Свойства и области применения производных полигуанидинов

Московская  государственная академия тонкой химической технологии имени М.В Ломоносова 
 
 

    Кафедра БМиФТ 
 
 

    Свойства  и области применения производных полигуанидинов. 
 
 
 

    Выполнила: студентка группы ХТ-407

    Усачёва В.М.

    Руководитель: Седишев И.П. 
 
 
 
 
 

    Москва  2011

    Содержание: 

    Введение…………………………………………………………………………4

    Основные  свойства………………………………………………………….…..6

    Области применения……………………………………………………………8

    1.Дезинфекция  помещений……………………………….………………...….8

    2.Биоцидные  лакокрасочные материалы……………………………………...9

    3.Медицина и косметология……………………………………………….…..10

    4.Пищевая  промышленность……………………………………………..…...11

    5.Сельское  хозяйство……………………………………………………….....12

                   5.1.Растениеводство………………………..…………….……....….12

                    5.2.Животноводсвто, птицеводство, пчеловодство…………....…13

                    5.3.Хранение сельхозпродукции…………………………………..14

    6.Очистка  и обеззараживание воды…………………………...…………......15

    7.Сточные  воды и вода оборотных систем……………………..............…...15

    8.Текстиль, кожа и мех…………………………………………………….....15

    9.Антимикробные  полимерные материалы…………………………………16

    Заключение………………………………………………………………...….17

    Список  литературы…………………………………………………………...18 
 
 
 
 
 
 
 

    Перечень  сокращений

    ПГ- полигуанидин

    ЛКМ- лакокрасочные материалы

    ПГМГ- полиметиленгуанидин

    ПГМГхл- полиметиленгуанидинхлорид

    ПГМГф- полиметиленгуанидинфторид

    ЦНИИ- центральный научно-исследовательский  институт

    НПО- Научно-производственное объединение 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Введение

    Хорошо известно, какой большой вред наносят здоровью людей и животных микроорганизмы, присутствующие в воздухе помещений, воде и продуктах питания. Они вызывают желудочно-кишечные заболевания, аллергические реакции, процессы гниения и брожения[1]. Микроорганизмы прекрасно адаптируются к изменяющимся условиям окружающей среды, в том числе и к традиционно используемым дезинфицирующим препаратам.

    В настоящее время трудно найти  материал, на который жизнедеятельность  микроорганизмов не оказывала бы разрушительного действия.

      Поэтому поиску эффективных средств защиты здоровья людей и животных, различных материалов и строительных конструкций от микроорганизмов в последние годы уделяется повышенное внимание.

    Постоянная  борьба с вредоносными микроорганизмами обычно ведется с помощью химических дезинфектантов, многие из которых  высокотоксичны для человека и животных и негативно влияют на окружающую среду[1]. По современным требованиям, химические соединения, применяемые в качестве биоцидных действующих веществ в составе дезинфицирующих средств, должны обладать широким спектром биоцидного действия и при этом быть малоопасными для человека и окружающей среды, хорошо совмещаться с различными материалами, не вызывать их химической коррозии.

    В мировой практике широкое применение в различных отраслях народного хозяйства в настоящее время находят гуанидиновые антисептики, поскольку они значительно эффективнее четвертичных аммониевых соединений, поверхностно-активных веществ, производных фенола и хлорактивных дезинфицирующих препаратов[2].

    Главными  представителями полигуанидинов являются высокомолекулярные соли полигексаметиленгуанидинов (ПГМГ). Препараты ПГМГ сочетают широкий спектр биоцидного действия с относительно низкой токсичностью, удобной физической формой, простой технологической схемой получения и отвечают всем необходимым требованиям, предъявляемым к современным биоцидным препаратам[1]. Эти дезинфектанты успешно применяются для дезинфекции технологических площадей в пищевой и фармацевтической промышленности, ветеринарии, в медицинских учреждениях, а также для обеззараживания белья, инструментов, рук и т.д. Существует реальная возможность использования ПГМГ в качестве эффективных противомикробных средств, прежде всего для лечения заболеваний дыхательных путей (острые респираторные, бронхо-легочные патологии) и кожных покровов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Основные  свойства

    Полигуанидины характеризуются антимикробной, антивирусной, спороцидной, пестицидной активностью; одновременно воздействуют на аэробную и анаэробную микрофлору, обладают пролонгированным биоцидным действием, малоопасны для окружающей среды[1], легко разлагаются ферментными системами организма человека, эффективны против большинства патогенных микроорганизмов, вызывающих гнойные, респираторные, кишечные и др. заболевания, включая туберкулез.

