专利名称：抗菌固体材料表面及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种具有杀菌功能的固体材料表面及其制造方法。
背景技术：
日常生活中，人们触摸到的很多物体，比如门把手，键盘，公用电话，儿童玩具等， 其表面往往会附着有害的微生物。接触以后，有害微生物就会转移到了人身上，如果有害微 生物有机会侵入到人体内部，就会引起疾病的发生。我们可以用一定的方法处理这些我们 日常要接触的物体的表面，使这些表面具备抗菌防菌的功能，减少有害微生物的接触转染。 比如，用聚乙二醇和其他的聚合物处理过的表面有防菌的功能，但没有杀菌的功能；还有一 些有杀菌作用的处理方法，比如使用抗生素、季铵盐、银离子，或碘，但这些药剂都必须在需 要的时候施加到处理对象的表面上杀灭有害微生物，且类似的方法受到时效性的限制，另 一方面，这些方法只能在水溶液中起作用，在非亲水性的环境中没有作用，这些方法不能杀 灭在空气传播的有害微生物。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种抗菌固体材料表面及其制造方法，由本发 明的方法制得的抗菌固体材料表面具有显著的杀菌功能，在空气中或水中能够杀灭99%以 上和该抗菌固体材料表面接触的细菌，包括革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是 —种抗菌固体材料表面，固体材料表面共价结合有聚(N-烷基_乙烯卤化吡啶)，
聚(N-烷基-乙烯卤化吡啶)的通式如下式(A): 其中取代基R至少是氢、烷基、烯烃基、炔基、酰基、芳香基、羧酸盐、烷氧基羰基、 芳香氧基羰基、烷氧基氨基、炔基氨基、酰基氨基、烷氧基、酰氧基、羟烷基、烷氧基烷基、氨
基烷基、烷基氨基烷基、硫代、烷基硫代、硫代烷基、烷基硫代烷基、氨甲酰基、尿素、硫代尿 素、磺酰基、磺酸盐、磺酸酰氨基、磺酸氨基和磺酰氧基中的一种；取代基团R'为直链烷基， 且碳原子数《10个；Z为氯离子、溴离子和碘离子中的一种；n为31 1500 ;聚(N-烷 基_乙烯卤化吡啶)的平均分子量为60000 150000。
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所述固体材料表面采用高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺尼龙和聚酯 材料中的一种。 所述聚(N-烷基_乙烯卣化妣啶)为聚(4-乙烯基-N-溴化烷基妣啶)。
—种抗菌固体材料表面的制造方法，按下述步骤进行 ①、引入二氧化硅层用喷枪在空气中燃烧由丙烷、丁烷和四甲基硅烷组成的混 合气体，混合气体中丙烷和丁烷的体积比为7 : 3，四甲基硅烷的体积占混合气体体积的 0.6%，混合气体燃烧的火焰触及固体材料表面，并在固体材料表面形成纳米级的二氧化硅 层，若固体材料表面本身具有二氧化硅层，如玻璃等，此步骤省略； ②、引入氨基基团二氧化硅层表面与周围环境中的水自然水合成的硅羟基基与 3-氨丙基三乙氧基硅烷进行水解反应，在固体材料表面形成氨基基团，若固体材料表面有 氨基基团，此步骤省略； ③、引入酰基基团固体材料表面的氨基基团与丙烯酰氯进行縮合反应，在固体材 料表面形成具有不饱和双键结构的丙烯酰胺基团； 、引入乙烯基吡啶固体材料表面的丙烯酰胺基团中的不饱和双键结构与乙烯 基吡啶发生共聚反应，形成共聚化合物； ⑤、吡啶环氮原子烷基化将共聚化合物中吡啶环与烷基化剂进行反应，烷基化剂 为碳原子个数《10的1-卤化直链烷烃，卤素是氯、溴和碘中的一种，直链烷基连接于吡啶 环上的氮原子上，在固体材料表面形成带正电荷的共聚化合物，此带正电荷的共聚化合物 是聚(N-烷基_乙烯卤化吡啶)。本发明所述抗菌固体材料表面所具有的杀菌功能由带正 电荷的共聚化合物中带正电荷的活性作用基团实现，带正电荷的活性作用基团可以破坏细 菌的细胞膜并伸入细菌内部，从而杀灭细菌，如果直链烷基的碳链过长会在固体材料表面 形成聚合物的堆积或直链烷基的碳链交错，导至带正电的活性氮原子无法和细菌接触，从 而无法杀灭细菌。当烷基化剂为l-溴丙烷、l-溴丁烷或l-溴己烷时，经处理的固体材料表 面有显著的杀菌效果。 本发明所述的固体材料表面可以是医疗器械的内、外表面，医疗器械可以是骨科
