CN101633722A - 抗菌聚合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗菌聚合物包含至少一由化学式(A)表示的重复单元，其中，每一个R1独立地为C6－C30的二价芳香族基团、C2～C16的亚烷基或一亚烷基双环己基；每一个Y独立地为氧原子或硫原子；及每一个Z1、Z2、Z3与Z4各自独立地为氢原子或卤素原子；其中至少一由化学式(A)表示的重复单元中的Z1、Z2、Z3与Z4中的至少一个为卤素原子。本发明也揭示该抗菌聚合物的制备方法及其使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗菌聚合物，特别是涉及一种主链是由至少一含有至少一种的抗菌官能基(特别是卤胺基团(N-halamine groups))的重复单元所构成的抗菌聚合物，及其制备方法与使用。
背景技术
早已有研究员研究高分子量的卤胺系聚合物(N-halamine polymer)，例如：Koutinas和Demertzis等人在Journal of Polymer Science：Polymer Chemistry Edition，vol.21，p.335-p.340(1983)上发表借由对聚酰胺(polyamide)与聚尿素(polyurea)等带有N-H键的商品化聚合物产品进行氯化处理，来制备卤胺系聚合物，其中，他们使用有机及无机的次氯酸盐类作为卤化剂，值得留意的是，如果要使聚酰胺达到较高的氯化率(即更多N-H键上的H被置换成Cl)，就必须要使用较贵的有机试剂，例如次氨酸叔丁基酯(tert-butyl hypochlorite；简称t-BuOCl)，且耗时较长。
之后，一些研究者发展出主链上接枝有环状卤胺单元(cyclic N-halamine units)的抗菌聚合物。虽然目前研究显示环状卤胺衍生物(cyclic N-halamine derivative)具有不错的抗菌效果，且比活性卤素(free halogen)、臭氧(ozone)和二氧化氯稳定，但是相对地，其需要较长的时间才能呈现出抗菌效果，且其分子量大多是不大于200，因此，实际使用所述环状卤胺衍生物时会有安全上的疑虑。
另，从2004年Yuyu Sun和Gang Sun等人在Ind.Eng.Chem.Res.，vol.43，p.5015-p.5020上发表的文献上可以得知含酰胺键的聚合物上的N-H键能否被氯化成N-Cl键和其酰胺键旁是否存在有α-氢有关。如图1所示，若酰胺键旁无α-氢，则从其氯化的反应机制可知N-Cl键是可以生成的，其中的Ar代表芳香族基团；Me代表甲基。如图2所示，若酰胺键旁有α-氢，可以推测的是邻近酰胺键的α位置上的氢原子会因1，4-氢原子转移(1，4-hydrogen shift)而转移到酰胺键上的氮原子上，使得氮原子无法与氯原子键结成N-Cl键。
为了更了解含酰胺键的化合物的抗菌机制，在上述2004年的文献中，Yuyu Sun和Gang Sun等人还对不具有α-氢的商品化聚酰胺，即具有如下式(p1)所示的重复单元的Kevlar聚酰胺及具有如下式(p2)所示的重复单元的Nomex聚酰胺施予一氯化处理。
实验结果显示Nomex聚酰胺能持续地被氯化，而Kevlar聚酰胺却无法被氯化且氯化处理会导致降解，针对此现象，Yuyu Sun等人认为是因Kevlar聚酰胺具有与苯环键结的弱对位-酰胺键(para-amide bonds)，使其在氯化过程中更容易被水解。
为了解释Kevlar聚酰胺因氯化处理而产生的降解，同一研究团队的Worley等人在J.Phy.Chem.B，vol.111，p.5581-p.5586(2007)上发表了如图3所示的反应机制，显示当经氯化的Kevlar聚酰胺与水接触时，会失去一个氯原子而形成负电荷，此时(当电子去定域化时)会造成另一个氯的解离而形成一醌型(quinone-type)结构。
相反地，当经氯化的Nomex聚酰胺脱氯后，一如图4所示地的稳定的共振结构的形成是可以推知的。由上可知，制备具有抗菌效果的卤胺系聚酰胺可能必须符合两个要件：(1)酰胺键旁不能有可转移的α-氢；(2)在脱除氯后，必须形成一稳定的结构。
于是，S.D.Worley与Gang Sun的研究团队便积极发展能同时符合上述条件的无α-氢的环状卤胺系聚合物。事实上，近30年来，S.D.Worley与Gang Sun的研究团队开发了一系列环状卤胺系聚合物，包含：侧链接枝有如下式(p3)的恶唑烷酮(oxazolidinones)的聚合物、侧链接枝有如下式(p4)的咪唑烷酮(imidazolidinones)的聚合物、侧链接枝有如下式(p5)的乙内酰(hydantoins)的聚合物等等，其中的Ra1至Ra10各自分别是C1-C4的烷基。
之后，再对上述聚合物施予一卤化处理使其上的N-H键上的氢原子被卤素原子取代，借此使该经氯化的聚合物变成具抗菌性。例如：US5490983即揭示9种含环状卤胺的抗菌聚合物，但是在制备所述聚合物的过程中，前述的环状化合物必须被施予一前处理使其转换为一反应性官能基，以便接枝到被选出的聚合物的侧链上。所以，所述聚合物的制备方法会有制备程序复杂及能使用的聚合物种类有限的缺点。
因此，仍有需要发展出一新颖的具有良好抗菌效果且容易被制得的抗菌聚合物。
发明内容
