CN117616060A - 抗菌共聚物 - Google Patents

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郑善贞
姜顺熙
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Abstract

提供了抗菌共聚物，更特别地，提供了持续保持优异的抗菌特性的抗菌共聚物。

Description

抗菌共聚物
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请基于在2021年7月16日提交的韩国专利申请第10-2021-0093704号并要求其优先权，其公开内容在此通过引用整体并入本文。
本发明涉及表现出优异的抗菌特性的抗菌共聚物。
背景技术
近来，随着生物的多样化、生活水平的提高以及意识的改变和提高，对改善个人生活环境中的卫生和舒适度的兴趣日益增加。因此，已经对威胁这些的微生物进行了研究，但是在日常生活环境中存在许多类型的微生物，并且它们广泛分布于自然界中，从而引起严重的问题。
特别地，诸如细菌、真菌等的微生物可能栖居在各种环境例如饮食生活、居住环境、服装、工业品等中。然而，由于细菌可能引起各种炎症或食物中毒，以及真菌不仅可能产生臭味，而且还可能引起各种皮肤病、呼吸道疾病、变态反应、特应性皮炎等，因此它们都是成问题的。此外，生活在电子产品和家用物品表面上的微生物可能导致产品性能的劣化。
因此，为了防止由这些微生物引起的人损害，已经开发了各种抗菌物质来抑制微生物的生长或杀死微生物。
具体地，先前开发的抗菌剂可以大致分为无机抗菌剂和有机抗菌剂。无机抗菌剂为含有金属例如银、铜等的抗菌剂，并且由于热稳定性优异，具有即使在高温条件下也保持抗菌特性的优点。然而，存在的问题在于，其是昂贵的，并且在加工之后由于含有金属离子而存在变色的可能性。此外，有机抗菌剂的优点在于，其比无机抗菌剂更便宜，并且即使少量也表现出优异的抗菌效果。然而，有机抗菌剂存在的问题在于，由于在应用于产品之后存在浸出的可能性，因此抗菌耐久性差。
此外，虽然有机抗菌剂可以在抑制微生物的繁殖和杀死微生物方面确保产品的稳定性，但是其是有毒的从而对使用者的皮肤造成刺激。
因此，需要具有优异的抗菌特性同时保持抗菌特性并确保对人体的安全性的抗菌材料。
[现有技术文献]
[专利文献]
(专利文献0001)韩国专利第10-0601393号
发明内容
技术问题
提供了抗菌共聚物，其是环境友好的并且在保持优异的抗菌活性的同时对人体的安全性方面是有利的。
还提供了包含所述抗菌共聚物的抗菌制品。
技术方案
为了实现以上目的，
提供了抗菌共聚物，其包含：
由下式1表示的第一重复单元；和衍生自具有一个或更多个烯键式不饱和基团的单体的第二重复单元，
其中相对于第一重复单元和第二重复单元的总摩尔数，第一重复单元以3摩尔％至60摩尔％的量包含在内：
[式1]
在式1中，
L为具有1至10个碳原子的亚烷基，
R1至R3各自独立地为氢或甲基，
R4至R6中的任一者为具有5至20个碳原子的烷基，并且余者各自独立地为具有1至4个碳原子的烷基，以及
X为卤素。
还提供了包含上述抗菌共聚物的抗菌制品。
有益效果
根据本发明的抗菌共聚物具有在保持优异的抗菌特性的同时确保对人体的安全性的优点。
具体实施方式
在本发明中，术语“第一”、“第二”等用于描述各种组分，并且这些术语仅用于区分某一组分与其他组分。
此外，在本说明书中使用的术语仅用于说明示例性实施方案，并且不旨在限制本发明。除非上下文中不同地表述，否则单数表述可以包括复数表述。必须理解，本说明书中的术语“包括”、“配备”或“具有”仅用于指定存在起作用的特性、数字、步骤、组分或其组合，但并不预先排除存在或可能添加一个或更多个不同的特性、数字、步骤、组分或其组合。
此外，在本发明中，当提及层或元件形成在层或元件“上”或“上方”时，其意指各层或元件直接形成在层或元件上，或者可以在层、对象或基底之间形成其他层或元件。
本发明可以进行各种修改并具有各种形式，并且在以下描述中详细地例示和说明具体示例性实施方案。然而，不旨在将本发明限于具体示例性实施方案，并且必须理解，本发明包括本发明的精神和技术范围内包括的每个修改方案、等同方案或替代方案。
此外，本说明书中使用的术语仅用于说明示例性实施方案，并且不旨在限制本发明。除非上下文中不同地表述，否则本文使用的单数表述可以包括复数表述。
同时，如本文所使用的，术语“(甲基)丙烯酸酯”包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯二者。
