CN101123953B - 常规的、商业上重要的聚合物转化成耐久的、可再补充的抗菌聚合物材料的方法 - Google Patents

常规的、商业上重要的聚合物转化成耐久的、可再补充的抗菌聚合物材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明包括抗菌聚合物组合物及其制备方法，该抗菌聚合物的制备是通过将空间位阻的N-卤代胺与聚合物材料和卤化物的源体混合，所述卤化物的源体选自：二-X-异氰脲酸钠、次氯酸钠、N-X-琥珀酰亚胺、次氯酸钙及其混合物和组合物，其中X选自Cl或Br，和其中所述空间位阻的卤代胺在与所述聚合物混合前或混合后被再补充，或其组合。

Description

常规的、商业上重要的聚合物转化成耐久的、可再补充的抗菌聚合物材料的方法
技术领域
本发明一般地涉及抗菌剂领域，更具体地，本发明涉及制备和再补充聚合物材料的抗菌添加剂的组合物和方法。
背景技术
关于聚合物生物杀伤剂，本发明的背景描述如下，所述背景不限定本发明的范围。
响应于感染病原体的广泛传播(1)，抗菌聚合物，即通过接触可以有效地灭活微生物的聚合物，已引起了相当大的注意(2-12)。在抗菌聚合物材料的制备中最简单、最有成本效益的方法是在加工过程中直接将抗菌添加剂加入聚合物结构中，并已广泛用于木材、纸张、塑料、纺织品、涂料等的制备中(13-14)。传统上，往聚合物中加入生物杀伤剂的主要目的是保护聚合物材料免受微生物攻击引起的破坏和脱色(15-16)。因此，一些抗菌添加剂实际上是防腐剂，其抗菌活性低，尽管抗菌剂毒性很大。
最近，同时保护聚合物和使用者的抗菌添加剂的开发已成为紧急的问题；但是，成功的实例仍然有限(13-16)。主要的挑战是，为了成功，抗菌添加剂的候选物应该满足下列要求：它们应该对广谱微生物在低浓度下有效；它们对人、动物和环境的毒性应该低；它们应该容易地和廉价地合成和加工；它们应该与聚合物、加工助剂和其它添加剂相容；它们应该对聚合物的性能和外观没有不利的影响；它们应该储存稳定；和它们应该具有长期的效力，等等(14)。
Sun等人提交的美国专利申请20030216581描述了聚合物生物杀伤剂的一个实例，并描述了N-卤代胺(halamine)乙烯基化合物及其聚合物生物杀伤剂。更具体地，描述了杂环乙烯化合物，其可用于形成生物杀伤聚合物。该聚合物可以单独使用或者接枝到纺织品、织物和聚合物上。该聚合物在暴露于卤素源如可商购的氯漂白剂时容易地转化成N-卤代胺结构。N-卤代胺衍生物对微生物显示出有效的抗菌性能，并且这些性能是耐久的和可再生的。
授予Malik等人的、名称为“光稳定剂组合物”的美国专利6762225教导了一种光稳定剂组合物，该组合物可通过以下方法获得：将一种聚合物与至少一种聚烷基哌啶和至少一种自由基产生剂混合，和在高于所述聚合物熔点和高于自由基产生剂分解温度的温度下、在足以混合各组分的剪切条件下混合熔融上述得到的混合物。该专利的光稳定剂提供了一种增强聚合物尤其是聚烯烃的光稳定性的方法。
授予Erderly的、名称为“熔体加工含胺聚乙烯的方法”的美国专利6670412教导了一种含有胺添加剂的加工过的线性聚乙烯，通过加入某些表面活性剂，其显示出改善的可加工性。胺化合物通常是一种或多种受阻胺光稳定剂、胺抗静电剂、胺抗氧化剂或基于胺的紫外线抑制剂。在改进的熔体加工参数中，有降低的压头、降低的扭矩、降低的马达载荷、降低的或减小的熔体破裂、或者这些参数的组合。
授予Gugumus的、名称为“用于着色聚烯烃的紫外线吸收剂的协同组合”的美国专利6878761教导了一种聚烯烃组合物，该组合物包括有机颜料、空间位阻胺光稳定剂和作为紫外线吸收剂的2-羟基苯基三唑和2-羟基苯基-均-三嗪的混合物。
发明内容
本发明人意识到，可以改进“传统的”聚合物添加剂(或它们的衍生物)以提供抗菌功能。已经发现，主要用作聚合物材料光稳定剂的空间位阻胺(SHA)的N-卤代衍生物可以是这种候选试剂。大多数商业上重要的SHA是哌啶衍生物，它们可以以低成本和低毒性广泛获得(14-18)。至今为止，它们是聚合物材料最有效的光稳定剂之一。SHA的N-卤代衍生物能够容易地通过简单的卤化反应合成(19-20)。与其它卤代胺相反，由SHA制备的受阻的N-卤代胺非常稳定，并且，据报导，它们是甚至比其未卤化的SHA前体更好的辐射稳定剂(21)。
已发现本发明基于SHA的N-卤代胺添加剂是抗革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的强有力的抗菌剂。基于SHA的N-卤代胺作为新的抗菌添加剂的用途可以与各种聚合物材料结合使用。
本发明描述了一种将常规的、商业上重要的聚合物转化成耐久的、可再补充的(rechargeable)抗菌聚合物材料的方法。使用所述组合物和方法来制备基于空间位阻的N-卤代胺的抗菌聚合物。例如，抗菌聚合物添加剂可以是空间位阻的N-卤代胺，包括2，2，6，6-四甲基-N-氯-4-哌啶基结构的部分。在某些情况下，空间位阻的N-卤代胺可以具有高于350g/mol的分子量。
本发明包括具有空间位阻的N-卤代胺(SHH)结构的抗菌聚合物添加剂。例如，空间位阻的N-卤代胺可以通过混合下列化合物中的一种或多种来选择和制备：癸二酸二(N-X-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)酯；聚[[6-[(1，1，3，3-四甲基丁基)氨基]-均-三嗪-2，4-二基]-N-X-[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]-六亚甲基-[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]]；N-X-[烷基甲酸(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)酯]；聚[(6-吗啉代-均-三嗪-2，4-二基)-N-X-[2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基]亚氨基]-六亚甲基-[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]]；3-十二烷基-N-X-(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)琥珀酰亚胺；2，2，4，4-四甲基-N-X-7-氧杂-3，20-二氮杂二螺[5.1.11.2]-二十一烷-21-酮；D-葡萄糖醇，1，3:2，4-双-O-(N-X-2，2，6，6-四甲基-4-亚哌啶基(piperidinylidene))；1，1’-亚乙基双(N-X-3，3，5，5-四甲基-哌嗪酮)；N-X-2，2，4，4-四甲基-7-氧杂-20-(环氧乙烷基甲基)-3，20-二氮杂二螺[5.1.11.2]-二十一烷-21-酮；1，2，3，4-丁烷四甲酸与β，β，β’，β’-四甲基-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷-3，9-二乙醇的聚合物；N-X-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基酯；聚[氧[甲基[3-[N-X-(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)-氧]丙基]亚甲硅烷基]]；1，1’，1”-[1，3，5-三嗪-2，4，6-三基三[(环己基亚氨基)亚乙基]]三(N-X-3，3，5，5-四甲基-哌嗪酮)；其混合物和组合物。
卤化物的实例包括Cl和Br。卤化物源可以是例如二-X-异氰脲酸钠、次氯酸钠(sodium hypohalite)、N-X-琥珀酰胺和次氯酸钙(calciumhypohalite)，其中X选自Cl或Br。添加剂可以在其卤化反应之前或之后与聚合物材料混合。添加剂通常是抗革兰氏阴性菌如大肠杆菌(例如多抗药性物种，比如抗磺胺的物种)和抗革兰氏阳性菌比如金黄色葡萄球菌(例如多抗药性物种，比如抗四环素、青霉素、链霉素和红霉素的物种，或者抗所述药物的混合物和组合的物种)的抗菌剂。添加剂可以加入通过挤出、注塑、热压、涂覆、涂装、溶剂蘸塑及其混合和组合方法形成的聚合物中。形成的添加剂和聚合物的用途的其它实例包括例如珠、薄膜、管、片、丝线、缝合线、网、绷带、粘合绷带、导管、容器、池、过滤器、丝、纱线、膜、涂料、涂漆及其组合。