本发明的第一目的是在提供一种包含至少一由化学式(A)表示的重复单元的抗菌聚合物：
其中，在由化学式(A)表示的重复单元中，
每一个R1独立地为C6-C30的二价芳香族基团、C2～C16的亚烷基或一亚烷基双环己基；
每一个Y独立地为O或S；及
每一个Z1、Z2、Z3与Z4各自独立地为H或卤素原子；
其中至少一由化学式(A)表示的重复单元中的Z1、Z2、Z3与Z4中的至少一个为卤素原子。
本发明的第二目的是在提供一种用于制备前述的抗菌聚合物的方法，该方法包含对一前驱聚合物施予一卤化处理，该前驱聚合物包含至少一由化学式(A’)表示的重复单元：
其中，Y和R1的定义与前述的Y和R1相同；
以使得在该至少一由化学式(A’)表示的重复单元中的至少一N-H键上的H被置换为卤素原子。
本发明的有益效果在于：本发明使用的前驱聚合物可以轻易地被卤化以形成本发明抗菌聚合物，也就是可以利用制程简易的卤化反应来制备本发明抗菌聚合物，且该抗菌聚合物在去卤化后可以维持稳定状态，也符合具有良好抗菌效果的条件，所以确实达成本发明目的。
附图说明
图1是一反应流程图，撷取自Yuyu Sun and Gang Sun，Ind.Eng.Chem.Res.，vol.43，p.5015-p.5020(2004)，说明一含酰胺键且该酰胺键旁无α-氢的聚合物上的N-H键的氯化的反应机制；
图2是一反应流程图，说明一含酰胺键且该酰胺键旁有α-氢的聚合物上的N-H键无法氯化的原因；
图3是一反应流程图，撷取自S.D.Worley et al.，J.Phys.Chem.B，111：5581-5586(2007)，显示含有氯原子的Kevlar聚酰胺是一不稳定的结构；
图4是一反应流程图，说明当经氯化的Nomex聚酰胺脱氯后会形成稳定的共振结构；
图5是一反应流程图，说明当经氯化的前驱聚合物(即本发明抗菌聚合物)脱氯后，会形成稳定的共振结构；及
图6是一X-ray电子能谱仪(XPS)的图谱，说明下述实施例3所制备的本发明抗菌薄膜BF6的结构特性。
具体实施方式
有鉴于现有要制备含有环状卤胺的聚合物的步骤较为复杂，以及一些现有氯化的聚酰胺/聚脲聚合物结构上的缺陷，发明人努力地发展出一新颖的抗菌聚合物，其是可以透过一简单的制造程序被制得，且在除氯后可以维持在一稳定的共振结构。明确地，发明人目标是合成一抗菌聚合物的由至少一含有至少一种的抗菌官能基的重复单元的主链，特别是卤胺基团。
因此，本发明提供一种包含至少一由化学式(A)表示的重复单元的抗菌聚合物：
其中，在由化学式(A)表示的重复单元中，每一个R1独立地为C6-C30的二价芳香族基团、C2～C16的亚烷基或一亚烷基双环己基；
每一个Y独立地为O或S；及
每一个Z1、Z2、Z3与Z4各自独立地为H或卤素原子；
其中至少一由化学式(A)表示的重复单元中的Z1、Z2、Z3与Z4中的至少一个为卤素原子。
在本发明的一较佳具体实施例中，在该至少一由化学式(A)表示的重复单元中的Z3与Z4的至少一个为卤素原子。在本发明的另一较佳具体实施例中，在该至少一由化学式(A)表示的重复单元中的Z3与Z4皆为卤素原子。
依据本发明，该卤素原子是选自于Cl、Br，或它们的一组合。在本发明的一较佳具体实施例中，该卤素原子是Cl。
在本发明的一较佳具体实施例中，在本发明抗菌聚合物的至少一由化学式(A)表示的重复单元中，每一个Y为O。
依据本发明，该抗菌聚合物可以进一步包含至少一由化学式(B)表示的重复单元：
其中，在由化学式(B)表示的重复单元中，每一个R1的定义与前述化学式(A)相同；每一个R2独立地选自于：
(i)
其中，
当R3为亚乙基时，n1是介于1至227之间的整数；
当R3为亚丙基时，n1是介于1至172之间的整数；及
当R3为亚丁基时，n1是介于1至138之间的整数；
(ii)-O-R4-O-，其中，
R4为C2～C16的亚烷基；
(iii)
其中，
R5为C2～C16的亚烷基、C6～C30的二价芳香族基团、一亚烷基双环己基、
其中，
R6、R7及R8各自分别为C2～C16的亚烷基；及
n2是介于1至46之间的整数；以及
R9及R11各自分别为C2～C16的亚烷基；
R10为C2～C16的亚烷基或-R12-O-R13-，且R12及R13各自分别为C2～C4的亚烷基；及
n3及n4各自分别是介于1至86之间的整数；且
每一个Z5与Z6各自独立地为H或卤素原子。
在本发明的一较佳具体例中，在该抗菌聚合物的至少一由化学式(A)表示的重复单元与至少一由化学式(B)表示的重复单元中，每一个R1独立地为C6-C13的二价芳香族基团、C2～C12的亚烷基或4，4’-亚甲基双环己基(4，4’-methylene biscyclohexyl)
在本发明的一更佳具体例中，在该抗菌聚合物的至少一由化学式(A)表示的重复单元与至少一由化学式(B)表示的重复单元中，每一个R1独立地为C2～C8的亚烷基、一亚苯基(phenylene)、一亚萘基(naphthylene)、3-甲基-间-亚苯基(3-methyl-m-phenylene)2-甲基-对-亚苯基(2-methyl-p-phenylene)
4，4’-亚甲基双苯基(4，4’-methylenebisphenyl)
或4，4’-亚甲基双环己基。
在本发明的一较佳具体例中，在该抗菌聚合物的至少一由化学式(B)表示的重复单元中，每一个R2独立地为
