を上述の方法で濾過し、生物活性-AlP複合体粒子を単離した。粒子を洗浄し、上述の実施例に記載される温度で乾燥させると、望まれる設計された物性又は特性、例えば多孔性を与えた。
【００７５】
これらの例のプロセスにおいて、化学反応により、非晶質オルトリン酸アルミニウム又はオルトリン酸アルミニウム(Al2(HPO4)3又はAl(H2P04)3が形成した。該反応を、二成分の混合により(別にAlPを形成する場合)、又は、三成分の混合により(直接生物活性-AlP複合体を形成する場合)実施する。試薬を、撹拌装置を備えた反応器に入れて、短時間、例えば、約10分未満反応させる。
【００７６】
生成物の結果に影響する、二元合成プロセスによりAlPを形成するための変数は下記を含み得る:(a)使用するATHの種類;(b)ATHを反応スラリーに分散させる方法及びそれを行う温度;(c)反応スラリー中のATHの濃度;(d)ATHスラリーをリン酸に合わせる(添加)順序及び速度;すなわち、酸を塩基に(AをBに)又は塩基を酸に(BをAに);(e)反応スラリーの濃度;(f)縮合反応が実施される温度(例えば、室温又は95℃などの高温);(f)温度での反応の期間（時間）(例えば、30分又は最長4時間);(g)撹拌の種類(例えば、簡単な混合又は分散);並びに(h)反応後処理:例えば、濾過、それに続く洗浄及び縮合物の乾燥粉末への乾燥;又は溶媒の部分的な蒸発(pH調整をする、又はしない）による縮合物スラリーのゲル又はペーストへの濃縮。
【００７７】
使用するATHの種類に関して、二元合成プロセスにより製造されるAlPの物理的形態が出発物質として使用されるATHの性質及び速度を制御する反応条件の両方に依存することが発見された。大まかにいうと、非晶質と結晶性の2種のATHが利用可能である。結晶性ATHは、種々の特定の結晶性形態及び鉱物組成物で存在し得る。これらの種類のいくつかが、ホスフェート縮合反応を受けるには熱及び撹拌の形態で相当なエネルギー入力を要することが発見された。結晶性ATHを使用して製造された得られたAlP生成物は、典型的にはやはり結晶性である(多くのうちの1つは可能な構造である）。
【００７８】
非晶質ATHの使用により、迅速な室温の反応速度が可能になり、そこから形成された得られるAlPは実質的に常にやはり非晶質である。望まれる銀の機能性(銀を抗菌剤として使用する場合)を保護するには、できるだけ低い温度で反応を実施することが有用であることが発見された。非晶質ATHがそのような使用に好適であることが発見された。リン酸と室温で縮合する場合、適度に反応性のある結晶性ATH(DSCにより、340℃付近に吸熱転移を有するより反応性の低いATH材料と異なり、310℃付近に吸熱転移を有すると特性化)は、およそ50%の非晶質含量(銀-アルミニウム-ホスフェート成分を含む)でできたAlP及びおよそ50%未反応のATHを生み出すことも発見された。これは実際には、典型的には10%未満の転化が起こる、典型的な結晶性ATHを使用しリン酸と室温で合わせて、縮合させる場合に検出されるより、高レベルの非晶質転化である。このように形成されたAlPは非晶質であり、その組成は、主に、ホスフェートの表面コーティングを有するATHであると理論づけられる。本明細書に記載される化学作用における、より高レベルの非晶質AlP転化は、表面反応を促進し、且つ/又は結晶化プロセスを阻害する（形成されたAlPが非晶質のままでいるため）他の成分の存在に帰せられる。この組成物が有効なレベルの抗菌活性並びに光安定性を与えることが、試験において発見された。
【００７９】
生物活性-AlP複合体、例えば、Ag-AlPの形成に関連する追加の変数は、生物活性剤(例えば、硝酸銀などの銀源)の、下記の導入の点を含み得る(a)縮合前にATHスラリーへの導入(ATH+AgX+水);(b)縮合前にリン酸への導入;(c)溶液として混合の始まりでの混合された縮合物への導入;及び(d)溶液として混合の終わりでの縮合物への導入。生物活性剤の導入の点の変数は二元縮合プロセスの状況で先に議論されたが、この変数が、本明細書に開示される生物活性-AlP複合体の残りの製造方法にも等しく適用されることを理解されたい。
【００８０】
（沈殿製造方法）
AlPは、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、硫酸アルミニウムなどの好適な塩を、塩の完全な溶解を達成するモル量でリン酸に溶解させることにより製造されるホスフェート複合体である。ホスフェート複合体は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウムなどのアルカリ性溶液又は塩基による中和により、酸性溶液から沈殿する。生じる沈殿した固体の組成は、金属とホスフェートアニオンの比に依存する。沈殿した複合体、すなわち、AlPの性質は、塩の酸への溶解の間に利用される処理パラメーター及び沈殿/中和の条件、例えば、中和剤の選択、温度、反応物の添加の順序、反応物の添加の速度、並びに撹拌の程度及び期間に依存する。
【００８１】
AlPは、制御された物質の送達、温度、撹拌、及びpHの特定の条件下で、アルミニウム源及びリン源を含む選択された出発物質を合わせることにより、沈殿生成物として製造する。出発物質及び処理条件の賢明な選択により、生物活性構成要素の所望の制御された送達/放出を与える上述の設計された物性又は特性、例えば多孔性を生み出す目的で意図的に作り出された物質含量及び化学構造を有するAlPが生じる。
【００８２】
沈殿によりAlPを形成するのに有用なアルミニウム源には、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウムなどのアルミニウム塩がある。AlPを形成するのに有用なアルミニウム源には、アルミン酸ナトリウムなどのアルミン酸化合物、水酸化アルミニウム、又は金属形態のアルミニウムもある。沈殿によりAlPを形成するのに有用なリン源には、リン酸、及びオルトリン酸塩又はポリリン酸塩としてのリンの塩がある。アルカリ溶液を使用して、pHを制御するか、又は主成分の反応を中和する。例の実施態様において、アルカリ溶液は、水酸化アンモニウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、及びこれらの組み合わせを含み得る。例の実施態様において、水酸化ナトリウムがアルカリ溶液として使用される。有用なアルミニウム源、ホスフェート源、及びアルカリ源には、それぞれ引用によりその全体として本明細書に組み込まれる米国公開特許第2006/0045831号及び同第2008/0038556号に開示されているものがある。
【００８３】
AlPは、上述の材料の選択的な組み合わせにより製造できる。以下の選択された製造法は例として提供され、具体的に開示されるもの以外の他の製造法も利用できることを理解されたい。以下により良好に開示される沈殿経路により製造されるAlPは非晶質AlPを含むが、本明細書に開示されるAlPを製造する沈殿法が、特定の望まれる抗菌性化学組成物性質によって、結晶性AlP又は非晶質と結晶性AlPの組み合わせを製造するのにも利用でき、又は製造するように改変できることを理解されたい。
【００８４】
（実施例8-AlPを製造する硫酸アルミニウム法）
例の実施態様において、上述の設計された性質を有するAlPを、引用により本明細書に組み込まれている米国特許第7,951,309号に開示されているとおり硫酸アルミニウム、リン酸、及び水酸化ナトリウムを合わせることにより製造する。この例のプロセスに利用される処理工程は、一般的に下記を含む:リン酸の希釈溶液、硫酸アルミニウムの希釈溶液、及び水酸化ナトリウム又は水酸化アンモニウムの希釈溶液などの主な試薬を製造すること;スロッシングシステム(sloshing system）を備えた反応器に、制御しながら同時に試薬を加え、プロセスの間の混合物の均一性を保つこと;及び反応器への試薬の添加の間、該混合物の温度及びpH(酸性度)並びに反応時間を制御すること。
【００８５】
この例のプロセスにおける主な試薬は、下記のとおり製造できる。リンの源は、浄化され変色した、任意の出所からの肥料グレードのリン酸である。例えば、およそ54%のP2O5を含む市販のリン酸を、化学処理し、且つ/又は処理された水で希釈すると、およそ20%のP2O5濃度になり得る。この例のプロセスに有用な他の試薬は市販の硫酸アルミニウムであり、アルミナ(水和された酸化アルミニウム)と濃硫酸(98%H2SO4)との反応により得ることができ、浄化されておよそ28%のAl2O3の濃度で保存される。反応が好ましい速度論を持つためには、硫酸アルミニウムは、およそ5%のAl2O3で処理された水で希釈される。
【００８６】
反応の中和を、種々の濃度で商業的に購入可能な水酸化ナトリウム溶液により実施する。およそ50%の濃度のNaOHを購入して希釈できる。例えば、最初の試薬が混合される反応の第一フェーズにおいて、水酸化ナトリウムをおよそ20%のNaOHの濃度で使用できる。反応の第二フェーズにおいて、生成物の酸性度を微調整するために、およそ5%のNaOHの水酸化ナトリウム溶液を使用できる。代わりとなる中和剤として、水酸化アンモニウム又は炭酸ナトリウム(ソーダ灰)を使用できる。
