儲存穩定的固體碘前體殺菌組合物的製作方法
2023-10-19 10:16:07 2
專利名稱：儲存穩定的固體碘前體殺菌組合物的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種儲存穩定的殺菌組合物，其具有改進的儲存期，並且含有以前體形式存在的碘。
本文中所涉及的組合物被稱之為「產生元素碘」的殺菌組合物或是「碘前體(pre-iodine)」殺菌組合物。這些組合物在儲存之後，往其中加入水時，能立即產生新生態的碘，其可用作殺菌劑。另外，它們還具有能與輔助的殺菌劑例如酚類殺菌劑、季銨鹽類殺菌劑相配伍的優點。
儘管已有大量的高效含碘殺菌水溶液，並廣泛用來殺滅廣譜微生物，但是由於其主要成分碘固有的化學性質，它們在商業上使用時伴隨有某些不足。
首先，由於碘具有揮發性，含碘殺菌劑，不管其是粉末形式還是溶液形式，都將由於碘的升華和蒸發而損失碘。因此，此類殺菌劑的儲存期受到限制。
其次，由於碘非常活潑，它能夠與任何殺菌劑水溶液中所含有的其他成分反應，使得該組合物失去殺菌活性。此類反應的副產物，主要是氫碘酸，由於它們本身所具有的化學活性而加重了上述問題。
目前可得到的碘殺菌劑水溶液的主要問題主要是其不穩定性；溶液中的碘慢慢地但是不可避免地氧化其中的溶劑化共組分，例如碘酊中的乙醇，Betadine中的聚乙烯吡咯烷酮，以及非離子型洗滌劑如Wescodine中的環氧乙烷和醇。
由這些反應所形成的碘最終將會形成三碘化物離子，而碘化物離子不能穿透微生物細胞的壁。因此其作為殺菌劑是低效能的。
此外，如上所列的碘製劑不能與其他物質，例如酚類和季銨鹽類洗滌劑殺菌劑或其他化學活性物質共混合。如果將它們共混，將會發生如上所述的不期望的活性降級反應，並且破壞由物質的共混而所期望的好處。
為解決上述問題，Van Allen在美國專利1，661，640披露了一種方案以乾燥的吸溼粉末的形式製備，儲存和配製碘遞體，並在使用之前，將水加入到碘遞體中以形成活性殺菌溶液。
這一方案的問題是，所述的乾燥的碘遞體中含有的碘化合物對水非常敏感。微量水的存在就可使這些化合物的如上所述的降級反應催化進行。
事實上，殺菌劑組合物暴露於由兩種來源衍生出的含水環境中。
首先，要想從儲存組合物的容器中除去所有的微量水分是不可能的。這種環境水分，即使僅有微量，亦足以引發上述反應，通過這些反應，碘遞體被轉化成不希望的產物。
其次，一旦被引發，反應自催化繼續進行，因為反應產物中包括水。這種由反應本身產生的水進一步促進了不希望的降解反應的進行，因而使得降解反應以逐漸遞增的速度進行。
然而，即使存在這些缺點，碘仍然是一種非常有效的和廣泛使用的殺菌劑。它對包括人類病原體在內的所有的微生物都具有殺滅作用。將細菌，不管是革蘭氏陰性菌還是革蘭氏陽性菌，立克次氏體(rickettsia)，真菌(fungi)，病毒(viruses)，以及原生動物生物置於稀碘溶液中，都將被有效地破壞。
因此，尤其為了軍事上的目的，希望提供一種商品碘源，即一種輕重量的「碘前體」，該碘源應可很容易地含有碘，易於儲存和運輸；它很穩定並且具有無限長的儲存期；它能與其他所選擇的輔助殺菌劑相配伍；但是，在加入水之後，它必須能迅速地轉化成含有新生態碘的殺菌組合物並且具有所有的所期望的殺菌性能，使其能有效地應用於通常使用碘殺菌劑的場合。
本發明的上述和其他目的可以通過如下的技術方案來實現提供一種儲存穩定的固態碘前體殺菌組合物，從廣義上來說，該組合物包括一種固體碘氧基化合物(oxy-compound of iodine)；一種該碘氧基化合物的水溶性固體化學還原劑；以及一種固體乾燥劑。
所述的碘氧基化合物使最終的殺菌組合物中含有碘。所述的還原劑的作用是，當向該組合物中加入水時，能將碘氧基化合物中的碘釋放出來。所述的固體乾燥劑的作用是，儲存過程中，當將殺菌組合物無意地暴露於環境水份或內生的水環境中時，能避免水對組合物中其他兩種成分的有害作用。