且R3为亚乙基，n1是介于1至91之间的整数。更佳地，n1是介于1至45之间的整数。
在本发明的另一较佳具体例中，在该抗菌聚合物的至少一由化学式(B)表示的重复单元中，每一个R2独立地为且R3为亚丙基，n1是介于1至70之间的整数。更佳地，n1是介于1至34之间的整数。
在本发明的又一较佳具体例中，在该抗菌聚合物的至少一由化学式(B)表示的重复单元中，每一个R2独立地为
且R3为亚丁基，n1是介于1至56之间的整数。更佳地，n1是介于1至28之间的整数。
在本发明的又一较佳具体例中，在该抗菌聚合物的至少一由化学式(B)表示的重复单元中，每一个R2独立地为-O-R4-O-，且R4为亚丁基。
在本发明的又一较佳具体例中，在该抗菌聚合物的至少一由化学式(B)表示的重复单元中，每一个R2独立地为
且R5为C6～C13的二价芳香族基团、C2～C12的亚烷基、4，4’-亚甲基双环己基、
更佳地，R5为C2～C8的亚烷基、一亚苯基、一亚萘基、4，4’-亚甲基双苯基、4，4’-亚甲基双环己基、3-甲基-间-亚苯基、2-甲基-对-亚苯基、
或
又更佳地，R5为C2～C6的亚烷基或一亚苯基。
在本发明的又一较佳具体例中，在该抗菌聚合物的至少一由化学式(B)表示的重复单元中，每一个R2独立地为
且R6、R7及R8各自分别为C2～C12的亚烷基；及n2是介于1至18之间的整数。更佳地，n2是介于1至9之间的整数。
在本发明的又一较佳具体例中，在该抗菌聚合物的至少一由化学式(B)表示的重复单元中，每一个R2独立地为
且R9及R11各自分别为C2～C12的亚烷基；R10为C2～C12的亚烷基或-R12-O-R13-，其中的R12及R13各自分别为C2～C4的亚烷基；及n3及n4各自分别是介于1至34之间的整数。更佳地，n3及n4各自分别是介于1至17之间的整数。
在本发明的一较佳具体例中，在该抗菌聚合物的至少一由化学式(B)表示的重复单元中，每一个R1独立地为C2～C6的亚烷基或4，4’-伸甲基双苯基；每一个Y为O；及每一个R2独立地为与-O-R4-O-，其中，R3为亚乙基，n1是介于30至50之间的整数，或R3为亚丁基，n1是介于24至32之间的整数，及R4为亚丁基。
较佳地，在本发明抗菌聚合物中，该至少一由化学式(A)表示的重复单元与该至少一由化学式(B)表示的重复单元的摩尔比例是介于0.003∶0.997至0.999∶0.001之间。
根据本发明，该包含至少一由化学式(A)表示的重复单元的抗菌聚合物可借由对一前驱聚合物施予一卤化处理而制得，该前驱聚合物包含至少一由化学式(A’)表示的重复单元：
其中，Y和R1的定义与前述化学式(A)所述相同；
以使得该至少一由化学式(A’)表示的重复单元中的至少一N-H键上的H被置换为卤素原子。
根据本发明，该卤化处理可借由使用一含有Cl、Br或它们的一组合的卤化剂而达成的。
适用于本发明的卤化剂包括但是并不限于：过卤酸(perhalic acid)、过卤酸盐(perhalates)、卤酸(halic acid)或卤酸盐(halates)、亚卤酸(halous acid)、亚卤酸盐(halites)、次卤酸(hypohalous acid)、次卤酸盐(hypohalites)、卤素气体(halogen gases)、三氯异氰尿酸(trichloroisocyanuric acid；TCCA)，或它们的一组合。
在本发明的一较佳具体例中，该卤化剂为次氯酸钠。
根据本发明，卤化的程度可以借由控制该前驱聚合物及该卤化剂的化学剂量比来做调整。
根据本发明，该前驱聚合物可借由使一含有至少一二胺及至少一二异氰酸酯的混合物进行一聚合反应而制得，其中，该至少一二胺是择自尿素、硫脲，或它们的一组合，而该至少一二异氰酸酯具有化学式(I)：
OCN-R1-NCO (I)
其中，R1的定义与前述化学式(A)所述相同。
在本发明的一较佳具体例中，该至少一二胺是尿素。
在本发明的一较佳具体例中，本发明方法中所使用的至少一二异氰酸酯中，R1为C6～C13的二价芳香族基团、C2～C12的亚烷基或4，4’-亚甲基双环己基。
在本发明的一更佳具体例中，本发明方法中所使用的至少一二异氰酸酯中，R1为C2-C12的亚烷基、一亚苯基、一亚萘基、3-甲基-间-亚苯基、2-甲基-对-亚苯基、4，4’-亚甲基双苯基或4，4’-亚甲基双环己基。
根据本发明，进行聚合反应的混合物可进一步包含至少一含活性氢化合物。当该至少一含活性氢化合物具有一化学式(II)：
H-R2-H (II)
其中，R2的定义与前述化学式(B)所述相同；
该因而形成的前驱聚合物更一步地包含至少一由化学式(B’)表示的重复单元：
其中，R1的定义与前述化学式(A)所述相同；及R2的定义与前述化学式(B)所述相同。
如上述，该因而形成的前驱聚合物的氯化会产生进一步包含具有至少一由化学式(B)表示的重复单元的本发明抗菌聚合物的形成。
在本发明的一较佳具体例中，在该至少一含活性氢的化合物的化学式(II)中，R2为
且R3为亚乙基，n1是介于1至91之间的整数。更佳地，n1是介于1至45之间的整数。
在本发明的另一较佳具体例中，在该至少一含活性氢的化合物的化学式(II)中，R2为
且R3为亚丙基，n1是介于1至70之间的整数。更佳地，n1是介于1至34之间的整数。