    Соли  ПГ хорошо растворимы в воде, не имеют запаха, малотоксичны для человека и животных, не вызывают аллергии, не обесцвечивают краситель, не вызывают коррозию оборудования.

    Препараты ПГ длительно хранятся не теряя биоцидной активности . После высыхания раствора ПГ на обработанных им поверхностях образуется тонкая полимерная пленка, обеспечивающая длительную (месяцы, годы) асептичность поверхности.

    Для подавления микроорганизмов, обладающих восковой оболочкой, например, микробактерий туберкулеза, специально разработаны полиалкиленгуанидины (препараты биопаг и фосфопаг) с повышенной гидрофобностью.

    Препараты серии полигуанидиноэфиров (экопаги) еще менее токсичны, чем полиалкиленгуанидины и не имеют аллергических свойств, они безопасны для окружающей среды, поскольку при их деструкции не образуются токсические продукты.

    ПГ  эффективно подавляет аденовирусы, энтеровирус, вирусы гепатита А и  В, герпеса, энцефалита, гриппа, ВИЧ. ПГ подавляет возбудители венерических заболеваний. В этой связи фосфопаг был рекомендован в качестве дезкомпонента опудривающего состава презервативов.

    Биоцидная активность ПГ усиливается по мере увеличения молекулярной массы, температуры, рН-срeды.

    Обладая высоким биоцидным эффектом по отношению  ко многим микроорганизмам, соли ПГ относятся  к IV классу (малоопасные вещества) при  кожном пути поступления в организм и к III классу (умеренно опасные вещества) при поступлении через желудок.

    Использование ПГ для дезинфекции питьевой воды по эффективности равносильно ее озонированию или хлорированию, однако в отличие от последних, не оказывает  раздражающего влияния на слизистые покровы и не приводит к накоплению в воде канцерогенных веществ. 
 

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Области применения

    Сложная санитарно-эпидемиологическая обстановка требует создания новых универсальных  дезинфицирующих средств и безопасных для человека технологий применения. Дезинфектанты должны быстро подавлять патогенную микрофлору, не выводить из строя оборудование, не портить материалы и быть безопасными для людей и животных.

1. Дезинфекция помещений.

    В настоящее время дезинфекция  помещений является наиболее квалифицированной областью применения полигуанидинов[3-5].

    Известно, что источником поступления бактерий и вирусов в воздушную среду  закрытых помещений является человек: при чихании и кашле в воздух поступает до 40 000 капель, содержащих болезнетворные микроорганизмы, которые, оседая в неподвижном воздухе на различные поверхности, представляют эпидемическую опасность. На предприятиях животноводческого комплекса и птицефабриках выбрасывается в воздух огромное количество патогенных микроорганизмов. На предприятиях пищевого профиля распространяются плесневые грибы, дрожжи, бактерии[1].

    Препараты на основе ПГМГ относятся к сравнительно новым биоцидным препаратам, которые  в последнее время часто применяются  в качестве действующего вещества в  составе дезинфицирующих средств.

    Отличительными  чертами препаратов ПГМГ в качестве дезинфектантов являются:

    - сочетание  широкого спектра действия в  отношении микроорганизмов с  низкой токсичностью для человека  и животных;

    - пролонгированное  биоцидное действие;

    - экологическая безопасность;

    - удобное  для применения физическое состояние.

    Дезинфицирующие растворы обычно готовят растворением в воде твердых субстанций ПГМГ и используют для мытья полов, стен, оборудования и т.д. Выпускают также готовые дезинфицирующие или моюще-дезинфицирующие средства.

2. Биоцидные лакокрасочные материалы.

    В настоящее время на основе ПГМГ разработана  серия биоцидных ЛКМ, зарегистрированных в качестве дезинфекционных средств (табл.1)[1].

    Таблица 1.

