CN115873255A - 一种季铵化聚硅氧烷及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种季铵化聚硅氧烷及其制备方法和应用，上述季铵化聚硅氧烷，其侧链含有丰富的季铵化阳离子，具有较强的杀菌作用，且能够和表面带有负电的织物纤维通过静电吸引牢固地结合，从而在织物表面具有优异的固定效果，提高抗菌织物耐水性；此外，带正电的N上连接有长链烷基，丰富的长链烷基能够和织物表面的纤维相互缠绕，进一步增加本申请的季铵化聚硅氧烷在织物表面固定效果。
Description
技术领域
本发明涉及纺织品整理剂技术领域，具体涉及一种季铵化聚硅氧烷及其制备方法和应用。
背景技术
纺织品抗菌剂伴随着抗菌卫生整理技术而出现，主要用于纺织品材料及其制品。随着科技的进步和生活水平的提高，人们对纺织品的舒适性、透气性、安全性等要求越来越高，相应地，纺织品抗菌整理剂日臻完善，抗菌卫生整理技术也日趋成熟。抗菌卫生整理是用抗菌剂处理织物(包括天然纤维、化学纤维及其混纺织物)，以使其获得抗菌、防霉、防臭等功能；其目的不仅是为了防止织物被微生物沾污、损伤和穿着舒适，更重要的是为了降低交叉感染，防止传播疾病，保证人体的安全健康。
目前已开发出多种类型的纺织品抗菌防霉剂，应用比较成熟的抗菌整理剂主要有:无机化合物、与纤维配位的络合金属、季铵盐、胍类、酚类、脂肪酸及脂肪酸盐、有机铜化合物、脱乙酞基甲壳质和含氮杂环化合物等。
织物抗菌卫生整理技术已开始进入成熟阶段，抗菌整理棉织物的抗菌性明显好于抗菌合成纤维，但目前还存在抗菌整理剂在织物上固定效果不佳导致的抗菌效果不耐水洗等问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种季铵化聚硅氧烷及其制备方法和应用，以解决现有织物抗菌整理剂在织物上的固定效果不佳等问题。
为了实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：
本申请公开了一种季铵化聚硅氧烷，其结构式为：
式中，Y为甲基或乙基，R1为直链烷基、支链烷基、芳基、芳烷基或苄基的任意一种，R2、R3、R4中的至少一个为CxH2x+1，其中，x＝8～18，n＝80-600。
需要说明的是，本申请公开的季铵化聚硅氧烷，其侧链含有丰富的季铵化阳离子，具有较强的杀菌作用，并且能够和表面带有负电的织物纤维通过静电吸引牢固地结合，从而在织物表面具有优异的固定效果，提高抗菌织物耐水性；此外，带正电的N上连接有长链烷基，丰富的长链烷基能够和织物表面的纤维相互缠绕，进一步增加本申请的季铵化聚硅氧烷在织物表面固定效果。
本申请的一种实现方式中，Y为甲基，R1为正丙基，R2为十八烷基，R3和R4为甲基，n＝。
本申请的第二方面公开了一种季铵化聚硅氧烷的制备方法，包括：
将卤素取代的聚硅氧烷、催化剂与溶剂混合得到混合溶液；
在保护气氛下，将混合溶液加热至一定温度，加入长链烷基胺以使得在催化剂的作用下，卤素取代的聚硅氧烷和长链烷基胺反应，得到季铵化聚硅氧烷。
本申请的一种实现方式中，在保护气氛下，将混合溶液加热至一定温度，加入长链烷基胺以使得在催化剂的作用下，卤素取代的聚硅氧烷和长链烷基胺反应，得到季铵化聚硅氧烷具体包括：
在氮气保护下，将混合溶液加热至一定温度，加入长链烷基胺以使得在催化剂的作用下，卤素取代的聚硅氧烷和长链烷基胺进行冷凝回流反应；
