CN111685114B - 一种具有高分配系数的复合碘溶液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有高分配系数的复合碘溶液，是由0.1%～2.5%纳米微晶纤维素、0.5%～8%聚乙烯吡咯烷酮、0.1%～7%碘、0.1%～10%碘化物、5%～45%酯基对称型双子季铵盐、2%～15%无机酸和余量的水为原料混合制成。本发明复合碘溶液结合了纳米微晶纤维素、聚乙烯吡咯烷酮以及酯基对称型双子季铵盐间的协同络合，有助于碘的快速分散与络合，使得复合碘溶液具有更高的碘利用率和分配系数，表现出更优异的稳定性能，常温储存六个月，碘含量和分配系数基本不降低。

Description

一种具有高分配系数的复合碘溶液及其制备方法

技术领域

本发明属于消毒杀菌剂技术领域，涉及一种复合碘消毒杀菌剂，特别是涉及一种添加有双子季铵盐表面活性剂的复合碘溶液，以及所述复合碘溶液的制备方法。

背景技术

近年来，随着我国养殖业集约化和规模化经营的快速发展，养殖产品的质量安全与生产安全问题也日益突出，禽流感、猪瘟等危害公共卫生安全事件频繁出现。

为了追求过高的经济效益，高密度养殖不仅会引起养殖环境的污染与恶化，还可能导致养殖动物感染各种疾病。与此同时，抗生素的普遍使用以及不规范滥用，导致了细菌和病毒的耐药性增强，使得消毒剂的消毒杀菌效率大大降低。因此，预防性消毒、灭菌对于科学化、规范化养殖产业发展尤为重要。

作为一种广谱杀菌剂，碘因其具有安全、高效的消毒灭菌功能而广泛应用于医疗、养殖、卫生、环保等领域。但是，由于其易升华，不易溶于水，且长期单独使用易产生耐药性，因此，研究人员往往采用络合的方式将其与其它品种的消毒制剂进行复配，以制备更高效的消毒杀菌制剂，例如季铵盐复合碘、碘酊、壳聚糖碘等。

季铵盐复合碘溶液同时具有季铵盐和碘的协同消毒灭菌作用，既能够快速消灭细菌和病毒，还能够有效抑制细菌和病毒的耐药性，已成为当前一种主流的消毒制剂。

然而，目前市场上流行的季铵盐复合碘主要为单子季铵盐复合碘溶液。虽然该类复合碘溶液具有较好的协同杀菌效果，但是此类季铵盐复合碘溶液仍然存在季铵盐用量过大和实际生产中碘的损耗率过高的问题。

与此同时，依据2017版兽药质量标准，是采用分配系数对复合碘溶液的络合度进行衡量，并规定分配系数必须大于130。分配系数越高，复合碘的络合程度越好，则产品稳定性能越好。然而，当前市售的季铵盐复合碘溶液仍然普遍存在分配系数较低，甚至不达标的问题，导致复合碘溶液在长时间储存中碘易挥发以及低温储存溶液易分层的问题。

CN 104604934A通过季铵盐络合碘的方式制备得到了一种新型的复合碘消毒制剂，并将其应用于畜牧、水产养殖领域。但是，从该制剂提供的放置实验数据可以看出，在长时间放置过程中，复合碘溶液中的有效碘含量随着时间的延长而逐渐降低，不利于制剂的长时间储存。

发明内容

本发明的目的是针对现有季铵盐复合碘溶液存在的不足，提供一种具有高分配系数的复合碘溶液及其制备方法，通过采用新型双子季铵盐与碘复配，制备出一种具有高分配系数和长期稳定性的复合碘溶液。

本发明所述的具有高分配系数的复合碘溶液按照重量百分数，是由0.1%～2.5%纳米微晶纤维素、0.5%～8%聚乙烯吡咯烷酮、0.1%～7%碘、0.1%～10%碘化物、5%～45%酯基对称型双子季铵盐、2%～15%无机酸和余量的水为原料混合制成。

