CN111109257A

CN111109257A - 一种超高分配系数复合碘溶液及制备方法

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Publication number: CN111109257A
Application number: CN201911389694.1A
Authority: CN
Inventors: 钱立云; 孟令庄; 张荣连; 杨清芳; 赵兴鑫; 宋冠杰
Original assignee: Hebei Winbond Biotechnology Co ltd
Current assignee: Hebei Winbond Biotechnology Co ltd
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2020-05-08

Abstract

本发明提供一种超高分配系数复合碘溶液及制备方法，属于消毒剂制备技术领域，该复合碘溶液包括如下原料：碘、碘化物或碘酸盐、非离子表面活性剂、盐酸和磷酸，余量为纯化水；其制备方法包括：将非离子表面活性剂溶于盐酸中，搅拌后依次向其中加入碘和碘化物或碘酸盐，继续搅拌，得到碘/非离子表面活性剂络合溶液，然后向络合溶液中加入磷酸和纯化水，搅拌获得红棕色粘稠液体，即为复合碘溶液。本发明提供的一种复合碘溶液能增强碘‑碘离子复合粒子的稳定性和分散度，以增强复合碘储存稳定性，有效碘的损失率控制在10％以下；分配系数能达到1300‑1500；渗透杀菌性能强，安全性高，水溶性好，产品品质极佳。

Description

一种超高分配系数复合碘溶液及制备方法

技术领域

本发明属于消毒剂制备技术领域，具体涉及一种超高分配系数复合碘溶液及制备方法。

背景技术

目前，开展集约化、科学化、生态化养殖过程是大势所趋，国家也已开始高度重视环保型养殖与生态农业相结合的可持续发展；大量研究表明，要实现这种可持续性发展，必然要从动物疾病防治、生产模式、生产管理等方面去改变，才能实现无公害的绿色肉品战略。随着水产养殖规模化、集约化的程度的不断提高，养殖动物放养密度不断增大，导致水产养殖动物的发病率越来越高，病情越来越复杂，有的甚至到难以控制的地步。利用安全、高效的消毒剂来杀灭水体中以及养殖动物体表的病原体，以此切断病原体的传播是控制水产动物疾病的行之有效的措施。

复合碘溶液以其安全、广谱、高效、速效等优点，逐渐成为水产养殖中首选消毒剂，广泛应用于水产养殖、畜禽环境中的水体消毒、工具消毒、机体消毒等多个环节。复合碘溶液属含碘消毒剂。碘取代共价键结构氢的能力较强，可以与C-H、N-H、OH、S-H基团的作用影响微生物的活动，使蛋白蛋、酶、核酸发生致死性结构变化，产生消毒杀菌作用。但是该类消毒产品普片存在着碘分配系数低，甚至是负数的情况，不能满足国家相关标准(2017年版兽药质量标准等)。复合碘溶液(水产用，2017年版兽药质量标准)规定碘分配系数指与表面活性剂络合的碘，在水相和正庚烷有机相间的分配指数。碘单质微溶于水，可溶解于正庚烷有机相中，因此，碘单质在水相和正庚烷有机相两相间分配时，几乎全部进入有机相中，此时的分配系数为负数。若碘与表面活性剂全部络合以后，络合碘就会进入水相，分配系数就会符合标准规定130的指标。复合碘溶液中碘的络合程度高，分配系数就高，复合碘的稳定性相对较高，渗透杀菌性能较强，安全性高，水溶性比较好。若碘络合程度低，分配系数就会低，可能会低于130甚至是负数，此时碘就很难渗透到感染病变组织，杀菌效果不会理想。复合碘的分配系数反映了碘和表面活性剂的络合程度，直接影响到复合碘溶液的消毒性能。因此，选择一种经济可行，能有效制备高络合度的复合碘溶液的方法势在必行。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种能增强碘-碘离子复合粒子的稳定性和分散度，以增强复合碘储存稳定性，有效碘的损失率控制在10％以下；分配系数能达到1300-1500；渗透杀菌性能强，安全性高，水溶性好，产品品质极佳的超高分配系数复合碘溶液。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