待反应结束温度冷却后，用固体酸除去未反应长链烷基胺，减压蒸馏除去反应剩余的溶剂，得到季铵化聚硅氧烷。
需要说明的是，本申请通过酸洗工艺除去未反应的长链烷基胺，以对反应产物进行纯化，相比于蒸馏提纯，操作更简单，并且实现了剩余反应物的回收再利用；此外，通过减压蒸馏除去溶剂，实现了对反应产物的进一步纯化。因而本申请的季铵化聚硅氧烷还具有制备工艺简单、纯化难度低的优点。
本申请的一种实现方式中，固体酸选自磷酸锆、铌酸、水洗铌酸、磷钨酸中的至少一种；
优选地，混合溶液的加热温度为60-150℃，冷凝回流反应的时间为12-48h；
优选地，固体酸和长链烷基胺反应的温度为20-50℃，反应时间为4-18小时；
优选地，减压蒸馏除的反应温度为50-70℃，反应时间为2-10小时。
本申请的一种实现方式中，长链烷基胺、卤素取代的聚硅氧烷和催化剂之间的摩尔比为1：(1～1.5)：(0.001～0.005)。
本申请的一种实现方式中，卤素选自氟、氯、溴和碘的任意一种；
优选地，催化剂为KI或NaI；
优选地，长链烷基胺选自N，N-二甲基十二烷基胺、N，N-二甲基十四烷基胺、N，N-二甲基十六烷基胺、N，N-二甲基十八烷基胺、N，N-二甲基二十二烷基胺、双十二烷基胺、双十四烷基胺、双十六烷基胺、双十八烷基胺、双二十二烷基胺、十二十四烷基胺、十四十六烷基胺中的至少一种；
优选地，溶剂选自乙醇、甲醇、丙酮溶剂、丙二醇单甲醚、异丙醇中的至少一种。
本申请的第三方面公开了一种采用上述季铵化聚硅氧烷的抗菌剂。
本申请的第四方面公开了一种采用上述季铵化聚硅氧烷在纺织品中的应用。
本申请的第四方面公开了一种采用上述季铵化聚硅氧烷的纺织品。
由于采用以上技术方案，本申请的有益效果在于：
本申请公开的季铵化聚硅氧烷，其侧链含有丰富的季铵化阳离子，具有较强的杀菌效果，能够和表面带有负电的织物纤维牢固地结合，从而在织物表面具有优异的固定效果；此外，带正电的N上连接有长链烷基，丰富的长链烷基能够和织物表面的纤维相互缠绕，进一步增加在织物表面固定效果。
附图说明
图1为实施例1提供的抗菌剂的抗菌测试对比图；
图2为实施例1提供的抗菌剂在纺织品上经多次洗涤后的抗菌性能测试对比图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本实施例所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备即可。
本实施例所有原料，对其纯度没有特别限制，本实施例优选采用分析纯或钠离子电池材料领域常规的纯度即可。
本实施例提供了一种季铵化聚硅氧烷，其结构式为：
式中，Y为甲基或乙基，R1为直链烷基、支链烷基、芳基、芳烷基或苄基的任意一种，R2、R3、R4中的至少一个为CxH2x+1，其中，x＝8～18，n＝80～600。具体地，Y可以为甲基，R1可以为正丙基，R2可以为十八烷基，R3和R4可以为甲基，n＝80～600。
根据上述结构式可知，本实施例的季铵化聚硅氧烷，其侧链含有丰富的季铵化阳离子，能够实现较强的杀菌抗菌作用，并且能够和表面带有负电的织物纤维通过静电吸引牢固地结合，从而在织物表面具有优异的固定效果；此外，带正电的N上连接有长链烷基，丰富的长链烷基能够和织物表面的纤维相互缠绕，进一步增加季铵化聚硅氧烷在织物表面固定效果。