在本发明的又一较佳具体例中，在该至少一含活性氢的化合物的化学式(II)中，R2为
且R3为亚丁基，n1是介于1至56之间的整数。更佳地，n1是介于1至28之间的整数。
在本发明的又一较佳具体例中，在该至少一含活性氢的化合物的化学式(II)中，R2为-O-R4-O-，且R4为亚丁基。
在本发明的又一较佳具体例中，在该至少一含活性氢的化合物的化学式(II)中，R2为
且R5为C6～C13的二价芳香族基团、C2～C12的亚烷基、4，4’-亚甲基双环己基、
更佳地，R5为C2～C8的亚烷基、一亚苯基、一亚萘基、4，4’-亚甲基双苯基、4，4’-亚甲基双环己基、3-甲基-间-亚苯基、2-甲基-对-亚苯基、
较佳地，R5为C2～C6的亚烷基或一亚苯基。
在本发明的又一较佳具体例中，在该至少一含活性氢的化合物的化学式(II)中，R2为
在本发明的又一较佳具体例中，在该至少一含活性氢的化合物的化学式(II)中，R2为
在本发明的一较佳具体例中，所使用的二胺为尿素，所使用的二异氰酸酯是R1为C2～C6的亚烷基或4，4’-亚甲基双苯基；且该含活性氢的化合物的R2为与-O-R4-O-，其中，R3为亚乙基，n1是介于30至50之间的整数，或R3为亚丁基，n1是介于24至32之间的整数，及R4为亚丁基。
以该至少一二胺与该至少一含活性氢的化合物总摩尔数计，该至少一含活性氢的化合物的用量是介于0.1mol％至99.7mol％之间。
本发明所使用的前驱聚合物可借由该领域中已知的以往制法制得，即借由令一包含一二胺、一二异氰酸酯，选择性地，一含活性氢化合物的混合物进行一聚合反应而制得。可以预期的是，使用者借由变化或调整前述三种组份的种类及用量可以使制得的前驱聚合物具有所欲的重量平均分子量。
根据本发明，本发明聚抗菌聚合物的重量平均分子量可随使用的特定前驱聚合物而变化。较佳地，该前驱聚合物具有一介于500至2,000,000之间的重量平均分子量，且更佳地，是介于500至1,000,000之间。因此，按照其最终用途，可以轻易地制造出一具有适当重量平均分子量的抗菌聚合物。
发明人发现本发明使用的前驱聚合物可以轻易地被卤化以形成本发明抗菌聚合物，且该抗菌聚合物在去卤化后可以维持稳定状态。对于观察到的现象的可能解释是，在该前驱聚合物的主链上，该至少一由化学式(A’)表示的重复单元具有至少四个可以被卤化的N-H键，且在该至少一由化学式(A’)表示的重复单元中没有在酰胺键旁出现可转移的α-氢。此外，本发明抗菌聚合物的去卤化可导致一稳定共振结构的形成，可能是透过如图5所示的反应机制。
本发明抗菌聚合物可以被制成此领域所熟知的纤维、织物、薄膜、泡棉、胶体或溶液型态。例如：一如前述的前驱聚合物可溶于一适当的有机溶剂内，且合成的混合物可以被用来制备一薄膜，该薄膜随后被浸置于一含有氯离子的水溶液中，以产生氯化反应，因而得到本发明抗菌薄膜。
适用于本发明的有机溶剂包含但是并不限于：二甲基乙酰胺(dimethylacetamide；简称DMAC)、丙酮、丁酮、乙酸乙酯(ethyl acetate)、甲苯(toluene)、乙酸丁酯(n-butylacetate)、二甲基甲酰胺(N，N-dimethylformamide；简称DMF)、四氢呋喃(tetrahydrofuran；简称THF)、N-甲基砒喀烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone；简称NMP)、二甲基亚枫(dimethyl sulfoxide；简称DMSO)，或它们的一组合。在本案的一具体实施例中，该有机溶剂是二甲基乙酰胺。
选择性地，该抗菌聚合物可被制成一表面处理剂，例如：本发明抗菌聚合物可溶解于适当的有机溶剂，如前述所列举的有机溶剂之一。该合成的混合物可以接着被使用于需要透过喷洒或涂布进行消毒处理的表面上。
当本发明抗菌聚合物被制成一薄膜形式，它可以借由将一由相同的前驱聚合物制成的薄膜以一含卤素溶液，例如一次氯酸纳水溶液处理而制得，其中的卤素含量可以被调整以控制合成的抗菌薄膜的卤化程度。根据实验，将一前驱聚合物薄膜浸置于一浓度介于0.6～1.4wt％之间的次氯酸钠水溶液中30分钟，即足以获得本发明抗菌薄膜。
实施例
本发明将就以下实施例来作进一步说明，但是应了解的是，所述实施例只为例示说明之用，而不应被解释为本发明实施的限制。
<仪器>
1.核磁共振光谱仪(Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer；以下简称NMR)：本案使用到两台NMR，皆购自于Bruker，型号分别为AVANCE DRX-300MHz及AVANCE DRX-400MHz，其中AVANCE DRX-300MHz被用来测量氢谱(1H-NMR)；AVANCE DRX-400MHz被用来测量碳谱(13C-NMR)且设定在100MHz。
2.红外线光谱仪(Fourier Transform Infrared Spectrometer：以下简称FT-IR)：购自于Perkin-Elmer，型号为Spectrum One-FT-IR Spectrophotometer。
3.X-ray电子能谱仪(X-ray photoelectron spectroscopy；以下简称XPS)：购自于Thermo Scientific，型号为Theta Probe。