空间位阻的N-卤代胺(SHH)如空间位阻的氯胺(SHC)可以通过空间位阻胺的卤化例如氯化来形成。本发明中发现，SHC对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均具有有效的、耐久的和可再补充的抗菌活性，并且还显示抗各种病原体的活性，所述病原体包括细菌、病毒、孢子、真菌、噬菌体及其组合。例如，添加剂是抗革兰氏阴性菌如大肠杆菌(例如多抗药性物种，比如抗磺胺的物种)和抗革兰氏阳性菌比如金黄色葡萄球菌(例如多抗药性物种，比如抗四环素、青霉素、链霉素和红霉素的物种，或者抗所述药物的混合物和组合的物种)的抗菌剂。可以使用不同的方法将SHC以约0.01-30重量百分数的范围作为抗菌聚合物添加剂物理地加入常规的、商业上重要的聚合物材料(例如塑料、橡胶、纤维、涂料、涂漆等)中。
使用两种方法将SHH掺入商业上重要的聚合物材料中。在第一种方法中，首先由SHA合成SHH，然后通过溶液混合和/或热混合将SHH加入聚合物材料中。然后将聚合物加工成期望的形式，例如珠、薄膜、管、片、丝线、缝合线、网、绷带、粘合绷带、导管、容器、池、过滤器、膜、涂料、涂漆及其组合。在第二种方法中，将SHA通过溶液和/或热混合加入聚合物材料中。将聚合物加工成期望的形式，然后用卤素源处理以将SHA转化成SHH，比如用氯漂白剂处理以将SHA转化成SHC。两种方法均可容易地使用，从而将SHH掺入常规的、商业上重要的聚合物中，以将它们转化成抗菌聚合物材料。所得的聚合物材料对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均表现出有效的抗菌活性。而且，由于广泛使用和/或长期储存抗菌活性损失时，可以通过简单的卤素处理容易地再补充抗菌活性。例如，抗菌活性可以通过下列方法再补充：池和水疗(spas)的氯化或溴化，在漂白剂中洗涤、浸泡或处理材料，或者在水处理系统包括导管和管道中的处理运用。
因此，本发明提供了简单、实用、灵活和有成本效益的将常规的、商业上重要的聚合物转化成耐久的、可再补充的抗菌聚合物材料的技术，该技术广泛应用于医疗设备、医院装备、水净化/输送系统、食品储存和包装、卫生产品、消费用品、家用制品、生物保护性应用和其它相关的需要聚合物材料自去污的挑战性环境中。
附图说明
为了更完整地理解本发明的特征和优点，现结合附图来详细说明本发明，其中：
图1显示了本发明受阻N-卤代胺的两个实例的合成途径。
发明描述
下面详细讨论本发明各种实施方案的制备和使用，但应该理解，本发明提供了许多适用的发明构思，其可以体现在各种各样的具体方面上。本文讨论的具体实施方案仅仅是制备和使用本发明的具体方式的举例说明，并不限制本发明的范围。
为有助于理解本发明，下面定义了一些术语。本文定义的术语具有本发明相关领域的普通技术人员通常理解的含义。术语如“a”、“an”和“the”不意在仅指单数形式，而包括可用于说明的具体实例的一般类别，但它们的使用不限制本发明，权利要求中所概括的除外。
除非另外说明，本文所用的术语“烷基”，其本身或者作为另一取代基的部分，是指直链或支链、或环状烃基，或者其组合，该基团可以是完全饱和的、单或多不饱和的，并且可以包括具有给定碳原子数的二价和多价基团。饱和烃基的实例包括基团如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、异丁基、仲丁基、环己基、(环己基)甲基、环丙基甲基、例如正戊基、正己基、正庚基、正辛基的同系物和异构体，等等。不饱和烷基基团是具有一个或多个双键或三键的基团，例如乙烯基、2-丙烯基、丁烯基、2-异戊烯基、2-(丁二烯基)、2，4-戊二烯基、3-(1，4-戊二烯基)、乙炔基、1-和3-丙炔基、3-丁炔基、和更高级的同系物和异构体。除非另外指明，术语“烷基”也意在包括那些定义为“杂烷基”或“高烷基(homoalkyl)”的烷基的衍生物。
本文使用的术语“亚烷基”，其本身或者作为另一取代基的部分，是指衍生自烷烃的二价基团，例如-CH2CH2CH2CH2-，并且还包括那些称为“杂亚烷基”的基团。
本文使用的术语“烷氧基”、“烷基氨基”、“烷基硫代”和“硫代烷氧基”以其常规的含义使用，是指分别通过氧原子、氨基或硫原子连接至分子其余部分的那些烷基。
除非另外说明，本文使用的术语“杂烷基”，其本身或者与另一术语组合，是指稳定的直链或支链、或环状烃基、或其组合，其由所述数量的碳原子和一至三个选自O、N、Si和S的杂原子组成，并且其中氮和硫原子可以任选地被氧化和氮杂原子可以任选地被季铵化。杂原子O、N和S可以处于杂烷基的任何内部位置。实例包括-CH2-CH2-O-CH3，-CH2-CH2-NH-CH3，-CH2-CH2-N(CH3)-CH3，-CH2-S-CH2-CH3，-CH2-CH2，-S(O)-CH3，-CH2-CH2-S(O)2-CH3，-CH.dbd.CH-O-CH3，-Si(CH3)3，-CH2-CH＝N-O-CH3和-CH＝CH-N(CH3)-CH3。至多两个杂原子可以是连续的，比如，如-CH2-NH-O-CH3和-CH2-O-Si(CH3)3。类似地，术语“杂亚烷基”，其本身或者作为另一取代基的部分，是指衍生自杂烷基的二价基团，例如-CH2-CH2-S-CH2-CH2-和-CH2-S-CH2-CH2-NH-CH2-。另外，对于亚烷基和杂亚烷基连接基团，不暗含该连接基团的取向。
除非另外说明，本文使用的术语“环烷基”和“杂环烷基”，其本身或者与其它术语组合，分别表示“烷基”和“杂烷基”的环状形式。
除非另外说明，本文使用的术语“卤代”或“卤素”，其本身或者作为另一取代基的部分，是指氟、氯、溴或碘原子。另外，术语如“卤代烷基”意在包括单卤代烷基和多卤代烷基。
本文为简洁起见而使用的术语“芳基”当与其它术语(例如芳氧基、芳硫氧基、芳烷基)组合使用时包括如上文定义的芳基和杂芳基。因此，术语“芳烷基”意在包括其中芳基连接至烷基(例如苄基、苯乙基、吡啶基甲基等)的那些基团，所述烷基包括那些其中碳原子(例如亚甲基)被例如氧原子取代的烷基(例如苯氧基甲基、2-吡啶基甲基、3-(1-萘基氧基)丙基等)。
本文使用的术语“酰基”是指那些通过除去有机酸的羟基部分而衍生自有机酸的基团。因此，酰基意在包括例如乙酰基、丙酰基、丁酰基、癸酰基、新戊酰基、苯甲酰基等。
烷基和酰基(包括那些经常称为亚烷基、链烯基、杂亚烷基、杂链烯基、炔基、环烷基、杂环烷基、环链烯基和杂环链烯基的基团)的取代基可以是各种基团，选自-OR′、＝O、＝NR′、＝N-OR′、-NR′R＂、-SR′、卤素、-SiR′R＂R″′、-OC(O)R′、-C(O)R′、-CO2R′、-CONR′R＂、-OC(O)NR′R＂、-NR＂C(O)R′、-NR′-C(O)NR＂R″′、-NR＂C(O)2R′、-NR-C(NRR′R＂)＝NR″′、-NR′C(NR′R＂)＝NR″′、-NR-C(NR′R＂)＝NR″′、-S(O)R′、-S(O)2R′、-S(O)2NR′R＂、-NRSO2R′、-CN和-NO2，其数量为0至2m′+1，其中m′是这种基团中的碳原子总数。R′、R＂和R″′各自独立地指氢、杂烷基、未取代的芳基、被卤素取代的芳基、未取代的烷基、烷氧基或硫代烷氧基、或芳基-(C1-C10)烷基。例如，当本发明化合物包括多于一个R基团时，各R基团如同当多于一个这些基团存在时各R′、R＂和R″′基团那样独立选择。当R′和R＂连接至相同的氮原子时，它们可以与氮原子结合形成5-、6-或7-元环。本文使用的术语“杂原子”意在包括氧(O)、氮(N)、硫(S)和硅(Si)。
空间位阻的N-卤代胺是一类新的可再补充的消毒剂例如N-卤代胺。目前，基于N-卤代胺的抗菌聚合物是通过三种主要方法制备的，所述方法包括聚合物功能改性、可聚合的N-卤代胺前体的(共)聚合和可聚合的N-卤代胺前体接枝到靶聚合物上。这些技术的每一种适合处理某些聚合物，但是至今还没有开发出一种可以处理最常规的和商业上重要的聚合物材料的“通用”技术。而且，目前的技术涉及一种或多种制备最终的抗菌聚合物材料的化学改性，其不可避免地要求新的/特殊的步骤，并且增加了普通聚合物材料转化为抗菌聚合物的成本。本发明人意识到，这些困难是为什么没有开发商业上重要的抗菌聚合物的一部分原因。
在本发明中，空间位阻的N-卤代胺作为抗菌添加剂与常规的、商业上重要的聚合物材料物理混合。只要靶聚合物材料可以溶解在溶剂中或者可以熔化，则它们可以被制成含SHH的聚合物材料，提供了耐久的和可再补充的抗菌活性。因为溶解和熔化是制备大多数聚合物材料中的常规加工步骤，所以本发明提供了制备抗菌聚合物的通用技术。对于不可溶和/或不可熔的聚合物材料，SHH可以涂装或涂覆到聚合物材料上。