一种超高分配系数复合碘溶液，包括如下原料：1.8-2.3wt％的碘、0.05-1.00wt％的碘化物或碘酸盐、1.5-15.0wt％的非离子表面活性剂、0.5-1.0wt％的盐酸和16-20wt％的磷酸；上述非离子表面活性剂的分子结构通式如下式(1)：

式中，R为碳原子数为3-15的直链或带支链的烷基，且分子结构中不含有芳香环，m为4-18的整数，n为1-15的整数，y为2-10的整数。该复合碘溶液分配系数超高，储存稳定性和分散度表现优异，渗透杀菌性能强，安全性高，水溶性好，其在实际应用中的杀菌消毒效果远远超过普通复合碘溶液，产品品质极佳，能用于水产、畜禽养殖等的杀菌消毒过程。

对本发明而言，非离子表面活性剂的制备步骤如下：

(1)将酸与环氧烷烃混合后置于甲苯中，然后添加醋酸铬和浓度为50-70％的氢氧化钾溶液，升温，反应，得到单酯化产物；

(2)将单酯化产物和聚乙二醇单烷基醚混合，加入酸及有机溶剂继续缩合反应，得到非离子表面活性剂。在复合碘的酸性体系中，表面活性剂分子中含有的侧羟基能与其他分子形成分子间氢键，既降低了表面张力，又增强了碘-碘离子复合粒子的稳定性和分散度，增加了复合碘溶液的储存稳定性。

对本发明而言，醋酸铬和氢氧化钾溶液的添加量分别为0.5-5wt％和20-50wt％。

对本发明而言，步骤(1)中反应温度为70-145℃，时间为1-6h。

对本发明而言，步骤(2)中酸为浓硫酸或对甲苯磺酸，酸与单酯化产物的重量比为1:15-25；有机溶剂选用苯、甲苯、正己烷、环己烷或四氢呋喃，用量为酸的5-10倍重量。

对本发明而言，缩合反应温度为80-130℃，搅拌速率为500-1000r/min，时间为4-12h。

对本发明而言，原料酸与环氧烷烃的重量比为1:1-1.5；单酯化产物和聚乙二醇单烷基醚的重量比为1:1-2。

对本发明而言，复合碘溶液中碘含量为1.8-2.0wt％，磷酸含量为16.0-18.0wt％，非离子表面活性剂含量为5-10wt％。优选地，原料中的盐酸浓度不低于30％，磷酸浓度不低于85％。

对本发明而言，复合碘溶液的分配系数不低于1300；经加速试验后，有效碘的损失率在10％以下。更优选的，复合碘溶液的分配系数达到1300-1500，其它各项检测指标均能达到(2017兽药质量标准)的要求。

本发明的又一目的，在于提供一种超高分配系数复合碘溶液的制备方法，该方法包括：A：将非离子表面活性剂溶于盐酸中，搅拌，然后依次向其中加入碘和碘化物或碘酸盐，继续搅拌，得到碘/非离子表面活性剂络合溶液；B：向上述络合溶液中加入磷酸和纯化水，继续搅拌，获得红棕色粘稠液体，即为复合碘溶液。该方法将碘和碘离子络合在表面活性剂上，克服了碘难溶于水、不稳定、刺激性大等缺点，所得复合碘溶液能有效杀灭大部分的细菌繁殖体、芽孢、病毒、真菌、原虫、噬菌体等病原微生物，对水体pH值的适应范围广，具有强烈的杀菌、杀病毒功能。

本发明的有益效果为：

本发明提供的非离子表面活性剂能络合碘和碘离子，增强碘-碘离子复合粒子的稳定性和分散度，使得复合碘溶液储存稳定性增强，有效碘的损失率控制在10％以下，且具有超高的分配系数，分配系数能达到1300-1500，渗透杀菌性能强，安全性高，水溶性好，产品品质极佳；该复合碘溶液的制备克服了碘难溶于水、不稳定、刺激性大等缺点，能有效杀灭大部分的细菌繁殖体、芽孢、病毒、真菌、原虫、噬菌体等病原微生物，对水体pH值的适应范围广，能用于水产、畜禽养殖等的杀菌消毒过程。