此外，在本说明书中，烷基可以为直链或支链的，并且碳原子数没有特别限制，但优选为1至20。根据一个实施方案，烷基的碳原子数为1至10。烷基的具体实例可以包括甲基、乙基、丙基、正丙基、异丙基、丁基、正丁基、异丁基、叔丁基、仲丁基、1-甲基-丁基、1-乙基丁基、戊基、正戊基、异戊基、新戊基、叔戊基、1-乙基-丙基、1,1-二甲基丙基、己基、正己基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、4-甲基-2-戊基、3,3-二甲基丁基、2-乙基丁基、庚基、正庚基、异己基、1-甲基己基、2-甲基己基、3-甲基己基、4-甲基己基、5-甲基己基、环戊基甲基、环己基甲基、辛基、正辛基、叔辛基、1-甲基庚基、2-乙基己基、2,4,4-三甲基-1-戊基、2,4,4-三甲基-2-戊基、2-丙基戊基、正壬基、2,2-二甲基庚基等，但不限于此。此外，在本说明书中，以上烷基的描述也可以应用于亚烷基，不同之处在于亚烷基为二价基团。
为了向通常用于日常生活空间例如住宅、办公室、多用途设施等中的家用化学产品赋予抗菌特性，引入了能够抑制微生物(例如细菌)的繁殖和/或杀死微生物的抗菌剂，例如具有抗菌功能的金属化合物或有机化合物。然而，存在的问题是，所使用的抗菌剂随时间而浸出，并且当使用者暴露于浸出的抗菌剂时，担心使用者的健康受到相当大的威胁。
此外，存在超过5,000种已经确定的细菌。具体地，细菌具有多种多样的细胞形态，例如球形、棒形、螺旋形等，并且其对氧的需求也彼此不同，因此将其分为好氧细菌、兼性细菌和厌氧细菌。因此，对于一种类型的抗菌剂而言通常不容易具有借以破坏各种细菌的细胞膜/细胞壁或使其蛋白质变性的物理/化学机制。
因此，本发明人发现，当具有特定结构的季铵盐部分不是以单体的形式而是作为构成聚合物中的主链的重复单元包含在内时，可以确保对人体的安全性而不用担忧抗菌剂的浸出，并且特别地，除了含有具有特定结构的季铵盐部分的重复单元之外还包含衍生自能够实现不同物理特性的共聚单体的重复单元的共聚物可以保持优异的抗菌特性，并且可以根据共聚单体的类型而应用于各种领域，从而完成了本发明。
更具体地，抗菌共聚物可以表现出针对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌中的至少一者，更具体地，针对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌全部的抗菌特性。
革兰氏阳性菌统指在通过革兰氏染色法染色时被染成紫色的细菌。革兰氏阳性菌的细胞壁由数层肽聚糖组成。在用碱性染料例如结晶紫染色之后，即使在用乙醇处理革兰氏阳性菌时，其也不会脱色并保持紫色着色。被分类为革兰氏阳性菌的细菌包括粪肠球菌(Enterococcus faecalis)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、肺炎链球菌(Streptococcus pneumoniae)、屎肠球菌(Enterococcus faecium)、乳酸乳杆菌(Lactobacillus lactis)等。
此外，革兰氏阴性菌统指这样的细菌：其在通过革兰氏染色法染色时被染成红色，并且与革兰氏阳性菌相比，具有由脂多糖、脂蛋白和其他复合聚合物物质组成的外膜而不是具有相对少量肽聚糖的细胞壁。因此，在用碱性染料例如结晶紫染色之后，甚至在用乙醇处理革兰氏阴性菌时，其会脱色，并且在用红色染料例如番红对其复染时，其呈现红色。被分类为革兰氏阴性菌的细菌包括奇异变形杆菌(Proteus mirabilis)、大肠杆菌(Escherichia coli)、伤寒沙门菌(Salmonella typhi)、铜绿假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa)、霍乱弧菌(Vibrio cholerae)等。
因此，由于革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌在接触时可能引起各种疾病，并且还可能在免疫力弱的危重患者中引起继发性感染，因此优选使用单一抗菌剂来表现出针对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌二者的抗菌特性。
同时，根据一个实施方案的抗菌共聚物可以包含由式1表示的第一重复单元，从而表现出针对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌中的至少一者的抗菌特性。具体地，由于包含在抗菌共聚物中的构成抗菌共聚物的具有含特定碳原子数的烷基的季铵盐部分，季铵盐的铵阳离子被静电吸附到革兰氏阳性菌或革兰氏阴性菌的细胞壁上，然后发生与疏水性季铵盐的烷基的相互作用，因此，涂覆组合物可以表现出针对细菌的细胞表面结构的抗菌特性。
