CN111558328A - 一种木质素阳离子表面活性剂及其制备方法以及一种长效抗菌剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及抗菌剂技术领域，提供了一种木质素阳离子表面活性剂及其制备方法以及一种长效抗菌剂及其制备方法。本发明利用廉价易得的天然材料木质素为原料进行表面活性剂的制备，所得木质素阳离子表面活性剂具有亲水性，且性能稳定，将其应用于抗菌剂中，有助于抗菌剂的润湿和渗透，且不会影响抗菌剂的覆膜有效性。本发明还提供了一种长效抗菌剂，组成成分包括水基长链硅氧基化合物、上述方案所述的木质素阳离子表面活性剂、醇和有机酸。所得抗菌剂性能稳定，与基材表面结合力强、不易被洗掉、杀菌率高、杀菌速度快、保护时间长，且属于物理性杀菌不易产生抗药性。

Description

一种木质素阳离子表面活性剂及其制备方法以及一种长效抗 菌剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及抗菌剂技术领域，尤其涉及一种木质素阳离子表面活性剂及其制备方法以及一种长效抗菌剂及其制备方法。

背景技术

人类生存环境中存在大量细菌、真菌等致病微生物，过多的致病微生物一旦侵入人体，就会给人类健康带来严重隐患以及很严重的经济损失。随着科学的发展以及人类生活水平的提高，人们的健康意识正在不断加强，抗菌剂也逐渐引起人们的重视。

目前已有不少成熟销售的抗菌剂，比如重金属类抗菌剂、氯苯类抗菌剂、小分子季铵盐类抗菌剂等，这些抗菌剂都存在一些缺点，如容易洗掉、杀菌率低、保护时间短、化学杀菌机理易使细菌产生抗药性等。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种木质素阳离子表面活性剂及其制备方法以及一种长效抗菌剂及其制备方法。本发明利用天然物质木质素来制备木质素阳离子表面活性剂，并将其应用于抗菌剂中，所得抗菌剂性能稳定，与基材表面结合力强、不易被洗掉、杀菌率高、杀菌速度快、保护时间长，且属于物理性杀菌不易产生抗药性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种木质素阳离子表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将叔胺和环氧氯丙烷进行亲核取代反应，得到中间产物；

(2)将所述中间产物和木质素混合进行接枝反应，得到木质素阳离子表面活性剂。

优选的，所述叔胺为三甲胺、三乙胺、三丙胺和三丁胺中的一种或几种；所述环氧氯丙烷与叔胺的质量比为0.8～1:1。

优选的，所述步骤(1)具体为：将叔胺在酸性条件下进行酸化，然后加入环氧氯丙烷反应1～2h，然后调节体系的pH值至中性，继续反应3～5h。

优选的，所述木质素和中间产物的质量比为1～3:1。

优选的，所述接枝反应的温度为45～75℃，时间为2～6h，pH值为7.5～10。

本发明还提供了上述方案所述制备方法制备的木质素阳离子表面活性剂。

本发明还提供了一种长效抗菌剂，包括以下组分：水基长链硅氧基化合物、上述方案所述的木质素阳离子表面活性剂、醇和有机酸；

所述水基长链硅氧基化合物由水和长链硅氧基化合物组成，其中长链硅氧基化合物的质量百分含量为0.1～40％；

所述木质素阳离子表面活性剂的质量为所述水基长链硅氧基化合物质量的0.04～5％；所述醇的质量为所述水基长链硅氧基化合物质量的1～70％；所述有机酸的质量为所述水基长链硅氧基化合物质量的0.01～2％。

优选的，所述水基长链硅氧基化合物中的长链硅氧基化合物为十八烷基二甲基[3-(三羟基甲硅烷)丙基]氯化铵、十八烷基二甲基[3-(三甲氧基硅烷)丙基]氯化铵和十四烷基二甲基[3-(三甲氧基甲硅烷)丙基]氯化铵中的一种或多种。