而且，用于本发明中的空间位阻的N-卤代胺是通过空间位阻胺与聚合物材料混合前或混合后将空间位阻胺进行卤化例如氯化处理来合成的。空间位阻胺是聚合物最重要的光稳定剂之一，其无毒或低毒，可广泛获得并且相对廉价。
总之，与目前的技术相比，本发明提供了将常规的、商业上重要的聚合物转化为抗菌聚合物材料的简单、实用、灵活和有成本效益的方法。本发明将广泛用于各种应用领域。例如，可溶和/或可熔的聚合物可以制成耐久的和可再补充的抗菌材料，并且通过利用本发明进行涂覆和/或涂装，可以将各种表面转化成耐久的和可再补充的抗菌材料。本发明还适合处理塑料、橡胶、涂漆、涂料和纤维，包括但不限于聚烯烃、聚苯乙烯及其衍生物、ABS、EPDM、乙酸纤维素、聚氨酯等。
本文公开的简单、实用、灵活和有成本效益的空间位阻的N-卤代胺可用作聚合物添加剂，其用量范围为约0.01-30.0重量百分数(wt％)，典型的范围是约0.2-5.0wt％。溶液混合和热混合均可用于处理中。空间位阻的N-卤代胺可以在混合前或混合后形成。本发明适用性广泛，这是因为它不需要将常规的、商业上重要的聚合物转化为耐久和可再补充的抗菌材料过程中所用的新处理步骤、培训和/或新装备。
利用本发明的应用包括例如塑料、橡胶、涂漆、涂料和纤维抗菌处理。所得的材料可用于医疗设备、医院装备、水净化/输送系统、食品储存和食品包装、卫生产品、消费用品、家用制品、生物保护性应用和其它相关的需要聚合物材料自去污的挑战性环境中。
本发明的优点之一是空间位阻的N-卤代胺是衍生自2，2，6，6-四甲基哌啶的、基于商业上可获得的空间位阻胺(SHA)的光稳定剂的衍生物(14-17)。商业上重要的SHA具有仔细设计和平衡的结构以改善其与靶聚合物的相容性，从而提高聚合物老化过程中添加剂的长期保持性。本发明采用商业上可获得的基于2，2，6，6-四甲基哌啶的、分子量高于350g/mol的SHA；但是本领域技术人员会认识到，350g/mol以下的聚合物也可以用于本发明中。本发明制备抗菌SHH所用的SHA的实例如下，但不限于：癸二酸二(N-X-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)酯；聚[[6-[(1，1，3，3-四甲基丁基)氨基]-均-三嗪-2，4-二基]-N-X-[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]-六亚甲基-[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]]；N-X-[烷基甲酸(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)酯]；聚[(6-吗啉代-均-三嗪-2，4-二基)-N-X-[2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基]亚氨基]-六亚甲基-[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]]；3-十二烷基-N-X-(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)琥珀酰亚胺；2，2，4，4-四甲基-N-X-7-氧杂-3，20-二氮杂二螺[5.1.11.2]-二十一烷-21-酮；D-葡萄糖醇，1，3:2，4-双-O-(N-X-2，2，6，6-四甲基-4-亚哌啶基(piperidinylidene))；1，1’-亚乙基双(N-X-3，3，5，5-四甲基-哌嗪酮)；N-X-2，2，4，4-四甲基-7-氧杂-20-(环氧乙烷基甲基)-3，20-二氮杂二螺[5.1.11.2]-二十一烷-21-酮；1，2，3，4-丁烷四甲酸与β，β，β’，β’-四甲基-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷-3，9-二乙醇的聚合物；N-X-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基酯；聚[氧[甲基[3-[N-X-(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)-氧]丙基]亚甲硅烷基]]；和1，1’，1”-[1，3，5-三嗪-2，4，6-三基三[(环己基亚氨基)亚乙基]]三(N-X-3，3，5，5-四甲基-哌嗪酮)。
本领域技术人员会认识到，许多商业上可获得的聚合物以及合成的聚合物可用于本发明中。表1是可以如本文所公开被改性的许多商业上可获得的SHA中的一些化合物的示例性结构列表。SHA可以用卤素源例如Cl或Br改性。
表1
Figure S06803810620070803D000091
来自SHA的空间位阻的N-卤代胺的制备和抗菌功能。空间位阻的N-卤代胺可含有卤素原子如Cl或Br。表2是可以如本文所公开被使用的、含Cl空间位阻的N-卤代胺(SHC)的示例性结构列表。
表2
Figure S06803810620070803D000101
空间位阻的N-卤代胺的合成的示例性描述。
实施例1：SHC-1。将二氯异氰脲酸钠(DCCANa，约8.8克，约0.04mol)在水(约40ml)中的溶液加入约9.6克(约0.04mol)SHA-1在甲苯(约20mol)中的溶液中。剧烈振荡混合物约10分钟。然后加入甲苯(约10mol)。过滤出沉淀的氰尿酸。从水中分离有机层。蒸发甲苯后，收集固体并用石油醚重结晶，得到的收率为77％，熔化温度为83℃和活性氯含量为12.5％。
图1举例说明了一种本发明的合成方法。本发明提供了将癸二酸二(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)酯(HALS-1)用二氯异氰脲酸钠(DCCANa)处理以制备癸二酸二(N-氯-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)酯(HALS-1-Cl)。
实施例2：SHC-2。将DCCANa(约8.8克，0.04mol)在水(约40ml)中的溶液加入约5.95克(约0.04mol)SHA-2在甲苯(约20mol)中的溶液中。剧烈振荡混合物约20分钟。然后加入甲苯(约10mol)。过滤出沉淀的氰尿酸。从水中分离有机层，然后用无水CaCl2干燥。加入约50ml甲醇；过滤收集沉淀物，用甲醇洗涤，空气干燥过夜并且于室温下在干燥器中储存约72小时以达到恒定的重量，得到的收率为约75％，熔点为约280℃(分解)和活性氯含量为约7.96％。
实施例3：SHC-3。将DCCANa(约8.8克，0.04mol)在水(约40ml)中的溶液加入约8.2克(约0.04mol)SHA-3在甲苯(约20mol)中的溶液中。剧烈振荡混合物约10分钟。然后加入甲苯(约10mol)。过滤出沉淀的氰尿酸。从水中分离有机层。蒸发甲苯后，收集固体并用石油醚重结晶，得到的收率为约79％，熔点为约32℃和活性氯含量为7.86％。
实施例4：SHC-4。将DCCANa(约8.8克，0.04mol)在水(约40ml)中的溶液加入约10.2克SHA-4在甲苯(约20mol)中的溶液中。剧烈振荡混合物20分钟。然后加入甲苯(10mol)。过滤出沉淀的氰尿酸。从水中分离有机层，然后用无水CaCl2干燥。加入约50ml甲醇；过滤收集沉淀物，用甲醇洗涤，空气干燥过夜并且于室温下在干燥器中储存约72小时以达到恒定的重量，得到的收率为约81％，熔点为约280℃(分解)和活性氯含量为约10.6％。
图1举例说明了另一种本发明的合成方法。本发明提供了将聚[(6-吗啉代-均-三嗪-2，4-二基)[2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基]亚氨基]-六亚甲基-[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]](HALS-2)用二氯异氰脲酸钠(DCCANa)处理以制备聚[(6-吗啉代-均-三嗪-2，4-二基)-N-氯-[2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基]亚氨基]-六亚甲基-[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]](HALS-2-Cl)。