 

    Эти ЛКМ эффективно защищают окрашенные поверхности от размножения разнообразных  микроорганизмов и образования  плесени. Биоцидные краски с применение в качестве антимикробного агента производных полигуанидинов удачно сочетают в себе главные необходимые качества: обладают широким спектром антимикробных свойств и низкой токсичностью[2]. 
 
 

    

3. Медицина  и косметология.

       В медицине широко используют низкомолекулярный аналог ПГМГхл-хлоргексидинбиглюконат-в виде 0,05%-ного раствора в качестве антисептика для наружного применения, а также компонентов лекарственных средств.

       Был проведен ряд исследований, в результате которых было рекомендовано использовать ПГМГф в качестве антисептика для лечения пиогенных(вызывающих образование гноя) заболеваний кожи.

       Способность ПГМГ образовывать прочные комплексы  с солями тяжелых металлов была использована для создания антисептических медицинских  препаратов, способных выводить из организма ионы тяжелых металлов (медь, цинк, никель, ртуть, кобальт, свинец, марганец).

       Студентом МИТХТ была разработана предполагаемая рецептура глазных капель на основе таурин-полисепт. Она представляет интерес для создания лекарственного препарата, который, возможно найдет широкое применение в офтальмологической практике[19].

       В настоящее время полигуанидины  используют на практике главным образом  в качестве действующего вещества дезинфекционных  средств и биоцидной добавки  в косметические средства. ПГМГ являются превосходными антисептическими средствами при борьбе со смешанной инфекцией.

       Необходимо  добавить, что в настоящее время  разработан ряд косметических средств, содержащий полигуанидины, выпускаемых  в форме геля, пены, крема или  мази, и предназначенных для ухода  за кожей лица, рук, ног и других частей тела[6-10].

       Введение  в состав парфюмерных жидкостей  и косметических средств (духов, шампуней, лосьонов, губной помады) солей  полигуанидинов с физиологически активными  кислотами (аскорбиновой, салициловой, янтарной, олеиновой) обеспечивает их устойчивость к микробному и грибковому заражению, расслоению, окислению, а также придает им лечебное действие: антисептическое, смягчающее.

       В последнее время в различных  областях медицины и косметологии возрос интерес к использованию хитозана в качестве мягкого лечебного средства, обладающего слабым антисептическим эффектом. Особенно ценно, что хитозан, будучи продуктом жизнедеятельности живых организмов, безвреден для человека. Для повышения бактерицидной активности хитозана его обрабатывали карбодиимидом (NH=C=NH), в результате чего был получен модификат хитозана, в котором малоактивные аминные группировки превращены в высокоэффективные гуанидиновые[11]. Бактериостатическая активность модифицированного хитозана в отношении штамма синегнойной палочки составила 0,076%, бактерицидная-0,15%. 
   

       
   4. Пищевая промышленность.

       Пищевые продукты служат благоприятной средой для развития микроорганизмов. В  производственных помещениях с повышенной влажностью микроорганизмы образуют биопленки  на поверхности продуктов, производственного оборудования, строительных конструкций. Биопленки характеризуются повышенной устойчивостью к действию дезинфектантов.

       Дезинфицирующие средства на основе ПГМГ образуют на обработанных поверхностях полимерные пленки с широким спектром пролонгированного биоцидного действия, препятствующие формированию опасных биопленок. Препараты ПГМГ обладают чрезвычайно высокой активностью в отношении спор плесеней и дрожжей.

       Для дезинфекции на предприятиях пищевой  промышленности рекомендованы препараты БИОР-1 – 20%-ный раствор ПГМГхл в воде и «Полисепт-ОП» (ПОЛИСЕПТ очищенный пищевой), качество которого соответствует требованиям Минздрава России к полимерным материалам, предназначенным для использования в контакте с продуктами питания[12-15].

       В табл. 2 показано, что «Полисепт-ОП»  не содержит токсичных компонентов (исходных мономеров и олигомеров) и имеет существенное преимущество перед ПОЛИСЕПТОМ по токсичности  и органолептическим свойствам[1].