【００８７】
この例のプロセスにおいて、化学反応は、非晶質オルトリン酸アルミニウム又はオルトリン酸アルミニウム(Al2(HPO4)3又はAl(H2PO4)3の形成をもたらす。該反応を、3種の試薬、すなわち、リン酸溶液、硫酸アルミニウム溶液、及び水酸化ナトリウム溶液の混合により実施する。該試薬を、典型的にはスロッシングシステムを含む反応器に、約30分の期間の間に加える。反応器への試薬の添加の間、該混合物のpHを、4〜4.5の範囲に、反応温度を35℃〜40℃に制御する。該反応は、試薬混合の約15分後に完了する。この期間に、該混合物のpHを、より希釈された水酸化ナトリウムの添加により5に調整することができる。この例のプロセスにおいて、温度を、好ましくは、およそ40℃より低く維持する。反応の終わりに、形成された懸濁液は、約0.8:1〜1.2:1のP:Alモル比を含むはずである。
【００８８】
AlPの形成の後、およそ6.0%〜10.0%の固形物を含み、約45℃のおよその最大温度、及び約1.15〜1.25 g/cm3の密度を有する懸濁液を、分離のために処理する。例の実施態様において、懸濁液を、従来のフィルタープレスにポンプで送る。フィルタープレスにおいて、液相（「リカー」と称されることもある）を固相(「ケーク」と称されることもある)から分離する。およそ35%〜45%の固形分を含むウェットケークを、洗浄サイクルのためにフィルター中に置いたままにする。濾過された濃縮物は、基本的に硫酸ナトリウムの濃縮溶液であるが、フィルターから除き、将来の使用のために保存する。フィルタープレスの使用が分離技術として開示されたが、他の種類の分離技術を利用できることが理解できよう。
【００８９】
例の実施態様において、ウェットケークの洗浄を、フィルター自体の中で、且つ複数の処理工程で実施する。第一の洗浄(「置換洗浄」)において、ケークを汚染している濾過された物質の大部分を除去する。該洗浄工程を、処理された水を所定の流速で流してケークにかけて使用して実施する。第二の洗浄工程は、やはり処理された水により実施し、汚染物質を、無くさないとしてもさらに低減することができる。わずかにアルカリ性の溶液を使用する第三の洗浄を利用して、ケークを中和し、そのpHを7.0の範囲に維持することができる。圧縮空気をケークにある期間吹きつけることができる。好ましくは、湿った生成物の固形分含量は、約35%〜45%である。特定の洗浄技術及び順序の利用が開示されてきたが、他の種類の洗浄技術を利用できることが理解できよう。
【００９０】
湿っており洗浄されておよそ35%の固形分を含むフィルターケークが、コンベアベルトによりプレスフィルターから抜き取られ、反応器/分散器に移動されるように、ケーク分散液を処理できる。ケークの分散は、テトラピロリン酸ナトリウムの希釈溶液の添加により補助される。
【００９１】
分散工程の後、約30%〜50%の固形分パーセンテージを持つAAlP「マッド」を乾燥ユニットにポンプで送るとき、次いで生成物を乾燥させる。例の実施態様において、物質からの水の除去を、約300℃未満の温度、好ましくは上述の通り約100℃〜200℃の温度の熱気流の注入による「ターボドライヤー」タイプなどの乾燥装置により実施して、望まれる設計された多孔性を得ることができる。特定の乾燥技術の利用が開示されてきたが、他の種類の乾燥技術が利用できることを理解できよう。
【００９２】
（実施例9-AlPを製造するアルミン酸ナトリウム法）
他の例のプロセスにおいて、AlPを、米国特許第7,951,309号に開示されるとおり、アルミニウム源としてアルミン酸ナトリウムを使用して製造する。そのような実施態様において、AAlPを、リン酸と水酸化アルミニウムとの反応により製造する。該プロセスは、アルミン酸ナトリウムを使用して実施できる中和の工程をさらに含み得る。特定の実施態様において、AlPを製造するプロセスは、リン酸と、水酸化アルミニウムと、アルミン酸ナトリウムとを反応させることを含む。一実施態様において、非晶質リン酸ナトリウムアルミニウムを製造するプロセスは、リン酸アルミニウムとアルミン酸ナトリウムとを反応させることを含む。
【００９３】
一実施態様において、該反応は2工程を含む。第一工程において、リン酸は水酸化アルミニウムと反応し、酸性のpHでリン酸アルミニウムを生み出す。一実施態様において、AlPは、水溶性のリン酸アルミニウムとして生じる。特定の実施態様において、水溶性AlPのpHは約3.5未満である。特定の実施態様において、pHは、約3、2.5、2、1.5、又は1である。特定の実施態様において、AAlPは、より高いpHで微細な固液分散液として生じる。一実施態様において、pHは、約3、4、5、又は6である。
【００９４】
第二工程において、第一化学工程から得た酸性リン酸アルミニウム水溶液又は分散液を、アルミン酸ナトリウムと反応させる。特定の実施態様において、アルミン酸ナトリウムは、約10を超えるpHで水溶液として使用される。一実施態様において、アルミン酸ナトリウム水溶液のpHは、約11、12、又は13である。一実施態様において、アルミン酸ナトリウム水溶液のpHは約12を超える。AAlPは固体沈殿として生じる。一実施態様において、固体リン酸アルミニウムナトリウムは、約0.85のP:Alのモル比、及び約0.50のNa:Alのモル比を有する。一実施態様において、固体AAlPは、約1のP:Alのモル比、及び約0.76のNa:Alのモル比を有する。特定の実施態様において、他の配合比率の分子を、同じ手順により得ることができる。
【００９５】
一実施態様において、固体の水和した水酸化アルミニウムを、第一の化学工程においてリン酸に加える。他の実施態様において、固体の水和した水酸化アルミニウムを、精製された液体アルミン酸ナトリウム溶液に加えると、コロイド状溶液が形成する。他の実施態様において、固体の水和した水酸化アルミニウムを、第二反応工程において、固体として直接、又は水中の固液懸濁液として加える。特定の実施態様において、反応は単一の工程で実施される。
【００９６】
この例のプロセスにおいて有用なアルミン酸ナトリウムは、当業者に公知である方法により得られるものを含む。例えば、アルミン酸ナトリウムは、ボーキサイト鉱石からアルミナ(Al2O3)を抽出するバイヤープロセスの第一工程から生じる標準的な化学製品として、「精製されたナトリウムに富む溶液(purified sodium pregnant solution）」としばしば称される溶液形態で提供できる。この液体アルミン酸ナトリウム水溶液を周囲温度で飽和させ、水酸化ナトリウムNaOHで安定化させる。その典型的な組成は、アルミン酸ナトリウム、58〜65質量%(25〜28質量%のAl2O3)及び水酸化ナトリウム、3.5〜5.5質量%(2.5〜4質量%の遊離Na2O)である。特定の実施態様において、それは、約1.10〜2.20のNa:Alモル比及び低い不純物(ボーキサイトの出所による:Fe=40 ppm、重金属=20 ppm、及び少量のアニオンCl-及びSO42-)を有する。特定の実施態様において、アルミン酸ナトリウム水溶液は、約1.10、1.15、1.20、1.25、1.30、1.35、1.40、1.45、1.50、1.55、1.60、1.65、1.70、1.75、1.80、1.85、1.90、1.95、2.0、2.05、2.10、2.15、又は2.2のNa:Alのモル比を有する。特定の実施態様において、溶液の色は琥珀色である。特定の実施態様において、溶液の粘度はおよそ100 cPである。特定の態様において、アルミン酸ナトリウム溶液を、研磨濾過により精製する。特定の実施態様において、アルミン酸ナトリウム溶液を、固体水酸化アルミニウム及び水酸化ナトリウムから再生する。
【００９７】
固体の水和した水酸化アルミニウムは、当業者に公知である方法により得ることができる。一実施態様において、水酸化アルミニウムは、バイヤープロセスにより製造される工業化学品である。固体の水和した水酸化アルミニウムは、溶液の冷却により達成される沈殿により「精製されたアルミン酸ナトリウムに富む溶液(purified sodium aluminate pregnant solution)」から得ることができる。一実施態様において、そのように製造されたアルミン酸ナトリウムは、低レベルの不純物及び可変量の湿り気(カチオン約70 ppm、クロレート約0.85質量%、及びサルフェート約0.60質量%(これらの不純物は、「精製されたアルミン酸ナトリウムに富む溶液の精製レベルにより決まる)並びに総水分、水和、及び湿り気約22.0〜23.5質量%を有する。一態様において、原料は両方とも、ボーキサイト処理からちょうど第一及び第二工程の標準的な主要な工業製品であり、ボーキサイト加工者により大量に製造される(商品)である。
【００９８】
一実施態様において、化学反応はリン酸アルミニウムナトリウム(Al(OH)7Na7(PO4)・1.7H2O)の形成をもたらす。リン酸アルミニウムナトリウムの形成後、およそ6%〜10%の固形分を含み、45℃のおよその最大温度及び1.15〜1.25 g/cm3の範囲の密度を有する懸濁液を、ポンプで従来のフィルタープレスに送る。