此外，图1举例说明了利用卤化物源(漂白剂)将聚[(6-吗啉代-均-三嗪-2，4-二基)[2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基]亚氨基]-六亚甲基-[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]]再补充成聚[(6-吗啉代-均-三嗪-2，4-二基)-N-氯-[2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基]亚氨基]-六亚甲基-[(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]]。
合成的SHC的抗菌性能。该研究所用的细菌如下：大肠杆菌，革兰氏阴性，ATCC15597；金黄色葡萄球菌，革兰氏阳性，ATCC6538；大肠杆菌，革兰氏阴性，抗磺胺，ATCC29214；和金黄色葡萄球菌金黄色亚种(Staphylococcus aureus subsp.aureus)，革兰氏阳性，抗四环素、青霉素、链霉素和红霉素和ATCC14154。尽管如此，本领域技术人员会认识到，其它细菌可以用本发明来处理。
抗菌过程：将SHC样品压成粉末。用标准筛收集60-80目(约0.42-0.31mm)范围的粉末。将一克各样品填充到柱(I.D.：约6mm)中。使约1ml含有约106～7CFU/mL(每毫升菌落形成单位)细菌的水悬浮液通过含有相应样品的柱。流速由压缩空气控制(约0.1-10ml/min)。收集流出物，系列稀释，并将各稀释物置于营养琼脂板上。相同的过程也施加于未氯化的SHA粉末作为对照。板上的细菌菌落在约37℃培育约24小时后进行计数。结果：在琼脂板上约24小时培育后没有观察到细菌生长，即空间位阻的N-卤代胺在上述试验条件下提供了对微生物的完全杀灭。
SHC的耐久性和可再补充性(Rechargeability)。耐久性：室温条件下(例如温度约25℃±3，湿度约60±10％)储存某一段时间后，滴定SHC样品中的活性氯含量，结果列于表3中。
表3
Figure S06803810620070803D000121
可再补充性：通过下述方法中和SHC粉末：在室温和振荡下浸渍在约0.1mol/L硫代硫酸钠溶液中约30分钟，然后根据上述合成过程氯化。在分别氯化后，将样品用大量蒸馏水彻底洗涤。在约50次“中和-氯化”处理循环后SCH样品的活性氯含量基本没有变化。
含有空间位阻N-卤代胺的商业上重要的聚合物的制备和抗菌活性。为了将SHC掺入商业上重要的聚合物材料中，开发了两种方法。在第一种方法中，将SHA样品通过常规的加工技术加入聚合物材料中，所述常规的加工技术包括挤出、注塑、热压、涂覆、涂装或溶剂蘸塑。然后将含SHA的样品卤化以将SHA转化成SHH。在第二种方法中，首先将SHA转化成SHH，然后通过挤出、注塑、热压、涂覆、涂装或溶剂蘸塑掺入商业上重要的聚合物中。两种方法均是将SHH掺入聚合物材料中的可行方法，并且所得的聚合物材料表现出有效的、耐久的和可再补充的抗菌活性。
利用上文公开的第一种方法制备抗菌聚合物材料和所得聚合物的抗菌活性。将SHA掺入聚合物中：将本发明的添加剂通过挤出、注塑、涂覆、涂装、热压和溶剂蘸塑形成为聚合物；典型的实例如下所述：
挤出：聚合物膜-将聚合物粒料和SHA粉末(约占聚合物的0.01-30wt％)由实验室混合挤出机(Laboratory Mixing Extruder)挤出为约400-500μm厚的膜。机筒和口模的温度分别保持在约120-200℃和约160-200℃。
挤出：聚合物管-将聚合物粒料和SHA粉末(约占聚合物的0.01-30wt％)由实验室混合挤出机挤出为管(I.D.：约3mm，E.D.：约5mm)。机筒和口模的温度分别保持在120-200℃和160-200℃。
挤出：纤维-将聚合物粒料和SHA粉末(约占聚合物的0.01-30wt％)由实验室混合挤出机挤出为纤维。机筒和口模的温度分别保持在120-200℃和160-200℃。
注塑：聚合物片-将聚合物粒料和SHA粉末(约占聚合物的0.01-30wt％)混合，均化，然后注塑成约1mm厚的片。所用的机器是Minimax Laboratory Molder(例如带有试验模具的设备)。混合杯的温度是约120-200℃。试验模具保持在环境温度下。
热压：聚合物膜-将聚合物粒料和SHA粉末(约占聚合物的0.01-30wt％)在Minimax Laboratory Molder上，在约120-200℃下混合和均化。然后利用热压机将混合的材料在约120-200℃下热压成约300μm厚的膜。
溶剂蘸塑/涂装/涂覆：将聚合物材料和SHA粉末(约占聚合物的0.01-30wt％)溶解在氯仿、丙酮、THF、DMF或DMSO中。将溶液浇铸、喷射或刷涂在任何表面上。蒸发溶剂后，获得薄膜、涂漆或涂料。
下面描述制备含SHA的聚合物制品的实施例。
实施例5：制备含有SHA的PP管。将约20克PP粒料和约0.8克SHA-3粉末(约占PP的4wt％)机械混合，然后由实验室混合挤出机挤出为管(I.D.：约3mm，E.D.：约5mm)。机筒和口模的温度分别保持在160℃和180℃。由挤出机口模挤出的PP管处于CSI-194T卷取装置的牵引下。
实施例6：制备含有SHA的PE片。将约10克PE粒料和约0.02克SHA-2粉末(约占PE的0.2wt％)混合、均化5分钟，然后注塑成1mm厚的片。所用的机器是带有试验模具的Minimax Laboratory Molder设备。混合杯的温度是约160℃。试验模具保持在环境温度下。
实施例7：制备含有SHA的PP膜。将约20克PP粒料和约0.4克SHA-1粉末(约占PP的2wt％)在Minimax Laboratory Molder上，在约180℃下混合和均化约5分钟。然后利用热压机将混合的材料在约180℃下热压约30秒，形成约300μm厚的膜。
实施例8：溶剂蘸塑含有SHA的PS膜。往约70ml含有约7克PS粒料的氯仿中加入约0.42克SHA-4粉末(约占PS的6wt％)，然后剧烈搅拌。将样品溶液浇铸到清洁的玻璃表面上。在过夜蒸发溶剂后形成约200μm厚的PS膜。
含有SHA的塑料转化成含有SHC的塑料：将本发明的添加剂通过如上文所述的挤出、注塑、热压和溶剂蘸塑/涂覆/涂装形成聚合物。
普通卤化过程：将所有含有SHA的聚合物样品(例如薄膜、片、纤维和管)用含有约0.6％次氯酸钠的稀释家用漂白剂(例如Clorox)在恒定的振荡下氯化。pH值为约7-12，氯化时间为约10分钟至4小时。氯化后，将样品用大量蒸馏水彻底洗涤以去除游离氯(例如用约0.5ppm准确度的氯测试条检验洗涤水)。
实施例9：将含有约4wt％SHA-3的PP挤出管用含有约0.6％次氯酸钠的稀释家用漂白剂(例如Clorox)在恒定的振荡下氯化。pH值和氯化时间分别保持在约7.0和约1小时。氯化后，将PP管用大量蒸馏水彻底洗涤以去除游离氯。样品中的活性氯含量通过用0.001硫代硫酸钠溶液滴定来测定，为约159ppm/g。
实施例10：将含有约0.2wt％SHA-2的PE注塑片用含有约0.6％次氯酸钠的稀释家用漂白剂在恒定的振荡下氯化。pH值和氯化时间分别保持在约9.0和约2小时。氯化后，将PE片用大量蒸馏水彻底洗涤以去除游离氯。样品中的活性氯含量通过用约0.001硫代硫酸钠溶液滴定来测定，为约120ppm/g。
实施例11：将含有约2wt％SHA-1的PP热压膜用含有约0.6％次氯酸钠的稀释家用漂白剂(例如Clorox)在恒定的振荡下氯化。pH值和氯化时间分别保持在约11和约4小时。氯化后，将PP膜用大量蒸馏水彻底洗涤以去除游离氯。样品中的活性氯含量通过用0.001硫代硫酸钠溶液滴定来测定，为约274ppm/g。
实施例12：将含有约6wt％SHA-4的PS溶剂蘸塑膜用含有约0.6％次氯酸钠的稀释家用漂白剂(例如Clorox)在恒定的振荡下氯化。pH值和氯化时间分别保持在约7.0和约4小时。氯化后，将PS膜用大量蒸馏水彻底洗涤以去除游离氯。样品中的活性氯含量通过用约0.001硫代硫酸钠溶液滴定来测定，为约394ppm/g。
上述含SHC材料的抗菌活性：利用下列细菌测试聚合物材料的抗菌性能：大肠杆菌，革兰氏阴性，ATCC15597；金黄色葡萄球菌，革兰氏阳性，ATCC6538；大肠杆菌，革兰氏阴性，抗磺胺，ATCC29214；和金黄色葡萄球菌金黄色亚种，革兰氏阳性，抗四环素、青霉素、链霉素和红霉素和ATCC14154。
普通过程：将约10μL含有约106～7CFU/mL细菌的水悬浮液置于聚合物材料表面上。在不同的接触时间后，将聚合物材料转移到约100mL的约0.03wt％硫代硫酸钠水溶液中。将所得溶液剧烈振荡约5分钟。将溶液的等分试样系列稀释，并将100μL的各稀释物置于营养琼脂板上。相同的过程也施加于未氯化的样品作为对照。琼脂板上活的细菌菌落在约37℃培育约24小时后进行计数。