<化学品来源>
1.聚四亚甲基醚二醇(polytetramethylene ether glycol；以下简称PTMEG)：购自于Aldrich；型号：13440；数目平均分子量(Mn)约为2000。
2.聚乙二醇A(以下简称PEG-A)：购自于Fluka；型号：81221；重量平均分子量(Mw)为1900～2200。
3.聚乙二醇B(以下简称PEG-B)：购自于Merck；型号：8.07489.10000；重量平均分子量(Mw)为1400～1600。
4.二甲基乙酰胺(DMAC)：购自于Acros Organics；型号：TG-005。
5.1，4-丁二醇(1，4-butanediol；简称1，4-BD)：购自于Sigma-Aldrich；型号：493732。
6.4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(4，4’-diphenylmethane diisocyanate；简称MDI)：购自于Aldrich；型号：25643-9。
7.尿素(urea)：购自于Sigma-Aldrich；型号：U5128。
8.次氯酸钠(NaOCl)：购自于Riedel-de
；型号：13440。
9.1，6-己撑二异氰酸酯(1，6-hexamethylene diisocyanate；简称HDI)：购自于TCI；型号：H0324。
实施例1(制备前驱聚合物)
前驱聚合物(PP)1-7是使用下表1所示的反应物所制备出来的。
表1
【注】「-」表示未添加或未量测。
A.前驱聚合物的制备
前驱聚合物1(PP1)是以下述方式被制备：将58.8g的PTMEG置于一四口反应瓶中，并于100℃的真空烘箱(真空度为1torr)内除水8小时。再将已除水过的PTMEG及30mL的DMAC置入一温度为60℃的附有顶置式搅拌器(overhead stirrer)的反应槽(购自于东光玻璃仪器；型号为A-138-04)内，并接着使其在真空度为1torr下除水2小时。再添加2.3g的1，4-BD至该反应槽内，接着，将温度升温至80℃，并在温度达平衡(即80℃)0.5小时后，再加入0.5g的尿素。之后，加入相对于0.95倍的〔PTMEG、1，4-BD与尿素的当量数总合〕(约15g)的MDI，形成一混合液以进行聚合反应，并在300rpm的搅拌速率下缓慢添加DMAC稀释该混合液，直到该混合液的黏度达一平衡值。
发明人发现进一步添加DMAC可以促进合成的聚合物的分散和阻止不想要的具有高分子量的聚合物的局部形成。此外，添加的DMAC量是依据该混合液的固态含量被决定，以至于PTMEG、1，4-BD和尿素的总重量在该混合液中恰好落于20wt％～30wt％之间。
之后，添加(约0.05倍的〔PTMEG、1，4-BD与尿素的当量数总合〕)(即约0.8g)的MDI使该混合物的黏度再度上升并到达另一高于原平衡值的平衡值，接着，停止加热且立刻加入10ml的甲醇以中止反应，并将得到的含有该合成的前驱聚合物(即PP1)的反应混合液倒入冰水中，以析出PP1，并将其置于90℃的烘箱中收集及烘干，历时1天，进而得到62.1g的经干燥的产物。
前驱聚合物(PP)2-6实质上是依据上述制程被制备，除了如表1所示的不同的反应物的种类和用量。干燥后的前驱聚合物(PP)1-5的重量也被记载于表1中。
前驱聚合物7(PP7)是以下述方式被制备：先将含有10g尿素的50ml的DMAC加入-80℃且持续搅拌的附有顶置式搅拌器的反应槽中，再添加41.67g的MDI以形成-混合液进行聚合反应，并在300rpm的搅拌速率下缓慢添加DMAC稀释该混合液，直到该混合液的黏度达一平衡值，接着，停止加热且立刻加入10ml的甲醇以中止反应，并将得到的含有该合成的前驱聚合物(即PP7)的反应混合液倒入冰水中，以析出PP7，并将其置于90℃的烘箱中收集及烘干，历时1天，进而得到40.2g的经干燥的产物。
B.前驱聚合物的结构特性
获得的前驱聚合物(PP)1-7以NMR和FT-IR仪器鉴定其结构特性。获得的PP1、PP2和PP6的结果概述如下：
1.PP1的结构特性：
NMR的鉴定结果为1H-NMR(d7-DMF，δ，..ppm，300MHz)：7.49(d，J＝6.3Hz，4H，-ArH)，7.15(d，J＝6.3Hz，4H，-ArH)，5.32(t，J＝3.3Hz，0.3H，-NH)，4.14-4.09(m，3.5H，氨基甲酸酯的-CH2)，3.85(br，2H，-ArCH2Ar-)，3.47(br，52H，PTMEG的-OCH2)，1.72-1.64(m，3.5H，-CH2)，1.56(br，52H，PTMEG的-CH2)。
FT-IR的鉴定结果为FT-IR(KBr，vcm-1)：3312(N-H伸展(stretching))，2940(SP3C-H伸展)，2852(SP3C-H伸展)，2797(SP3C-H伸展)，1728(C＝O伸展)，1671(C＝O伸展)，1594(C＝C伸展)，1478(C＝C伸展)，1221(C-O伸展)。
根据结构特性的结果，PP1具有多个如下式(EA)及(EB)所示的重复单元：
其中，在所述式(EB)所示的重复单元中，每一个R2选自于
及
其中依据PTMEG的分子量可推估出n1为27。
2.PP2的结构特性：