用钢针或螺栓、固定用金属板、脑室腹腔引流管、血液透析引流管、心脏瓣膜、心脏起搏器、
体内给药泵、人造血管、血管支架、缝合线、假体、隆胸用硅胶假体、组织扩张器、接触角膜
镜、人造喉、呼吸科用插管、肠胃科用插管、胆汁引流管、导尿管、医用绷带或医用胶布等等。 本发明的有益效果是由本发明的方法制得的抗菌固体材料表面具有显著的杀菌
效果，其杀菌功能由固体材料表面结合的带正电荷共聚化合物聚(N-烷基-乙烯卤化吡啶)
中的带正电荷的活性作用基团实现，带正电荷的活性作用基团可以破坏细菌的细胞膜并进
伸入细菌内部，从而杀灭细菌，该抗菌固体材料表面在空气中或水中能够杀灭99%以上和
该抗菌固体材料表面接触的细菌，包括革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌。
具体实施例方式实施例一种抗菌固体材料表面，固体材料表面共价结合有聚(N-烷基-乙烯卤化
吡啶)，聚(N-烷基-乙烯卤化吡啶)的通式如下式(A):<formula>formula see original document page 5</formula> 其中取代基R至少是氢、烷基、烯烃基、炔基、酰基、芳香基、羧酸盐、烷氧基羰基、 芳香氧基羰基、烷氧基氨基、炔基氨基、酰基氨基、烷氧基、酰氧基、羟烷基、烷氧基烷基、氨
基烷基、烷基氨基烷基、硫代、烷基硫代、硫代烷基、烷基硫代烷基、氨甲酰基、尿素、硫代尿 素、磺酰基、磺酸盐、磺酸酰氨基、磺酸氨基和磺酰氧基中的一种；取代基团R'为直链烷基， 且碳原子数《10个；Z为氯离子、溴离子和碘离子中的一种；n为31 1500 ;聚(N-烷 基_乙烯卤化吡啶)的平均分子量为60000 150000。 所述固体材料表面采用高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺尼龙和聚酯 材料中的一种。 所述聚(N-烷基-乙烯卣化妣啶)为聚(4-乙烯基-N-溴化烷基妣啶)。
—种抗菌固体材料表面的制造方法，按下述步骤进行 ①、引入二氧化硅层用喷枪在空气中燃烧由丙烷、丁烷和四甲基硅烷组成的混 合气体，混合气体中丙烷和丁烷的体积比为7 : 3，四甲基硅烷的体积占混合气体体积的 0.6%，混合气体燃烧的火焰触及固体材料表面，并在固体材料表面形成纳米级的二氧化硅 层，若固体材料表面本身具有二氧化硅层，如玻璃等，此步骤省略； ②、引入氨基基团二氧化硅层表面与周围环境中的水自然水合成的硅羟基基与 3-氨丙基三乙氧基硅烷进行水解反应，在固体材料表面形成氨基基团，若固体材料表面有 氨基基团，此步骤省略； ③、引入酰基基团固体材料表面的氨基基团与丙烯酰氯进行縮合反应，在固体材 料表面形成具有不饱和双键结构的丙烯酰胺基团； 、引入乙烯基吡啶固体材料表面的丙烯酰胺基团中的不饱和双键结构与乙烯 基吡啶发生共聚反应，形成共聚化合物； ⑤、吡啶环氮原子烷基化将共聚化合物中吡啶环与烷基化剂进行反应，烷基化剂 为碳原子个数《10的1-卤化直链烷烃，卤素是氯、溴和碘中的一种，直链烷基连接于吡啶 环上的氮原子上，在固体材料表面形成带正电荷的共聚化合物，此带正电荷的共聚化合物 是聚(N-烷基_乙烯卤化吡啶)。本发明所述抗菌固体材料表面所具有的杀菌功能由带正 电荷的共聚化合物中带正电荷的活性作用基团实现，带正电荷的活性作用基团可以破坏细 菌的细胞膜并伸入细菌内部，从而杀灭细菌，如果直链烷基的碳链过长会在固体材料表面 形成聚合物的堆积或直链烷基的碳链交错，导至带正电的活性氮原子无法和细菌接触，从 而无法杀灭细菌。当烷基化剂为l-溴丙烷、l-溴丁烷或l-溴己烷时，经处理的固体材料表 面有显著的杀菌效果。 本发明所述的固体材料表面可以是医疗器械的内、外表面，医疗器械可以是骨科