除了上述關鍵組分外，還可向該組合物中加入適量的緩衝劑以調節其pH值；加入溶劑化試劑以增加各組分在水中的溶解度，以及增加與其他殺菌劑的可配伍性。
因此，本發明提供了一種碘前體組合物，該組合物可以以固體形式無限期地儲存，但是在向該組合物中加入水時，其能被迅速地活化產生一種含有元素碘的殺菌劑，並且使其具有在該類殺菌劑中為最好的期望的性能。
如上所述，本發明的組合物包括一種固體碘前體殺菌組合物，該組合物是在水介質中使用的，但在使用之前，該組合物可以以乾燥狀態儲存在含有少量的環境水份的容器中，並不會形成大量的三碘化物離子的降解產物。該組合物的主要成分為固體碘氧基化合物；碘氧基化合物的水溶性固體化學還原劑；固體乾燥劑。
可用於本發明的碘前體殺菌組合物中的碘氧基化合物包括那些含有分子氧並且能與所述的還原劑反應形成元素碘的碘化合物。此類化合物的舉例化學物包括碘酸；五氧化碘；碘酸鉀和碘酸鈉。
其他價態的碘氧基化合物，如次碘酸和過碘酸及其鹽似乎也可以使用。但是由於它們比較稀少和/或不穩定，因此要真正使用它們作為本發明中的碘氧基化合物是不切實際的。
在某些情況下，五氧化碘是本發明所描述的組合物中優選的碘氧基化合物。它具有下述的優良的特性可得到其非吸水性的乾燥固體；長時期內性能穩定；尤其特別的是，其中的碘成分既不揮發，也不升華；即使在溫度升高的情況下也能保持穩定；在例如乙醇類的溶劑中是可溶的，因此使得其能與組合物中的其他成分有效地相混溶。
溶劑化時，五氧化碘能夠很容易地被多種合適的還原劑還原而生成游離碘。它能為使反應進入生成元素碘的階段提供所需要的質子，因此起到作為該組合物的碘化劑的作用。
至於其鹽，特別是碘酸鉀，當其被還原生成游離碘時，不會形成任何殘留的衍生物鹽，這使得由於其「鹽析」效應而對組合物中其他共組分的溶解性產生不利的影響。
它可以與大量的其他物質包括緩衝劑，還原劑，溶劑化試劑以及其他的共殺菌劑共混在一起，所述的共殺菌劑的加入對本發明的殺菌組合物是有利的。
但是，如在下文中將要更詳細地描述到的，在合適的條件，使用相應的碘酸的鹽，即碘酸鉀和碘酸鈉可能是有利的。
至於本發明的碘前體殺菌組合物的第二個關鍵性的成分，即碘氧基化合物的化學還原劑，可以使用許多具有以下兩個關鍵性能的還原劑。
首先，該還原劑必須具有足夠的電動勢(emf)以得到所期望的結果，即能夠將碘氧基化合物還原生成游離碘。
第二，所使用的該還原劑的量應足以將五氧化碘還原成游離碘。但是不能超過為達到此目的所必需的化學計量用量。如果用量超過該數量，則該還原反應將越過生成游離碘的階段而進入生成碘離子的階段，例如生成氫碘酸。
由於碘氧基化合物的還原需要在酸性介質中進行，因此希望還原劑能提供一質子源，並因而使反應混合物具有所期望的酸度。反應混合物的合適的酸度是其pH值在1至7之間。
用於本發明的合適的還原劑為抗壞血酸；二氫富馬酸；硫羥糖，例如二硫代赤蘚醇和二硫代threitol；半胱氨酸。
根據碘氧基化合物成分的類別，還原反應可分為兩步進行。這可用下述的方程式來說明當碘氧基化合物為五氧化碘時，說明性的方程式如下
當碘氧基化合物為碘酸時，說明性的方程式與此類似。
當碘氧基化合物為碘酸的鹽時，例如為碘酸鉀時，說明性的方程式如下
在後一說明性的方程式中，因檸檬酸對碘酸鉀的作用而產生的氫碘酸很明顯也是一種活性還原劑。這對於在最後的殺菌組合物中形成活性碘成分明顯是有利的。此外，由檸檬酸所提供的一個質子也是將碘酸鉀轉化成碘酸所必需的。
在上述兩說明性的方程式中，反應終產物之一是水。因此，反應是自催化的，因為水的存在是反應進行所必需的。即使在溫度升高的情況下，由反應產生的水使反應能進行完全。
因此，如果組合物是以乾燥狀態儲存於容器中時，將因反應產生(內生)的水以及容器環境中的水份除去是很重要的。
因此，本發明的組合物的另一個關鍵性的成分是一種合適的乾燥劑，其用量應足以吸收所有的環境中存在的水份或由反應產生的水份，以使得組合物在無定期的儲存期間內保持穩定。