       Таблица 2.Свойства ПОЛИСЕПТА и «Полисепта-ОП» 
   

   Препарат	[η],     дл/г	Содержание  токсичных компонентов, %	LD50 per.os, мг/кг	Органолептическая оценка 0,1 %-ного раствора препарата, балл
   ПОЛИСЕПТ	0,05	1,0	1000	4,0
   Полисепт-ОП	0,09	Отсутствует	2500	1,0
   *1 балл – отсутствие постороннего  привкуса; 4 балла – резкий привкус

    
       
   5. Сельское  хозяйство.

       За  годы работы накоплен большой положительный  опыт использования полигуанидинов в сельском хозяйстве. Эти биоразлагаемые и экологически малоопасные полимеры можно использовать во всех отраслях сельскохозяйственного производства: для дезинфекции и защиты почвы от ветровой эрозии, в растениеводстве, животноводстве, птицеводстве, при хранении сельхозпродукции.

   1. Растениеводство..

       Основная  проблема растениеводства- это состояние  почвы. Фитопатогены способны снизить урожай зерна; представляют опасность для здоровья людей и животных (повреждают гены, снижают иммунитет).

       Обработка почвы раствором ПГМГхл  позволяет дезинфицировать почву и обеспечивать долговременную защиту растений от инфекционных заболеваний, вызываемых бактериальными, вирусными и грибными фитопатогенами, а также приводит к снижению содержания токсинов в сельскохозяйственной продукции. Благодаря высокой химической и биоцидной активности ПГМГхл способен связывать накопившиеся в почве пестициды и гербициды в нетоксичные для растений комплексы, одновременно уничтожая фитопатогены.

       По  данным НПО по картофелеводству, ПГМГф  в концентрации 0,05-0,10% подавляет  рост таких возбудителей заболеваний  картофеля, как черная ножка, мокрая гниль, фомоз.

       Весьма  эффективна обработка растворами ПГМГ в период вегетации растений, зараженных септориозом, фугариозом, гельминтоспорозом, альтернариозом, фитофторозом. Такая обработка эффективнее и безопаснее, чем обработка импортными средствами, приводит к росту урожайности плодовых, овощных и зерновых культур. 
   

   2. Животноводство, птицеводство, пчеловодство.

       Инфекционные  заболевания животных наносят людям  большой вред. Опасность состоит в том, что заболевания животных могут непосредственно передаваться человеку через продукты животноводства,  а порой и по воздуху, так как больное животное выделяет огромное количество микробов[1].

       Борьба  с заболеваниями животных с помощью  традиционных средств (вакцинации) не всегда приводит к положительным  результатам. Использование полигуанидинов показало их высокую профилактическую и лечебную эффективность: препараты ПГМГ эффективны против большинства патогенных микроорганизмов, поражающих  человека и животных (стрептококка, золотистого стафилококка, кишечной, чудесной, синегнойной и брюшнотифозной палочек и др.). Они могут успешно применяться в животноводстве для дезинфекции помещений и оборудования, а также для лечения животных.

       Полигуанидины успешно борются с болезнями крупного рогатого скота: маститом, копытной гнилью, желудочно-кишечными заболеваниями, ранениями. Заболевание маститом вызывает на появление на коже вымени трещин и попадания в раны золотистого стафилококка или стрептококка. Обработка вымени 1%-ным раствором ПГМГф оказывает одновременно профилактическое и лечебное действие.

       В птицеводстве полигуанидины рекомендуется использовать для профилактики и лечения желудочно-кишечных и легочных заболеваний кур, птичьего гриппа; для дезинфекции птичников, куриных яиц, закладываемых на инкубацию, кормов, удобрения. Обработка раствором ПГМГхл птичников и добавление препарата в питьевую воду или корм для птиц позволяет надежно защитить птиц от болезней на протяжении всего срока выращивания партии цыплят[16-18].

       ПГМГхл  используют в качестве антисептика  при получении полноценной долго  сохраняющейся кормовой добавки животным из отстоя растительного  масла. Также, благодаря широкому спектру биоцидного действия соли ПГМГ способны защитить пчелиные семьи сразу от нескольких заболеваний (аскосфероз- грибковое заболевание, европейская гнильца- бактериальное заболевание). 
   

       
   3. Хранение  сельхозпродукции.

       Значительная  часть урожая сельскохозяйственной продукции теряется при хранении и транспортировке.