在下文中，将根据本发明的具体实施方案更详细地描述抗菌共聚物和抗菌制品。
抗菌共聚物
一个实施方案的抗菌共聚物包含：由下式1表示的第一重复单元；和衍生自具有一个或更多个烯键式不饱和基团的单体的第二重复单元：
[式1]
在式1中，
L为具有1至10个碳原子的亚烷基，
R1至R3各自独立地为氢或甲基，
R4至R6中的任一者为具有5至20个碳原子的烷基，并且余者各自独立地为具有1至4个碳原子的烷基，以及
X为卤素。
特别地，相对于共聚物中的第一重复单元和第二重复单元的总摩尔数，表现出抗菌特性的第一重复单元可以以3摩尔％至60摩尔％的量包含在内。当第一重复单元的含量小于3摩尔％时，难以表现出足够的抗菌效果，而当第一重复单元的含量大于60摩尔％时，化学稳定性可能降低，从而在其应用方面产生问题。
就此而言，当共聚物中由式1表示的第一重复单元的总数称为“n”，以及第二重复单元的总数称为“m”时，n:m可以为3:97至60:40。
更具体地，相对于共聚物中的第一重复单元和第二重复单元的总摩尔数，第一重复单元可以以以下量包含在内：3摩尔％或更大、5摩尔％或更大、10摩尔％或更大、20摩尔％或更大、23.1摩尔％或更大、25摩尔％或更大、30摩尔％或更大，且60摩尔％或更小、50摩尔％或更小、40摩尔％或更小、35摩尔％或更小、或者33.3摩尔％或更小。
同时，包含在第一重复单元中的季铵阳离子具有与主链连接的连接基团(L)以及三个端基R4、R5和R6取代基。就此而言，连接基团(L)可以为具有1至10个碳原子的线性亚烷基。更具体地，L可以为具有1至5个碳原子的线性亚烷基，例如亚甲基、亚乙基或亚丙基。
此外，第一重复单元的季铵阳离子中取代的三个端基R4、R5和R6取代基中的一者为具有5至20个碳原子的烷基。更具体地，R4、R5和R6取代基中的一者为具有5至20个碳原子的线性即直链烷基。就此而言，当R4、R5和R6取代基全部为具有少于5个碳原子的烷基时，存在无法表现出抗菌特性的问题，并且当R4、R5和R6取代基中的任一者为具有多于20个碳原子的烷基时，用于制备共聚物的起始材料无法溶解在溶剂中，因此合成本身是不可能的。
此外，在式1中，R4至R6中的一者可以为具有5至20个碳原子的烷基，并且余者可以各自独立地为甲基或乙基。优选地，R5可以为具有5至20个碳原子的烷基，以及R4和R6可以各自独立地为甲基或乙基。
更具体地，R1可以为甲基，R2和R3可以为氢，R4至R6中的一者可以为具有5至20个碳原子的烷基，并且余者可以各自独立地为甲基或乙基；或者
R1至R3全部可以为氢，R4至R6中的一者可以为具有5至20个碳原子的烷基，并且余者可以各自独立地为甲基或乙基。
此外，在R4、R5和R6取代基中，除了具有5至20个碳原子的烷基之外的两个取代基可以彼此相同。
优选地，在式1中，R4、R5和R6中的一者可以具有6个或更多个、7个或更多个、或者8个或更多个碳原子，且20个或更少个、18个或更少个、16个或更少个、14个或更少个、或者12个或更少个碳原子。包含由式1表示的第一重复单元的抗菌共聚物可以表现出更优异的抗菌特性。
例如，R1可以为甲基，R2和R3可以为氢，R5可以为具有6至16个碳原子的烷基，以及R4和R6可以各自独立地为甲基或乙基。包含该结构的第一重复单元的抗菌共聚物可以表现出优异的针对革兰氏阳性菌和革兰氏阳性菌中的至少一者，更具体地，针对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌二者的抗菌特性。
此外，在式1中，X可以为卤素，优选为氯(Cl)或溴(Br)。
此外，由式1表示的重复单元可以由以下式1-1至1-4中的任一者表示：
在式1-1至1-4中，
a为2至9的整数，
b为2至8的整数，以及
X为卤素。
更具体地，在式1-1至1-4中，a可以为2、3、4、5、6、7、8、或9，以及b可以为2、3、4、5、6、7、或8。
就此而言，由式1表示的第一重复单元可以衍生自由下式1’表示的单体化合物：
[式1’]
在式1’中，
各取代基的限定如上式1中所限定。
例如，第一重复单元为选自以下中的任一者：
同时，第二重复单元可以衍生自具有一个或更多个烯键式不饱和基团的单体，以与第一重复单元一起形成共聚物。具体地，共聚物可以为其中第一重复单元和第二重复单元彼此无规排列的无规共聚物。
就此而言，具有一个或更多个烯键式不饱和基团的单体可以为选自以下中的一者或更多者：基于(甲基)丙烯酸烷基酯的单体、卤化乙烯基单体、基于乙烯基烷基化物的单体、烯基氰化物单体和基于芳族乙烯基的单体。