【００９９】
好ましい実施態様において、沈殿プロセスにより製造されたAlPを、アルミン酸ナトリウムを使用して製造する。アルミン酸ナトリウムプロセスが、他の方法では硫酸アルミニウムプロセスに存在しないAlPの望まれる特性に対して改善された程度の制御を与えることが発見された。
【０１００】
（実施例10-生物活性-AlP複合体の形成(物理的組み込み)）
実施例8及び9において先に記載された沈殿法により製造されたAlPは、34重量パーセントスラリーとして構成され、適切な濃度の硝酸銀溶液と混合した。後者の溶液を、1.0重量パーセント及び10重量パーセントの銀-対-AlP複合体を製造するように作り、スラリー溶液を製造した。合わせたスラリーをおよそ5分間混合し、次いで窒素下で噴霧乾燥器中で噴霧し、入口約180℃及び出口約79℃の範囲の温度で乾燥させた。固体の粉末を回収して分析した。得られた粉末は、生物活性物質が、AlPポリマーに物理的に組み込まれ、絡まり、封入され、又は織り込まれている生物活性-AlP複合体であった。
【０１０１】
或いは、先に開示された沈殿プロセスにより製造されたAlPは34重量パーセントのスラリーとして構成され、適切な濃度の硝酸銀溶液と混合した。撹拌後、合わせたスラリーを濾過し、40〜60℃の温度の温水で1回洗浄した。濾液をおよそ110℃でおよそ12時間乾燥し、小分けにし、それぞれおよそ250℃でおよそ24時間熱処理した。収率は、熱処理温度にかかわらず同じであり、生じた粉末は、生物活性物質がAlPポリマーに物理的に組み込まれ、絡まり、封入され、又は織り込まれている生物活性-AlP複合体であった。
【０１０２】
（実施例11-生物活性-ALP複合体の形成(化学結合)）
【０１０３】
適切な濃度の硝酸銀溶液を酸性リン酸アルミニウム溶液と合わせ(P:A1の比3:1)、次いで適切な量のアルミン酸ナトリウムで中和した点以外、先に実施例8及び9に記載された沈殿プロセスと同様にAlPを製造した。得られた分散液は生物活性-AlP複合体を含み、生物活性物質は銀イオンの形態で、例えば、AlPポリマーのポリマー骨格に組み込まれて、AlPポリマーと化学結合していた。分散液を濾過して生物活性-AAlP複合体粒子を単離した。該粒子を洗浄し、上述の温度で乾燥させると、望まれる設計された多孔性を与えた。
【０１０４】
（製造のゾルゲル法）
ゾルゲルプロセスにより製造されたAlPは、コロイド状懸濁液（ゾル）の形成及びそのようなゾルのゲル化による連続液相中の固体ネットワークの形成（ゲル）による、分子状又はイオン性前駆体からの無機分子ネットワークの生成を含む。これらのコロイドを合成する前駆体は、典型的には、種々の反応性基に囲まれた金属又は半金属元素を含む。別な言い方をすると、ゾルゲルプロセスにおいて、単純な分子状又はイオン性前駆体はナノサイズの粒子に変換され、コロイド状懸濁液（ゾル）を形成する。次いで、コロイド状ナノ粒子は、三次元の液体が充満した固体ネットワーク(ゲル）中で互いに結合する。このゲルへの変換は、いくつかの方法で開始できるが、最も簡便な手法は、反応溶液のpHを変化させることである。
【０１０５】
固体から液体を除くのに利用される方法は、ゾルゲルの性質に影響するだろう。例えば、超臨界乾燥は乾燥された固体中に三次元構造を維持するだろうが、流体蒸発プロセスにおけるゆっくりとした乾燥はネットワーク構造を崩壊させ、高密度の材料を作る。
【０１０６】
ゾルゲル合成プロセスによりAlPを製造する利点には、プロセスの多様性及び簡単さがあり、高純度及び/又は調整された材料、均一な粒径分布、実質的に球形の凝集粒子、ナノサイズ粒子、及び特別設計された組成物を得る可能性をもたらす。本明細書に開示されるAlPは実質的に球状の凝集粒子を含むが、少量の非球状粒子が意図されずに製造されることがあり、生じた抗菌性化学組成物中に存在し得ることが理解される。
【０１０７】
本明細書では、用語「ゲル」は、連結した高分子量ポリマー又は凝集体で形成された三次元かご型構造に液体が捕捉されたものと理解される。構造のネットワークは、典型的には、コア粒子間の弱い、且つ/又は可逆的な結合からなる。用語「ゾル」は、本明細書では、液体中の固体のコロイド状分散液であると理解される。固体は、ナノメートルの規模の平均粒径を有するリン酸アルミニウムを含む。ゲルは、液体の全てを取り囲む、半剛体の塊中の分散相としてのリン酸アルミニウムゾルを含む。ゾルゲルプロセスにより製造された生成物の、濾過、洗浄、乾燥、及びこれらの組み合わせによる後処理により、制御された方法でコロイド状固体が凝集し、より大きい固体複合体が形成する。
【０１０８】
一般に、ゾルゲルプロセスは以下のプロセス工程を含む:(1)分子状前駆体の核形成又は重合又は縮合による、例えば、ナノメートルの規模の一次粒子の形成、それによるゾル(コロイド状分散液又は懸濁液)の形成;(2)粒子の成長又はゲル化;(3)粒子の連結による鎖の形成及びそのような鎖の液体媒体全体にわたる伸長による濃いゲルの形成;並びに(4)ゾルゲル材料の処理による液体の除去、それにより所望の固体最終生成物を与えること。
【０１０９】
例の実施態様において、前駆体溶液を、好適なアルミニウム源をリン源と合わせることにより製造する。好適なアルミニウム源は、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウムなどのアルミニウム塩の群から選択できる。好ましいアルミニウム源は硝酸アルミニウムである。ゾルゲルプロセスによりAAlPを形成するのに有用なリン源には、リン酸、及びオルトリン酸塩としての又はポリリン酸塩としてのリンの塩がある。リン源は、浄化され変色した任意の出所からの肥料グレードのリン酸である。
【０１１０】
前駆体溶液の主な成分を水性環境中でゲル化剤と合わせると、溶解状態の固体リン酸アルミニウム粒子のコロイド状分散液が生じる。例の実施態様において、前駆体溶液を、硝酸アルミニウムをリン酸(85重量%)と水の存在下で合わせて形成する。水は、硝酸アルミニウム、リン酸の1つ以上に存在してよく、或いは、いずれの成分からも独立した加えられた水として存在してよい。
【０１１１】
前駆体成分を合わせた後、生じた系を撹拌し、好適なアルカリ成分を、撹拌している溶液に加える。この目的に好適なアルカリ成分には、系のpH変化に、例えば、酸性系のpHを上昇させるために従来使用されているものがあり、例の実施態様において、水酸化アンモニウムである。水酸化アンモニウムが存在するとpHが上昇し、核形成及び縮合のプロセスを推進してコロイド状分散液又はゾルを形成する。核化剤の濃度によって、この工程は中間にも最終にもなり得る。核化剤をさらに添加すると、一次リン酸アルミニウム粒子が互いに連結してゲルが形成し、例えば、ゲル化をもたらし、コロイド状粒子が連結してゲル構造になり、ゾルゲルの形成をさらにもたらす。
【０１１２】
例の実施態様において、ゾルゲルプロセスを制御して、ゲル化の前にコロイド状分散液を単離することが望ましいことがある。これは、完全なゲル化でなくコロイド状分散だけが起こる(すなわちゾルの形成)ように、反応条件を制御することにより実施できる。このようにプロセスを制御すると、特定の製造に関する利点を与え、且つ/又は最終生成物の取り扱いに関する特定の利点を与え得る。このプロセスからのコロイド状分散液を濾過して、固体を回収し、次いで、下記の通り熱処理及び/又は洗浄できる。
【０１１３】
例の実施態様において、リン酸、硝酸アルミニウム、及び/又は水酸化アンモニウムを、互いに合わせる前に加熱するか、又は合わせた後に、例えば撹拌中に加熱することができる。さらに、存在する水の量及び/又は水酸化アンモニウムの添加の速度を調整して、望ましいAAlPの収率を有する望ましい反応生成物を製造できる。
【０１１４】
例の実施態様において、酸性溶液に加えられる水酸化アンモニウム、NH4OHの量は、酸性の系を中和してコロイド状リン酸アルミニウム粒子の形成を開始するのに充分であり、ゲル化にとっては硝酸アンモニウム、NH4NO3を形成する化学量論量を超える。その範囲は、NH4NO3の形成に必要なNH4OHの化学量論量(1.0化学量論)から約3.0化学量論、好ましくは約1.1〜2.0、より好ましくは約1.2〜1.5であり得る。
【０１１５】
添加の順序(すなわち、塩基溶液を酸性前駆体溶液に、又はその逆)が、ゲル化の速度及び程度を制御することが見出された。塩基を、上述の化学量論的濃度範囲(1.0〜3.0)で撹拌されている前駆体溶液に加える場合、事実上瞬時のゲル化が起こる。添加の順序を逆にすると、すなわち前駆体溶液を塩基溶液に加えると、コロイド状分散液から完全なゲル化への成長の程度に対する制御を与えることが発見された。以下に議論する通り、粒子のモルフォロジーも添加の方法により制御可能であることが発見された。
【０１１６】