因此，本实施例提供了一种季铵化聚硅氧烷的制备方法，包括：
将卤素取代的聚硅氧烷、催化剂与溶剂混合得到混合溶液；
在保护气氛下，将混合溶液加热至一定温度，加入长链烷基胺以使得在催化剂的作用下，卤素取代的聚硅氧烷和长链烷基胺反应，得到季铵化聚硅氧烷。具体地，在氮气保护下，将混合溶液加热至一定温度，加入长链烷基胺，以使得在催化剂的作用下，卤素取代的聚硅氧烷和长链烷基胺进行冷凝回流反应；待反应结束温度冷却后，用固体酸除去未反应长链烷基胺，减压蒸馏除去反应剩余的溶剂，得到季铵化聚硅氧烷。本实施例的一种具体实现方式中，混合溶液的加热温度为60-150℃，冷凝回流反应的时间为12-48h；固体酸和长链烷基胺反应的温度为20-50℃，反应时间为4-18小时；减压蒸馏除的反应温度为50-70℃，反应时间为2-10小时。
本实施例通过固体酸洗工艺除去未反应的长链烷基胺，以对反应产物进行纯化，相比于蒸馏提纯，操作更简单，并且实现了剩余反应物的回收再利用；此外，通过减压蒸馏除去溶剂，实现了对反应产物的进一步纯化。因而本申请的季铵化聚硅氧烷还具有制备工艺简单、纯化难度低的优点。
为了达到更好的抗菌剂在纺织品上的固定效果，其中，长链烷基胺选自N，N-二甲基十二烷基胺、N，N-二甲基十四烷基胺、N，N-二甲基十六烷基胺、N，N-二甲基十八烷基胺、N，N-二甲基二十二烷基胺、双十二烷基胺、双十四烷基胺、双十六烷基胺、双十八烷基胺、双二十二烷基胺、十二十四烷基胺、十四十六烷基胺中的至少一种，通过上述烷基胺上的长链基团和纺织品表面的纤维缠绕，能够将抗菌剂更好地固定于纺织品上，提升纺织品抗菌效果的耐水洗性能。本实施例的一种具体实现方式中，长链烷基胺、卤素取代的聚硅氧烷和催化剂之间的摩尔比为1：(1～1.5)：(0.001～0.005)，长链烷基胺和卤素取代的聚硅氧烷质量之和与溶剂的质量比为1:1～1:2。
本实施例中，在对季铵化聚硅氧烷进行纯化时，采用固体酸除去未反应的长链烷基胺，固体酸选自磷酸锆、铌酸、水洗铌酸、磷钨酸中的至少一种，催化剂为KI或NaI，溶剂选自乙醇、甲醇、丙酮溶剂、丙二醇单甲醚、异丙醇中的至少一种。
因此，本实施例还提供了一种采用上述季铵化聚硅氧烷的抗菌剂，用于对纺织品进行抗菌处理，使得纺织物的具有长久的抗菌效果，且具有耐水洗耐久用的优点。
进一步，本实施例还提供了一种上述季铵化聚硅氧烷在纺织品中的应用，通过将采用上述季铵化聚硅氧烷的抗菌剂对纺织品进行处理，能够使得上述季铵化聚硅氧烷和纺织品牢固地结合，使得纺织品具有长久的抗菌效果，且具有耐水洗耐久用的优点。
下面将通过具体实施例本申请作进一步说明。应当理解，实施例仅是示例性的，并不构成对本申请保护范围的限制。
实施例1
实施例1提供了一种季铵化聚硅氧烷，其结构式为：
式中，Y为甲基，R1为直链丙基，R2、R3为甲基。
本实施例还提供了上述季铵化聚硅氧烷的制备方法，包括
(1)将氯代的聚硅氧烷、KI与乙醇按照比例混合得到混合溶液；
(2)在氮气保护下，将混合溶液加热至60-150℃，加入十八烷基二甲基叔胺以使得在催化剂的作用下，卤素取代的聚硅氧烷和十八烷基二甲基叔胺进行冷凝回流反应12-48小时；
待反应结束温度冷却后，用固体酸除去未反应的十八烷基二甲基叔胺，减压蒸馏除去反应剩余的溶剂，得到本实施例的季铵化聚硅氧烷。
本实施例还提供了一种用于纺织品的抗菌剂，其成分为本实施例制备的季铵化聚硅氧烷。