本发明采用了上述技术方案提供一种超高分配系数复合碘溶液及制备方法，弥补了现有技术的不足，设计合理，操作方便。

附图说明

图1为非离子表面活性剂的¹H-NMR谱图，其中A-实施例1，B-实施例2，C-实施例4；

图2为非离子表面活性剂的表面张力测试示意图；

图3为复合碘溶液稳定性加速试验后有效碘的损失率示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：

式中，R为碳原子数为3-15的直链或带支链的烷基，且分子结构中不含有芳香环，m为4-18的整数，n为1-15的整数，y为2-10的整数。优选地，R为碳原子数为9-12的直链或带支链的烷基，m为4-10的整数，n为1-9的整数，y为4-8的整数。该复合碘溶液分配系数超高，储存稳定性和分散度表现优异，渗透杀菌性能强，安全性高，水溶性好，其在实际应用中的杀菌消毒效果远远超过普通复合碘溶液，产品品质极佳，能用于水产、畜禽养殖等的杀菌消毒过程。

对本发明而言，非离子表面活性剂的制备步骤如下：

对本发明而言，步骤(1)中反应温度为70-145℃，时间为1-6h。

对本发明而言，步骤(2)中酸为浓硫酸或对甲苯磺酸，酸与单酯化产物的重量比为1:15-25；有机溶剂选用苯、甲苯、正己烷、环己烷或四氢呋喃，用量为酸的5-10倍量。

对本发明而言，碘化物或碘酸盐是碘化钾或碘酸钾、碘化钠。

本发明还提供一种超高分配系数复合碘溶液的制备方法，该方法包括：将非离子表面活性剂溶于盐酸中，于室温下搅拌2-12h，然后依次向其中加入碘和碘化物或碘酸盐，继续搅拌6-8h，得到碘/非离子表面活性剂络合溶液，然后向络合溶液中加入磷酸和纯化水，继续搅拌30-60min，获得红棕色粘稠液体，即为复合碘溶液。该方法将碘和碘离子络合在表面活性剂上，克服了碘难溶于水、不稳定、刺激性大等缺点，所得复合碘溶液能有效杀灭大部分的细菌繁殖体、芽孢、病毒、真菌、原虫、噬菌体等病原微生物，对水体pH值的适应范围广，具有强烈的杀菌、杀病毒功能。

应当理解，前面的描述应被认为是说明性或示例性的而非限制性的，本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围和精神内进行改变和修改。特别地，本发明覆盖了具有来自上文和下文所述的不同实施方案的特征的任何组合的其他实施方案，而本发明的范围并不限制于在以下具体实例中。

实施例1：

一种非离子表面活性剂的制备方法，其具体步骤如下：

(1)将庚二酸与环氧十二烷混合后置于4倍量甲苯中，然后添加1.5wt％的醋酸铬和25wt％的浓度为60％的氢氧化钾溶液，升温至105℃，反应3.5h，得到单酯化产物，上述庚二酸与环氧十二烷的重量比为1:1.2；

(2)将单酯化产物和十二烷基七聚乙二醇单醚混合，加入浓硫酸及有机溶剂四氢呋喃，然后于温度100℃、搅拌速率800r/min条件下缩合反应8h，将反应液冷却至室温，加入30wt％的饱和碳酸氢钠溶液中和未反应的对甲苯磺酸，混合物用二氯甲烷萃取，合并有机相，然后依次用饱和NaHCO₃溶液，饱和食盐水洗，无水硫酸钠干燥，减压除去溶剂，得到分子式为C₄₅H₈₈O₁₂的非离子表面活性剂，上述浓硫酸与单酯化产物的重量比为1:17，有机溶剂用量为酸的8倍量，单酯化产物和十二烷基七聚乙二醇单醚的重量比为1:1.5；