1.1の化学量論的比率を超えるアンモニアの濃度が、生じる複合体中の未反応のアルミニウムを最低限にするのに有用であることが見出された。錆止め顔料などの最終使用用途では、水と接触する時の複合体からのホスフェート放出速度が200〜400 ppmの範囲であることが望ましい。試験により、反応物内のアンモニアレベルがおよそ1.2〜3の化学量論的比であり、固体を完全に洗浄し、且つ/又は熱処理して以下に説明する通り可溶性の副生成物を除いた後は、ホスフェートアニオン溶出が目標範囲にあることが確認された。
【０１１７】
例のプロセスにおいて、次に、ゾルゲルを、加熱、洗浄、及び/又は分粒を含み得る、ゲル化後の処理に付す。例の実施態様において、液体構成要素を除いて分散液又はゲルを崩壊させることにより、形成されたゾルゲル粉末を単離する。下記のように様々な種類のゲルを、ゾルゲルから形成できる;固体形態で高い多孔性及び表面積(150-1,000 m2/g)を与えるようにゾルゲルの妨害されない乾燥(unhindered drying）により形成された固体であるキセロゲル、超臨界乾燥（例えば凍結乾燥）により形成された固体であるエーロゲル、水に分散した水不溶性コロイド状ポリマー粒子であるヒドロゲル、及び固体マトリックス中に捕捉された液体有機相を含む、非晶質で非ガラス状の固体であるオルガノゲル。
【０１１８】
ゾルゲルは、種々のpH依存性（アミノ、水、ホスフェート）結合により結合して、液体全てを包む塊としての固体分散相を形成する固体AlPO4からなり、該液体は水及び溶解している塩からなる。約100℃を超える温度にゲルを加熱すると、水及びアンモニアが蒸発し、塊が崩壊してリン酸アルミニウム、AlPO4;及び硝酸アンモニウム、NH4NO3からなる固体になる。ゲル又は崩壊したゲルの固体を、約215℃を超える温度に加熱すると、硝酸アンモニウム、NH4NO3が熱分解し、それにより粉末生成物からそれが除かれる。約215℃を超える温度に加熱するとpHの低下が起こるが、最もあり得ることにはPO基上の置換基として、硝酸アンモニウム、NH4NO3の熱分解の後で残っている残留アミノ基も熱分解されて、水素原子により代わられ、それにより複合体が酸性になることを示している。この処理から生じる固体生成物は、ホスフェート放出速度がおよそ240 ppmであり、表面積が125 m2/グラムを超える純粋なAAlPであることが、分析により示された。
【０１１９】
したがって、ゲル化後の熱処理は、ゾルゲルを、約250℃を超える比較的高温に、水の蒸発を達成するのに充分な期間加熱して、塊を崩壊させ、硝酸アンモニウム、NH4NO3を熱分解する単一の工程を含み得る。例の実施態様において、これは、約250℃で、およそ12〜72時間実施できる。この熱処理から得られる生成物は実質的にリン酸アルミニウムであり、すなわちリン酸アンモニウム又は硝酸アンモニウムはあるとしてもごくわずかである。
【０１２０】
或いは、ゲル化後の熱処理は、ゾルゲルを約100〜150℃の低めの温度で水の蒸発を達成するのに充分な期間加熱する単一工程を含み得る。例の実施態様において、これは、約110℃でおよそ1〜24時間で実施できる。この加熱又は乾燥処理から生じる生成物は、AAlP並びにリン酸アンモニウム及び硝酸アンモニウムである。
【０１２１】
この乾燥工程には、約215〜300℃の温度での熱処理工程が続き得る。好ましい実施態様において、乾燥工程は約110℃で約24時間であり、熱処理は、約250℃で最高1〜3日(16〜72時間)である。生じるAAlPは、約5〜20重量パーセントの含水量及び所望の設計された多孔性を有する。熱処理された材料のpHは、複合体を再び分散し、pHを水酸化アンモニウム溶液により調整することにより調整可能である。次いで、生じた複合体を100〜110℃で乾燥させて、水及びアンモニアを除去する。
【０１２２】
望まれる場合、乾燥又は熱処理前に、ゾルゲル材料を濾過して固体粒子を溶液から除去でき、例えばケークの形態の分離された固体を、1つ以上の洗浄サイクルに付すことができる。洗浄サイクルは水を使用し、固体リン酸アルミニウム粒子から、望まれない可溶物、例えば、反応副生成物として形成した硝酸アンモニウム及びリン酸アンモニウムなどのアンモニウム化合物を除くように作用する。次いで、洗浄された試料を、先に開示された方法で乾燥及び/又は熱処理して、水をさらに蒸発させ、且つ/又は洗浄されたリン酸アルミニウム中の残留硝酸アンモニウム及びリン酸アンモニウムを熱分解し、リン酸アルミニウム粒子の密度を高めることができる。
【０１２３】
望まれる場合、ゾル材料を約100℃で乾燥させて、水を蒸発させて塊を崩壊させることができ、崩壊させた粉末を水で洗浄して硝酸アンモニウム、NH4NO3を除き、それにより副生成物を熱分解するのではなく回収できる。洗浄及び乾燥された塊を約215℃より高温で熱処理して、残留硝酸アンモニウム、NH4NO3を熱分解し、それにより実質的に純粋なAAlPを与えることができる。
【０１２４】
AAlPのみを形成するゾルゲルプロセスの基本的な化学作用は下記の通り表される:
1.前駆体溶液-全成分を合わせること
Al(NO3)3・9H2O+H3PO4+H2O
2.ゲル化剤
3NH4OH+H2O
3.ゾルゲル反応
AlPO4+(NH4)3PO4+H2O→AlPO4+NH4OH
【０１２５】
AAlPゾルゲルを形成する反応:NH4OH(水中28%NH3)を加えると、それは酸性系を中和し、不溶性AlPO4の形成を促進し、Al+3を反応物の外に出し、より多くのNH4+1がNO3-1と結合して可溶性のNH4NO3を形成するようにする。NH4OHの濃度及び加える速度によって、AlPO4のコロイド状粒子が形成するだろう。より多くのNH3を反応物に加えると、AlPO4コロイド状粒子が凝集し、ついには粒子間の結合を形成して、ゲル構造を形成する。
【０１２６】
加えるNH3の量は、pHを制御しゲル架橋を促進するのに充分なNH3を有するために、NH4NO3を形成するのに必要な化学量論量を超えなければならない。加えるNH3の量、添加の速度、及び濃度によって、ゲルは、水に溶解した硝酸アンモニウム、NH4NO3を封入するかご型の三次元構造を形成する、結合したAlPO4固体粒子の塊からなるだろう。リン酸アンモニウムは中間体として存在することがあり、反応条件を延長すると(すなわちさらなる加熱により)、系中のアルミニウムとの完全な反応が起こり、縮合してリン酸アルミニウムになる。
【０１２７】
4.濾過及び洗浄-可溶性アンモニウム塩を除去する熱による精製を補う又は置き換えるための選択肢。
5.脱水及び乾燥-少なくとも100℃より高温で乾燥させて、水を蒸発させ、ゾルゲル構造を崩壊させて、高密度になった固体を形成する。
AlPO4+NH4NO3
6.熱による精製-215〜250℃で熱処理して硝酸アンモニウムを熱分解する。
AlPO4(非晶質リン酸アルミニウム)
【０１２８】
望まれる場合、成分を添加する順序を、先に開示されているものから変えることができる。例えば、反応系の粘度を制御し、且つ/又はコロイド状固体の表面積に影響を及ぼすために、酸性溶液を水酸化アンモニウム溶液に加えてよい。成分を加える順序におけるそのような柔軟性は、例えば、コロイド状一次粒子の懸濁液の形成を優先してゲル化を回避することが望ましくなり得る製造規模の拡大にとって有利になり得る。洗浄、乾燥、及び/又は熱処理後の得られる組成物は、添加の順序にかかわらず基本的には化学的に同じである。しかし、生成物のモルフォロジーは、これらの製造パラメーターに影響される。酸を塩基に加えると、表面積が大きく、多孔性が高くなる。本明細書に開示されるゾルゲルプロセスは、基本的にAAlPからなるリン酸アルミニウム組成物を生みだす。
【０１２９】
塩基を酸に加える順序は、急速なpH変化を起こし、ゾル粒子が迅速に形成し、それに続いて迅速なゲル化によりゲルマトリックス中に連結された粒子が形成する。これは、分子の可動性を低下させ、さらなる粒子成長又はモルフォロジーの変化を防ぐ。酸を塩基に加える場合、pH変化はゆっくりであり、局所的なコロイド状リン酸アルミニウム粒子が形成する。ゲル化は起こらず、系の可動性により、継続した競合する副反応(硝酸アンモニウム及びリン酸アンモニウムの可溶化増大)が可能になり、中間体種が生き残れる。脱水及び熱分解が起こると、リン酸アルミニウムの小粒子が、離れつつある水及び(硝酸アンモニウムの)分解生成物の存在下で存在し、凝集した小さいリン酸アルミニウム粒子の多孔性を高める。
【０１３０】
生物活性-AAlP複合体のみを形成するゾルゲルプロセスの基本的な化学作用(例えば、硝酸銀の形態の生物活性物質を硝酸アルミニウム及びリン酸水溶液に加えることを含む)は以下の通り表される:
1.前駆体溶液-全成分を合わせること
A1(NO3)3・9H2O+H3PO4+H2O+AgNO3
2.ゲル化剤
3NH4OH+H2O
3.ゾルゲル反応
AgAlPO4+(NH4)3NO3+H2O+NH3
4.濾過及び洗浄-可溶性アンモニウム塩を除去する熱による精製を補う又は置き換えるための選択肢。
5.脱水及び乾燥-少なくとも100℃より高温で乾燥させて、水を蒸発させ、ゾルゲル構造を崩壊させて、高密度になった固体を形成する。
AgAlPO4+NH4NO3
6.熱による精製-215〜250℃で熱処理して硝酸アンモニウムを熱分解する。