优选的，所述有机酸为柠檬酸、奎宁酸、水杨酸和醋酸中的一种或多种；所述醇为乙醇、甲醇、正丙醇和2-丁醇中的一种或多种。

本发明提供了上述方案所述长效抗菌剂的制备方法，包括以下步骤：

使用有机酸将水基长链硅氧基化合物的pH值调节至4～7，然后加入木质素阳离子表面活性剂和醇进行混合。

本发明提供了一种木质素阳离子表面活性剂的制备方法，本发明先将叔胺和环氧氯丙烷进行亲核取代反应，得到中间产物；然后将中间产物和木质素混合进行接枝反应，得到木质素阳离子表面活性剂。本发明利用廉价易得的天然材料木质素为原料进行表面活性剂的制备，所得阳离子表面活性剂具有亲水性，且性能稳定，将其应用于抗菌剂中，有助于抗菌剂的润湿和渗透，且不会影响抗菌剂的覆膜有效性。

本发明还提供了一种长效抗菌剂，组成成分包括水基长链硅氧基化合物、上述方案所述的木质素阳离子表面活性剂、醇和有机酸。本发明提供的抗菌剂中有长链硅氧基化合物的存在，长链硅氧基化合物可发生水解反应生成硅醇基，硅醇基可进一步与基材表面发生脱水缩合从而形成强有力的结合；长链硅氧基化合物通过共价键结合力和静电结合力的双重作用，可以与物质表面牢牢的结合在一起，并在表面形成一层保护层，保护层表面是大量的带有正电荷的N⁺基团，可以将带负电荷的细菌或微生物吸附过来，并不断的牵引细菌或微生物的细胞吸附渗透直至其细胞壁破裂从而死亡，属于物理性抗菌，不会使细菌产生抗药性。此外，本发明通过在长效抗菌剂中加入木质素阳离子表面活性剂，可以提高抗菌剂的稳定性、润湿性和渗透性。另外，本领域常用的抗菌剂大都为无机或小分子物质，耐热性较差，而本发明中抗菌剂的有效成分(长链硅氧基化合物)为大分子物质，比常规的抗菌剂具有更好的耐热性。

本发明提供的长效抗菌剂性能稳定，与基材表面结合力强、不易被洗掉、杀菌率高、杀菌速度快、保护时间长，且属于物理性杀菌不易产生抗药性。实施例结果表明，将本发明提供的抗菌剂喷涂在桌子表面，30天后桌子表面细菌量低至7RLU，而未喷涂抗菌剂的桌子表面细菌量达到312RLU，将本发明的抗菌剂喷涂在菌落培养皿上，92天后仍未有菌落长出。

附图说明

图1为未喷涂抗菌剂的培养皿中第3天时的菌落生长情况；

图2为喷涂抗菌剂的培养皿中第92天时的菌落生长情况。

具体实施方式

本发明提供了一种木质素阳离子表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将叔胺和环氧氯丙烷进行亲核取代反应，得到中间产物；

(2)将所述中间产物和木质素混合进行接枝反应，得到木质素阳离子表面活性剂。

本发明将叔胺和环氧氯丙烷进行亲核取代反应，得到中间产物。在本发明中，所述叔胺优选为三甲胺、三乙胺、三丙胺和三丁胺中的一种或几种；所述环氧氯丙烷与叔胺的质量比优选为0.8～1:1，更优选为0.85～0.9:1。

在本发明中，所述亲核取代反应具体优选为：将叔胺在酸性条件下进行酸化，然后加入环氧氯丙烷反应1～2h，优选反应1.5h，然后调节体系的pH值至中性，继续反应3～5h，优选反应3.5～4.5h；上述反应过程均优选在室温下进行，无需额外的加热或降温。在本发明中，所述酸性条件的pH值优选为1～3，本发明优选使用无机酸提供酸性条件，所述无机酸优选为盐酸、硫酸、硝酸、硼酸、碳酸和磷酸中的一种或几种；所述酸化的时间优选为5～30min，更优选为10～25min；本发明通过酸化使叔胺形成叔胺盐进而发生后续的亲核取代反应；本发明优选使用氨水调节体系的pH值至中性，本发明在酸性条件下反应1～2h后将体系的pH值调节至中性，然后再继续反应，能够防止反应体系酸化，有利于得到产物。

以三甲胺为例说明所述亲核取代反应的原理：首先环氧氯丙烷的氧原子质子化，之后对环氧基发生SN2亲核取代反应，亲核离子进攻环氧氯丙烷位阻小的一边，即发生了开环，而三甲胺的氮有孤对电子，有亲核性，氮原子的孤对电子被占用而少电子所以N带正电荷，最终形成带正电荷的中间产物；以三甲胺为例，所述亲核取代反应的反应式如式I所示：