实施例13：将约100μL含有约106～7CFU/mL细菌的水悬浮液滴至氯化的PP挤出管中，所述PP挤出管的底部密封。将所述管振荡某一段时间。然后，将所述管置于约100mL的约0.03wt％硫代硫酸钠水溶液中。将所得的溶液剧烈振荡约5分钟。将溶液的等分试样系列稀释，并将约100μL的各稀释物置于营养琼脂板上。相同的过程也施加于未氯化的样品作为对照。琼脂板上活的细菌菌落在约37℃培育约24小时后进行计数。
含有约159ppm/g活性氯的PP挤出管在约10分钟的接触时间内灭活了所有受试细菌的约90％。在约60分钟的接触时间后，相同的管全部杀死了细菌。
实施例14：将约10μL含有约106～7CFU/mL细菌的水悬浮液置于氯化的PE注塑片(约2×2cm2)表面上，并将所述片用另一相同的片覆盖。在不同的接触时间后，将片转移到约100mL的约0.03wt％硫代硫酸钠水溶液中。将所得溶液剧烈振荡约5分钟。将溶液的等分试样系列稀释，并将约100μL的各稀释物置于营养琼脂板上。相同的过程也施加于未氯化的样品作为对照。琼脂板上活的细菌菌落在约37℃培育约24小时后进行计数。
含有约120ppm/g活性氯的PE注塑片在少于约30秒的接触时间内灭活了所有受试细菌的约99.99％。在约5分钟的接触时间后，相同的片全部杀死了细菌。
实施例15：将约10μL含有约106～7CFU/mL细菌的水悬浮液置于氯化的PP热压膜(约2×2cm2)表面上，并将所述膜用另一相同的膜覆盖。在不同的接触时间后，将膜转移到约100mL的约0.03wt％硫代硫酸钠水溶液中。将所得溶液剧烈振荡约5分钟。将溶液的等分试样系列稀释，并将约100μL的各稀释物置于营养琼脂板上。相同的过程也施加于未氯化的样品作为对照。琼脂板上活的细菌菌落在约37℃培育约24小时后进行计数。
含有约274ppm/g活性氯的PP热压膜在少于约1分钟的接触时间内灭活了所有受试细菌的约99.99％。在约5分钟的接触时间后，相同的膜全部杀死了细菌。
实施例16：将约10μL含有约106～7CFU/mL细菌的水悬浮液置于氯化的PS溶剂蘸塑膜表面上，并将所述膜用另一相同的膜覆盖。在不同的接触时间后，将膜转移到约100mL的约0.03wt％硫代硫酸钠水溶液中。将所得溶液剧烈振荡约5分钟。将溶液的等分试样系列稀释，并将约100μL的各稀释物置于营养琼脂板上。相同的过程也施加于未氯化的样品作为对照。琼脂板上活的细菌菌落在约37℃培育约24小时后进行计数。
含有约394ppm/g活性氯的PS溶剂蘸塑膜在约15秒的接触时间内灭活了所有受试细菌的约99.99％。在约3分钟后，相同的膜杀死了所有挑战细胞。
抗菌活性的耐久性和可再补充性：所有聚合物样品(例如膜、片、纤维、涂料、涂漆和管)储存在室温条件下(例如温度：如25℃±3，湿度：如60±10％)。通过在约2、4和6个月间隔的滴定来测定样品中活性氯含量。对于所有聚合物样品，活性氯含量在6个月内没有变化。两个典型的实例列于表4中。
表4：PP和PE膜在储存过程中的活性氯含量
Figure S06803810620070803D000171
可再补充性：氯化的聚合物样品在约0.1摩尔/L硫代硫酸钠溶液中、于室温下恒定振荡处理约30分钟。经处理后，样品彻底地用蒸馏水洗涤，然后根据上文描述的过程再次漂白。每次氯化后，样品彻底地用大量蒸馏水洗涤。经过约50次＂中和-氯化＂处理循环之后，样品中活性氯含量基本上无变化。
使用第二种方法制备抗菌聚合物材料和所得聚合物的抗菌活性。空间位阻的N-卤代胺，例如空间位阻的氯胺的合成：SHC-1，SHC-2，SHC-3，SHC-4的结构如表2所述。它们是根据上文描述的方法在实施例1-4中制备的。
将SHC掺入聚合物中：挤出：聚合物管-将聚合物粒料和SHC粉末(所述聚合物的约0.01-30重量％)由实验室混合挤出机挤出成管(内径：约3mm，外径：约5mm)。机筒和口模的温度分别保持在约120-200和约140-200℃。
挤出：纤维-聚合物粒料和SHC粉末(所述聚合物的约0.01-30重量％)由实验室混合挤出机挤出成纤维。机筒和口模的温度分别保持在约120-200和约160-200℃。
注塑：聚合物片-聚合物粒料和SHC粉末(所述聚合物的约0.01-30重量％)混合，均化而后注塑成1mm厚度的片。所用的机器是带有试验模具的Minimax Laboratory Molder设备。混合物杯的温度为约120-200℃。试验模具保持在环境温度下。
热压：聚合物膜-聚合物粒料和SHC粉末(所述聚合物的约0.01-30重量％)于约120-200℃在Minimax Laboratory Molder上混合和均化。然后，该混合材料于约120-200℃使用热压机被热压为300微米厚的膜。
溶剂蘸塑/涂装/涂覆：将聚合物粒料和SHC粉末(聚合物的约0.01-30重量％)溶于丙酮，氯仿，THF，DMF或DMSO中。将溶液浇铸、喷雾或涂刷到任意表面上。蒸发所述溶剂后，获得所述膜，涂料或涂漆。
实施例17：制备包含SHC的PP管。将大约20克的PP粒料和大约0.8克的SHC-3粉末(PP的约4％重量)机械混合，然后由实验室混合挤出机挤出成管(内径：大约3mm，外径：大约5mm)。机筒和口模的温度分别保持在大约150和160℃。从挤出机的口模中挤出得到的PP管处于卷取装置的牵引作用下。以大约0.001硫代硫酸钠溶液滴定检测，样品中的活性氯含量大约是105ppm/克。
实施例18：制备包含SHC的PE片。将大约10克的PE粒料和大约0.02克的SHC-2粉末(PE的约0.2％重量)混合均匀化约2分钟，然后注塑成约1mm厚的片。使用的机器为带有试验模具的Minimax LaboratoryMolder设备。混合杯的温度为大约145℃。试验模具保持在环境温度下。以大约0.001硫代硫酸钠溶液滴定检测，样品中的活性氯含量大约是88ppm/克。
实施例19：制备包含SHC的PP膜。将大约20克的PP粒料和大约0.4克的SHC-1粉末(PP的约2％重量)于165℃在Minimax LaboratoryMolder上混合均化2分钟。然后上述共混材料用热压机于大约165℃热压10秒钟成为300μm厚的膜。以0.001硫代硫酸钠溶液滴定检测，样品中的活性氯含量大约是196ppm/克。
实施例20：溶剂蘸塑包含SHC的PS膜。向含有大约7克的PS粒料的约70ml氯仿中加入大约0.42克的SHC-4粉末(PS的约6％重量)，然后剧烈搅拌。将样品溶液浇铸在干净的玻璃表面上。溶剂蒸发过夜后形成大约200μm厚的PS膜。以大约0.001硫代硫酸钠溶液滴定检测，样品中的活性氯含量大约是315ppm/克。
如上所述的包含SHC的材料的抗菌活性。
使用下列细菌检测所述聚合物的抗菌性能：大肠杆菌，革兰氏阴性，ATCC 15597；金黄色葡萄球菌，革兰氏阳性，ATCC 6538；大肠杆菌，革兰氏阴性，抗磺胺，ATCC 29214；和金黄色葡萄球菌金黄色亚种，革兰氏阳性，抗四环素，青霉素，链霉素，和红霉素和ATCC 14154。
一般过程：将大约10μL含有大约106～7CFU/mL的细菌的水悬浮液置于所述聚合物材料的表面上。经过不同的接触时间，所述聚合物材料被转移至约100mL的约0.03重量％的硫代硫酸钠水溶液中。得到的溶液被剧烈振荡约5分钟。所述溶液的等分试样被依序稀释，大约100μL的每一份稀释液被放置于营养琼脂板上。同样的过程也用于未氯化的样品作为对照。在约37℃孵育约24小时后，计数琼脂板上的活的细菌菌落。
实施例21：将大约10μL含有大约106～7CFU/mL细菌的水悬浮液滴加到底部密封的氯化PP挤出管内。将所述管恒定振荡某一段时间。然后，该管被转移至约100毫升的约0.03重量％的硫代硫酸钠水溶液中。得到的溶液被剧烈振荡约5分钟。所述溶液的等分试样被依序稀释，大约100μL的每一稀释液被放置于营养琼脂板上。同样的过程也用于未氯化的样品作为对照。在约37℃孵育约24小时后，计数琼脂板上的活的细菌菌落。
在约15分钟的接触时间内，包含约105ppm/克活性氯的PP挤出管灭活所有被检测细菌中的约90％的细菌。在大约120分钟的接触时间后，相同的管完全杀灭所述细菌。
实施例22：约10μL的包含约106～7CFU/mL细菌的水悬浮液被置于氯化PE注塑片(约2x2cm2)表面上，并且该片用另一个相同的片覆盖。在不同的接触时间后，该片被转移至约100毫升的约0.03重量％的硫代硫酸钠水溶液中。将得到的溶液剧烈振荡约5分钟。所述溶液的等分试样被依序稀释，大约100μL的每一份稀释液被放置于营养琼脂板上。同样的过程也用于未氯化的样品作为对照。在约37℃孵育约24小时后，计数琼脂板上的活的细菌菌落。