AgAlPO4(非晶質リン酸銀アルミニウム)
【０１３１】
（実施例12-生物活性-AlP複合体の形成(物理的組み込み)）
先に記載されたゾルゲルプロセスにより製造されたAAlPは、34重量パーセントのスラリーとして構成されており、適切な濃度の硝酸銀溶液と混合した。後者の溶液は、1.0パーセント及び10パーセントの銀-対-AgAlP複合体を製造するように作った。合わせたスラリーをおよそ5分間混合し、次いで窒素下で噴霧乾燥器中で噴霧し、入口約180℃及び出口約79℃の範囲の温度で乾燥させた。固体粉末を回収して分析した。得られた粉末は、生物活性物質がAlPポリマーに物理的に組み込まれ、絡まり、封入され、又は織り込まれている生物活性-AlP複合体である。
【０１３２】
或いは、ゾルゲルプロセスにより製造されたAAlPは34重量パーセントのスラリーとして構成されており、適切な濃度の硝酸銀溶液と混合した。撹拌後、合わせたスラリーを濾過し、40〜60℃の温度の温水で1回洗浄した。濾液をおよそ110℃でおよそ12時間乾燥させ、小分けにし、それぞれおよそ250℃でおよそ24時間熱処理した。熱処理温度にかかわらず、収率は同じであり、得られた粉末は、生物活性物質がAlPポリマーに物理的に組み込まれ、絡まり、封入され、又は織り込まれた生物活性-AlP複合体であった。
【０１３３】
（実施例13-生物活性-AAlP複合体の形成(化学結合)）
AAlPを、適切な濃度の硝酸銀溶液を硝酸アルミニウム及びリン酸水溶液と同時に合わせる以外、上述のゾルゲルプロセスと同様に製造した。得られたゲルは、銀イオンの形態の生物活性物質がAlPポリマーと化学結合している生物活性-AlP複合体を含んでいた。分散液を濾過し、洗浄し、上述の温度で乾燥させると、所望の設計された多孔性を与えた。
【０１３４】
上述の方法により形成されたAlP/生物活性-AlP複合体は、約0.5:1〜1.5:1のP:A1比を有する。これは、好適な範囲の粒子モルフォロジー及び所望の配合物化学作用と適合性のある性質を与えるので、AlP/生物活性-AlP複合体がこの範囲のP:A1比を有することが望ましい。
【０１３５】
望まれる場合、本明細書に記載される生物活性-AlP複合体を、ある量の生物活性物質が最初に第一の量のAlP(生物活性物質がAlPポリマーと物理的に組み込まれる場合)又はAlP形成に使用される第一の量の前駆体材料(生物活性物質がAlPポリマーと化学結合する場合)と合わされる、濃縮物の形態で最初に製造することができる。この最初の段階は、生物活性-AlP複合体縮合物、すなわち高濃度の生物活性物質が存在している縮合物の形成をもたらす。次いで、この複合体縮合物を原材料として使用して、異なる最終使用用途を満たすいくつかの異なる配合物を処方できる。例の実施態様において、複合体縮合物をさらなるAlPと合わせて、特定の最終使用用途に適切な比較的低い生物活性物質含量を有する生物活性-AlP複合体を与えることができる。そのような複合体縮合物を作る能力は、望まれる程度の柔軟性を、異なる抗菌性最終使用用途を満たす異なる抗菌性配合物を得るプロセスに加える。
【０１３６】
本明細書に記載される方法で製造されたAlP及び生物活性-AlP複合体は、望ましい粒径又はサイズ分布を有する白色粉末としての固体形態で与えられる。粒径は、結合ポリマー、及び特定の最終使用用途などの因子によるだろう。例の実施態様において、AlPは、約0.5〜8ミクロンのD50の粒径分布を有し得る。例の実施態様において、AlPが、約0.9〜1のP:A1比を有し、約1ミクロンのD50及び約4ミクロン未満のD90の粒径分布を有することが望ましい。抗菌性化学組成物に使用するには、AlPが、約20ミクロン未満、好ましくは約0.5〜10ミクロンの範囲、より好ましくは約1.0〜8.0ミクロンの範囲の粒径を有することが望ましい。約0.5ミクロン未満の粒径は、特定の化学配合物の加工と干渉することがあり、結合剤樹脂吸収の増加により塗膜の性能に悪影響があり得る。
【０１３７】
先に記載された方法で製造されたAlP及び生物活性-AlP複合体は、非晶質構造を保持し結晶性構造への転化を避ける目的で、高温乾燥又は他の熱処理に付されないことがある。この方法で形成されたAlPが、低温乾燥の後でも所望の非晶質構造を保持することが発見された。本明細書に開示される通りに形成されたAlPは、生物活性物質の担体として作用するのが可能となり、抗菌性化学組成物において使用するための生物活性構成要素の所望の制御された送達/放出を与える、設計された多孔性を含む構造を有する。
【０１３８】
本明細書で製造されたAAlPは、結晶性AlPと比べると著しく増加した水吸着能力又は再水和の程度を示し、そのようなAAlPは、乾燥によりいったん脱水すると、再水和して最高で約25重量パーセントの水を含むことが可能である。この特徴は、AlPが、腐食に対するある程度の保護を要する最終使用用途に使用され、AlPが非水性結合ポリマー中にある場合に特に有用である。そのような用途において、AlPは、生物活性物質の担体であり腐食防止性顔料であることに加え、硬化した塗膜への水の侵入を減速させ、硬化した塗膜を通る水の拡散を制限する水分捕捉剤として作用する。
【０１３９】
さらに、本明細書に開示されるAlPの再水和特徴は、低湿度最終使用用途に配置される場合有利になり得る。そのような用途において、生物活性構成要素を硬化した抗菌性化学組成物又はコンポジットの表面に追いやり、例えば内蔵された輸送機構を有し、周囲湿度のない状態で表面にそのような生物活性構成要素の存在を推進するように作用できる、高い又は飽和した含水量を有するAlPを使用できる。このように設計されると、そのようなAlPを含む抗菌性化学組成物は、低湿度/水分用途において表面で所望のレベルの生物活性構成要素を与えるように作用できる。
【０１４０】
本明細書に記載される抗菌性化学組成物を、選択された結合ポリマーをAlP及び生物活性物質と、先に記載された方法及び量で合わせることにより製造する。生じた生物活性-AlP複合体は、乾燥した粉末の形態の組成物配合物を与えることができ、処方の条件又は選好に応じてスラリー又は液体懸濁液の形態で提供できる。
【０１４１】
本明細書に記載される生物活性-AlP複合体を含む抗菌性化学組成物は、化学組成物の総重量に対して約5〜1000 ppm、好ましくは10〜900 ppm、及び15〜800 ppmの生物活性物質を含む。そのような抗菌性化学組成物は、他の材料、薬剤、及び/又は添加剤(生物活性-AlP複合体及び結合ポリマーに加えて)、例えば、顔料、充填剤、レオロジー剤、流動安定剤、光制御安定剤（light-control stabilizers）などを含み得る。例えば、銀生物活性物質を含む抗菌性化学組成物は、銀の光還元を阻害し、それにより、それから形成された組成物、乾燥した塗膜及び/又はコンポジット内に含まれる銀の活性状態を保護して、その有効耐用寿命を保証することを助けるように設計された添加剤を含み得る。
【０１４２】
（生物活性剤の錯化）
生物活性剤(そのようなものが銀塩である場合)をいくつかの有機錯化剤のいずれかと錯化すると、Ag-AlP複合体中の銀イオンの安定化とその抗菌性の増大の両方に、意外な利益を有することが発見された。Ag+は、アンモニア、イミダゾール(IMI)、置換IMI、及びこれらの組み合わせなどの種々の配位子と錯化する。Ag+の最も普通に見られる配位数(金属が結合し得る基の数)は2であり、最も単純な場合、アンモニアと錯化した銀の構造が[Ag(NH3)2]+2であろうことを示す。Ag+の還元電位は+0.799Vであり、これはAg+イオンを銀金属に還元する強力な熱力学的推進力を与える。しかし、銀イオンがアンモニアと錯化すると、還元電位が0.37Vに変化し、還元がより困難になる。そのため、錯化による銀イオンの安定化は、還元並びに生じる変色及び不活性化に対するその抵抗性を増加させるように作用する。
【０１４３】
さらに、キレート化したAg+は、抗菌活性の点で遊離の銀イオンより有効性が数桁高いことが見出された。Ag+イオンは、遊離のイオンによってではなく、保護された錯体中のキレート化配位子により、生物中で、細胞内に活発に輸送されると考えられている。そのため、Ag-AlP中で銀イオンがうまく錯化することは、銀イオン(処方された製品中の)を還元及び変色から保護するだけでなく、それをより効果的な抗菌剤にもし得る。これにより、製品を処方する者に、添加量レベル、使用の範囲及び寿命、並びに基準小売価格に関するより多い柔軟性を与える。
【０１４４】
銀-アンモニウム錯体は、単純な直線構造:[NH3-Ag-NH3]+2である。例の実施態様において、IMIを銀の錯化配位子として選択した。IMIを使用して、安定化及び増加した有効性における利点が、この錯化した銀化合物を組み込むAlP系にもたらされるかを確認する試験を実施した。IMIは、芳香性を示す環状で平面の五員環である。プロトン化されていない窒素原子は、分子の電子結合構造を説明する芳香族パイ（π）電子雲の一部でない孤立電子対を有する。これらの電子は、プロトン又は求電子基(例えば、銀イオン)に攻撃の点を与える。銀イオンが、2つのIMI分子と、その非プロトン化窒素基を通して結合するだろうと考えられている。しかし、実際には、2つ以上のAg-IMI錯体を凝集させる銀原子の間の弱い結合もあるかもしれない。したがって、異なる比のIMIと銀含量を評価した。