5用钢针或螺栓、固定用金属板、脑室腹腔引流管、血液透析引流管、心脏瓣膜、心脏起搏器、 体内给药泵、人造血管、血管支架、缝合线、假体、隆胸用硅胶假体、组织扩张器、接触角膜 镜、人造喉、呼吸科用插管、肠胃科用插管、胆汁引流管、导尿管、医用绷带或医用胶布等等。
权利要求
一种抗菌固体材料表面，其特征在于固体材料表面共价结合有聚(N-烷基-乙烯卤化吡啶)，聚(N-烷基-乙烯卤化吡啶)的通式如下式(A)其中取代基R至少是氢、烷基、烯烃基、炔基、酰基、芳香基、羧酸盐、烷氧基羰基、芳香氧基羰基、烷氧基氨基、炔基氨基、酰基氨基、烷氧基、酰氧基、羟烷基、烷氧基烷基、氨基烷基、烷基氨基烷基、硫代、烷基硫代、硫代烷基、烷基硫代烷基、氨甲酰基、尿素、硫代尿素、磺酰基、磺酸盐、磺酸酰氨基、磺酸氨基和磺酰氧基中的一种；取代基团R’为直链烷基，且碳原子数≤10个；Z为氯离子、溴离子和碘离子中的一种；n为31～1500；聚(N-烷基-乙烯卤化吡啶)的平均分子量为60000～150000。F2009100290427C0000011.tif
2. 根据权利要求1所述的一种抗菌固体材料表面，其特征在于所述固体材料表面采 用聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺尼龙和聚酯材料中的一种。
3. 根据权利要求l所述的一种抗菌固体材料表面，其特征在于所述聚(N-烷基-乙 烯卤化吡啶)为聚(4-乙烯基-N-溴化烷基吡啶)。
4. 一种抗菌固体材料表面的制造方法，其特征在于按下述步骤进行① 、引入二氧化硅层用喷枪在空气中燃烧由丙烷、丁烷和四甲基硅烷组成的混合气体，混合气体中丙烷和丁烷的体积比为7 : 3，四甲基硅烷的体积占混合气体体积的0.6%， 混合气体燃烧的火焰触及固体材料表面，并在固体材料表面形成纳米级的二氧化硅层；② 、引入氨基基团二氧化硅层表面与周围环境中的水自然水合成的硅羟基基与3-氨 丙基三乙氧基硅烷进行水解反应，在固体材料表面形成氨基基团；③ 、引入酰基基团固体材料表面的氨基基团与丙烯酰氯进行縮合反应，在固体材料表 面形成具有不饱和双键结构的丙烯酰胺基团；④ 、引入乙烯基吡啶固体材料表面的丙烯酰胺基团中的不饱和双键结构与乙烯基吡 啶发生共聚反应，形成共聚化合物；⑤ 、吡啶环氮原子烷基化将共聚化合物中吡啶环与烷基化剂进行反应，烷基化剂为碳 原子个数《10的i-卤化直链烷烃，卤素是氯、溴和碘中的一种，直链烷基连接于吡啶环上 的氮原子上，在固体材料表面形成带正电荷的共聚化合物，此带正电荷的共聚化合物是聚 (N-烷基-乙烯卣化妣啶)。
全文摘要
本发明公开了一种抗菌固体材料表面及其制造方法，由本发明的方法制得的抗菌固体材料表面其固体材料表面共价结合有聚(N-烷基-乙烯卤化吡啶)，该抗菌固体材料表面具有显著的杀菌效果，其杀菌功能由固体材料表面结合的带正电荷共聚化合物聚(N-烷基-乙烯卤化吡啶)中的带正电荷的活性作用基团实现，带正电荷的活性作用基团可以破坏细菌的细胞膜并进伸入细菌内部，从而杀灭细菌，该抗菌固体材料表面在空气中或水中能够杀灭99％以上和该抗菌固体材料表面接触的细菌，包括革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌。
文档编号C08F226/06GK101781405SQ20091002904
公开日2010年7月21日 申请日期2009年1月16日 优先权日2009年1月16日
发明者任浩明, 姚敏, 纪俊玲 申请人:任浩明;姚敏;纪俊玲