有機(jī)硅季銨鹽抗菌劑的研究

前言：綜述了有機(jī)硅季銨鹽抗菌劑的抗菌機(jī)理、合成方法及應(yīng)用性能,并對其今后的發(fā)展做了展望。有機(jī)硅季銨鹽主要通過季銨化,硅氫化加成和平衡或縮聚等反應(yīng)制得。該產(chǎn)品具有抗菌、抗靜電、柔軟、滑爽等特點(diǎn),可廣泛用作織物抗菌整理劑,柔軟整理劑以及防腐劑,頭發(fā)調(diào)理劑等。由于其與被處理材料的表面以化學(xué)鍵結(jié)合,因而不易脫落,是一種安全高效的新型陽離子表面活性劑,具有廣闊的應(yīng)用前景。

由于各種傳染性病菌在自然界分布非常廣泛,因此人類的健康受到嚴(yán)重威脅。由細(xì)菌傳播感染產(chǎn)生的疾病,引起廣泛關(guān)注。另一方面,隨著人們對健康和環(huán)境保護(hù)意識的不斷增強(qiáng),對抗菌織物提出了新的要求,包括以下幾個(gè)方面:選擇性殺死有害微生物;至少以半滲透的方式將抗菌劑施加到織物上;抗菌劑對織物的黏附不會(huì)抑制其抗菌性;不會(huì)對人體和環(huán)境造成傷害和污染;微生物在生命周期內(nèi)不會(huì)對抗菌劑產(chǎn)生免疫力;抗菌性能優(yōu)異;不影響織物的其它優(yōu)良性能。

季銨鹽化合物能吸附帶負(fù)電荷的細(xì)菌,具有良好的殺菌作用,在國際上使用廣泛。但是,普通季銨鹽化學(xué)活性較低,應(yīng)用時(shí)基本以游離態(tài)存在,毒性相對較大,刺激性也強(qiáng),將其作為抗菌劑應(yīng)用在紡織品上是溶出型的,易洗脫,且易在人體表面逐漸富集,長期使用易產(chǎn)生病變。如果將硅氧烷引入季銨鹽結(jié)構(gòu)中制得有機(jī)硅季銨鹽,可使其性能發(fā)生巨大變化。

在眾多類型的紡織品抗菌劑中,有機(jī)硅季銨鹽是一類綜合性能較理想的抗菌劑。此抗菌劑整理織物時(shí)不需要高溫烘焙,一般烘干后就可產(chǎn)生持久的抗菌效果。整理后的織物不僅具有優(yōu)良的抗菌性能,而且還具備良好的吸水吸汗性、柔軟性、平滑性、回彈性、防靜電性和抗污染性。該表面活性劑對人體皮膚無刺激和致癌作用,各項(xiàng)指標(biāo)都符合國內(nèi)外對抗菌紡織品的要求。經(jīng)EPA(美國環(huán)保署)檢查,急性毒性LD50為12127g?kg-1(老鼠口服),對兔子沒有刺激性,鮭魚的魚毒性TL50為56mg?L-1,同時(shí)又進(jìn)行了亞急性毒性、致突變性、促畸形性、粘膜刺激性試驗(yàn)以及襪子穿著試驗(yàn),都充分認(rèn)定它的安全性和耐久性。此外,有機(jī)硅季銨鹽在應(yīng)用時(shí)無需添加反應(yīng)性樹脂,不存在抗藥性菌出現(xiàn)和織物抗菌失效的問題,日益受到人們的重視。近年來,隨著各種傳染性病菌的流行,有機(jī)硅季銨鹽及其整理的抗菌織物可望為人們的身心健康提供有效保障。

目前,國內(nèi)使用的有機(jī)硅季銨鹽類抗菌劑大多數(shù)從國外進(jìn)口,致使用戶使用不便和生產(chǎn)成本升高。因此,研究并生產(chǎn)以低成本資源為原料的高質(zhì)量抗菌劑,在實(shí)際生產(chǎn)中有著重要意義。然而,有機(jī)硅季銨鹽的研究起步晚,進(jìn)展慢,在國內(nèi)尤為突出。因此,我們對有機(jī)硅季銨鹽抗菌劑的合成及應(yīng)用進(jìn)行研究是很有必要的。

抗菌機(jī)理：有機(jī)硅季銨鹽的優(yōu)良抗菌抑菌性能是經(jīng)過實(shí)踐證明的。有研究表明[2],將其用于純棉織物整理,發(fā)現(xiàn)對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和白色念珠球菌24h后的抑菌率分別達(dá)到98112%、96186%、95114%,顯示出廣譜抗菌效果和較高抗菌率且安全無毒、無致酶反應(yīng)。黃作鑫[3]等研究了帶有芐基二甲基硅丙基氯化銨側(cè)基的聚硅氧烷在純棉床單布上的吸附性能及其對大腸桿菌與金黃色葡萄球菌的殺菌活性,結(jié)果表明殺菌活性很強(qiáng)。日本專利報(bào)道[4],將三甲氧基硅基取代的異氰脲化合物、含有C10～30季銨基團(tuán)的三甲氧基硅烷以及CH2Cl2配成整理劑,用來處理聚酯織物,100℃熱處理10min后可使織物具有優(yōu)異的抗菌及耐洗性。

有機(jī)硅季銨鹽是一類新型陽離子表面活性劑,它具有耐高溫、耐水洗、持久的效果,抑菌范圍廣,能有效地抑制革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌、酵母菌和真菌。其殺菌機(jī)理是:以有機(jī)硅作為媒介,將具有殺菌性能的銨陽離子基團(tuán)強(qiáng)有力地吸附于細(xì)菌的表面,改變細(xì)菌細(xì)胞壁的通透性,使菌體內(nèi)的酶、輔酶和代謝中間產(chǎn)物溢出,致使微生物停止呼吸功能而致死,從而達(dá)到殺菌、抑菌的作用,即發(fā)生了“接觸死亡”。

結(jié)束語：由以上介紹可以看出,有機(jī)硅季銨鹽在紡織、皮革、金屬、涂料和日化等行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。在紡織行業(yè),有機(jī)硅季銨鹽主要賦予紡織品抗菌、柔軟、抗靜電、去污等功能;在皮革、金屬、涂料等行業(yè),主要利用了其抗菌防霉防腐蝕功能;在日化行業(yè),主要利用了其表面性能好和對人體無毒、溫和、柔軟滑爽的性能。因此,該類產(chǎn)品具有廣闊的發(fā)展前景。

美、英、日、法和瑞士等國都致力于這方面的研究,開發(fā)了一系列產(chǎn)品,國外甚至已經(jīng)有了雙季銨鹽聚硅氧烷[24]。我國有機(jī)硅季銨鹽的研發(fā)雖取得了長足的進(jìn)展,但與國外先進(jìn)水平相比,還存在不少差距,合成方法不夠多元化,合成結(jié)構(gòu)單一,而且目前多處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

但是,我們認(rèn)為,有機(jī)硅季銨鹽是當(dāng)前抗菌劑發(fā)展的一個(gè)重要方面。隨著有機(jī)硅工業(yè)的發(fā)展,隨著人們對抗菌劑性能的要求越來越高,必定會(huì)給有機(jī)硅季銨鹽抗菌劑的研究和應(yīng)用帶來新的生機(jī)。同時(shí),由于有機(jī)硅季銨鹽在分子結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn),深入進(jìn)行有機(jī)硅季銨鹽的合成和抗菌作用機(jī)理的研究,也會(huì)為抗菌劑的理論研究增添豐富的、新的內(nèi)容。