基于(甲基)丙烯酸烷基酯的单体可以包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正戊酯、丙烯酸异戊酯、丙烯酸正乙基己酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸正戊酯、甲基丙烯酸异戊酯、甲基丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸正乙基己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸十六烷基酯、丙烯酸硬脂酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸十六烷基酯或甲基丙烯酸硬脂酯，优选地，甲基丙烯酸甲酯。
此外，卤化乙烯基单体可以包括氯乙烯、溴乙烯、偏二氯乙烯或四氟乙烯。
此外，基于乙烯基烷基化物的单体可以包括乙烯基烷基化物(CH2CH-OC(O)R，其中R为具有1至10个碳原子的烷基)(例如乙酸乙烯酯)、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基咔唑或乙烯基烷基醚(CH2CH-OR，其中R为具有1至10个碳原子的烷基)。
此外，烯基氰化物单体可以包括在分子中含有烯键式不饱和基团和腈基二者的单体，例如丙烯腈、甲基丙烯腈、烯丙基氰化物等。
此外，基于芳族乙烯基的单体可以包括苯乙烯、α-甲基苯乙烯、β-甲基苯乙烯、对叔丁基苯乙烯、氯苯乙烯、乙烯基苯甲酸、甲基乙烯基苯甲酸酯、乙烯基萘、氯甲基苯乙烯、羟甲基苯乙烯或二乙烯基苯，优选地，苯乙烯。
更具体地，具有一个或更多个烯键式不饱和基团的单体可以为(甲基)丙烯酸甲酯、氯乙烯、乙酸乙烯酯、丙烯腈或苯乙烯。
此外，抗菌共聚物的重均分子量(Mw)可以为10,000g/mol至1,000,000g/mol。当抗菌共聚物的重均分子量小于10,000g/mol时，一些分子可能不是以聚合物的形式而是以单体或低聚物的形式存在，因此它们可能容易浸出。此外，由于分子量低，因此可能出现被吸收到体内的问题。当抗菌共聚物的重均分子量大于1,000,000g/mol时，可能存在加工性方面的问题。
更具体地，抗菌共聚物的重均分子量(Mw；g/mol)可以为10,000或更大、15,000或更大、20,000或更大、23,000或更大、25,000或更大、25,636或更大、29,376或更大，且1,000,000或更小、500,000或更小、300,000或更小、100,000或更小、50,000或更小、40,000或更小、35,000或更小、或者31,246或更小。
就此而言，抗菌共聚物的重均分子量(Mw)可以通过凝胶渗透色谱法使用聚苯乙烯(PS)作为用于校准的标准物来测量。更具体地，将200mg抗菌共聚物用200ml N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液稀释以制备约1000ppm的样品，然后可以经由RI检测器使用Agilent 1200系列GPC仪器以1ml/分钟的流量测量重均分子量。此时，可以基于使用8种PS标准物获得的校准曲线计算样品的分子量。
此外，抗菌共聚物可以表现出优异的针对微生物，尤其是革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌中的至少一者的抗菌效果。
更具体地，抗菌共聚物可以表现出针对一种或更多种被分类为革兰氏阳性菌的细菌的抗菌特性。或者，抗菌共聚物可以表现出针对一种或更多种被分类为革兰氏阴性菌的细菌的抗菌特性。或者，抗菌共聚物可以表现出针对一种或更多种被分类为革兰氏阴性菌的细菌和一种或更多种被分类为革兰氏阳性菌的细菌的抗菌特性。
就此而言，抗菌共聚物可以针对其表现出抗菌特性的革兰氏阴性菌可以为奇异变形杆菌或大肠杆菌，以及抗菌共聚物可以针对其表现出抗菌特性的革兰氏阳性菌可以为粪肠球菌或金黄色葡萄球菌，但不限于此。更优选地，抗菌共聚物可以表现出针对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌二者的抗菌特性。就此而言，抗菌共聚物表现出抗菌特性的含义意指通过在基底上涂覆抗菌共聚物然后将其干燥(即，通过从涂覆组合物中除去溶剂)而形成的涂层表现出抗菌特性，这可以通过在利用吸光度的抗菌特性测试中测量为60％或更大的细菌生长抑制率来确定，如稍后所述。
在此，奇异变形杆菌为革兰氏阴性的、棒状的、兼性厌氧的或好氧的细菌，分布于各种环境中，并且可以感染人和动物的呼吸道或皮肤，从而引起与泌尿道有关的疾病。特别地，已知当人感染奇异变形杆菌时，其可能引起泌尿道感染或急性肾盂肾炎。
此外，抗菌共聚物针对细菌的抗菌特性可以根据JIS Z 2801(测量在塑料和无孔表面上的抗菌活性)或ASTM E2149(确定固定化抗菌剂在动态接触条件下的抗菌活性)评估。