       Обработка овощей, фруктов и зерна в овощехранилищах  дезинфицирующими растворами ПГМГ позволяет  сократить их поражение вирусными, бактериальными и грибковыми заболеваниями и существенно снизить потери урожая[1]. При обработке овощей и фруктов раствором ПГМГ на их поверхности образуется тонкая биоцидная полимерная пленка, которая при соблюдении установленных доз безвредна для человека и легко смывается водой.

       В ЦНИИ агротехнического обслуживания сельского  хозяйства был разработан препарат «Полимет», представляющий собой соль ПГМГ с 2-хлорэтилфосфоновой кислотой, объединяющий бактерицидные и фунгицидные  свойства. Он является универсальным средством для защиты овощей при хранении.  
   

   \

   6. Очистка и обеззараживание воды.

       Питьевая  вода и вода водоемов может быть главным источником распространения  многих бактериальных и вирусных инфекций.

       В воде ПГМГ обладает выраженными бактерицидными и флокулирующими свойствами, разработана технология применения ПГМГхл для очистки и обеззараживания сточных вод, а также борьбы с биообрастанием. Вода, прошедшая обработку ПГМГф, соответствуют требованиям, предъявленным к питьевой воде. 
   

       
   7. Сточные и оборотные воды.

       Для подготовки сточных вод к сбросу в канализацию или при повторном  использовании в замкнутой системе  ее обычно обрабатывают минеральными коагулянтами, органическими флокулянтами и биоцидами.

       Соли  ПГМГ совмещают свойства флокулянта и биоцида, а также препятствуют биообрастанию, коррозии и солеотложению на деталях оборудования, эффективны в отношении грибов, бактерий и водорослей, устраняют запах, мутность и цветность.  
   

       
   8. Текстиль, кожа и мех.

       Текстильные материалы чувствительны к воздействию  света, влаги, микроорганизмов и насекомых[1]. В условиях повышенной влажности и ограниченного доступа воздуха на ткани появляется разноцветный налет-плесень. Огромный вред текстильным материалам наносит моль, так как у нее удивительная приспосабливаемость.

       ПГМГ  относят к группе контактных антимольных препаратов. Они эффективно подавляют развитие различных насекомых и микроорганизмов, сохраняя свою активность длительное время. При этом ПГМГ совмещаются с текстильными вспомогательными веществами и нетоксичны для человека.

       Качество  сырья животного происхождения  во многом зависит от степени его  биоповреждения в результате микробного загрязнения. Сельскохозяйственные животные и пушные звери часто болеют бруцеллезом, псевдомонозом, чумой плотоядных.

       На  парной шкуре животного после снятия можно обнаружить различные микроорганизмы, в том числе гнилостные; на пушных шкурах возбудители инфекционных болезней сохраняются от 1 месяца до 7-10 лет, поэтому в подготовительных процессах выделки сырья используют антисептики.

       ПГМГхл  отлично защищает кожу и мех от порчи, сохраняет ее исходную структуру, предотвращает потерю ценных белков и уплотняет материал.

   9. Антимикробные полимерные материалы.

       Препараты ПГМГ вводят в качестве антимикробной  добавки в полимерные материалы, предназначенные для использования в медицине, пищевой и легкой промышленности, сельском хозяйстве и быту. Это облегчается благодаря тому, что ПГМГ является совместимым с пластиком, термостабильность, отсутствие летучести, цвета, запаха и химической агрессивности, сочетание пролонгированного антимикробного действия и низкой токсичности. 
    
    
    
    
    
    
    
   

   Заключение

       Использование дезинфектактов на основе ПГМГ сопряжено с рядом проблем. Некоторые грибковые культуры и споры не подверженные воздействию препаратов на основе ПГМГ. При очистке воды и консервации пищевых продуктов соединениями ПГМГ часто наблюдается такое интенсивное ухудшение их органолептических  свойств, что делает невозможным их употребление.