【０１４５】
種々のAlP組成物中に存在するホスフェート基と銀イオン又は銀イオン錯体との相互作用の性質に関して、クロレート(ホスフェートに類似して4つの電気陰性酸素基を有する)の挙動との類推から、ホスフェート中の酸素とIMI中の水素と、並びに直接銀イオン(IMIが存在しないか、又は動的な因子がP-0-とAg+の間の第一の相互作用を可能にする場合)との間に静電引力が起こると理論づけられる。
【０１４６】
例の実施態様において、銀錯体及びそれを含むAg-AlP複合体の形成に関して以下の因子を評価した:(a)系の中の銀イオンとIMIの比(Ag:IMIのモル比1:2及び1:4で2つのレベルを選択した);(b)AlP縮合反応に先立つ複合体の製造(以下で「プレミックス」と称する）に対してAlP縮合の間のインサイチュ形成;(c)銀-IMI錯体の添加の順序及び点(AlP縮合の前又は後);(d)縮合反応の温度(室温又は95℃などの高温);(e)縮合後の(アンモニアによる)中和の生成物に対する作用;(f)縮合反応のための添加の全体的な順序(BをAに、又はAをBに);及び(g)粉末又はゲル/スラリーとしての銀-IMI-ホスフェート生成物の提示。
【０１４７】
試験により、先に開示されたAg-AlPを製造する二元縮合プロセスの変更は、特定の望ましい改善を与え得ることが示されたが、そのような変更には以下があり得る:(a)全工程の添加時間の低減、これは処理後の色の安定性及び/又は銀の含量保持という改善された性質を与えるように作用した;(b)どの工程における温かい条件も、典型的には銀の保持を低下させた(リン酸銀又は酸化銀などの望ましくない副生成物をもたらす副反応が増大したため);(c)各成分を別々に製造し(例えば、銀-IMI錯体;水酸化アルミニウム(ATH)スラリー)、次いでそれらを合わせ、最後にその組み合わせをリン酸と合わせると、可能な最良の結果を与えた。成分を、インサイチュよりも別々に製造すると、それぞれを完全に最も純度の高い形態で形成できると考えられる。そのため、リン酸アルミニウム縮合反応が起こる場合、銀イオン又は銀イオン錯体はすでに形成され、それが、形成しつつあるAlP複合体内にAlPとの最大の相互作用で捕捉されるだろう。
【０１４８】
Ag-IMI(1:2)とAg-IMI(1:4)溶液のいずれかを85%リン酸に加えると、白色スラリーを与えることが発見された。その後に水酸化アンモニウムにより中和すると白色沈殿物を与え、それを約110℃で24時間乾燥させて白色粉末にすることができた。この結果は、銀錯体とホスフェートの間に、(黄色固体であるリン酸銀以外の）別個な生成物を生み出す基本的な化学的相互作用があることを示すと理論づけられる。
【０１４９】
適切な比率のATH及び硝酸銀からなるスラリーを85%リン酸に加えると、安定な白色ゲル様組成物を与えることも発見された。この生成物の安定性は、AlPマトリックス内の銀イオンの均一な捕捉に基づいている。そのような安定化は、スラリー中の銀イオンとAlPのホスフェート基の間のイオン性複合体の形成によるものと考えられる。
【０１５０】
上記試験結果を考慮すると、上述のAg錯体を含むAg-AlP複合体を形成する例の合成経路は下記の通りである:(a)硝酸銀を、室温の水中で撹拌しながらIMIと単に合わせることにより、銀-IMI-ニトレート錯体[Ag-IMI]を事前製造すること;(b)ATHを室温の水に分散させることにより、ATHスラリー(20重量%固形分)を事前製造すること;(c)該ATHスラリーをAg-IMI錯体と室温で撹拌により合わせ、混合物を形成すること;(d)該ATH/Ag-IMI混合物(塩基）を85%リン酸に室温で撹拌しながら、ある期間、例えば、約1時間加えること(この添加順序では、酸性のpHが錯体中の銀イオンを安定化させるように作用する);(e)合わせた後、該混合物を、さらにある時間の間、例えば1時間、室温で反応させること;及び(f)該反応混合物は粘性のあるゲル様の組成物になるが、ゲルは、水系用途に使用するために単離することも、例えば、約110℃である期間、例えば、約24時間加熱することにより乾燥させて白色粉末にすることもできる。
【０１５１】
錯化した銀塩を含むAg-AlP複合体を形成することの特徴を、Ag-AlP複合体を製造する二元縮合プロセスを利用する状況で開示してきたが、本明細書に開示される錯化した生物活性物質、例えば、銀塩を使用して、本明細書に開示されるAg-AlP複合体を製造する他の残りの方法又はプロセスによりAg-AlP複合体を形成でき、その場合、そのような他の方法において、生物活性物質、例えば、銀塩は、錯化された生物活性物質、例えば、錯化された銀塩に代えられることを理解されたい。
【０１５２】
また、AlP複合体形成の前に、錯化された生物活性物質をアルミニウム源と合わせる例を開示してきたが、錯化された生物活性物質を、アルミニウム源とホスフェート源を合わせる間に別に加えることも、アルミニウム源と事前に合わせる代わりとしてホスフェート源と事前に合わせることもできる。
【０１５３】
（金属の酸化物の添加）
亜鉛及び/又は銅などの金属の種々の酸化物を、本明細書に開示される生物活性-AlP複合体に組み込むことができる。一例において、生物活性-AlP複合体中の酸化亜鉛の存在が、紫外線を吸収し、固有の抗菌性を与える目的で有用になり得ることが理論づけられる。一例において、酸化亜鉛をATHスラリー事前製造物(上記工程(b)から)に加え、化学組成及び性能特性を決定した。この反応から得た生成物のXRD分析は、酸化亜鉛又はリン酸亜鉛結晶性成分による結晶構造を全く示さず、亜鉛がAg-AlP複合体の一部として非晶質成分に含まれていることを示している。上述の通り、亜鉛成分の存在は、光安定性を増大させるようにも、組成物の抗菌活性を拡大させるようにも作用する。
【０１５４】
本明細書に開示される生物活性-AlP複合体に組み込むための例の金属酸化物として酸化亜鉛を記載したが、銅、マグネシウム、バリウム、カルシウム、及びこれらの組み合わせがあるがこれらに限定されない他の金属の酸化物が、本明細書に開示される抗菌性組成物の範囲内にあるものとすることを理解されたい。さらに、1種以上の金属酸化物を加えて本明細書に開示される生物活性-AlP複合体を形成することが、本明細書に開示される生物活性-AlP複合体を製造する異なる方法又はプロセスのいずれによっても実施できることを理解されたい。
【０１５５】
金属酸化物を、AlPを形成する工程の前に、AlPを形成する工程の間に、又はAlPを形成する工程の後に、生物活性-AlP複合体を製造するプロセスの間で導入できる。一例において、金属酸化物はAlPを形成する時点で存在するが、それが生物活性物質と事前に合わされ得るか、AlPが形成される時点で生物活性物質とは別に合わされ得ることを意味する。金属酸化物は別に呈されることがあり、生物活性物質、例えば、銀塩と組み合わせて呈されることがあり、且つ/又はアルミニウム源とホスフェート源の一方若しくは両方と事前に合されることがある。生物活性物質が錯化されている例において、金属酸化物を、錯化の前又は後で生物活性物質に加えてよい。例の実施態様において、金属酸化物は、生物活性物質が錯化された後で加えられる。
【０１５６】
（生物活性-AlP複合体のさらなる実施例）
本明細書に開示される生物活性-AlP複合体のさらなる実施例を参考のために与える。これらの実施例を記載の通り製造し、以下に述べる微生物に対する最小発育阻止濃度(MIC)を決定して抗菌効能について試験し、以下に記載する通り光安定性について試験した。
【０１５７】
（さらなる実施例1:[CL20]Ag-AlP複合体）
（ATHスラリーの製造）
およそ98.3グラムのATHを560グラムの蒸留水に分散させた。別な容器で、およそ11グラムのAgNO3を60グラムの蒸留水に溶解させた。AgNO3溶液を、撹拌しながらATHスラリーに滴加した。
【０１５８】
（縮合反応）
およそ144グラムの85%リン酸を反応フラスコに加えた。ATH/AgNO3スラリーを、撹拌しながら酸に滴加した。反応混合物を、暗所で、2時間室温で撹拌した。反応が完了すると、それはAg-AlP複合体を形成し、該混合物は明確な液層がないウェットケークであった。ケークの固形分パーセントを測定し、Ag-AlP複合体は、水性配合物における抗菌性添加剤として直接使用するのに好適であった。
【０１５９】
（さらなる実施例2:[CL21]AgIMI（1:2)-AlP複合体）
（事前混合された成分の製造）
およそ14.1グラムのIMIを50グラムの蒸留水と合わせた。別な容器で、およそ17.7グラムのAgNO3を50グラムの蒸留水に溶解させた(反応の実施及び貯蔵を暗所で行った)。IMI溶液をAgNO3溶液に滴加し、該溶液を、暗所で、30分間室温で撹拌すると、Ag-IMI錯体が形成した。別な容器で、およそ157.3グラムのATHを560グラムの蒸留水に分散させた。Ag-IMI錯体溶液を、撹拌しながらATHスラリーに滴加し、生じた混合物を、暗所で、室温で30分間混合した。