NMR的鉴定结果为1H-NMR(d7-DMF，δ，..ppm，300MHz)：7.64(d，J＝6.0Hz，4H，-ArH)，7.31(d，J＝6.0Hz，4H，-ArH)，5.51(t，J＝3.3Hz，0.4H，-NH)，4.30-4.24(m，3H，氨基甲酸酯-CH2)，4.02(br，2H，-ArCH2Ar-)，3.55(br，52H，PTMEG的-OCH2)，1.74(br，3H，-CH2)，1.61(br，52H，PTMEG的-CH2o)。
FT-IR的鉴定结果为FT-IR(KBr，vcm-1)：3302(N-H伸展)，2928(SP3C-H伸展)，2791(SP3C-H伸展)，2846(SP3C-H伸展)，1731(C＝O伸展)，1698(C＝O伸展)，1643(C-N伸展)，1597(C＝C伸展)，1531(N-H谱带)，1476cm-1(C＝C伸展)，1212cm-1(C-O伸展)。
根据结构特性的结果，PP2具有多个相同于上述用以描述PP1的式(EA)及(EB)所示的重复单元。
3.PP6的结构特性：
NMR的鉴定结果为13C-NMR(d7-DMF，δ，..ppm，100MHz)：154.3、154.2、153.3、138.5、137.9、136.2、135.7及118.8(C)；129.3(CH)；以及70.6、64.3、40.5(CH2)。
FT-IR的鉴定结果为FT-IR(KBr，vcm-1)：3337(N-H伸展)，2872(SP3C-H伸展)，1700(C＝O伸展)，1597(C＝C伸展)，1413(C＝C伸展)，1223(C-O伸展)。
根据结构特性的结果，PP6具有相似于如上式(EA)及(EB)所示的重复单元，不同的地方在于：在该式(EB)所示的重复单元中的R2是择自于
及
且依据PEG-B的分子量可以推估n1约为31～36。
实施例2(制备抗菌聚合物)
在实施例1中所示的制备前驱聚合物PP1的步骤中，代替倒入冰水以获得前驱聚合物，本实施例是将于添加甲醇之后所获得的一反应混合物冷却至室温，且接着与约17mmole的次氯酸钠搅拌混合整夜以氯化该反应混合物中合成的前驱聚合物。经氯化的反应混合物被测得其固含量为20wt％且黏度约为76，400cps(23℃)。
经氯化的反应混合物可以倒入冰水以沉淀出其中的经氯化的前驱聚合物，进而得到本发明抗菌聚合物。
一以干燥粉末型态呈现的抗菌聚合物BP7依据前述方式由PP7被制得，并进一步为了抗菌测试而被制造成一锭状物A，同时由未经氯化的PP7制得一比较锭状物B作为比较例。
选择性地，该反应混合物可以直接被用来作为一工业使用上的涂布液。
实施例3(制备抗菌薄膜)
将于实施例1中制得的适量的PP1在加热至80℃的情形下溶解于DMAC中，以形成一含有20wt％的PP1的涂布液。该涂布液被倒在一置于一容器中的离形膜上，并以不锈钢棒涂布成膜，以得到一薄膜，而后，将该薄膜置于90℃的烘箱中约2小时以去除DMAC溶剂，进而得到一厚度为200μm经干燥的薄膜。之后，将该经干燥的薄膜浸置于一含有浓度介于1.2～2.8wt％之间的次氯酸钠水溶液中二天，以进行氯化反应，进而得到一含有经氯化的PP1的抗菌薄膜BF1。
由抗菌薄膜BF1的FT-IR图谱上，可以发现原先存在于PP1的FT-IR光谱上的N-H键的波峰强度减弱。
抗菌薄膜BF2-BF6实质上是依据抗菌薄膜BF 1的制备方法制得的，不同的地方在于：依序以于实施例1中所获得的PP2-PP6取代PP1，及浸置时间皆改为30分钟。
由抗菌薄膜BF2-BF6的FT-IR图谱上，同样地可以发现原先分别存在于BF2-BF6的FT-IR光谱上的N-H键的波峰强度减弱。
此外，依据图6所示的抗菌薄膜BF6的XPS图谱，可以在本发明化学式(A)的Z3和Z4处发现二个卤胺基团，及本发明化学式(B)的Z6处发现一个卤胺基团。
为了比较，依序由PP1-PP6制备经干燥的未经氯化的薄膜作为比较薄膜CF1-CF6。
实施例4(抗菌测试)
A.菌株的培养
从一保存的琼脂培养基上挑选出一单一菌落(single colony)的金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)(BCRC Number 15211)，并将其接种至一含有2000μL的LB肉汤培养液(LB broth)的15mL的离心管中，接着将该离心管震荡历时10分钟以充分散浮菌体，继而将所形成的库存(stock)菌液以LB肉汤培养液进行10倍连续稀释(10-fold serial dilution)，以得到具有不同稀释倍数(10-1、10-2、10-3、10-4以及10-5倍)的经稀释的菌液。之后，将100μL的具有不同稀释倍数的菌液分别接种至不同的琼脂培养基上并以三角玻璃棒予以均匀地涂布。接着，将涂布有菌液的琼脂培养基置于37℃的培养箱中进行培养，历时14～24小时。根据经计算的琼脂培养基的菌落形成单位，取适量库存菌液以灭菌水调整菌液浓度，以得到一浓度为106～107CFU/mL的试验菌液。
B.抗菌定性测试
将100μL的上述试验菌液分别接种至不同的琼脂培养基上并以三角玻璃棒予以均匀地涂布。接着，将实施例3所制得的薄膜BF1-BF5及CF1-CF6分别裁切成直径为1.5公分的圆形薄膜试片，并分别将它们水平地贴在上述含有试验菌液的琼脂培养基上，继而将所述琼脂培养基置于37℃的培养箱中进行培养历时14～24小时。之后，观察所述薄膜试片表面及其周围。