具体地，抗菌共聚物的如根据JIS Z 2801测量的抗菌率可以为75％或更大、80％或更大、83.3％或更大、90％或更大、92.7％或更大、95％或更大、96％或更大、97％或更大、98％或更大、99％或更大、或者99.9％或更大，且100％或更小。
同时，该共聚物可以通过使由式1’表示的单体化合物和具有一个或更多个烯键式不饱和基团的单体共聚来制备。
更具体地，共聚可以在聚合引发剂的存在下进行。聚合引发剂可以根据聚合方法适当地选择。当使用热聚合法时，可以使用热聚合引发剂，当使用光聚合法时，可以使用光聚合引发剂。当使用混合聚合法(使用热和光二者的方法)时，可以使用热聚合引发剂和光聚合引发剂二者。然而，即使进行光聚合法，通过光照射例如UV照射等也可以产生一定量的热，并且随着放热聚合反应也可以产生一定量的热。因此，还可以使用热聚合引发剂。
作为光聚合引发剂，可以在构成方面没有限制地使用能够通过光例如UV形成自由基的化合物。
光聚合引发剂的实例可以包括选自以下中的一者或更多者：安息香醚、二烷基苯乙酮、羟基烷基酮、乙醛酸苯酯、苄基二甲基缩酮、酰基膦和α-氨基酮。同时，酰基膦的具体实例可以包括二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基亚膦酸乙酯等。更多不同的光聚合引发剂充分公开在由Reinhold Schwalm著写的“UV Coatings:Basics,Recent Developments and NewApplication(Elsevier,2007)”第115页中，然而，其不限于上述实例。
相对于总计100重量份的单体，光聚合引发剂可以以0.001重量份至1重量份的量包含在内。当光聚合引发剂的含量小于0.001重量份时，聚合速率可能变慢。当光聚合引发剂的含量大于1重量份时，聚合物的分子量可能变低并且其物理特性可能不均匀。更具体地，相对于总计100重量份的单体，光聚合引发剂可以以0.005重量份或更大、或者0.01重量份或更大、或者0.1重量份或更大、且0.5重量份或更小、或者0.3重量份或更小的量包含在内。
此外，当使用热聚合引发剂作为聚合引发剂时，可以使用选自基于过硫酸盐的引发剂、基于偶氮的引发剂、过氧化氢和抗坏血酸中的一者或更多者作为热聚合引发剂。基于过硫酸盐的引发剂的具体实例可以包括过硫酸钠(Na2S2O8)、过硫酸钾(K2S2O8)、过硫酸铵((NH4)2S2O8)等。基于偶氮的引发剂的实例可以包括偶氮二异丁腈、2,2-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐、2,2-偶氮双-(N,N-二亚甲基)异丁脒二盐酸盐、2-(氨基甲酰偶氮)异丁腈、2,2-偶氮双(2-[2-咪唑啉-2-基]丙烷)二盐酸盐、4,4-偶氮双-(4-氰基戊酸)等。更多不同的热聚合引发剂充分公开在由Odian著写的“Principle of Polymerization(Wiley,1981)”第203页中，然而，其不限于上述实例。
相对于总计100重量份的单体，热聚合引发剂可以以0.001重量份至3重量份的量包含在内。当热聚合引发剂的含量小于0.001重量份时，几乎不发生另外的热聚合，并因此由于添加热聚合引发剂而产生的效果可能不显著，而当热聚合引发剂的含量大于3重量份时，聚合物的分子量可能变低并且其物理特性可能不均匀。更具体地，相对于总计100重量份的单体，热聚合引发剂可以以0.005重量份或更大、或者0.01重量份或更大、或者0.1重量份或更大、且3重量份或更小、2.5重量份或更小、或者2.3重量份或更小的量包含在内。
此外，单体和聚合引发剂可以以其中将它们溶解在溶剂中的溶液的形式制备。
就此而言，作为可应用的溶剂，可以在构成上没有限制地使用任何溶剂，只要其能够溶解以上组分即可。例如，可以以组合使用选自以下中的一者或更多者：水、乙醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇、1,4-丁二醇、丙二醇、乙二醇单丁醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚乙酸酯、甲基乙基酮、丙酮、甲基戊基酮、环己酮、环戊酮、二甘醇单甲醚、二甘醇乙醚、甲苯、二甲苯、丁内酯、卡必醇、甲基溶纤剂乙酸酯和N,N-二甲基乙酰胺。
另一方面，可以在构成上没有特别限制地进行单体之间的这样的共聚，只要其为公知的方法即可。例如，共聚可以在60℃至100℃、或70℃至90℃的温度下进行1小时至24小时，并且当反应完成时，提取所制备的聚合物并将其干燥以最终获得期望的共聚物。
抗菌制品
同时，根据另一个方面，提供了包含上述抗菌共聚物的抗菌制品。