亲核取代反应完成后即得到中间产物(即亲核取代产物料液即为本发明所述中间产物)，无需进行任何后处理与提纯，直接进行后续反应即可。

亲核取代反应完成后，本发明将所述中间产物和木质素混合进行接枝反应，得到木质素阳离子表面活性剂。在本发明中，所述木质素和中间产物(即上一步所得亲核取代产物料液)的质量比优选为1～3:1，更优选为1.5～2.5:1；所述接枝反应的温度优选为45～75℃，更优选为50～70℃，时间为2～6h，更优选为3～5h，pH值优选为7.5～10，更优选为8～9；本发明优选向亲核取代所得产物料液(即中间产物)中加入木质素，然后使用氢氧化钠将体系pH值调节至7.5～10，之后升温至45～75℃进行反应。木质素表面含有大量羟基，可以与中间产物发生反应，最终生成木质素阳离子表面活性剂，与传统方法中使用木质素磺酸盐制备阳离子表面活性剂的方法相比，本发明使用的木质素为纯天然原料，廉价易得，且所得表面活性剂性能稳定，亲水性好。

以原料为三乙胺时所得的中间产物为例，所述接枝反应的反应式如式II所示：

接枝反应完成后，无需进行任何后处理与提纯，所得接枝产物料液即为本发明的木质素阳离子表面活性剂，其中有效成分的含量为50～75％。

本发明提供了上述方案所述制备方法制备的木质素阳离子表面活性剂。本发明制备的表面活性剂亲水性好，稳定性好。

本发明还提供了一种长效抗菌剂，包括以下组分：水基长链硅氧基化合物、上述方案所述的木质素阳离子表面活性剂、醇和有机酸。

本发明提供的长效抗菌剂的组成成分包括水基长链硅氧基化合物。在本发明中，所述水基长链硅氧基化合物由水和长链硅氧基化合物组成，其中长链硅氧基化合物的质量百分含量为0.1～40％，优选为1～35％；本发明对所述水基长链硅氧基化合物的来源没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

在本发明中，所述长链硅氧基化合物为十八烷基二甲基[3-(三羟基甲硅烷)丙基]氯化铵、十八烷基二甲基[3-(三甲氧基硅烷)丙基]氯化铵和十四烷基二甲基[3-(三甲氧基甲硅烷)丙基]氯化铵中的一种或多种；所述长链硅氧基化合物可发生水解反应生成硅醇基，硅醇基可进一步与基材表面发生脱水缩合从而形成强有力的结合，从而使所述抗菌剂具有优异的稳定性，不易被洗掉。

本发明提供的长效抗菌剂的组成成分包括上述方案所述的木质素阳离子表面活性剂；所述木质素阳离子表面活性剂的质量为所述水基长链硅氧基化合物质量的0.04～5％，优选为0.5～4.5％；所述木质素阳离子表面活性剂能够提高长效抗菌剂的稳定性，有助于抗菌剂的润湿和渗透，且不会影响抗菌剂的覆膜有效性。

本发明提供的长效抗菌剂的组成成分包括醇；所述醇的质量为所述水基长链硅氧基化合物质量的1～70％，优选为5～65％；所述醇优选为乙醇、甲醇、正丙醇和2-丁醇中的一种或多种。

本发明提供的长效抗菌剂的组成成分包括有机酸；所述有机酸的质量为所述水基长链硅氧基化合物质量的0.01～2％，优选为0.05～1.5％。在本发明中，所述有机酸优选为柠檬酸、奎宁酸、水杨酸和醋酸中的一种或多种。本发明通过加入有机酸使抗菌剂呈现弱酸性，以使体系更加稳定。

本发明还提供了上述方案所述长效抗菌剂的制备方法，包括以下步骤：

使用有机酸将水基长链硅氧基化合物的pH值调节至4～7，然后加入木质素阳离子表面活性剂和醇进行混合。

本发明将有机酸加入水基长链硅氧基化合物中，然后搅拌1～3h，之后加入木质素阳离子表面活性剂搅拌0.5～2h，然后再加入醇搅拌至体系稳定；在本发明的具体实施例中，加入醇后搅拌0.5～2.5h即可使体系稳定。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