除了前述薄膜外，实施例2所制得的锭状物A及B也以同样的方式被测试。
本实验被重复进行两次，发明人以肉眼即可明显看出在薄膜BF1-BF5和锭状物A的表面及其周围没有菌落形成，而薄膜CF1-CF6和锭状物B的表面及其周围则有菌落形成。
C.抗菌定量测试
将实施例3所制得的薄膜BF1-BF6、CF1、CF2与CF6分别裁切成大小为2×2cm2的方形薄膜试片，并分别将它们水平地贴在一为50mL的血清瓶的底部上。
第一组实验：将20μL的上述浓度为106～107CFU/mL的试验菌液在37℃下接种于所述方形薄膜试片上。当试验菌液与所述方形薄膜试片接触后，立刻以20mL的灭菌水冲洗所述方形薄膜试片，并收集冲刷下来的水作为第一菌液样品。
第二组实验：将20μL的上述浓度为106～107CFU/mL的试验菌液在37℃下接种于所述方形薄膜试片上。当经培养24小时后，以20mL的灭菌水冲洗所述方形薄膜试片，并收集冲刷下来的水作为第二菌液样品。
将第一与第二菌液样品使用灭菌水进行10倍连续稀释，借此分别得到具有不同稀释倍数(10-1、10-2、10-3、10-4以及10-5倍)的第一与第二菌液样品。将100μL的具有不同稀释倍数的第一与第二菌液样品分别接种至不同的琼脂培养基上并以三角玻璃棒予以均匀地涂布。将涂布有第一与第二菌液样品的琼脂培养基置于37℃的培养箱中进行培养历时14～24小时后，计算不同琼脂培养基上的细菌菌落数，以决定出第一与第二菌液样品的菌落形成单位(CFUs)。上述实验被重复进行2次。
依据计算出的第一与第二菌液样品的CFUs，薄膜BF1-BF6、CF1、CF2及CF6的抗菌活性(antibacterial activity)可以根据下述方程式(M)而被计算出来。
其中，A表示：第一菌液样品(于培养0小时后收集)的CFU；B表示：第二菌液样品(于培养24小时后收集)的CFU。
当B远大于A时，即代表薄膜试片不具抗菌活性。
薄膜BF1-BF6、CF1、CF2及CF6的抗菌活性被显示于下表2中，表2中的菌落密度(CFU/cm2)是指在2x2cm2范围内计数所得到的菌落数除以(2x2cm2)而得到的数值。
表2
从表2可知，本发明抗菌薄膜BF1-BF6被证实具有良好的抗菌活性，此外，本发明抗菌聚合物可以轻易地借由对一包含至少一由化学式(A’)表示的前驱聚合物施予一卤化处理而制得。因此，本发明提供一简单且便利的制程来制备具有抗菌活性的抗菌聚合物。
Claims (34)
1.一种抗菌聚合物，其特征在于：该抗菌聚合物包含至少一由化学式(A)表示的重复单元：
其中，在由化学式(A)表示的重复单元中，
每一个R1独立地为C6-C30的二价芳香族基团、C2～C16的亚烷基或一亚烷基双环己基；
每一个Y独立地为O或S；及
每一个Z1、Z2、Z3与Z4各自独立地为H或卤素原子；
其中至少一由化学式(A)表示的重复单元中的Z1、Z2、Z3与Z4中的至少一个为卤素原子。
2.如权利要求1所述的抗菌聚合物，其特征在于：在该至少一由化学式(A)表示的重复单元中，Z3与Z4为卤素原子。
3.如权利要求1所述的抗菌聚合物，其特征在于：该卤素原子是选自于Cl、Br，或它们的一组合。
4.如权利要求1所述的抗菌聚合物，其特征在于：在该至少一由化学式(A)表示的重复单元中，每一个Y为O。
5.如权利要求1所述的抗菌聚合物，其特征在于：该抗菌聚合物还包含至少一由化学式(B)表示的重复单元：
其中，在由化学式(B)表示的重复单元中，
每一个R1的定义与权利要求1所述的R1相同；
每一个R2独立地选自于：
其中，
当R3为亚乙基时，n1是介于1至227之间的整数；
当R3为亚丙基时，n1是介于1至172之间的整数；及
当R3为亚丁基时，n1是介于1至138之间的整数；
(ii)-O-R4-O-，其中，
R4为C2～C16的亚烷基；
R5为C2～C16的亚烷基、C6-C30的二价芳香族基团、一亚烷基双环己基、
R6、R7及R8各自分别为C2～C16的亚烷基；及
n2是介于1至46之间的整数；以及
R9及R11各自分别为C2～C16的亚烷基；
R10为C2～C16的亚烷基或-R12-O-R13-，且R12及R13各自分别为C2～C4的亚烷基；及
n3及n4各自分别是介于1至86之间的整数；且
每一个Z5与Z6各自独立地为H或卤素原子。
6.如权利要求5所述的抗菌聚合物，其特征在于：在该至少一由化学式(A)及在该至少一由化学式(B)表示的重复单元中，每一个R1独立地为C6～C13的二价芳香族基团、C2～C12的亚烷基或4，4’-亚甲基双环己基。
7.如权利要求6所述的抗菌聚合物，其特征在于：该C6～C13的二价芳香族基团为一亚苯基、一亚萘基、3-甲基-间-亚苯基、2-甲基-对-亚苯基或，4’-亚甲基双苯基。
8.如权利要求5所述的抗菌聚合物，其特征在于：在该至少一由化学式(B)表示的重复单元中，R2独立地为
且R3为亚乙基，n1是介于1至91之间的整数。
9.如权利要求5所述的抗菌聚合物，其特征在于：在该至少一由化学式(B)表示的重复单元中，R2独立地为且R3为亚丙基，n1是介于1至70之间的整数。
10.如权利要求5所述的抗菌聚合物，其特征在于：在该至少一由化学式(B)表示的重复单元中，R2独立地为且R3为亚丁基，n1是介于1至56之间的整数。