抗菌制品不限于其类型，例如需要抗菌特性的各种家用化学产品、医疗产品、汽车部件、建筑材料等。更具体地，抗菌制品可以为选自保鲜材料、织物产品、农用膜、各种办公用品、各种包装材料和医疗用品中的一者或更多者。
例如，包装材料，例如食品包装材料、蔬菜包装材料、谷物包装材料、水果包装材料、肉类包装材料、海产食品包装材料、经加工食品包装材料等；保鲜材料，例如用于蔬菜、谷物、水果、肉类、水产品、经加工食品等的容器；用于食品的托盘垫；织物产品，例如桌垫、桌布、地毯、座套等；农用膜；面罩；办公用品，例如胶带、粘合带、遮蔽胶带、掩蔽膜等；各种包装材料，例如鲜花包装材料、塑料袋、易开包装袋、购物袋、立式袋、透明包装盒、自动包装膜、电子部件用包装材料、机械部件用包装材料等；医用膜、医用胶带、医疗用品例如细胞培养包等。
在下文中，将参照本发明的具体示例性实施例更详细地描述本发明的作用和效果。然而，这些示例性实施例仅为了举例说明本发明而提供，并且本发明的范围不由此限定。
制备例A：抗菌单体1-1’的制备
在250ml烧瓶中，引入30ml乙腈、0.05mol 2-(二甲基氨基)乙基甲基丙烯酸酯、0.05mol 1-溴己烷(辛基溴)和4mg对甲氧基苯酚。此后，在45℃下在使用磁力棒搅拌下进行反应24小时以通过用烷基对氨基进行取代来制备季铵盐。在24小时之后，将反应完成的溶液添加至200ml二乙醚溶液中，然后进行萃取。然后，使用真空过滤器过滤出反应产物，并将残余的二乙醚完全除去以制备抗菌单体1-1’(15g，产率：75％)。
MS[M+H]+＝322
1H NMR(500MHz，DMSO-d6，δ[ppm])：6.07，5.76(R2，R3)，1.90(R1)，4.51，3.70，3.69(L)，3.09(R4，R6)，1.26，0.87(R5)
制备例B：抗菌单体1-2’的制备
以与制备例A中相同的方式制备抗菌单体1-2’(15g，产率：75％)，不同之处在于使用溴十二烷代替制备例A中的溴己烷。
MS[M+H]+＝406
1H NMR(500MHz，DMSO-d6，δ[ppm])：6.07，5.76(R2，R3)，1.90(Ri)，4.51，3.70，3.69(L)，3.09(R4，R6)，1.26，0.87(R5)
实施例1：共聚物1的制备
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在250ml烧瓶中，引入370mL乙醇、0.3当量(121.93g)制备例B中制备的抗菌单体1-2’、1当量(100.12g)甲基丙烯酸甲酯和2摩尔％(4.35g)偶氮二异丁腈。此后，在78℃下在使用磁力棒搅拌下进行聚合反应8小时。此后，将反应完成的溶液冷却至室温，并溶解在足量的水中。在溶解完成时，添加过量的NaCl以萃取固体聚合物，然后使用真空过滤器过滤出反应产物，然后在真空烘箱中完全除去残留的乙醇和水以最终获得共聚物1。
就此而言，所制备的共聚物1为由上述重复单元组成的共聚物，并且该共聚物的重均分子量为25,636g/mol，n为36，以及m为120。此时，共聚物1的重均分子量使用GPC(Agilent 1200系列GPC)，通过将该聚合物溶解在DMF中来测量。
实施例2：共聚物2的制备
以与实施例1中相同的方式制备共聚物2，不同之处在于在实施例1中，以0.5当量而不是0.3当量的量使用抗菌单体1-2’。所制备的共聚物2的重均分子量为31,246g/mol，n为54，以及m为108。
实施例3：共聚物3的制备
以与实施例1中相同的方式制备共聚物3，不同之处在于在实施例1中，以0.7当量而不是1当量的量使用甲基丙烯酸甲酯。所制备的共聚物3的重均分子量为29,376g/mol，n为48，以及m为112。
比较例1：聚合物PMMA的制备
在250ml烧瓶中，引入1.5当量甲基丙烯酸甲酯和2摩尔％偶氮二异丁腈。此后，在78℃下在使用磁力棒搅拌下进行聚合反应8小时。此后，将反应完成的溶液冷却至室温，并溶解在足量的水中。在溶解完成时，添加过量的NaCl以萃取固体聚合物，然后使用真空过滤器过滤出反应产物，然后在真空烘箱中完全除去残留的乙醇和水以最终获得均聚物PMMA。
就此而言，所制备的均聚物PMMA的重均分子量为19,423g/mol，以及衍生自甲基丙烯酸甲酯的重复单元的数量为194。
比较例2：共聚物4的制备
以与实施例1中相同的方式制备共聚物4，不同之处在于在实施例1中，以0.029当量而不是0.3当量的量使用抗菌单体1-2’，以及以0.971当量而不是1当量的量使用甲基丙烯酸甲酯。所制备的共聚物4的重均分子量为41,368g/mol，n为58，以及m为1942。
比较例3：共聚物5的制备