(3)将非离子表面活性剂溶于盐酸中，于室温下搅拌12h，然后依次向其中加入碘和碘化物或碘酸盐，继续搅拌6h，得到碘/非离子表面活性剂络合溶液，然后向络合溶液中加入磷酸和纯化水，继续搅拌45min，获得红棕色粘稠液体，即为复合碘溶液，上述复合碘溶液中含有1.8wt％的碘、0.3wt％的碘酸钾、10.5wt％的非离子表面活性剂、0.75wt％的盐酸和18.5wt％的磷酸，余量为纯化水，其中盐酸浓度为33％，磷酸浓度为90％。

实施例2：

一种超高分配系数复合碘溶液的制备方法，其具体步骤如下：

(1)将辛二酸与环氧辛烷混合后置于5倍量甲苯中，然后添加2.5wt％的醋酸铬和35wt％的浓度为55％的氢氧化钾溶液，升温至125℃，反应2.5h，得到单酯化产物，上述辛二酸与环氧辛烷的重量比为1:1.3；

(2)将单酯化产物和六乙二醇单十二醚混合，加入浓硫酸及有机溶剂四氢呋喃，然后于温度110℃、搅拌速率1000r/min条件下缩合反应7.5h，将反应液冷却至室温，加入30wt％的饱和碳酸氢钠溶液中和未反应的对甲苯磺酸，混合物用二氯甲烷萃取，合并有机相，然后依次用饱和NaHCO₃溶液，饱和食盐水洗，无水硫酸钠干燥，减压除去溶剂，得到分子式为C₄₀H₇₈O₁₁的非离子表面活性剂，上述浓硫酸与单酯化产物的重量比为1:20，有机溶剂用量为酸的7.5倍量，单酯化产物和六乙二醇单十二醚的重量比为1:1.4；

(3)将非离子表面活性剂溶于盐酸中，于室温下搅拌12h，然后依次向其中加入碘和碘化物或碘酸盐，继续搅拌6h，得到碘/非离子表面活性剂络合溶液，然后向络合溶液中加入磷酸和纯化水，继续搅拌45min，获得红棕色粘稠液体，即为复合碘溶液，上述复合碘溶液中含有1.9wt％的碘、0.1wt％的碘酸钾、14.9wt％的非离子表面活性剂、0.68wt％的盐酸和16wt％的磷酸，余量为纯化水，其中盐酸浓度为31％，磷酸浓度为88％。

实施例3：

一种超高分配系数复合碘溶液的制备方法，其具体步骤与实施例2不同之处如下：

步骤(1)中升温至135℃，反应1.5h，得到单酯化产物；

步骤(2)中酸为对甲苯磺酸，有机溶剂为正己烷；

步骤(3)中复合碘溶液中含有1.8wt％的碘、0.2wt％的碘化钾、9.5wt％的非离子表面活性剂、0.75wt％的盐酸和17wt％的磷酸，余量为纯化水，其中盐酸和磷酸浓度为100％。

实施例4：

为了进一步提高复合碘溶液的性能，对非离子表面活性剂制备步骤进行了优化，具体措施如下：在非离子表面活性剂制备的步骤(2)中添加分别为聚乙二醇单烷基醚重量的0.5-3‰和0.1-2.5‰的柠檬酸和衣康酸，聚乙二醇单烷基醚分子容易在体系中相互折叠缠绕，增加了反应组装难度，柠檬酸和衣康酸的介入，能极大地改善分子结构空间排布，加快反应进程，还能通过静电引力等方式降低碳链间的分子间距，使得部分侧羟基能与醚键上氧原子形成氢键，表面活性剂分子在气液界面排列更加紧密，从而有效地降低了表面活性剂的表面张力。另外，表面活性剂与碘和碘离子形成的胶束较为松散，尤其碘离子不容易被表面电层束缚，两者的介入能使得胶束表面双电层作用增强，进一步降低有效碘的损失率，将碘的损失率控制在7％以下，降低生产和储存中原料损耗，节约成本，增加产品稳定性。