进一步地，所述具有高分配系数的复合碘溶液是按照重量百分数，由0.5%～2%纳米微晶纤维素、1%～5%聚乙烯吡咯烷酮、0.5%～5%碘、0.5%～7.5%碘化物、10%～30%酯基对称型双子季铵盐、5%～10%无机酸和余量的水为原料混合制成。

其中，具体地，作为本发明复合碘溶液主要原料的酯基对称型双子季铵盐是以酯基为疏水基的对称型双子季铵盐表面活性剂。

更具体地，所述的酯基对称型双子季铵盐是N¹,N²-乙酸脂肪酸酯-N¹,N¹,N²,N²-四甲基乙基-1,2-双卤化铵，具有以下式(I)所示的结构：

其中，R代表C₁～C₂₂的烷基，X代表卤素。

进一步地，所述R代表C₈～C₂₀的烷基。

双子季铵盐是一类通过一个联结基将两个单子季铵盐分子在其亲水头基或接近亲水头基处连接而成的新型杀菌剂。由于其单分子含有两个季铵正离子，电荷密度更高，与传统的单子季铵盐杀菌剂相比，不仅对细菌具有更强的吸附性，起到少量高效的作用，同时还能够与碘离子以配位络合的方式形成结构更稳定的络合物，从而有助于复合碘溶液稳定性的提高。

进一步地，作为本发明复合碘溶液另一种主要原料的纳米微晶纤维素是一种由天然纤维素水解后得到的纳米材料。经酸水解后得到的纳米微晶纤维素表面可以暴露出更多的官能团，从而表现出两亲性，因此也能够与碘离子形成结构稳定的络合物。更重要的是，与季铵盐络合碘不同，纳米微晶纤维素独特的层级结构还能够对溶液中的碘和高聚碘进行吸附包裹，从而避免了碘的快速释放，进一步提高了复合碘溶液的稳定性和消毒灭菌的持久性。

因此，本发明复合碘溶液结合了纳米微晶纤维素、聚乙烯吡咯烷酮以及酯基对称型双子季铵盐之间的协同络合，可以实现对碘离子的物理吸附、胶束分散以及配位络合，从而有助于碘的快速分散与络合，使得复合碘溶液具有更高的碘利用率和分配系数，表现出更优异的稳定性能。

进一步地，所述聚乙烯吡咯烷酮为型号K15、K30中的一种，或者是两种的任意比例混合物。

进一步地，所述无机酸为浓磷酸、浓硫酸中的一种，或者是将两种以任意比例混合得到的混合酸。

进一步地，所述碘化物为碘化钾、碘化钠中的一种，或者是将两种以任意比例混合得到的混合盐。

进而，本发明还提供了一种适合的所述具有高分配系数的复合碘溶液的制备方法。

首先将所述重量百分数的纳米微晶纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、去离子水加入密闭搪瓷反应釜内，升温至45～65℃，搅拌均匀，保温20～40min，制备得到溶液A。

再将所述重量百份数的碘化物和碘依次分别加入到溶液A中，45～60℃保温搅拌30～50min，使碘颗粒全部溶解，制备得到溶液B。

最后，将所述重量百分数的酯基对称型双子季铵盐、无机酸液加入到溶液B中，搅拌20～45min，制备得到复合碘溶液。

本发明制备的复合碘溶液可以作为消毒剂，应用于水产及畜牧业等领域的杀菌消毒。

本发明制备的复合碘溶液还可以应用于工业化生产设备以及车间的消毒。

本发明借助纳米微晶纤维素的吸附络合作用和聚乙烯吡咯烷酮的胶束增溶作用，先对碘离子进行一次增溶络合，然后再借助酯基对称型双子季铵盐的配位络合作用，对碘离子进行二次增稳络合，实现了对碘的良好协同增溶、协同络合效果，从而提高了碘的络合程度，避免了生产过程中碘的升华损耗，制备得到了一种具有高分配系数和长期稳定性的复合碘溶液。

本发明制备的复合碘溶液具有较高的分配系数，可以达到5300以上，并具有更好的稳定性，可保持常温储存六个月，碘含量和分配系数基本不降低。与此同时，本发明复合碘溶液的碘利用率较高，可以达到95%以上。