以与实施例1中相同的方式制备共聚物5，不同之处在于在实施例1中，以0.7当量而不是0.3当量的量使用抗菌单体1-2’，以及以0.3当量而不是1当量的量使用甲基丙烯酸甲酯。所制备的共聚物5的重均分子量为35,389g/mol，n为84，以及m为36。
实验例
根据JIS Z 2801(测量在塑料和无孔表面上的抗菌活性)和ASTM E2149(确定固定化抗菌剂在动态接触条件下的抗菌活性)，评估对4种细菌即奇异变形杆菌(Proteusmirabilis，ATCC 7002)、大肠杆菌(E.coli，ATCC 25922)、粪肠球菌(E.faecalis，ATCC29212)和金黄色葡萄球菌(S.aureus，ATCC 15923)的抗菌特性。
(1)根据JIS Z 2801评估抗菌特性
首先，将在37℃的培养箱中培养24小时的细菌菌株分离并用无菌胰蛋白酶大豆肉汤稀释以相应地制备2.5-10×105CFU/mL的细菌溶液。
接着，将实施例和比较例中制备的各共聚物以5％至20％溶解在二甲基亚砜(DMSO)中，并以1200rpm运行旋涂机2分钟以产生尺寸为5cm×5cm的膜。将膜切割成尺寸为5cm×5cm的正方形，并用作试样，将试样的表面用70％乙醇洗涤并用紫外光灭菌30分钟。
将经灭菌的试样置于培养皿上，并在试样的表面上接种0.4mL(2.5-10×105CFU/mL)细菌溶液，然后用尺寸为4cm×4cm的LDPE膜严密覆盖。将其上施加有细菌的试样在37℃的培养箱中孵育24小时，然后将膜和10mL胰蛋白酶大豆肉汤营养培养基放入胃袋中并洗涤。取出1mL经洗涤的细菌溶液，并稀释100倍。将1mL经稀释的溶液散布在含有20ml营养琼脂的培养皿上，然后在37℃的培养箱中最终孵育48小时。然后，对细菌菌落的数量进行计数。使用以下等式1获得抗菌活性的值，并且一式三份进行该实验。使用由此获得的平均值来计算抗菌率，其示于下表1中。
[等式1]
抗菌活性的值(R)＝[log(B/A)/log(C/A)]＝[log(B/C)]
在等式1中，
A为使用比较例1制备的试样上紧接在接种之后的活细胞数的平均值，
B为使用比较例1制备的试样上在24小时孵育之后的活细胞数的平均值，以及
C为使用实施例和比较例制备的试样上在24小时孵育之后的活细胞数的平均值。
(2)根据ASTM E2149评估抗菌特性
将细菌与待测试的样品接触预定的时间，回收并在培养基中培养。然后，通过对菌落形成单位(CFU)与对照组的菌落形成单位进行比较来计算抗菌率。抗菌测试所需的培养基的制备方法和测试组以及抗菌测试的详细方法如下。
[培养基的制备]
关于液体培养基，将8g NB肉汤和1L蒸馏水置于2L容器中并充分溶解，然后在(120±2)℃下在蒸气压为103kPA的高压釜中灭菌20分钟。
关于固体培养基，将8g NB肉汤、25g琼脂粉和1L蒸馏水置于2L容器中，并通过用匙搅拌或加热来溶解。由于壁上的琼脂粉在灭菌过程期间即使在高温下也不会溶解，因此将其通过摇动来溶解。此外，在与液体培养基相同的条件下进行灭菌。NB肉汤在40℃下凝固，并因此当在灭菌之后将温度降低至60℃时，将各25mL溶液倒入90mm直径的培养皿中并凝固。
[测试组的培养]
①使用环状物将一部分细菌菌株接种到10mL液体培养基中，随后使用振荡培养箱在(37±1)℃下悬浮培养18小时至24小时。
②将液体培养基中培养的细菌菌株以2000rpm离心3分钟，以仅从培养基分离细菌，然后用1X PBS进行稀释，使得在600nm的波长下OD值(光密度)为1。奇异变形杆菌显示出在OD 600nm＝0.45下约2*108CFU/mL的CFU值；大肠杆菌显示出在OD 600nm＝0.45下约2*108CFU/mL的CFU值；以及粪肠球菌显示出在OD 600nm＝0.45下约2*108CFU/mL的CFU值。
[抗菌率的测量]
①向50mL锥形管中添加0.5g粉末或液体抗菌样品和25mL 105CFU浓度的细菌(25mL 1X PBS，250uL细菌(其中OD 600nm＝0.45))。作为对照试样，在50mL锥形管中准备除抗菌样品之外的剩余部分(细菌，PBS)。
②使用振荡培养箱使准备的样品在(37±1)℃下经历悬浮培养18小时至24小时。
③在细菌培养完成之后，将样品稀释1倍、10倍和100倍，将各自100ul接种到琼脂固体培养基上，然后使用涂布器或玻璃珠在其上进行散布，直到被吸收到培养基中。
④使固体培养基在(37±1)℃下经历静置培养24小时至48小时。
⑤在1倍、10倍和100倍稀释样品中对培养皿上的具有30个至300个菌落的菌落进行计数并记录。然后，根据以下等式2，通过计算样品的CFU数与对照组的CFU数相比减少了多少百分比来获得抗菌率(％)，并在一式三份进行该实验之后获得平均值。
[等式2]