本实施例还提供了一种用于纺织品的抗菌处理方法，采用本实施例用于纺织品的抗菌剂对纺织品浸泡20-40分钟，然后进行烘烤，烘烤温度为80-100℃，烘烤时间为20-40分钟。
实施例2
实施例2提供了一种季铵化聚硅氧烷，其结构式为
式中，Y为甲基，R1为直链丙基，R2为甲基。
本实施例还提供了上述季铵化聚硅氧烷的制备方法，包括：
(1)将氯代的聚硅氧烷、KI与甲醇按照比例混合得到混合溶液；
(2)在氮气保护下，将混合溶液加热至60-150℃，加入十二十四烷基胺以使得在催化剂的作用下，卤素取代的聚硅氧烷和十二十四烷基胺进行冷凝回流反应12-48小时；
待反应结束温度冷却后，用固体酸除去未反应的十二十四烷基胺，减压蒸馏除去反应剩余的溶剂，得到本实施例的季铵化聚硅氧烷。
抗菌实验结果
一、抗菌剂抗菌效果
采用空白组和实验组对抗菌剂的抗菌性能进行对比测试，其中：
空白组：将一定量菌液接种至琼脂培养基表面
实验组：将一定量菌液与采用实施例1的抗菌剂混合后接种至琼脂培养基表面。
将空白组和实验组的而培养皿均置于40℃恒温培养室内培养12小时，观察空白组和实验组的细菌生长情况，具体如图2所示。
根据图2可知，采用实施例1的抗菌剂具有良好的抗菌效果。
二.多次洗涤对抗菌纤维布抗菌性能的影响
1、样品说明：
样品①—未做任何处理的眼镜布；
样品②—做抗菌处理的眼镜布；
样品③—采用实施例1的抗菌剂对纤维布做抗菌处理后，洗涤-干燥10次的纤维布；
样品④—采用实施例1的抗菌剂对纤维布做抗菌处理后，洗涤-干燥20次的纤维布；
样品⑤—采用实施例1的抗菌剂对纤维布做抗菌处理后，洗涤-干燥50次的纤维布；
其中，样品尺寸均为50cm*50cm；
抗菌处理是指：将纤维布用实施例1抗菌剂浸泡30分钟后，置于干燥箱80℃干燥30分钟；洗涤-干燥处理是指：用洗涤剂(洗衣液，蓝月亮)浸泡旋转洗涤甩干(25分钟)，用去离子水清洗-甩干(重复2次)后，至于干燥箱80℃干燥30分钟。
2、抗菌测试方法：
采用平行划线法，即将含一定量细菌的培养液滴加于盛有营养琼脂平板的培养皿中，使其在琼脂表面形成五条平行的条纹，然后将测试布样品平摊放于这些培养液条纹上，并轻轻挤压，使其与琼脂表面紧密接触，在一定的温度下放置12小时候后，观察与样品接触的区域细菌生长情况，具体如图1所示。
3、抗菌测试结果
根据图1可知，经过抗菌测试对比：图1(a)和图1(b)中，样品①—未做抗菌处理的纤维布，培养皿中和纤维布接触区域，有大量细菌生长；图1(c)和图1(d)中，样品②—经抗菌处理的纤维布，培养皿中和纤维布接触区域无细菌生长；图1(e)和图1(f)中，样品③—经抗菌处理的纤维布并洗涤10次，培养皿中和纤维布接触区域无细菌生长；图1(g)和图1(h)中，样品④—经抗菌处理的纤维布并洗涤20次，培养皿中和纤维布接触区域无细菌生长；图1(i)和图1(j)中，样品⑤—经抗菌处理的纤维布并洗涤50次，培养皿中和纤维布接触区域无细菌生长。
根据抗菌测试对比结果可知，经过多次洗涤处理后，采用实施例1的抗菌剂做抗菌处理的纤维布仍然具有良好的抗菌性能。
以上应用了具体个例对本申请进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (10)
1.一种季铵化聚硅氧烷，其特征在于，所述季铵化聚硅氧烷的结构式为：