所使用的乾燥劑必須解決唯一的一個問題。一方面，所有的微量水份，不管是環境中的水份還是反應產生的水份，在組合物的儲存期間內，都必須是不存在的。因為這些水份的存在將過早地使反應自催化進行。另一方面，在使用該組合物時，即希望將碘氧基化合物還原成元素碘時，水的存在則是必需的。
要解決這一難題，一種優選的乾燥劑是分子量在10，000至1，000，000範圍內，優選是在25，000至100，000範圍內的聚乙烯吡咯烷酮。
但是其他的乾燥劑，包括無水無機鹽乾燥劑，例如無水硫酸鈉、硫酸鎂以及氯化鈣也可以使用。
其他合適的乾燥劑包括聚乙烯醇乾燥劑；醇的聚乙烯氧化物衍生物乾燥劑；烷乙醇胺乾燥劑；熔點大於40℃的非離子型洗滌劑乾燥劑。
除了碘氧基化合物、還原劑以及乾燥劑外，還可以加入一些特定的輔助性組分，以使得本發明的碘前體殺菌組合物具有所期望的性能。
特別是，由於碘很難溶於水溶液介質中，因此可以使用溶劑化試劑，其用量應足以使得當組合物使用時，即向其中加入水時，產生的元素碘具有所期望的水溶解性。優選的溶劑化試劑是聚乙烯吡咯烷酮。在上文中所描述的聚乙烯吡咯酮是用作乾燥劑。因此，聚乙烯吡咯烷酮有雙重作用即用作碘的乾燥劑和碘的溶劑化試劑。
如果希望使用粉末形式的組合物，可將0.01至99.09%(重量)的澱粉或滑石粉加入到該組合物中。一種優選的粉末化組分是澱粉產品，該澱粉產品是先將澱粉水解，隨後通過與表氯代醇(epichlorohydrin)的反應使其改性，即所謂的「改性粉末化澱粉」商品。
同時也可能希望向該組合物中加入一種或多種輔助的殺菌劑，例如一種季銨鹽如十一銨氯化物，或是一種環境殺菌劑如鄰苯基酚。如上所述，本發明的一個特徵是，在碘的儲存過程中，碘前體不會與這些共殺菌劑組分發生反應。
另外，為了控制最終混合物的pH值使其保持穩定並使其儲存期延長，加入合適的緩衝劑可能是有利的，緩衝劑例如可以是磷酸單鈉或磷酸二鈉，其用量應足以調節最終的pH值在所期望的水平上，即從1至7。
為確保有較長的儲存期，最終混合物應基本上是乾燥的。其水份含量(不包括可能存在的水合水)以固體重量為基礎計，應不超過5%，優選是不超過1%。
本發明的組合物可按以下方法簡單地製備將所有組分形成乾燥的細粉末，將這些細粉在合適的混合設備中充分地混合在一起。隨後可將其在一密閉的容器中無限期地儲存起來。
儲存之後，如果要得到殺菌劑碘溶液，將預定數量的水加入到該乾燥粉末中以得到所期望濃度的溶液。隨後可按通常的方式將得到的含碘溶液用於殺菌。
如果所提供組合物為粉末形式，可以將該粉末灑在天然或合成橡膠手套的裡面，然後將手套帶在手上。手上所出的汗將提供足夠的水份以將碘氧基化合物成分轉化成元素碘。
本發明的典型的組合物的組成如下所示五氧化碘 1當量還原劑 0.8-1.2當量碘溶劑化試劑 使碘溶劑化和乾燥所需的量。
和乾燥劑下面結合實施例對本發明作進一步說明。
實施例1 2 3五氧化碘 0.065克 0.132克 0.195克抗壞血酸 0.172克 0.343克 0.516克聚乙烯吡咯烷酮 0.5克 0.75克 1.0克最終碘的濃度 0.5% 1.0% 1.5%使用時，加入水使最終體積為10ml。
下面的實施例用來說明使用碘酸的鹽作為碘氧基化合物的情況。
碘化鉀 0.830克碘酸鉀 0.214克無水檸檬酸 0.192克乾燥的聚乙烯吡咯烷酮 0.4克(分子量35，000-50，000)下面的實施例說明加入適量的合適的乾燥劑對本發明的殺菌組合物的儲存穩定性的重要性。
如上所述，本發明的組合物是設計用來在瓶類容器或其他合適的容器無定期儲存的，所述的瓶類容器或容器中含有一定量的殘餘空氣。儘管在將組合物加入容器中之前被穩底進行過乾燥，但是，在容器中殘留的空氣中還是含有微量的水份。在儲存過程中，這些微量的水份將足以引發碘氧基化合物的還原反應。該還原反應的反應產物之一為水。因此反應是自催化進行的，反應速度越來越快，組合物最終成為一失效的殺菌劑。
在下面的實驗中，在有乾燥或無乾燥劑存在的條件下，模擬了殺菌組合物的儲存條件。
取5個250ml的瓶子，每個瓶口上安裝有一個螺絲頂蓋，頂蓋被一根線穿透，線端懸掛一塊1cm的濾紙。