抗菌率(％)＝[1-(测试组中的细菌数/对照组中的细菌数)]×100
在等式2中，
测试组中的细菌数表示实施例和比较例的各共聚物的抗菌测试中的细菌数，以及
对照组中的细菌数表示比较例1的共聚物的抗菌测试中的细菌数。
(3)耐化学性测试
为了评估实施例和比较例中制备的共聚物的耐化学性，检查当将细菌溶液接种到根据JIS Z 2801制备的试样上时，试样的表面是否发生白色变形和发生粘着，以及如根据ASTM E2149进行的，各共聚物是否发生表面溶胀和发生粘着。结果示于下表1中。就此而言，“○”标记表示优异的耐化学性，因为没有发生变形和没有粘着，而“X”标记表示差的耐化学性，因为发生了变形和粘着。
[表1]
参照表1，与不包含由式1表示的第一重复单元的比较例1的共聚物和具有过低含量的由式1表示的第一重复单元的比较例2的共聚物4相比，实施例的共聚物表现出显著改善的针对奇异变形杆菌、大肠杆菌(E.coli)、粪肠球菌(E.faecalis)和金黄色葡萄球菌(S.aureus，ATCC 15923)全部的抗菌特性。
此外，关于具有过高含量的由式1表示的第一重复单元的比较例3的共聚物5，当将细菌溶液接种在根据JIS Z 2801制备的试样上时，试样的表面发生白色变形和粘着，并且当根据ASTM E2149进行时，聚合物表面溶解在水中，导致溶胀和粘着。因此，比较例3的共聚物5具有差的耐久性和耐化学性，并因此，预期当使用时，物理特性会劣化，表明其对制品的适用性非常差。相比之下，实施例的共聚物没有因细菌而表现出变形或粘着，表明其耐久性和耐化学性优异。
因此，确定实施例的以特定范围包含由式1表示的第一重复单元的抗菌共聚物具有优异的耐化学性，并且同时，表现出改善的针对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的抗菌特性。

Claims (14)

1.一种抗菌共聚物，包含：
由下式1表示的第一重复单元；和衍生自具有一个或更多个烯键式不饱和基团的单体的第二重复单元，
其中相对于所述第一重复单元和所述第二重复单元的总摩尔数，所述第一重复单元以3摩尔％至60摩尔％的量包含在内：
[式1]
在式1中，
L为具有1至10个碳原子的亚烷基，
R1至R3各自独立地为氢或甲基，
R4至R6中的任一者为具有5至20个碳原子的烷基，并且余者各自独立地为具有1至4个碳原子的烷基，以及
X为卤素。
2.根据权利要求1所述的抗菌共聚物，其中
在式1中，
L为亚甲基、亚乙基或亚丙基。
3.根据权利要求1所述的抗菌共聚物，其中
在式1中，
R4至R6中的一者为具有5至20个碳原子的烷基，并且余者各自独立地为甲基或乙基。
4.根据权利要求1所述的抗菌共聚物，其中
在式1中，
R1为甲基，
R2和R3为氢，
R4至R6中的一者为具有6至16个碳原子的烷基，并且余者各自独立地为甲基或乙基。
5.根据权利要求1所述的抗菌共聚物，其中
由式1表示的重复单元由以下式1-1至1-4中的任一者表示：
在式1-1至1-4中，
a为2至9的整数，
b为2至8的整数，以及
X为卤素。
6.根据权利要求1所述的抗菌共聚物，其中
所述第一重复单元为选自以下中的任一者：
7.根据权利要求1所述的抗菌共聚物，其中
所述具有一个或更多个烯键式不饱和基团的单体为选自以下中的一者或更多者：基于(甲基)丙烯酸烷基酯的单体、卤化乙烯基单体、基于乙烯基烷基化物的单体、烯基氰化物单体和基于芳族乙烯基的单体。
8.根据权利要求7所述的抗菌共聚物，其中
所述具有一个或更多个烯键式不饱和基团的单体为(甲基)丙烯酸甲酯、氯乙烯、乙酸乙烯酯、丙烯腈或苯乙烯。
9.根据权利要求1所述的抗菌共聚物，其中
所述抗菌共聚物的重均分子量为10,000g/mol至1,000,000g/mol。
10.根据权利要求1所述的抗菌共聚物，其中
所述抗菌共聚物表现出针对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌中的至少一者的抗菌特性。
11.根据权利要求10所述的抗菌共聚物，其中
所述革兰氏阴性菌为奇异变形杆菌或大肠杆菌，以及
所述革兰氏阳性菌为粪肠球菌或金黄色葡萄球菌。
12.根据权利要求10所述的抗菌共聚物，其中
所述抗菌共聚物表现出针对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌二者的抗菌特性。
13.一种抗菌制品，包含根据权利要求1至12中任一项所述的抗菌共聚物。
14.根据权利要求13所述的抗菌制品，其中
所述抗菌制品为选自以下中的一者或更多者：保鲜材料、织物产品、农用膜、各种办公用品、各种包装材料和医疗用品。
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