一种可反应性有机硅季膦盐抗菌消毒剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于抗菌消毒技术领域，尤其涉及一种可反应性有机硅季膦盐抗菌消毒剂 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 无论是公众场所还是私人空间，有效防止细菌和病毒等致病微生物的传播都是一 个亟待完成的任务。尤其是近年来，大范围地区爆发的流行病，如德国的EHEC耐抗生素细 菌导致的急性肠道疾病、韩国的中东呼吸综合征（MERS)、英国的疯牛病、东南亚的禽流感、 亚洲的SARS、非洲的埃博拉出血热等，都是由致病性细菌或病毒的传播引起的，严重威胁着 人类健康，造成了世界性的恐慌。因此，开发高效、广谱、稳定、安全的抗菌消毒剂及其相应 材料日益受到工业界和学术界的关注。
[0003]目前，国内外正在应用的抗菌材料绝大多数是将小分子抗菌剂物理添加进基体材 料中。所用抗菌剂包括银、铜等无机抗菌剂，季铵盐类、酚类等有机抗菌剂，以及壳聚糖、植 物提取等的天然抗菌剂。而无机抗菌剂价格较高且易氧化，颜色稳定性差；小分子有机抗菌 剂对微生物的抑制作用往往具有一定特异性；天然抗菌剂使用寿命较短且耐热性差。特别 是通过物理混合抗菌剂而获得抗菌性能的材料，在储存和使用过程中，随着抗菌剂的流失， 材料的抗菌性能大幅下降，而且容易对环境造成污染。特别是烷基季铵盐类抗菌剂，因具 有高效广谱的杀菌抑菌作用而被广泛应用于人们日常生活和工业生产中，但游离态的季铵 盐具有较大的刺激性，容易在人体皮肤表面富集，长期接触使用有可能会引起病变；并且在 材料中季铵盐是溶出型的，容易流失，导致材料抗菌性能降低。
[0004] 现有的小分子抗菌剂存在刺激性和溶出的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种可反应性有机硅季膦盐抗菌消毒剂及其制备方法，旨 在解决现有的小分子抗菌剂存在刺激性和溶出的问题。
[0006] 本发明是这样实现的，一种可反应性有机硅季膦盐抗菌消毒剂，所述可反应性有 机娃季膦盐抗菌消毒剂的分子式如下：
[0008] 其中，&为甲基或乙基，1?2为丁基或苯基。
[0009] 本发明的另一目的在于提供一种可反应性有机硅季膦盐抗菌消毒剂的制备方法， 所述可反应性有机硅季膦盐抗菌消毒剂的制备方法包括以下步骤：
[0010] 步骤一，将三烷基膦与溶剂混合，加入碘化物，通氮气并开始搅拌，缓慢滴加 y _氯丙基二烷氧基硅烷；
[0011] 步骤二，氮气保护下，升温至80~120°C，恒温反应18~24h ;冷却后过滤除去碘 化物；
[0012] 步骤三，减压蒸馏除去溶剂和残留的γ-氯丙基三烷氧基硅烷，即得可反应性有 机硅季膦盐抗菌消毒剂。
[0013] 进一步，所述三烷基膦选自三丁基膦和三苯基膦；所述γ-氯丙基三烷氧基硅烷 选自γ-氯丙基三甲氧基硅烷和γ-氯丙基三乙氧基硅烷；所述碘化物为催化剂，选自碘化 钠和碘化钾；三烷基膦、γ-氯丙基三烷氧基硅烷、催化剂的摩尔比为1:1.1:0.01。
[0014] 进一步，所述溶剂选自无水乙醇和无水二甲基甲酰胺，溶剂与γ-氯丙基三烷氧 基硅烷的体积比为2. 6:1. 0。
[0015] 进一步，所述可反应性有机硅季膦盐抗菌消毒剂的制备方法具体包括：
[0016] 在IOOmL的反应釜中，依次加入35mL二甲基甲酰胺、13. 2mL三丁基膦和0. 08g 碘化钾，开始搅拌，通氮气30min后，滴加13. 7mL γ -氯丙基三乙氧基硅烷，并将温度升高 至120Γ，氮气保护下恒温反应18h ;冷却后过滤除去碘化钾，减压蒸馏除去溶剂和残余的 γ -氯丙基三乙氧基硅烷，即得可反应性有机硅季膦盐抗菌消毒剂。
[0017] 进一步，所述可反应性有机硅季膦盐抗菌消毒剂的制备方法具体包括：
[0018] 在IOOmL的反应釜中，依次加入35mL无水乙醇、13. 2mL三丁基膦和0. 08g碘化钾， 开始搅拌，通氮气30min后，滴加10. 2mL γ -氯丙基三甲氧基硅烷，并将温度升高至80°C， 氮气保护下恒温回流反应24h ;冷却后过滤除去碘化钾，减压蒸馏除去溶剂和残余的γ -氯 丙基三甲氧基硅烷，即得可反应性有机硅季膦盐抗菌消毒剂。