每個瓶中加入1.24克的含有0.830克KI、0.214克KIO3和0.192克無水檸檬酸的混合物。這些組分預先在85℃的真空爐中進行過乾燥。
往每一瓶中的混合物的中心加入足量的水，使瓶中最終的水含量分別達到0，1%，2%，3%，5%，7%。使這些瓶中的反應達到平衡並測量所生成的游離碘的量。
採用1.2克混合物，其中含有0.334克的I2O5和0.880克抗壞血酸(取代第一組實驗中的KI和KIO3)以及第一組實驗中所使用的檸檬酸，進行類似的實驗。
對第一組實驗中的瓶子的觀察表明，瓶中的所有成分在10分鐘內即反應完全。
在第二組實驗中也觀察到相同的最終實驗結果，只是反應速度較慢，需要3天的時間反應才能進行完全。
重複上述兩組實驗，只是在每一個瓶子中加入12克聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。在所有的情形下，即使加入高達5%的水，組合物仍然非常穩定。
當組合物中的水含量超過10%時，將慢慢形成碘，但形成的碘不能令人滿意。
權利要求
1.一種儲存穩定的可產生元素碘(碘前體)的固體殺菌組合物，該組合物在水溶液介質中使用，但是在使用前可以在含有環境水份的環境中儲存，該組合物包含a)一種固體碘氧基化合物；b)一種所述的碘氧基化合物的水溶性化學還原劑，該還原劑具有合適的酸度和足夠的電動勢使得當其在水溶液介質中與碘氧基化合物接觸時，能將碘氧基化合物還原成元素碘，該還原劑的用量可高至化學計量比用量，使得可將碘氧基化合物完全還原成元素碘，但基本上不形成三碘化物離子，並且反應伴生水；和c)至少一種從下述的一組中選擇的固體乾燥劑無機鹽乾燥劑，聚乙烯醇乾燥劑，醇乾燥劑的聚乙烯氧化物的衍生物，烷乙醇胺乾燥劑，熔點高於40℃的非離子型洗滌劑，其用量足以基本上完全吸收組合物在儲存期間環境中所存在的水份和/或伴隨反應所形成的水份，以防止在該組合物用於殺菌之前將所述的固體組合物引入到一水溶液介質中。
2.如權利要求1所述的碘前體組合物，其中所述的乾燥劑為聚乙烯吡咯烷酮。
3.如權利要求1所述的碘前體組合物，其中所述的乾燥劑為分子量在10，000至1，000，000範圍內的聚乙烯吡咯烷酮。
4.如權利要求1所述的碘前體組合物，其中所述的乾燥劑為無水無機鹽乾燥劑。
5.如權利要求1所述的碘前體組合物，其中所述的碘氧基化合物為從下述一組中選擇的至少一種五氧化碘、碘酸、碘酸鉀和碘酸鈉。
6.如權利要求所述的碘前體組合物，其中所述的還原劑為從下述一組中選擇的至少一種抗壞血酸、二羥基富馬酸、酸羥糖和半胱氨酸。
7.如權利要求1所述的碘前體組合物，其中所述的碘氧基化合物為五氧化碘，所述的還原劑為抗壞血酸。
8.如權利要求1所述的碘前體組合物，其中所述的碘氧基化合物為鹼金屬碘酸鹽，所述的還原劑為鹼金屬碘化物和一種pH值控制劑，其用量應足以使當所述的組合物溶於水中時，溶液的pH值在1至7的範圍內。
9.如權利要求1所述的碘前體組合物，其中所述的碘氧基化合物為五氧化碘，其用量為1重量份，所述的還原劑為抗壞血酸，其用量為2.5至2.7重量份。
10.如權利要求1所述的碘前體組合物，其中所述的碘氧基化合物為約1當量的碘酸鉀或碘酸鈉，所述的還原劑為約5當量的碘化鈉或碘化鉀、約2當量的檸檬酸和pH值控制劑的混合物，pH值控制劑的用量應足以調節當所述的組合物溶於水時最終溶液的pH值在1至7的範圍內。
全文摘要
一種儲存穩定的固體碘前體殺菌組合物，包括以乾粉形式混合的固體碘氧基化合物，碘氧基化合物的固體還原劑以及固體乾燥劑，固體乾燥劑的用量足以吸收組合物在儲存期間的環境中存在的水份和/或反應伴生的水份。本發明的組合物在無限長的期限內是儲存穩定的，加入水時，碘氧化物被還原成新生態的碘，具有眾所周知的殺菌功能。
文檔編號A61P17/00GK1098252SQ93109568
公開日1995年2月8日 申請日期1993年8月2日 優先權日1988年4月11日
發明者傑克H·費爾曼 申請人:埃培託普公司