       Следует особо подчеркнуть, что, несмотря на многолетнее применение производных  ПГМГ, нет процессов, которые обеспечили бы получение продукта с такими характеристиками, которые позволили бы ему претендовать на фармацевтическую субстанцию (так как присутствуют остатки высокотоксичного гексаметилендиамина, используемого в синтезе ПГМГ). 
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
   

       Список  литературы

   1. Воинцева И.И.,  Гембицкий П.А., Полигуанидины – дезинфекционные средства и полифункциональные добавки в композиционные материалы. Издательство «ЛКМ-пресс», Москва,2009.304 с.
   2. Кузнецова Л.С., «ПОЛИСЕПТ»- полимерный биоцид пролонгированного действия. МГУПБ,2001
   3. Еськова Е.В., Григорьев Г.А., Ефимов К.М., Мартыненко С.В., Дидюк А.И. Крем биоцидный // Пат. 2301658 РФ. 2007.
   4. Гембицкий П.А., Снежко А.Г., Ефимов К.М., Мартыненко С.В. Средство для дезинфекции кожного покрова // Пат. 2292919 РФ. 2007
   5. Сенявина Н.К., Тарасов А.В., Черных И.Н., Петухов В.А., Секретев А.Г., Кожевников Б.Е., Гордиевский А.А., Бабаев В.В., Давыдова В.Н., Ли С.К., Сорокин Н.И. Средства по уходу за кожей. // Пат. 2106859 РФ. 1998.
   6. Гембицкий П.А., Ефимов К.М., Мартыненко С.В. Гель дезинфицирующий // Пат. 2301057 РФ. 2007.
   7. Арзамасцев А.П., Попков В.А., Краснюк И.И., Матюшина Г.П., Задерейко Л.В., Абрикосова Е.Ю. Пенообразующая композиция для антисептической обработки кожных покровов // Пат. 2236846 РФ. 2004.
   8. Гембицкий П.А., Снежко А.Г., Ефимов К.М., Мартыненко С.В. Средство для дезинфекции кожного покрова // Пат. 2292919 РФ. 2007
   9. Еськова Е.В., Григорьев Г.А., Ефимов К.М., Мартыненко С.В., Дидюк А.И. Крем биоцидный // Пат. 2301658 РФ. 2007.
   10. Сенявина Н.К., Тарасов А.В., Черных И.Н., Петухов В.А., Секретев А.Г., Кожевников Б.Е., Гордиевский А.А., Бабаев В.В., Давыдова В.Н., Ли С.К., Сорокин Н.И. Средства по уходу за кожей. // Пат. 2106859 РФ. 1998.
    
       
   11. Ефимов  К.М., Гембицкий П.А., Мартыненко С.В. Модифицированный хитозан. Пат.2269542 РФ.2006
   12. Гембицкий П.А., Снежко А.Г., Кузнецова Л.С, Пастюшенко В.Т., Пустовалов И.В., Колбасов В.П., Топчиев Д.А., Борисова З.С. Способы получения дезинфицирующего средства.Пат.2122866 РФ.1998.
   13. Ефимов К.М., Снежко А.Г., Караваева О.И., Гембицкий П.А., Пантюшенко В.Т. Антимикробные свойства нового дезинфицирующего препарата ПОЛИСЕПТ-ОП // Мясная индустрия. 1998. №7. С.20.
   14. Снежко А.Г., Кузнецова Л.С., Борисова З.С., Гембицкий П.А., Пантюшенко В.Т. Полисепт-ОП – новое дезинфицирующее средство // Молочная пром-сть. 1998. №6. С.44.
   15. Кузнецова Л.С., Снежко А.Г., Борисова З.С., Розанцев Э.Г., Гембицкий П.А., Ефимов К.М. Новый отечественный дезинфектант Полисепт – ОП // Сыроделие. 1999. №1. С. 8.
   16. Бессарабов Б.Ф., Сушкова Н.К. Применение новых химиотерапевтических препаратов, биологически- и поверхностно-активных веществ аэрозольным методом для профилактики и лечения респираторных болезней птиц / Под ред. А.М. Цветковой. М.: Ветеринарная академия, 1994.
   17. Козак С., Раткевич Ю., Дитюк А. Резервы роста прибыли – в «Биопаге» // Птицеводство. 2007. №2. С.33
   18. Ефимов К.М., Гембицкий П.А., Снежко А.Г., Козел С.В. Использованиу полигуанидиновых антисептиков в птицеводстве // Птица и ее переработка. 2001. №1.
   19. Ха Кам Ань. Диплом «Подходы к созданию новых композиций глазных капель на основе таурина и полмгексаметилгуанидиа».Москва.2010.