包含约88ppm/克活性氯的PE注塑片在小于约5分钟的接触时间内灭活所有被检测细菌中的约99.99％。在约15分钟的接触时间后，相同的片完全杀灭所述细菌。
实施例23：将约10μL的包含约106～7CFU/mL细菌的水悬浮液置于氯化PP热压膜(约2x2cm2)表面上，并且该膜被另一个相同的膜覆盖。在不同的接触时间后，该膜被转移至约100毫升的约0.03重量％的硫代硫酸钠水溶液中。得到的溶液被剧烈振荡约5分钟。所述溶液的等分试样被依序稀释，大约100μL的每一份稀释液被放置于营养琼脂板上。同样的过程也用于未氯化的样品作为对照。在约37℃孵育约24小时后，计数琼脂板上的活的细菌菌落。
包含约196ppm/克活性氯的PP热压膜在小于约1分钟的接触时间内灭活所有被检测细菌中的约99.9％。在约10分钟的接触时间后，相同的膜完全杀灭所述细菌。
实施例24：将约10μL的包含约106～7CFU/mL细菌的水悬浮液置于氯化的PS溶剂蘸塑膜表面上，并且该膜用另一个相同的膜覆盖。在不同的接触时间后，该膜被转移至约100毫升的约0.03重量％的硫代硫酸钠水溶液中。将得到的溶液剧烈振荡约5分钟。所述溶液的等分试样被依序稀释，大约100μL的每一稀释液被放置于营养琼脂板上。同样的过程也用于未氯化的样品作为对照。在约37℃孵育约24小时后，计数琼脂板上的活的细菌菌落。
包含约315ppm/克活性氯的溶剂蘸塑膜在约1分钟的接触时间内灭活所有被检测细菌中的约99.99％。在约5分钟后，所有挑战细胞被杀死。
耐久性：将所有的聚合物样品(例如，膜，片，纤维，涂漆，涂料，以及管)存储于环境条件下(温度：约25℃±3，湿度：约60±10％)。该样品中的活性氯含量通过以2、4和6个月的间隔滴定来测定。所有的聚合物样品中活性氯的含量在6月之内是无变化的。两个典型的实施例被列于表5。
表5PP和PE膜在贮存中的活性氯含量
Figure S06803810620070803D000201
可再补充性：氯化的聚合物样品(例如，膜，片，涂料，涂漆和管)在室温下于约0.1摩尔/升硫代硫酸钠溶液中恒定振荡处理约30分钟。处理后，样品用蒸馏水彻底地洗涤，然后根据如上所述方法再次漂白。在每次氯化后，样品用大量蒸馏水彻底地洗涤。在约50次＂中和-氯化＂处理循环后，该样品中活性氯含量是基本上无变化的。
一般地，本发明的受阻胺光稳定剂(HALS)或受阻胺稳定剂(HAS)可以是一个较大化合物(例如，一种聚合物的单体)的一部分并且包含如下所示的空间位阻的哌啶结构：
Figure S06803810620070803D000211
其中R1为卤素，氢，羟基，直链或支链烷基，直链或支链烷氧基，芳基，芳烷基，环烷基，环烷氧基和其组合的其中之一，且其中R2为脂族胺，脂族二胺，芳香胺，直链或支链烷基，脂族酯，环烷基和其组合的其中之一。此外，R2可以是连接两个或多个受阻胺光稳定剂或受阻胺稳定剂的连接物，所述连接物包含一种直链或支链烷基，直链或支链烷氧基，芳基，芳烷基，环烷基，环烷氧基(cycloalko)，脂族酯，脂族胺，芳香胺和其组合。
此外，R1和R2可以分别是酰基，烷基，亚烷基，烷氧基，烷基氨基，烷硫基，芳基，环烷基，卤素，卤代烷基，杂烷基，杂亚烷基，杂环烷基及其组合。进一步的，所述化合物可以被酰基，烷基，亚烷基，烷氧基，烷基氨基，烷硫基，芳基，环烷基，卤素，卤代烷基，杂烷基，杂亚烷基，杂环烷基和它们的组合取代。例如，2，2，6，6-四甲基-N-氯-4-哌啶基结构，其可以是可聚合的。另外，这些添加剂的单体和低聚形式包括，但不局限于，3-十二烷基-1-(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)-吡咯烷-2，5-二酮，4-苯甲酰基-2，2，6，6-四甲基哌啶，4-硬脂基氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶，丙二酸二(1，2，2，6，6-五甲基哌啶基)-2-正-丁基-2-(2-羟基-3，5-二-叔丁基苄基)酯，8-乙酰基-3-十二烷基-7，7，9，9-四甲基-1，3，8-三氮杂螺[4.5]癸烷-2，4-二酮，3-十二烷基-1-(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)吡咯烷-2，5-二酮，癸二酸二(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)酯，琥珀酸二(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)酯，癸二酸二(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)酯，癸二酸二(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)酯，丙二酸二(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)正-丁基-3，5-二-叔丁基-4-羟基苄基酯，癸二酸二(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶基)酯，琥珀酸二(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶基)酯，N-(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)-正-十二烷基琥珀酰亚胺，N-(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)-正-十二烷基琥珀酰亚胺，次氮基三乙酸三(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)酯和1，2，3，4-丁烷四甲酸四(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)酯(tetrakis(2，2，6，6-tetramethyl-4-piperidyl)-1，2，3，4-butanetetracarboxylate)。
本发明的应用涵盖一种产品范围，从保健专业用途到更为宽泛的卫生领域-军事和公共机构卫生实践中的感染和气味控制。本发明还包括消费者应用，特别是招待行业，运动服装和体育设施扇形区。这些用途在近代被积极开发是由于新的传染病问题的频繁涌现，比如HIV/AIDS和禽流感，来自抗生素抗性细菌比如MRSA和VRE的不断增加的危险，以及肝炎，肺结核和大肠杆菌的古老问题。
例如，医院获得的感染的公众认知和公共机构费用促使寻找更好的产品。食品工业已准确地认识到各种细菌比如致死性的大肠杆菌O157：H7的危险性。随着能够将食物疾病追溯至其来源的更好检测方法的开发，食品工业的弱点也变得日益突出。世界军事家们从未解决过对于巡逻的士兵的真菌生长问题(例如，＂湿热气侯所引起的皮肤病＂)，巡逻的士兵必须穿着很长时间才洗一次的衣服。真菌生长会引起不适和感染导致损失战斗力。
使用本发明制备的塑料和织物具有大于银浸渍塑料和织物(仅次于最好的方法)的抗菌，抗病毒，抗真菌和抗异味活性。本发明包括塑料部件，薄膜，管材，棉和合成纤维织物，和抗菌塑料添加剂，它们本质上是抗菌的。所述塑料添加剂与标准塑料是相容的，所述标准塑料包括PET，聚乙烯，聚氯乙烯(PVC)，聚丙烯，以及聚苯乙烯。纤维和织物制造者可以使用该塑料添加剂，而不改变其正常的纤维挤出过程。聚酯，尼龙，以及聚丙烯织物现在可以制备成永久性抗菌的。
另外，低熔化温度塑料，例如聚苯乙烯，聚氯乙烯和聚乙烯，可以通过将本发明的产品加入到塑料而预氯化，所述塑料包括无纺布，例如，面具，擦试物，鞋套和头罩(shoe and head cover)，尿布，伤口护理物，以及一次性使用的保健织物，一次性使用的医用塑料和包装，例如，确保无菌的医药包装，抗菌食品包装，延长贮藏期限的防霉包装。本发明的其他应用列于如下的表6和表7中。
表6
 
抗菌性塑料添加剂 产品实施例
地毯和室内装璜 ·保健地毯抗感染(例如，细菌，病毒和真菌)抗异味·宠物主人的消费用毯
清洁用具 消费品，保健品，牙科用品，食品服务，食品工业·抹布·墩布·海绵·一次性的，无纺布擦拭物，等·牙刷
手套 保健、食品工业、食品服务用抗感染、抗交叉污染手套·腈·乙烯树脂·针织物