本实施例中超高分配系数复合碘溶液的制备方法的具体步骤与实施例2不同之处如下：步骤(2)中添加分别为聚乙二醇单烷基醚重量的0.9‰和1.35‰的柠檬酸和衣康酸。

对比例1：

一种超高分配系数复合碘溶液的制备方法，其具体步骤与实施例4不同之处如下：步骤(2)中只添加了聚乙二醇单烷基醚重量的0.9‰的柠檬酸，未添加衣康酸。

对比例2：

一种超高分配系数复合碘溶液的制备方法，其具体步骤与实施例4不同之处如下：步骤(2)中只添加了聚乙二醇单烷基醚重量的1.35‰的衣康酸，未添加柠檬酸。

对比例3：

一种超高分配系数复合碘溶液的制备方法，其具体步骤与实施例2不同之处如下：未采用本发明中制得的非离子表面活性剂，而采用了壬基酚聚氧乙烯醚(NP-10)。

试验例1：

非离子表面活性剂的表征：1H核磁共振(¹H-NMR)谱图

试验方法：取实施例1、2、4所制非离子表面活性剂样品，用氘代氯仿将样品分别配制成10mg/mL的溶液，采用Bruker Avance 300型核磁共振仪在300MHz下分别测定三种样品的核磁共振氢谱(1H-NMR)。结果如图1所示。

图1为非离子表面活性剂的¹H-NMR谱图，其中A-实施例1，B-实施例2，C-实施例4。从图中可得到：3个实施例所制非离子表面活性剂的峰型大致相同。以实施例2为例，δ3.48-3.66(m，(O-CH₂-CH₂)₆，24H)，δ3.15-3.29(s，CH₃，3H)，δ3.10-3.21(t，CH，1H)，δ0.82～0.89(t，CH₃，3H)，δ0.69-0.81(m，(CH₂)₁₁CH₃，25H)，δ3.27-3.35(d，OH，H)，δ3.38-3.48(m，CH₂，2H)，2.75-2.54(m，(CH₂)₆，12H)。通过分析，可以证实所合成的样品为目标表面活性剂。

试验例2：

超高分配系数复合碘溶液的分配系数测定

试验方法：(1)对照品溶液的制备：取碘约0.1g，精密称定，置100m量瓶中，在251℃下，加正庚烷适量，振摇使碘溶解，用正庚烷稀释至刻度，摇匀，精密量取10m，置100m量瓶中，用正庚烷稀释至刻度，摇匀，即得。

(2)供试品溶液的制备：以实施例1、2、4、对比例3为试验样品，以某市售复合碘溶液为对照组，分别精密量取样品1ml及正庚烷25ml，置具塞量筒中，在25±1℃下，强烈振摇1分钟，放置使分层，即得。

(3)测定法：取对照品溶液和供试品溶液，照紫外-可见分光光度法(附录0401)测定，在520mm的波长处测定吸光度。结果如下表1。

表1复合碘溶液的分配系数测定结果

	实施例1	实施例2	实施例4	对比例3	对照组
						分配系数	1362	1353	1338	673	498

由上表可知，本发明实施例中所制复合碘溶液的分配系数达到1300以上，高于市售，高于对比例3，说明本发明中表面活性剂与碘和碘离子的络合程度更高，复合碘的稳定性更好，渗透杀菌性能更强，其杀菌消毒效果远远超过普通复合碘溶液。

试验例3：

非离子表面活性剂的表面张力测试

试验方法：取实施例1、2、4和对比例1、2所制非离子表面活性剂样品，将每种非离子表面活性剂分别配置成一系列浓度的水溶液，在25℃下采用Wilhelmy铂金板法对不同浓度溶液的表面张力进行测定，每个浓度的表面活性剂样品平行做3次测试，并取平均值作为最终表面张力。其结果如图2所示。

图2为非离子表面活性剂的表面张力测试示意图。由图可知，由于实施例1较实施例2的表面活性剂分子中碳氢疏水链长，因此，实施例1较实施例2的临界胶束浓度更低，而表面张力更高。实施例2与实施例4、对比例1的临界胶束浓度差别不大，但实施例4表面张力更低，对比例1的表面张力与实施例2差别不大；对比例2较实施例2的临界胶束浓度更低，而表面张力更高。说明实施例4中添加柠檬酸和衣康酸后生成的非离子表面活性剂的表面张力显著降低，与水的相容性更好，有利于复合碘溶液发挥渗透杀菌灭病毒的功能。