本发明复合碘溶液中添加的酯基对称型双子季铵盐和纳米微晶纤维素均具有良好的生物可降解性和生物相容性，因此也是一种绿色环保性的复合碘溶液。

本发明制备复合碘溶液所采用的工艺路线不涉及化工设备改造，生产条件温和，可操作性强，节能环保，更有利于工业化大生产的顺利进行。

具体实施方式

下面结合实施例和比较例对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不是限制本发明的保护范围。本领域普通技术人员在不脱离本发明原理和宗旨的情况下，针对这些实施例进行的各种变化、修改、替换和变型，均应包含在本发明的保护范围之内。

分别测试以下各实施例和比较例制备复合碘溶液的有效碘含量和分配系数。再将各复合碘溶液置于冰箱中，于-18℃冷冻6h后，取出，室温下自然解冻，待完全解冻后，再次测试各复合碘溶液的有效碘含量和分配系数。

其中，有效碘含量测试依据《兽药质量标准》(2017年版)化学药品卷中碘附(I)测试方法，采用硫代硫酸钠滴定法测定样品的有效碘含量。每组样品测5次，取平均值。

分配系数测试依据《兽药质量标准》(2017年版)化学药品卷中复合碘溶液(水产用)测试方法，采用紫外-可见分光光度计法测定样品的分配系数。每组样品测5次，取平均值。

实施例1。

称取0.8Kg纳米微晶纤维素、3Kg聚乙烯吡咯烷酮K15和61.2Kg去离子水，加入搪瓷反应釜中，密闭升温至60℃，保温搅拌混合28min，制备得到溶液A。

在溶液A中依次加入3Kg碘化钾、2Kg碘化钠和2Kg碘，升温至60℃保温搅拌反应50min，使碘颗粒全部溶解后得到溶液B。

将20Kg N¹,N²-乙酸月桂酯-N¹,N¹,N²,N²-四甲基乙基-1,2-双溴化铵、4Kg浓磷酸、4Kg浓硫酸加入溶液B中，搅拌33min制备得到复合碘溶液。

本实施例制备的复合碘溶液为红棕色粘稠液体，色泽均匀，静置不分层，无沉淀，无刺激性异味。

将复合碘溶液置于冰箱中，于-18℃冷冻6h后，取出，可以看出复合碘溶液冷冻后仍然为红棕色，且色泽均匀，无分层现象，说明其络合程度高，具有低温稳定性。

将冷冻的复合碘溶液在室温下自然解冻至完全溶解，依然保持为红棕色液体，且色泽均匀，无分层现象，说明其络合程度高，低温稳定性能优异。

对比例1。

称取0.8Kg纳米微晶纤维素、3Kg聚乙烯吡咯烷酮K15和81.2Kg去离子水，加入搪瓷反应釜中，密闭升温至60℃，保温搅拌混合28min，制备得到溶液A。

在溶液A中依次加入3Kg碘化钾、2Kg碘化钠和2Kg碘，升温至60℃保温搅拌反应50min，使碘颗粒全部溶解后得到溶液B。

将4Kg浓磷酸、4Kg浓硫酸加入溶液B中，搅拌33min制备得到复合碘溶液。

本对比例与实施例1相比，未添加双子季铵盐表面活性剂，制备的复合碘溶液为红棕色粘稠液体，色泽均匀，静置不分层，无沉淀，无刺激性异味。

对比例2。

称取3Kg聚乙烯吡咯烷酮K15和62Kg去离子水，加入搪瓷反应釜中，密闭升温至60℃，保温搅拌混合28min，制备得到溶液A。

在溶液A中依次加入3Kg碘化钾、2Kg碘化钠和2Kg碘，升温至60℃保温搅拌反应50min，使碘颗粒全部溶解后得到溶液B。

将20Kg N¹,N²-乙酸月桂酯-N¹,N¹,N²,N²-四甲基乙基-1,2-双溴化铵、4Kg浓磷酸、4Kg浓硫酸加入溶液B中，搅拌33min制备得到复合碘溶液。