11.如权利要求5所述的抗菌聚合物，其特征在于：在该至少一由化学式(B)表示的重复单元中，R2独立地为-O-R4-O-，且R4为亚丁基。
12.如权利要求5所述的抗菌聚合物，其特征在于：在该至少一由化学式(B)表示的重复单元中，R2独立地为
且R5为C2～C12的亚烷基、一亚苯基、一亚萘基、4，4’-亚甲基双苯基、4，4’-亚甲基双环己基、3-甲基-间-亚苯基、2-甲基-对-亚苯基、
13.如权利要求5所述的抗菌聚合物，其特征在于：该至少一由化学式(B)表示的重复单元中，R2独立地为
且R6、R7及R8各自分别为C2～C12的亚烷基；及n2是介于1至18之间的整数。
14.如权利要求5所述的抗菌聚合物，其特征在于：该至少一由化学式(B)表示的重复单元中，R2独立地为
R9及R11各自分别为C2～C12的亚烷基；R10为C2～C12的亚烷基或-R12-O-R13-，其中的R12及R13各自分别为C2～C4的亚烷基；及n3及n4各自分别是介于1至34之间的整数。
15.如权利要求5所述的抗菌聚合物，其特征在于：该至少一由化学式(A)表示的重复单元与该至少一由化学式(B)表示的重复单元的摩尔比例是介于0.003∶0.997至0.999∶0.001之间。
16.如权利要求1所述的抗菌聚合物，其特征在于：该前驱聚合物具有一介于500至2,000,000间的重量平均分子量。
17.如权利要求1所述的抗菌聚合物，其特征在于：该抗菌聚合物是呈纤维、织物、薄膜、泡棉、胶体或溶液型态。
18.如权利要求1所述的抗菌聚合物，其特征在于：该抗菌聚合物是被制成一表面处理剂。
19.一种用于制备如权利要求1所述的抗菌聚合物的方法，其特征在于：该方法包含对一前驱聚合物施予一卤化处理，该前驱聚合物包含至少一由化学式(A’)表示的重复单元：
其中，Y和R1的定义与权利要求1所述的Y和R1相同；
以使得在该至少一由化学式(A’)表示的重复单元中的至少一N-H上键的H被置换为卤素原子。
20.如权利要求19所述的抗菌聚合物，其特征在于：该卤化处理是借由使用一含有Cl、Br或它们的一组合的卤化剂而达成的。
21.如权利要求20所述的抗菌聚合物，其特征在于：该卤化剂是选自于过卤酸、过卤酸盐、卤酸、卤酸盐、亚卤酸、亚卤酸盐、次卤酸、次卤酸盐、卤素气体、三氯异氰尿酸，或它们的一组合。
22.如权利要求19所述的抗菌聚合物，其特征在于：该前驱聚合物是借由使一含有至少一二胺及至少一二异氰酸酯的混合物进行一聚合反应而制得，其中，该至少一二胺是择自尿素、硫尿，或它们的一组合，而该至少一二异氰酸酯具有化学式(I)：
OCN-R1-NCO (I)
其中，R1的定义与权利要求1所述的R1相同。
23.如权利要求22所述的抗菌聚合物，其特征在于：该至少一二胺是尿素。
24.如权利要求22所述的抗菌聚合物，其特征在于：在该化学式(I)中，R1为C6～C13的二价芳香族基团、C2～C12的亚烷基或4，4’-亚甲基双环己基。
25.如权利要求24所述的抗菌聚合物，其特征在于：该C6～C13的二价芳香族基团为一亚苯基、一亚萘基、3-甲基-间-亚苯基、2-甲基-对-亚苯基或4，4’-亚甲基双苯基。
26.如权利要求22所述的抗菌聚合物，其特征在于：该混合物还包含至少一具有化学式(II)的含活性氢的化合物：
H-R2-H (II)
其中，R2的定义与权利要求5所述的R2相同；
以至于因而形成的前驱聚合物更一步地包含至少一由化学式(B’)表示的重复单元：
其中，R1的定义与权利要求1所述的R1相同；及R2的定义与权利要求5所述的R2相同。
27.如权利要求26所述的抗菌聚合物，其特征在于：在该化学式(II)中，R2为
且R3为亚乙基，n1是介于1至91之间的整数。
28.如权利要求26所述的抗菌聚合物，其特征在于：在该化学式(II)中，R2为
且R3为亚丙基，n1是介于1至70之间的整数。
29.如权利要求26所述的抗菌聚合物，其特征在于：在该化学式(II)中，R2为
且R3为亚丁基，n1是介于1至56之间的整数。
30.如权利要求36所述的抗菌聚合物，其特征在于：在该化学式(II)中，R2为-O-R4-O-，且R4为亚丁基。
31.如权利要求26所述的抗菌聚合物，其特征在于：在该化学式(II)中，R2为
且R5为C2～C12的亚烷基、一亚苯基、一亚萘基、4，4’-亚甲基双苯基、4，4’-亚甲基双环己基、3-甲基-间-亚苯基、2-甲基-对-亚苯基、
32.如权利要求26所述的抗菌聚合物，其特征在于：在该化学式(II)中，R2为
且R6、R7及R8各自分别为C2～12的亚烷基；及n2是介于1至18之间的整数。
33.如权利要求26所述的抗菌聚合物，其特征在于：在该化学式(II)中，R2为
，R9及R11各自分别为C2～C12的亚烷基；R10为C2～C12的亚烷基或-R12-O-R13-，其中的R12及R13各自分别为C2～C4的亚烷基；及n3及n4各自分别是介于1至34之间的整数。
34.如权利要求26所述的抗菌聚合物，其特征在于：以该至少一二胺与该至少一含活性氢的化合物总摩尔数计，该含活性氢的化合物的用量是介于0.1mol％至99.7mol％之间。
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