有机硅季铵盐抗菌剂的研究

前言：综述了有机硅季铵盐抗菌剂的抗菌机理、合成方法及应用性能,并对其今后的发展做了展望。有机硅季铵盐主要通过季铵化,硅氢化加成和平衡或缩聚等反应制得。该产品具有抗菌、抗静电、柔软、滑爽等特点,可广泛用作织物抗菌整理剂,柔软整理剂以及防腐剂,头发调理剂等。由于其与被处理材料的表面以化学键结合,因而不易脱落,是一种安全高效的新型阳离子表面活性剂,具有广阔的应用前景。

由于各种传染性病菌在自然界分布非常广泛,因此人类的健康受到严重威胁。由细菌传播感染产生的疾病,引起广泛关注。另一方面,随着人们对健康和环境保护意识的不断增强,对抗菌织物提出了新的要求,包括以下几个方面:选择性杀死有害微生物;至少以半渗透的方式将抗菌剂施加到织物上;抗菌剂对织物的黏附不会抑制其抗菌性;不会对人体和环境造成伤害和污染;微生物在生命周期内不会对抗菌剂产生免疫力;抗菌性能优异;不影响织物的其它优良性能。

季铵盐化合物能吸附带负电荷的细菌,具有良好的杀菌作用,在国际上使用广泛。但是,普通季铵盐化学活性较低,应用时基本以游离态存在,毒性相对较大,刺激性也强,将其作为抗菌剂应用在纺织品上是溶出型的,易洗脱,且易在人体表面逐渐富集,长期使用易产生病变。如果将硅氧烷引入季铵盐结构中制得有机硅季铵盐,可使其性能发生巨大变化。

在众多类型的纺织品抗菌剂中,有机硅季铵盐是一类综合性能较理想的抗菌剂。此抗菌剂整理织物时不需要高温烘焙,一般烘干后就可产生持久的抗菌效果。整理后的织物不仅具有优良的抗菌性能,而且还具备良好的吸水吸汗性、柔软性、平滑性、回弹性、防静电性和抗污染性。该表面活性剂对人体皮肤无刺激和致癌作用,各项指标都符合国内外对抗菌纺织品的要求。经EPA(美国环保署)检查,急性毒性LD50为12127g・kg-1(老鼠口服),对兔子没有刺激性,鲑鱼的鱼毒性TL50为56mg・L-1,同时又进行了亚急性毒性、致突变性、促畸形性、粘膜刺激性试验以及袜子穿着试验,都充分认定它的安全性和耐久性。此外,有机硅季铵盐在应用时无需添加反应性树脂,不存在抗药性菌出现和织物抗菌失效的问题,日益受到人们的重视。近年来,随着各种传染性病菌的流行,有机硅季铵盐及其整理的抗菌织物可望为人们的身心健康提供有效保障。

目前,国内使用的有机硅季铵盐类抗菌剂大多数从国外进口,致使用户使用不便和生产成本升高。因此,研究并生产以低成本资源为原料的高质量抗菌剂,在实际生产中有着重要意义。然而,有机硅季铵盐的研究起步晚,进展慢,在国内尤为突出。因此,我们对有机硅季铵盐抗菌剂的合成及应用进行研究是很有必要的。

抗菌机理：有机硅季铵盐的优良抗菌抑菌性能是经过实践证明的。有研究表明[2],将其用于纯棉织物整理,发现对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠球菌24h后的抑菌率分别达到98112%、96186%、95114%,显示出广谱抗菌效果和较高抗菌率且安全无毒、无致酶反应。黄作鑫[3]等研究了带有苄基二甲基硅丙基氯化铵侧基的聚硅氧烷在纯棉床单布上的吸附性能及其对大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的杀菌活性,结果表明杀菌活性很强。日本专利报道[4],将三甲氧基硅基取代的异氰脲化合物、含有C10～30季铵基团的三甲氧基硅烷以及CH2Cl2配成整理剂,用来处理聚酯织物,100℃热处理10min后可使织物具有优异的抗菌及耐洗性。

有机硅季铵盐是一类新型阳离子表面活性剂,它具有耐高温、耐水洗、持久的效果,抑菌范围广,能有效地抑制革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、酵母菌和真菌。其杀菌机理是:以有机硅作为媒介,将具有杀菌性能的铵阳离子基团强有力地吸附于细菌的表面,改变细菌细胞壁的通透性,使菌体内的酶、辅酶和代谢中间产物溢出,致使微生物停止呼吸功能而致死,从而达到杀菌、抑菌的作用,即发生了“接触死亡”。

结束语：由以上介绍可以看出,有机硅季铵盐在纺织、皮革、金属、涂料和日化等行业都有广泛的应用。在纺织行业,有机硅季铵盐主要赋予纺织品抗菌、柔软、抗静电、去污等功能;在皮革、金属、涂料等行业,主要利用了其抗菌防霉防腐蚀功能;在日化行业,主要利用了其表面性能好和对人体无毒、温和、柔软滑爽的性能。因此,该类产品具有广阔的发展前景。

美、英、日、法和瑞士等国都致力于这方面的研究,开发了一系列产品,国外甚至已经有了双季铵盐聚硅氧烷[24]。我国有机硅季铵盐的研发虽取得了长足的进展,但与国外先进水平相比,还存在不少差距,合成方法不够多元化,合成结构单一,而且目前多处于实验室研究阶段。

但是,我们认为,有机硅季铵盐是当前抗菌剂发展的一个重要方面。随着有机硅工业的发展,随着人们对抗菌剂性能的要求越来越高,必定会给有机硅季铵盐抗菌剂的研究和应用带来新的生机。同时,由于有机硅季铵盐在分子结构上的特点,深入进行有机硅季铵盐的合成和抗菌作用机理的研究,也会为抗菌剂的理论研究增添丰富的、新的内容。