【０１６０】
（縮合反応）
およそ230グラムの85%リン酸を反応フラスコに加えた。ATHとAg-IMI錯体混合物を、撹拌しながら酸に室温で滴加した。該反応混合物を暗所で、2時間室温で撹拌した。反応が完了すると、該混合物は、明確な液層がないAgIMI-AlP複合体でできたウェットケークであった。ケークの固形分パーセントを測定し、AgIMI-AlP複合体は、水性配合物における抗菌性添加剤として直接使用するのに好適であった。
【０１６１】
（さらなる実施例3:[CL22]AgIMI(1:4)-AlP複合体）
さらなる実施例2の手順を、およそ28.3グラムのIMIを使用した以外、繰り返した。
【０１６２】
（さらなる実施例4:[CL47]AgIMI(1:4)-ZnO-AlP複合体）
（事前混合された成分の製造）
およそ27.2グラムのIMIを50グラムの蒸留水と合わせた。別な容器で、およそ17.7グラムのAgNO3を50グラムの蒸留水に溶解させた。IMI溶液を、AgNO3溶液に滴加し、該混合物を、暗所で、30分間室温で撹拌すると、AgIMI錯体が形成した。別な容器で、およそ157.3グラムのATH及び53.1グラムのZnOを550グラムの蒸留水と合わせ、30分間室温で分散させた。AgIMI溶液をATH-ZnOスラリーに滴加し、30分間室温で混合した。
【０１６３】
（縮合反応）
ATH-ZnO及びAgIMIスラリーを、およそ227.8グラムの85%リン酸に滴加した。ガラス器具を50グラムの蒸留水で洗浄し、洗浄液を反応混合物に加えた。該反応混合物を、暗所で2時間室温で撹拌すると、AgIMI-ZnO-AlP複合体が形成する。
【０１６４】
（pHを調整する中和の選択肢）
生じた反応スラリーを、およそ28% NH4OHで目標pHまで滴定した。典型的には、反応の最後のスラリーのpHは約2.5〜3.0である。実施例において、およそ174.7グラムの28% NH4OHを使用して、スラリーのpHを7.03にした。
【０１６５】
（処理後の選択肢）
反応から生じてAgIMI-ZnO-AlP複合体を含むスラリー混合物を、直接ゲルとして使用できる(水の蒸発によるいくらかの濃縮が特定の固形分に達するのに有用であり得る)。或いは、反応スラリーを濾過して、フィルターケークを、例えば約110℃の高温で24時間、又は約60℃ほどで真空下で24時間乾燥させて白色粉末にすることができる。
【０１６６】
（さらなる実施例5:[CL50]Ag-ZnO-AlP複合体）
（事前混合された成分の製造）
およそ1グラムのAgNO3を50グラムの蒸留水に溶解させた。別に、およそ84.5グラムのATH及びおよそ20.8グラムのZnOを560グラムの蒸留水と合わせ、室温で30分間分散させた。AgNO3溶液を、ATH-ZnOスラリーに滴加し、暗所で30分間室温で混合した。
【０１６７】
（縮合反応）
ATH-ZnO-AgNO3スラリーをおよそ122.5グラムの85%リン酸に滴加した。ガラス器具を50グラムの蒸留水で洗浄し、反応混合物に加えた。該混合物を、暗所で2時間室温で撹拌すると、Ag-ZnO-AlP複合体が形成する。
（処理後の選択肢）
さらなる実施例4で先に開示されたものと同じ。
【０１６８】
（さらなる実施例6:[CL49]AgIMI(1:2)-ZnO-AlP複合体）
（事前混合された成分の製造）
およそ13.6グラムのIMIを50グラムの蒸留水に溶解させた。別に、およそ17.7グラムのAgNO3を50グラムの蒸留水に溶解させた。IMI溶液をAgNO3溶液に滴加し、暗所で30分間室温で撹拌すると、AgIMI錯体が形成した。別に、およそ123.9グラムのATH及び33.5グラムのZnOを560グラムの蒸留水と合わせ、室温で30分間分散させた。AgIMI溶液をATH-ZnOスラリーに滴加し、暗所で、30分間室温で撹拌した。
【０１６９】
（縮合反応）
ATH-AgIMI-ZnOスラリーを、室温でおよそ179.4グラムの85%リン酸に滴加した。ガラス器具を50グラムの蒸留水で洗浄し、反応混合物に加えた。反応スラリーを、暗所で、2時間室温で撹拌すると、AgIMI-ZnO-AlP複合体が生じる。
（処理後の選択肢）
さらなる実施例4で先に開示されたものに同じ。
【０１７０】
（さらなる実施例7:[CL48]AgIMI(1:4)-ZnO-AlP複合体）
およそ27.2グラムのIMIを使用した以外、さらなる実施例6の手順を繰り返した。
【０１７１】
（さらなる実施例8:[CL51/52]AgIMI(1:4)-Cu2O(Ag:Cu=1:1)-AlP複合体）
（事前混合された成分の製造）
およそ27.2グラムのIMIを50グラムの蒸留水に溶解させた。別に、およそ17.7グラムのAgNO3を50グラムの蒸留水に溶解させた。IMI溶液をAgNO3溶液に滴加し、暗所で、30分間室温で撹拌すると、AgIMI錯体が形成した。別に、およそ153.3グラムのATH及びおよそ12.7グラムのCu2Oを560グラムの水と混合し、30分間分散させた。AgIMI溶液をATH-Cu2Oスラリーに滴加し、暗所で、30分間室温で混合した。
【０１７２】
（縮合反応）
ATH-AgIMI-Cu2Oスラリーを室温でおよそ222.1グラムの85%リン酸に滴加した。ガラス器具を50グラムの蒸留水で洗浄し、反応混合物に加えた。反応スラリーを暗所で2時間室温で撹拌すると、AgIMI-Cu2O-AlP複合体が生じた。
反応混合物を濾過し、例えば、約110℃の高温で24時間乾燥させると、白色粉末が生じた[CL51]。
【０１７３】
pHを調整する中和の選択肢-さらなる実施例4の手順[CL52]-アンモニアによる処理。
【０１７４】
（さらなる実施例9:[CL53/54]Ag-ZnO-Cu2O(Ag:Cu 1:0.5;Ag:Zn 1:3)-AlP複合体）
（事前混合された成分の製造）
およそ17.7グラムのAgNO3を50グラムの蒸留水に溶解させた。別に、およそ153.3グラムのATH及びおよそ41.8グラムのZnO及びおよそ6.3グラムのCu2Oを560グラムの蒸留水と合わせ、室温で30分間分散させた。AgNO3溶液をATH-ZnO-Cu2Oスラリーに滴加し、暗所で、30分間室温で混合した。
【０１７５】
（縮合反応）
ATH-AgNO3-ZnO-Cu2Oスラリーを、室温でおよそ222.1グラムの85%リン酸に滴加した。ガラス器具を50グラムの蒸留水で洗浄し、反応混合物に加えた。反応スラリーを、暗所で、2時間室温で撹拌すると、Ag-ZnO-Cu2O-AlP複合体が生じた。
C153を濾過しない-縮合反応混合物を、例えば、約110℃の高温で24時間乾燥させて白色粉末にする。
CL54を濾過する-縮合反応混合物を濾過し、例えば、約110℃の高温で24時間乾燥させると白色粉末が形成する。
【０１７６】
（さらなる実施例10:[CL55/56/57]AgIMI(1:4)-ZnO-Cu2O(Ag:Cu 1:0.5:Ag:Zn 1:3)-AlP複合体）
（事前混合された成分の製造）
およそ27.2グラムのIMIを50グラムの蒸留水に溶解させた。別に、およそ6.3グラムのCu2Oを50グラムの蒸留水に溶解させた。IMI溶液をCu2O溶液に滴加し、暗所で、30分間室温で撹拌した。別に、およそ17.7グラムのAgNO3を50グラムの蒸留水に溶解させた。AgNO3溶液を、Cu2O-IMI溶液に滴加し、暗所で30分間室温で撹拌すると、AgIMI-Cu複合体が生じた。
【０１７７】
別に、およそ137.6グラムのATH及びおよそ41.8グラムのZnOを560グラムの蒸留水と混合し、30分間分散させた。AgIMI-Cu2O溶液をATH-ZnOスラリーに滴加し、暗所で30分間室温で混合すると、ATH-AgIMI-Cu2OZnO溶液が生じた。
【０１７８】
（縮合反応）
ATH-AgIMI-Cu2O-ZnOスラリーを、室温でおよそ199.4グラムの85%リン酸に滴加した。ガラス器具を50グラムの蒸留水で洗浄し、反応混合物に加えた。反応スラリーを暗所で、2時間室温で撹拌すると、AgIMI-Cu2OZnO-AlP複合体が生じた。
【０１７９】
CL55-最終反応混合物の半分を濾過し、例えば、約110℃の高温で24時間乾燥させると白色粉末が形成した。
反応物の残りの半分を上述の通り中和した。
CL56-最終反応混合物を中和し、例えば、約110℃の高温で24時間乾燥させたが、濾過しなかった。
CL57-最終反応混合物を中和し、濾過し、例えば、約110℃の高温で24時間乾燥させた。
【０１８０】
（抗菌活性(MIC)に対する組成の効果）
さらなる実施例の抗菌効能を、以下に対するそれぞれのMICを測定することにより決定した:(a)シュードモナス・エルギノーサ(Pseudomonas aeruginosa)(細菌);(b)エシェリキア・コリ（Escherichia coli）(細菌);(c)スタフィロコッカス・アウレウス(Staphylococcus aureus);(d)カンジダ・アルビカンス(Candida albicans)(酵母);及び(d)アルペルギルス・ニガー(Aspergillus niger)(真菌)。MICは、生物の増殖が阻害される有効成分の最低濃度(ppm)である。標準的な希釈方法を利用した。