与实施例1相比，本对比例中未添加微晶纤维素，制备的复合碘溶液为红棕色粘稠液体，色泽均匀，静置不分层，无沉淀，无刺激性异味。

对比例3。

称取20Kg N¹,N²-乙酸月桂酯-N¹,N¹,N²,N²-四甲基乙基-1,2-双溴化铵、0.8Kg纳米微晶纤维素、3Kg聚乙烯吡咯烷酮K15和61.2Kg去离子水，加入搪瓷反应釜中，密闭升温至60℃，保温搅拌混合28min，制备得到溶液A。

在溶液A中依次加入3Kg碘化钾、2Kg碘化钠和2Kg碘，升温至60℃保温搅拌反应50min，使碘颗粒全部溶解后得到溶液B。

将4Kg浓磷酸、4Kg浓硫酸加入溶液B中，搅拌33min制备得到复合碘溶液。

本对比例与实施例1相比，将双子季铵盐表面活性剂调整为在制备溶液A时加入，制备的复合碘溶液为红棕色粘稠液体，色泽均匀，静置不分层，无沉淀，无刺激性异味。

实施例2。

称取1Kg纳米微晶纤维素、1.5Kg聚乙烯吡咯烷酮K30和71.5Kg去离子水，加入搪瓷反应釜中，密闭升温至55℃，保温搅拌混合30min，制备得到溶液A。

在溶液A中依次加入2Kg碘化钠和2Kg碘，升温至55℃保温搅拌反应35min，使碘颗粒全部溶解后得到溶液B。

将15Kg N¹,N²-乙酸肉豆蔻酸酯-N¹,N¹,N²,N²-四甲基乙基-1,2-双溴化铵、6Kg浓磷酸加入溶液B中，搅拌40min制备得到复合碘溶液。

本实施例制备的复合碘溶液为红棕色粘稠液体，色泽均匀，静置不分层，无沉淀，无刺激性异味。

实施例3。

称取0.5Kg纳米微晶纤维素、1Kg聚乙烯吡咯烷酮K15、1Kg聚乙烯吡咯烷酮K30和80.7Kg去离子水，加入搪瓷反应釜中，密闭升温至50℃，保温搅拌混合20min，制备得到溶液A。

在溶液A中依次加入0.8Kg碘化钾和1Kg碘，升温至50℃保温搅拌反应30min，使碘颗粒全部溶解后得到溶液B。

将10Kg N¹,N²-乙酸棕榈酸酯-N¹,N¹,N²,N²-四甲基乙基-1,2-双溴化铵、5Kg浓硫酸加入溶液B中，搅拌30min制备得到复合碘溶液。

本实施例制备的复合碘溶液为红棕色粘稠液体，色泽均匀，静置不分层，无沉淀，无刺激性异味。

实施例4。

称取1.5Kg纳米微晶纤维素、1Kg聚乙烯吡咯烷酮K30和54Kg去离子水，加入搪瓷反应釜中，密闭升温至45℃，保温搅拌混合27min，制备得到溶液A。

在溶液A中依次加入7Kg碘化钾和4Kg碘，升温至53℃保温搅拌反应55min，使碘颗粒全部溶解后得到溶液B。

将25Kg N¹,N²-乙酸硬脂酸酯-N¹,N¹,N²,N²-四甲基乙基-1,2-双溴化铵、7.5Kg浓磷酸加入溶液B中，搅拌42min制备得到复合碘溶液。

本实施例制备的复合碘溶液为红棕色粘稠液体，色泽均匀，静置不分层，无沉淀，无刺激性异味。

上述各实施例和对比例的原料用量和复合碘溶液的产品性能指标列于表1中。

从表1可以看出，上述实施例1～4中，复合碘溶液中的有效碘含量接近理论值，几乎没有浪费，分配系数较高，且冷冻前后的有效碘含量和分配系数基本不变，说明微晶纤维素和季铵盐之间的协同作用对碘的络合程度较高，使其具有优异的耐低温性能。

与实施例1比较，对比例1～2的有效碘含量较低，分配系数差异较大，说明在实际生产过程中碘的损耗率较高，而且微晶纤维素与季铵盐单独对碘的络合能力有一定的局限性，导致冷冻前后分配系数差异较大。