医用无纺布(服装/面具) 开发用于保健，食品工业，食品服务，第一时间做出反应者(first responder)(例如，医务工作者，消防员)以及军事(例如，反细菌战争)的抗菌、抗病毒非制造产品(例如一次性的和可重复使用的)·抗病毒面具·伤口敷料·患者和工作人员服装(例如，擦洗用服装和病员袍)·磁带和电极·过滤介质·热/冷治疗袋·担架覆盖物·鞋套和头罩
 
抗菌性塑料添加剂 产品实施例
·隔离服·用于伤口敷料、预备垫、手指绷带(fingerbandages)、手术擦拭物、医用带基、医用揩巾、医院床用亚麻和造瘘术袋的织物·一次性的吸收垫(例如，护理室和手术室的医用底垫，救护车地板垫，身体接触的创伤垫，实验台垫，运输容器袋等)
水/空气过滤 ·抗沉积过滤器，例如，池和水疗(spas)·保健过滤，例如，透析仪器中的抗沉积过滤器，内窥镜清洗仪器等·饮用水纯化和储存·工业水处理·消费品，工业，和保健用空气过滤
食品加工/生产 交叉污染保护·地板和墙体密封系统·服装和手套·输送带·砧板·食品覆盖膜
涂漆和涂料 ·涂漆·覆膜·染料
医用装置 ·导管(静脉，排尿，气管，透析)·仪器(例如，听诊器，血压计袖带)·患者接触表面(例如，床垫，床栏杆，吊带，浴室表面)
创口护理和慢性皮肤感染 ·垫·海绵·绷带·烧伤·慢性创伤
 
抗菌性塑料添加剂 产品实施例
·皮肤损伤·糖尿病性神经病性足溃疡·水肿·一级和二级烧伤·感染创口·坏死创口·神经性溃疡·由于放射性并发症，过度潮湿，皮肤移植，I、II、III、IV期压迫性溃疡，外科手术切口引起的皮肤危险
包装 ·确保无菌的医用包装·抗菌保护用的食品包装·延长储藏期的防霉包装
表7
 
抗菌性纺织品 产品实施例
医用纺织品 用于急性护理、长期护理、牙科行业的可重复使用的保健纺织品，其提供包括抗微生物的感染保护，所述微生物包括细菌，病毒，和真菌。·片材和枕头套·病员服·护士、医生、清洁人员、牙医用服装·遮蔽帘·毛巾材料·织物层合材料(例如，薄膜、网和粘附材料)·失禁产品(例如床垫和病员服)·抗病毒织造的可反复使用的面罩(例如，禽流感)·医用阻挡层
军事用纺织品 ·内衣和袜子·作战服装
 
抗菌性纺织品 产品实施例
·抗细菌战服装
服装和亚麻制品 健身俱乐部成员，运动联合会(例如，NFL，NBA，NHL，WWE，高校，高中)，宾馆，游戏娱乐场，用于食品操作、食品工业和监狱同室者的亚麻制品和服装·外衣，袜子，内衣·户外和打猎用服装·鞋类(抗气味和抗真菌)
医用产品 ·医用袜子和内衣·伤口护理
一次性无纺布消费品 ·成人尿失禁者用一次性尿布(例如，抗异味)·婴儿用尿布(例如，抗尿布疹)·女性卫生用品(例如，棉球，垫)·家用清洁擦拭物
建筑产品 ·用于塑料管和管材应用的生物膜修复，该塑料管和管材应用于下述市场：饮用水贮存，PVC饮用水管道装置和氯化系统中的管道系统(例如，城市建设)，医疗管道，牙医用管道，生产过程用水·防霉灰浆和填料·防霉墙板·台面和地板·防霉，抗菌涂漆和涂料·低成本水纯化(低氯，抗病毒)·安全水贮存(例如，像普遍使用于世界许多地方的屋顶贮水装置的多种用途)·军用涂料
本发明得到的聚合物材料显示出有效的抗各种病原体的抗菌和/或消毒活性，所述病原体包括细菌，病毒(例如，逆病毒，疱疹病毒，腺病毒，慢病毒属，等)，孢子，真菌，细菌噬菌体及其组合。进一步的菌株的例子包括但不局限于，金黄色葡萄球菌(Staph)，猪霍乱沙门氏菌，铜绿色毛杆菌，酿脓链球菌(链球菌，Strep)，大肠杆菌0157:H7(E.coli)，痢疾志贺氏菌及其组合。
病毒的进一步例子包括但不限于，脊髓灰质炎病毒，TT病毒，疱疹病毒，肝炎病毒，或人类免疫缺陷性病毒(HIV)，HCV，HAV，HIV-1，HIV-2，HHV-6，HSV-1，HSV-2，CMV，EBV，轮状病毒，腺病毒，呼吸道合胞病毒，巨细胞病毒，细小病毒，埃博拉病毒(Ebola virus)，水痘-带状疱疹病毒，脊髓灰质炎病毒，登革热病毒，嗜血杆菌属流行性感冒，流行性感冒，牛结核杆菌(Tuberculosis)，轮状病毒，风疹病毒，鼻病毒(Cold virus)，麻疹病毒，腮腺炎病毒，流感病毒及其组合。真菌的进一步的例子包括但不局限于，白色念珠菌，曲霉属，芽生菌属，球孢子菌属，隐球菌属，Epidermophyton，组织胞浆菌属，毛霉菌属，小孢子菌属，巴西芽生菌(Paracoccidioides brasiliensis)，Sporothrix schenckii，发癣菌属，须发癣菌(Trichophyton mentagrophytes)及其组合。另外，本发明可以用于通过抗导致病原体的各种气味的抗菌和/或消毒活性来除去气味。细菌噬菌体更进一步的例子包括但不局限于，肠杆菌属噬菌体MS2，T4噬菌体(T4bacteriophage)，T1-T7噬菌体，Mu噬菌体，噬菌体ΨX174，λ噬菌体，R17噬菌体，M13噬菌体，G4噬菌体，P1噬菌体，P2噬菌体，N4噬菌体，
Figure S06803810620070803D00027110010QIETU
6噬菌体及其组合。
应该理解，这里描述的具体实施方案仅仅是为了通过说明来显示本发明，而不用于限制本发明。本发明的主要特征在不背离本发明范围的情况下可用于各种实施方案。本领域的技术人员将会认识到，或者能够仅仅使用常规实验手段确定本文描述的具体方法的众多等同物。这些等同物被认为在本发明的范围之内并且被权利要求所覆盖。
说明书中提及的所有出版物和专利申请指示了本发明所属领域的技术人员的技术水平。所有出版物和专利申请引入本文作为参考至如同每一单独出版物或专利申请被具体和单独引入作为参考的程度。
鉴于本发明的公开内容，所有本文公开和要求保护的所述组合物和/或方法可以在不需要不适当实验下被制备和实施。尽管已经通过优选实施方案描述了本发明的组合物和方法，但对于本领域技术人员而言显然的是，在不背离本发明的构思、精神和范围的情况下，可以对本文所述的组合物和/或方法和本文所述方法的步骤或步骤的顺序进行改变。更具体地说，显然，某些化学上和生理学上均相关的试剂可以代替本文所述的试剂，且能够获得同样或类似的结果。所有这些对本领域技术人员而言显然的类似替代和改进被认为处于如所附权利要求所定义的发明的精神、范围和构思之内。
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Claims (16)

1.一种抗菌聚合物添加剂，包含分子量高于350克/摩尔的空间位阻的N-卤代胺，其中所述空间位阻的N-卤代胺选自：癸二酸二（N-溴-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）酯；聚[[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]-均-三嗪-2,4-二基]-N-X-[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]-六亚甲基-[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]]；N-X-[烷基甲酸(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)酯]；聚[(6-吗啉代-均-三嗪-2,4-二基)-N-X-[2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基]亚氨基]-六亚甲基-[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]]；3-十二烷基-N-X-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)琥珀酰亚胺；D-葡萄糖醇，1,3:2,4-双-O-(N-X-2,2,6,6-四甲基-4-亚哌啶基)；1,2,3,4-丁烷四甲酸与β,β,β’,β’-四甲基-2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷-3,9-二乙醇和N-X-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基酯的聚合物；聚[氧[甲基[3-[N-X-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-氧]丙基]亚甲硅烷基]]；及其混合物和组合物，其中X是C1或Br。
2.权利要求1的添加剂，其中所述卤化物的源体选自：二-X-异氰脲酸钠、次氯酸钠、N-X-琥珀酰亚胺和次氯酸钙，其中X选自C1或Br。
3.权利要求1的添加剂，其中所述抗菌聚合物添加剂在卤化之前、之中或之后与聚合物材料混合。