【０１８１】
以下の表1に表されるとおり、シリーズの実施例CL20からCL50は、AgAlP、AgIMI錯化、及びZnO包含のMIC性能に対する効果を表したが、それを以下の通りまとめる:
1.AgAlPの全試料は、約4 ppm未満で、いくつかの場合約1 ppm未満で細菌の増殖を阻害するのに有効である;
2.ZnOを組成物に加えると、酵母及び真菌を制御するのに要するMICが著しく低下する;
3.AgIMI錯体とZnOの組み合わせは、真菌の増殖をさらに最低にする。
【０１８２】
シリーズCL51からCL57は、系の性質に対する銅(Cu2Oとして)の効果の試験であった。試験された濃度レベルで、銅は、Ag-IMI-AlP-Zn系[CL47=CL57=CL54]の抗菌性能に著しい影響を全く有さなかった。しかし、これらのレベルの銅を組成物に含めると、以下に議論されるとおり、組成物を含む配合物の色の安定性に驚くべき有利な効果があった。
【表１】
2015520732.tif 000002
【０１８３】
（光安定性/色の変化に対する組成の影響-UV安定性試験）
塗料の形態の試料化学組成物を、先に表された範囲内の量で結合ポリマーとしてラテックスを使用して製造した。そのような塗料配合物に組み込まれたAg-AlP複合体の性質を、乾燥塗膜中で2種のレベル、100 ppm及び500 ppmの銀で試験した。
色安定性データを以下に示す表2にまとめる。
【表２】
2015520732.tif 000003
【０１８４】
表2に示されたデータは、QUVチャンバー(UVB電球)中で28日間紫外光に曝した後の色の変化(BYK Spectro-Guide Sphere Gloss Spectrophotometerを使用してΔEとして測定)を示す。約2.0未満の色の変化はほとんど目に見えず、約5.0以下の色の変化は試料の初期の状態に比べるとごくわずかな濃淡の違いしか示さず、ほとんどの用途では許容できると考えられるだろう。
【０１８５】
CL42とCL47を比較すると、色の安定性に対するZnOの正の効果が明らかに表されている。色の変化は、12.41から辛うじて認知できる3.5に低下する。
酸化第一銅の添加はこの利点を増加させ、その濃度の関数として見られる(すなわち酸化第一銅のレベルが高いほど、その効果が良くなる）。この傾向はCL51(1.91)、CL56(2.26)、及びCL57(2.52)の結果にさらに表されている。
【０１８６】
一般に、Ag-AlP複合体中のZnOの存在が、さらなる光安定化の増大を与えることが示される。IMI-Ag錯化は、二次的補足的な光安定化効果を与える。酸化第一銅の包含が、光安定化にさらに寄与する。
【０１８７】
本明細書に開示される抗菌性化学組成物は、所望の基材表面に適用して所望のレベルの抗菌性抵抗性を与えるコーティング組成物の形態で与えられ得る。そのような抗菌性コーティング組成物は、プライマー、ミッドコート、又はトップコートとして使用するために処方できる。さらに、そのような抗菌性コーティング組成物は、プライマーがあってもなくても、ミッドコート又はトップコートとして使用できる。さらに、本明細書に開示される抗菌性化学組成物は、着色されていてもいなくてもよい既存の基材表面又は下にあるコーティングの上に配置するためのクリアコーティングとして処方でき、それによりそのようなクリアコーティングを種々の基材又は下にあるコーティング表面の上で使用することを促進し、既存の基材の色などに合わせるための特殊な着色の必要がなく抗菌性抵抗性を与える。
【０１８８】
本明細書に開示される生物活性-AlP複合体は、表面抗菌効能を確実にすると同時に、処方を容易にして種々の最終使用用途を満たすような方法で生物活性成分を与える。生物活性-AlP複合体は、生物活性成分、例えば銀イオンの、化学組成物、乾燥した塗膜、コンポジット、又は処方された物品全体にわたる均一な分布を与える。生物活性-AlP複合体は、処方されたバルクマトリックスに、水分に誘起された輸送:バルク中の水及び溶解した種の吸収、吸着、脱着、拡散を調節するように設計された性質を与える。生物活性-AlP複合体は、1種以上の生物活性構成要素、例えば、銀イオンを、組み込まれた生物活性物質の濃度に基づいて、並びに複合体の親水性及びモルフォロジーにより(表面積及び多孔性)放出するように具体的に設計されている。本明細書に記載される生物活性-AlP複合体は、顔料などの処方された製品に、又は添加剤として、ホスフェート官能基が、バルクコンポジット又は塗膜の結合剤マトリックスの特定の官能基に結合することにより導入することができる。さらに、熱的に安定な形態の生物活性-AlP複合体を、パウダーコーティング配合物に組み込んで、そのような表面を抗菌性にできる。
【０１８９】
例の一実施態様において、本明細書に記載される抗菌性化学組成物は、物品のバルクが生物活性物質又はその構成要素、例えば銀イオンのリザーバー又は貯留槽として機能する塗膜に処方することができる。そのような配合物は、抗菌機構の以下の態様を最適化するように設計することができる:塗膜への水の拡散、生物活性-AlP複合体への水の吸収及び吸着、複合体内への塩の溶解、複合体からのイオン輸送、並びに生物活性物質又はその構成要素の、マトリックスを通る保護すべき表面への輸送。
【０１９０】
或いは、本明細書に記載される抗菌性化学組成物は、水の拡散/生物活性物質又はその構成要素の輸送性と釣り合った物理的耐久性のために、物品のバルクへの抗菌剤の組み込みなしに表面に抗菌性を付与するように設計された富化された薄い塗膜(例えば、約25μ未満、好ましくは約10μ未満の膜厚を有する)に処方することができ、例えば、そのような組み込みがコストの観点から現実的になり得ない場合、又は作用する制御機構が可能になり得ない場合、例えば、水不浸透性プラスチックの場合がある。
【０１９１】
上述の通り、組み合わせたAlPと生物活性物質は、生物活性-AlP複合体の形態で与えられ、その場合、生物活性物質は、複合体の製造に利用される特定の方法によって、AlPポリマーと化学結合して例えばAlPポリマーの骨格中に与えられるか、AlPポリマーと物理的に組み込まれ、絡まり、封入され、又は織り込まれているかのどちらかである。さらに、生物活性物質又はその構成要素は、AlPポリマー中に化学的且つ物理的に存在することもできる。例えば、生物活性-AlP複合体が、所望の生物活性物質をAlP形成の時点で合わせることにより形成され、それにより生物活性物質又はその構成要素とAlPとの化学結合が促進される場合、化学量論的過剰の追加の生物活性物質があると、それがAlP分子中に物理的に組み込まれるようになり得るが、その場合、生じた生物活性-AlP複合体は、化学結合した形態と物理的に組み込まれた形態の両方で存在する生物活性物質又はその構成要素を含むだろう。
【０１９２】
先に示されたとおり、本発明の実施態様は、新規な抗菌性化学組成物、新規な生物活性-AlP複合体、及びそれを製造する新規な方法を与える。それぞれは限定された数の実施態様に関して記載されてきたが、1つの実施態様の具体的な特徴を本発明の他の実施態様に帰するべきではない。どの単一の実施態様も、本発明の全態様を代表するものではない。いくつかの実施態様において、組成物又は方法は、本明細書に言及されない多くの化合物又は工程を含み得る。
【０１９３】
例えば、望まれる場合、抗菌性化学組成物は、生物活性価値を有すると知られている具体的に記載されたもの以外の1種以上の生物活性物質を、別に又は組み合わせてさらに含むように製造できる。そのような追加の生物活性物質は、生物活性-AlP複合体と共に組み込まれても組み込まれなくてもよく、例えば、結合ポリマーと共に別な分散物として存在でき、化学組成物の相乗的な抗菌効果を増加又は補足又は与えるように機能できる。
【０１９４】
さらに、本明細書に提供された実施例に表された抗菌性化学組成物が非晶質形態のAlPを含むと記載されてきたが、本明細書に記載される抗菌性化学組成物が、AlPをその公知の結晶性形態でさらに含むことができ、非晶質形態と結晶性形態の組み合わせでAlPを含むことができる。
【０１９５】
他の実施態様において、組成物又は方法は、本明細書に列記されない化合物又は工程を全く含まないか、又は実質的に含まない。記載された実施態様からの変形及び改良が存在する。化学組成物及び/又はAlPを製造する方法は、いくつかの行為又は工程を含むものとして記載されている。これらの工程又は行為は、特記されない限り、任意の配列又は順番で実施できる。最後に、本明細書に開示される数は、その数を記載するのに「約」又は「およそ」という言葉が使用されているかどうかにかかわらず、近似を意味するように解釈されるべきである。添付される請求項は、そのような改良及び変形の全てを本発明の範囲内にあるものとして含むものとする。
【国際調査報告】
2015520732.tif 000004
2015520732.tif 000005
2015520732.tif 000006