而将对比例例3与实施例1比较，可以看出对比例3的有效碘含量差异较大，分配系数有所降低，这说明季铵盐的添加顺序也会对复合碘溶液的络合产生一定影响，这可能是由于季铵盐与微晶纤维素的同时加入，使得微晶纤维素对季铵盐产生相互作用，从而减低了微晶纤维素与碘的吸附，导致碘损耗和分配系数的降低。

表2进一步给出了实施例1和对比例1～3复合碘溶液的常温储存性能指标。

根据表2，实施例1和对比例3复合碘溶液的有效碘含量和分配系数随着放置时间的延长均保持基本不变，说明微晶纤维素与季铵盐之间的协同络合使得复合碘溶液的稳定性较好，便于长时间储存。而对比例1和2复合碘溶液的有效碘含量和分配系数随着放置时间的延长逐渐降低，且分配系数大幅降低，说明复合碘溶液在长时间放置过程中，络合程度逐渐降低，导致碘易挥发，不利于长时间储存。

Claims (8)

1.一种具有高分配系数的复合碘溶液，按照重量百分数，是由0.1％～2.5％纳米微晶纤维素、0.5％～8％聚乙烯吡咯烷酮、0.1％～7％碘、0.1％～10％碘化物、5％～45％酯基对称型双子季铵盐、2％～15％无机酸和余量的水为原料混合制成；

所述酯基对称型双子季铵盐是N¹,N²-乙酸脂肪酸酯-N^l,N¹,N²,N²-四甲基乙基-1,2-双卤化铵，具有以下式(I)所示的结构：

其中，R代表C₁～C₂₂的烷基，X代表卤素；

所述复合碘溶液的制备方法，按照以下步骤制备：

1)、将所述重量百分数的纳米微晶纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、去离子水加入密闭塘瓷反应釜内，升温至45～65℃，搅拌均匀，保温20～40min，制备得到溶液A；

2)、将所述重量百分数的碘化物和碘依次分别加入到溶液A中，45～60℃保温搅拌30～50min，使碘颗粒全部溶解，制备得到溶液B；

3)、将所述重量百分数的酯基对称型双子季铵盐、无机酸液加入到溶液B中，搅拌20～45min，制备得到复合碘溶液。

2.根据权利要求1所述的复合碘溶液，其特征是按照重量百分数，由0.5％～2％纳米微晶纤维素、1％～5％聚乙烯吡咯烷酮、0.5％～5％碘、0.5％～7.5％碘化物、10％～30％酯基对称型双子季铵盐、5％～10％无机酸和余量的水为原料混合制成；

所述酯基对称型双子季铵盐是N¹,N²-乙酸脂肪酸酯-N^l,N¹,N²,N²-四甲基乙基-1,2-双卤化铵，具有以下式(I)所示的结构:

其中，R代表C₁～C₂₂的烷基，X代表卤素。

3.根据权利要求1或2所述的复合碘溶液，其特征是所述R代表C₈～C₂₀的烷基。

4.根据权利要求1或2所述的复合碘溶液，其特征是所述聚乙烯吡咯烷酮为型号K15、K30中的一种，或者是两种的任意比例混合物。

5.根据权利要求1或2所述的复合碘溶液，其特征是所述无机酸为浓磷酸、浓硫酸中的一种，或者是将两种以任意比例混合得到的混合酸。

6.根据权利要求1或2所述的复合碘溶液，其特征是所述碘化物为碘化钾、碘化钠中的一种，或者是将两种以任意比例混合得到的混合盐。

7.权利要求1或2任一所述复合碘溶液的制备方法，其特征是按照以下步骤制备：

1)、将所述重量百分数的纳米微晶纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、去离子水加入密闭塘瓷反应釜内，升温至45～65℃，搅拌均匀，保温20～40min，制备得到溶液A；

2)、将所述重量百分 数的碘化物和碘依次分别加入到溶液A中，45～60℃保温搅拌30～50min，使碘颗粒全部溶解，制备得到溶液B；

3)、将所述重量百分数的酯基对称型双子季铵盐、无机酸液加入到溶液B中，搅拌20～45min，制备得到复合碘溶液。

8.权利要求1或2所述复合碘溶液作为水产和畜牧业领域消毒剂的应用。