试验例4：

复合碘溶液的稳定性加速试验

试验方法：取实施例2、4和对比例1、2、3所制复合碘溶液样品，以某市售复合碘溶液为对照组，按照《消毒技术规范》第二部分中规定的消毒产品稳定性测试方法进行操作。本试验例选取的是在37℃，湿度保持在75％的稳定性试验箱中放置3个月的测试方法。其结果如图3所示。

图3为复合碘溶液稳定性加速试验后有效碘的损失率示意图。由图可知，经过加速试验后，对照组有效碘的损失率在9.8％，对比例3的损失率在12.2％，实施例2的损失率在8.3％，实施例4的损失率在6.3％，对比例1的损失率在7.9％，对比例2的损失率在9.3％。《消毒技术规范》中对消毒剂产品稳定性的要求为损失率在10％以下。说明实施例4的复合碘溶液稳定性最好，且实施例4中添加的柠檬酸和衣康酸制得的表面活性剂将有效碘的损失率控制在7％以下，进一步降低了有效碘的损失率，增加产品稳定性，同时降低生产和储存中原料损耗，节约成本。

上述实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，故在此不再详细赘述。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种超高分配系数复合碘溶液，包括如下原料：1.8-2.3wt％的碘、0.05-1.00wt％的碘化物或碘酸盐、1.5-15.0wt％的非离子表面活性剂、0.5-1.0wt％的盐酸和16-20wt％的磷酸；

所述非离子表面活性剂的分子结构通式如下式(1)：

式中，R为碳原子数为3-15的直链或带支链的烷基，且分子结构中不含有芳香环，m为4-18的整数，n为1-15的整数，y为2-10的整数。

2.根据权利要求1所述的一种超高分配系数复合碘溶液，其特征在于：所述非离子表面活性剂的制备步骤如下：

(2)将单酯化产物和聚乙二醇单烷基醚混合，加入酸及有机溶剂继续缩合反应，粗产物透析，得到非离子表面活性剂。

3.根据权利要求2所述的一种超高分配系数复合碘溶液，其特征在于：所述醋酸铬和氢氧化钾溶液的添加量分别为0.5-5wt％和20-50wt％；所述步骤(1)中反应温度为70-145℃，时间为1-6h。

4.根据权利要求2所述的一种超高分配系数复合碘溶液，其特征在于：所述步骤(2)中酸为浓硫酸或对甲苯磺酸，酸与单酯化产物的重量比为1:15-25；所述有机溶剂选用苯、甲苯、正己烷、环己烷或四氢呋喃，用量为酸的5-10倍重量。

5.根据权利要求2所述的一种超高分配系数复合碘溶液，其特征在于：所述缩合反应温度为80-130℃，搅拌速率为500-1000r/min，时间为4-12h。

6.根据权利要求2所述的一种超高分配系数复合碘溶液，其特征在于：所述原料酸与环氧烷烃的重量比为1:1-1.5；所述单酯化产物和聚乙二醇单烷基醚的重量比为1:1-2。

7.根据权利要求1所述的一种超高分配系数复合碘溶液，其特征在于：所述复合碘溶液中碘含量为1.8-2.0wt％，磷酸含量为16.0-18.0wt％，非离子表面活性剂含量为5-10wt％。

8.根据权利要求1所述的一种超高分配系数复合碘溶液，其特征在于：所述复合碘溶液的分配系数不低于1300。

9.根据权利要求1所述的一种超高分配系数复合碘溶液，其特征在于：所述复合碘溶液经加速试验后，有效碘的损失率在10％以下。

10.权利要求1-9任一项所述的一种超高分配系数复合碘溶液的制备方法，包括：

A：将非离子表面活性剂溶于盐酸中，搅拌，然后依次向其中加入碘和碘化物或碘酸盐，继续搅拌，得到碘/非离子表面活性剂络合溶液；

B：向所述络合溶液中加入磷酸和纯化水，继续搅拌，获得红棕色粘稠液体，即为复合碘溶液。