[0019] 进一步，所述可反应性有机硅季膦盐抗菌消毒剂的制备方法具体包括：
[0020] 在IOOmL的反应釜中，依次加入35mL无水乙醇、13. Ig三苯基膦和0. 08g碘化钠， 开始搅拌，通氮气30min后，滴加13. 7mL γ -氯丙基三乙氧基硅烷，并将温度升高至80°C，氮 气保护下恒温回流反应24h ;冷却后过滤除去碘化钠，减压蒸馏除去溶剂和残余的γ-氯丙 基三乙氧基硅烷，即得可反应性有机硅季膦盐抗菌消毒剂。
[0021] 本发明的另一目的在于提供一种所述的可反应性有机硅季膦盐抗菌消毒剂在橡 胶领域的应用。
[0022] 本发明的另一目的在于提供一种所述的可反应性有机硅季膦盐抗菌消毒剂在塑 料领域的应用。
[0023] 本发明的另一目的在于提供一种所述的可反应性有机硅季膦盐抗菌消毒剂在建 材领域的应用。
[0024] 本发明提供的可反应性有机硅季膦盐抗菌消毒剂及其制备方法与现有技术相比， 具有如下优点和有益效果：
[0025] 1、本发明以季膦盐作为抗菌消毒功能主体，其分子中心膦阳离子具有比同结构季 铵盐的氮阳离子更高的阳离子电荷密度，因此具有更高的抗菌性能。并且季膦盐对部分包 膜病毒如感冒病毒和无包膜病毒如腺病毒等具有一定的病毒灭活性能。本发明所提供的抗 菌消毒剂具备季膦盐杀菌剂的高效、广谱、稳定、长效的抗菌消毒效果。
[0026] 2、本发明所提供的可反应性有机硅季膦盐抗菌消毒剂，以卤代硅氧烷与叔膦发 生季膦化反应，引入的硅氧烷基团具有高反应活性，与部分基体材料如纸浆纤维、织物纤维 等通过一般烘干方法就能够以化学键合方式固着在基材表面，也不需借助特殊溶剂，使用 非常方便。由此所得到的抗菌材料不存在抗菌剂的溶出问题，保证了材料的长效抗菌性能， 同时大大降低了对人体皮肤的刺激性，并有效减少了环境污染。
[0027] 3、本发明中提出的可反应性有机硅季膦盐抗菌消毒剂的制备方法，物料价廉易 得，工艺操作简单，反应条件温和，对生产设备及环境条件要求不高，非常适合大规模的工 业化生产。
【附图说明】
[0028] 图1是本发明实施例提供的可反应性有机硅季膦盐抗菌消毒剂的制备方法流程 图。
【具体实施方式】
[0029] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明。
[0030] 在本发明中阳离子季铵盐类抗菌剂是通过与带负电的细菌细胞膜相互作用，改变 其通透性，使细菌内容物外渗，阻碍其代谢而使细菌死亡的。而作为新一代抗菌剂，季膦盐 的抗菌机理与季铵盐类似，但与季铵盐相比，季膦盐的离子半径大，极化作用强，正电荷密 度更大。磷、氮原子结构的差异，使季膦盐抗菌剂的抗菌活性明显高于相同结构的季铵盐 抗菌剂；并且季膦盐对部分包膜病毒如感冒病毒和无包膜病毒如腺病毒等具有一定的病毒 灭活性能。
[0031] 鉴于季膦盐抗菌剂的高效广谱抗菌性能，针对目前小分子抗菌剂的不足，将季膦 盐抗菌剂进行硅氧烷基团改性，制备可反应性有机硅季膦盐抗菌消毒剂，可利用具有高反 应活性的硅氧烷与基体材料的活性基团发生化学反应，以化学键合的形式将季膦盐功能团 固着在材料表面。通过此方法得到的抗菌材料可避免抗菌剂的溶出问题，并且能够有效减 少环境污染，保护人体健康。
[0032] 下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
[0033] 本发明实施例的可反应性有机硅季膦盐抗菌消毒剂是由三烷基膦和γ -氯丙基 三烷氧基硅烷通过SN2亲核取代反应得到产物，如式I所示。其中三烷基膦为生成抗菌消 毒官能团的主体，其烷基可以为丁基或苯基。所述γ-氯丙基三烷氧基硅烷为可与叔膦发 生季膦化反应的卤代烷试剂，以及可与基体材料发生化学键合的架桥功能试剂，其烷氧基 可以为甲氧基或乙氧基。
[0035] 其中，&为甲基或乙基，1?2为丁基或苯基。
[0036] 如图1所示，本发明实施例的可反应性有机硅季膦盐抗菌消毒剂的制备方法包括 以下步骤：