在酸性条件(盐酸提供，pH值为2～3)下加入三乙胺，开启搅拌装置反应10min，之后加入环氧氯丙烷，反应1h，调节pH至中性，继续反应3h，得到中间产物，其中环氧氯丙烷和三乙胺的质量比为1:1。

向中间产物中加入的木质素，木质素与中间产物的质量比为1.5:1，调节pH值为碱性，升温至60℃开始反应，反应5h后得到木质素阳离子表面活性剂，有效成分含量为65.4％。

实施例2

在酸性条件(盐酸提供，pH值为2～3)下加入三甲胺，开启搅拌装置反应20min，之后加入环氧氯丙烷，反应1.5h，调节pH至中性，继续反应4h，得到中间产物，其中环氧氯丙烷和三乙胺的质量比为0.8:1。

向中间产物中加入的木质素，木质素与中间产物的质量比为1:1，调节pH值为碱性，升温至45℃开始反应，反应3h后得到木质素阳离子表面活性剂，有效成分含量为66.7％。

实施例3

在酸性条件(盐酸提供，pH值为2～3)下加入三丙胺，开启搅拌装置反应30min，之后加入环氧氯丙烷，反应2h，调节pH至中性，继续反应5h，得到中间产物，其中环氧氯丙烷和三乙胺的质量比为0.9:1。

向中间产物中加入的木质素，木质素与中间产物的质量比为3:1，调节pH值为碱性，升温至75℃开始反应，反应2h后得到木质素阳离子表面活性剂，有效成分含量为63.2％。

实施例4

在酸性条件(盐酸提供，pH值为2～3)下加入三丁胺，开启搅拌装置反应5min，之后加入环氧氯丙烷，反应1h，调节pH至中性，继续反应3h，得到中间产物，其中环氧氯丙烷和三乙胺的质量比为0.85:1。

向中间产物中加入的木质素，木质素与中间产物的质量比为2.5:1，调节pH值为碱性，升温至60℃开始反应，反应3.5h后得到木质素阳离子表面活性剂，有效成分含量为60.9％。

实施例5

一种长效抗菌剂，组成成分为：水基长链硅氧基化合物、实施例1制备的木质素阳离子表面活性剂、乙醇和柠檬酸；

其中，水基长链硅氧基化合物中长链硅氧基化合物为十八烷基二甲基[3-(三羟基甲硅烷)丙基]氯化铵，质量百分含量为10％；

乙醇的质量为水基长链硅氧基化合物质量的20％；柠檬酸的质量为水基长链硅氧基化合物质量的0.5％；

制备方法如下：将柠檬酸加入水基长链硅氧基化合物中，调节体系的pH值为4～7，然后加入实施例1制备的木质素阳离子表面活性剂搅拌1h，最后加入乙醇搅拌至体系稳定。

实施例6

一种长效抗菌剂，组成成分为：水基长链硅氧基化合物、实施例2制备的木质素阳离子表面活性剂、正丙醇和醋酸；

其中，水基长链硅氧基化合物中长链硅氧基化合物为十八烷基二甲基[3-(三甲氧基硅烷)丙基]氯化铵，质量百分含量为0.1％；

正丙醇的质量为水基长链硅氧基化合物质量的30％；醋酸的质量为水基长链硅氧基化合物质量的0.6％；

制备方法和实施例5相同。

实施例7

一种长效抗菌剂，组成成分为：水基长链硅氧基化合物、实施例3制备的木质素阳离子表面活性剂、2-丁醇和奎宁酸；

其中，水基长链硅氧基化合物中长链硅氧基化合物为十四烷基二甲基[3-(三甲氧基甲硅烷)丙基]氯化铵，质量百分含量为40％；

2-丁醇的质量为水基长链硅氧基化合物质量的60％；奎宁酸的质量为水基长链硅氧基化合物质量的1％；

制备方法和实施例5相同。

实施例8

一种长效抗菌剂，组成成分为：水基长链硅氧基化合物、实施例4制备的木质素阳离子表面活性剂、甲醇和水杨酸；

其中，水基长链硅氧基化合物中长链硅氧基化合物为十八烷基二甲基[3-(三羟基甲硅烷)丙基]氯化铵，质量百分含量为5％；

甲醇的质量为水基长链硅氧基化合物质量的1％；水杨酸的质量为水基长链硅氧基化合物质量的2％；

制备方法和实施例5相同。

抗菌性测试：

(1)将实施例5制备的抗菌剂喷涂在桌子表面，喷涂量为0.08mL/cm²，以30天为周期阶段性进行ATP测试，桌子表面每天用干抹布擦拭一次，每两天进行一次湿抹布擦拭。所得结果如表1所示；表1中0为未喷涂抗菌剂的桌面，A、B、C为三个进行抗菌剂喷涂的桌面，测试条件相同，A、B、C为平行实验。