4.权利要求1的添加剂，其中所述抗菌聚合物添加剂是抗革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、抗药性物种和/或其组合的抗菌剂。
5.权利要求1的添加剂，其中所述抗菌聚合物添加剂加入一种通过挤出、注塑、热压、涂覆、涂装、溶剂蘸塑、其混合方法或其组合方法形成的聚合物中。
6.权利要求1的添加剂，其中所述聚合物被形成为珠、薄膜、管、片、丝线、缝合线、网、绷带、粘合绷带、导管、容器、池、过滤器、丝、纱线、纤维、膜、涂料、涂漆及其组合。
7.一种制备抗菌聚合物的方法，包括如下步骤：通过溶液和/或热共混将空间位阻胺加入聚合物材料中；将所述聚合物材料加工成期望的形式；和将所述聚合物材料暴露到一种卤化物原子的源体中以生成空间位阻的N-卤代胺，其中所述空间位阻的N-卤代胺选自：癸二酸二（N-溴-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）酯；聚[[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]-均-三嗪-2,4-二基]-N-X-[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]-六亚甲基-[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]]；N-X-[烷基甲酸(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)酯]；聚[(6-吗啉代-均-三嗪-2,4-二基)-N-X-[2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基]亚氨基]-六亚甲基-[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]]；3-十二烷基-N-X-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)琥珀酰亚胺；D-葡萄糖醇，1,3:2,4-双-O-(N-X-2,2,6,6-四甲基-4-亚哌啶基)；1,2,3,4-丁烷四甲酸与β,β,β’,β’-四甲基-2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷-3,9-二乙醇和N-X-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基酯的聚合物；聚[氧[甲基[3-[N-X-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-氧]丙基]亚甲硅烷基]]；及其混合物和组合物，其中X是C1或Br。
8.权利要求7的方法，其中所述抗菌聚合物通过将包括一种空间位阻胺的聚合物暴露于一种卤化物原子源体而进行再补充。
9.权利要求7的方法，其中所述卤化物的源体选自：二-X-异氰脲酸钠、次氯酸钠、N-X-琥珀酰亚胺和次氯酸钙，其中X选自C1或Br。
10.权利要求7的方法，其中所述抗菌聚合物为抗革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、抗药性物种和/或其组合的抗菌剂。
11.一种制备抗菌聚合物的方法，包括如下步骤：将一种空间位阻胺和一种卤化物原子的源体混合，以形成一种空间位阻的N-卤代胺；和通过挤出、注塑、热压、涂覆、涂装或溶剂蘸塑将该空间位阻的N-卤代胺加入聚合物中制成抗菌聚合物，其中所述空间位阻的N-卤代胺选自：癸二酸二（N-溴-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）酯；聚[[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]-均-三嗪-2,4-二基]-N-X-[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]-六亚甲基-[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]]；N-X-[烷基甲酸(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)酯]；聚[(6-吗啉代-均-三嗪-2,4-二基)-N-X-[2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基]亚氨基]-六亚甲基-[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]]；3-十二烷基-N-X-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)琥珀酰亚胺；D-葡萄糖醇，1,3:2,4-双-O-(N-X-2,2,6,6-四甲基-4-亚哌啶基)；1,2,3,4-丁烷四甲酸与β,β,β’,β’-四甲基-2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷-3,9-二乙醇和N-X-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基酯的聚合物；聚[氧[甲基[3-[N-X-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-氧]丙基]亚甲硅烷基]]；及其混合物和其组合物，其中X是C1或Br。
12.权利要求11的方法，其中所述抗菌聚合物通过将包括一种空间位阻胺的聚合物暴露于一种卤化物原子的源体而进行再补充。
13.权利要求11的方法，其中所述卤化物的源体选自：二-X-异氰脲酸钠、次氯酸钠、N-X-琥珀酰亚胺和次氯酸钙，其中X选自C1或Br。
14.权利要求11的方法，其中所述抗菌聚合物为抗革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、抗药性物种和/或其组合的抗菌剂。
15.一种再补充抗菌聚合物的方法，包括如下步骤：将一种包括四取代的哌啶基化合物的聚合物暴露至一种卤化物原子的源体，其中所述四取代的哌啶基化合物选自：癸二酸二（N-溴-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）酯；聚[[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基]-均-三嗪-2,4-二基]-N-X-[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]-六亚甲基-[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]]；N-X-[烷基甲酸(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)酯]；聚[(6-吗啉代-均-三嗪-2,4-二基)-N-X-[2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基]亚氨基]-六亚甲基-[(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基]]；3-十二烷基-N-X-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)琥珀酰亚胺；D-葡萄糖醇，1,3:2,4-双-O-(N-X-2,2,6,6-四甲基-4-亚哌啶基)；1,2,3,4-丁烷四甲酸与β,β,β’,β’-四甲基-2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷-3,9-二乙醇和N-X-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基酯的聚合物；聚[氧[甲基[3-[N-X-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-氧]丙基]亚甲硅烷基]]；及其混合物和组合物，其中X是C1或Br。
16.权利要求15的方法，其中所述卤化物的源体选自：二-X-异氰脲酸钠、次氯酸钠、N-X-琥珀酰亚胺和次氯酸钙，其中X选自C1或Br。
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