式中，Y为甲基或乙基，R1为直链烷基、支链烷基、芳基、芳烷基或苄基的任意一种，R2、R3、R4中的至少一个为CxH2x+1，其中，x＝8～18，n＝80～600。
2.根据权利要求1所述的季铵化聚硅氧烷，其特征在于，Y为甲基，R1为正丙基，R2为十八烷基，R3和R4为甲基，n＝80～600。
3.一种如权利要求1或2所述的季铵化聚硅氧烷的制备方法，其特征在于，包括：
将卤素取代的聚硅氧烷、催化剂与溶剂混合得到混合溶液；
在保护气氛下，将混合溶液加热至一定温度，加入长链烷基胺以使得在催化剂的作用下，卤素取代的聚硅氧烷和长链烷基胺反应，得到季铵化聚硅氧烷。
4.根据权利要求3所述的季铵化聚硅氧烷的制备方法，其特征在于，在保护气氛下，将混合溶液加热至一定温度，加入长链烷基胺以使得在催化剂的作用下，卤素取代的聚硅氧烷和长链烷基胺反应，得到季铵化聚硅氧烷具体包括：
在氮气保护下，将混合溶液加热后，加入长链烷基胺以使得在催化剂的作用下，卤素取代的聚硅氧烷和长链烷基胺进行冷凝回流反应；
待反应结束温度冷却后，用固体酸除去未反应长链烷基胺，减压蒸馏除去反应剩余的溶剂，得到季铵化聚硅氧烷。
5.根据权利要求4所述的季铵化聚硅氧烷的制备方法，其特征在于，所述固体酸选自磷酸锆、铌酸、水洗铌酸、磷钨酸中的至少一种；
优选地，混合溶液的加热温度为60-150℃，冷凝回流反应的时间为12-48h；
优选地，固体酸和长链烷基胺反应的温度为20-50℃，反应时间为4-18小时；
优选地，减压蒸馏除的反应温度为50-70℃，反应时间为2-10小时。
6.根据权利要求3或4所述的季铵化聚硅氧烷的制备方法，其特征在于，长链烷基胺、卤素取代的聚硅氧烷和催化剂之间的摩尔比为1：(1～1.5)：(0.001～0.005)。
7.根据权利要求6所述的季铵化聚硅氧烷的制备方法，其特征在于，所述卤素选自氟、氯、溴和碘的任意一种；
优选地，所述催化剂为KI或NaI；
优选地，所述长链烷基胺选自N，N-二甲基十二烷基胺、N，N-二甲基十四烷基胺、N，N-二甲基十六烷基胺、N，N-二甲基十八烷基胺、N，N-二甲基二十二烷基胺、双十二烷基胺、双十四烷基胺、双十六烷基胺、双十八烷基胺、双二十二烷基胺、十二十四烷基胺、十四十六烷基胺中的至少一种；
优选地，所述溶剂选自乙醇、甲醇、丙酮溶剂、丙二醇单甲醚、异丙醇中的至少一种。
8.一种含有如权利要求1或2所述的季铵化聚硅氧烷的抗菌剂。
9.一种如权利要求1或2所述的季铵化聚硅氧烷在纺织品中的应用。
10.一种含有如权利要求1或2所述的季铵化聚硅氧烷的纺织品。
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| CN202111136330.XA CN115873255A (zh) | 2021-09-27 | 2021-09-27 | 一种季铵化聚硅氧烷及其制备方法和应用 |
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| CN108586751A (zh) * | 2018-05-16 | 2018-09-28 | 山东交通学院 | 一种乙烯基封端含季铵盐聚硅氧烷及其合成与在制备本征季铵盐型抗菌硅橡胶中的应用 |
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