表1 ATP测试结果

天数/编号	0	A	B	C
					1	248RLU	0RLU	0RLU	0RLU
3	256RLU	7RLU	3RLU	0RLU
					7	227RLU	21RLU	16RLU	5RLU
14	257RLU	13RLU	13RLU	9RLU
					21	286RLU	11RLU	12RLU	11RLU
30	312RLU	15RLU	8RLU	7RLU

根据表1中的测试结果可以看出，喷涂本发明抗菌剂后的桌面，30天后的细菌量仅为7～15RLU，而未喷涂抗菌剂的桌面，30天后的细菌量为312RLU，说明本发明的抗菌性杀菌效果好，作用时间长，抗菌性能持久，且不易被擦洗掉，不易产生抗药性。

(2)取两个相同的培养皿，在其中一个培养皿上喷涂实施例5制备的抗菌剂，喷涂量为0.08mL/cm²，然后在两个培养皿上涂上相同的菌落进行培养，观察培养结果。

结果显示，未喷涂抗菌剂的实验组第3天时生长出菌落，第3天时的培养皿中菌落的生长情况如图1所示；而喷涂抗菌剂的实验组，第92天时还未有菌落长出，第92天时的培养皿中菌落的生长情况如图2所示。该结果表明本发明的抗菌剂作用时间长，抗菌性能能达到90天以上。

对实施例6～8制备的抗菌剂进行相同的抗菌性测试，结果和上述结果相似，抗菌性能均能达到90天以上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种木质素阳离子表面活性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将叔胺和环氧氯丙烷进行亲核取代反应，得到中间产物；

(2)将所述中间产物和木质素混合进行接枝反应，得到木质素阳离子表面活性剂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述叔胺为三甲胺、三乙胺、三丙胺和三丁胺中的一种或几种；所述环氧氯丙烷与叔胺的质量比为0.8～1:1。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：将叔胺在酸性条件下进行酸化，然后加入环氧氯丙烷反应1～2h，然后调节体系的pH值至中性，继续反应3～5h。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述木质素和中间产物的质量比为1～3:1。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述接枝反应的温度为45～75℃，时间为2～6h，pH值为7.5～10。

6.权利要求1～5任意一项所述制备方法制备的木质素阳离子表面活性剂。

7.一种长效抗菌剂，其特征在于，包括以下组分：水基长链硅氧基化合物、权利要求6所述的木质素阳离子表面活性剂、醇和有机酸；

所述水基长链硅氧基化合物由水和长链硅氧基化合物组成，其中长链硅氧基化合物的质量百分含量为0.1～40％；

所述木质素阳离子表面活性剂的质量为所述水基长链硅氧基化合物质量的0.04～5％；所述醇的质量为所述水基长链硅氧基化合物质量的1～70％；所述有机酸的质量为所述水基长链硅氧基化合物质量的0.01～2％。

8.根据权利要求7所述的长效抗菌剂，其特征在于，所述水基长链硅氧基化合物中的长链硅氧基化合物为十八烷基二甲基[3-(三羟基甲硅烷)丙基]氯化铵、十八烷基二甲基[3-(三甲氧基硅烷)丙基]氯化铵和十四烷基二甲基[3-(三甲氧基甲硅烷)丙基]氯化铵中的一种或多种。

9.根据权利要求7所述的长效抗菌剂，其特征在于，所述有机酸为柠檬酸、奎宁酸、水杨酸和醋酸中的一种或多种；所述醇为乙醇、甲醇、正丙醇和2-丁醇中的一种或多种。

10.权利要求7～9任意一项所述长效抗菌剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

使用有机酸将水基长链硅氧基化合物的pH值调节至4～7，然后加入木质素阳离子表面活性剂和醇进行混合。

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