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CN105601778A - 一种含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂及其制备方法和应用 Download PDF

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CN105601778A
CN105601778A CN201610035810.XA CN201610035810A CN105601778A CN 105601778 A CN105601778 A CN 105601778A CN 201610035810 A CN201610035810 A CN 201610035810A CN 105601778 A CN105601778 A CN 105601778A
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antibacterial agent
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quaternary ammonium
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Jiangnan University
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Abstract

本申请人提供了一种含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂及其制备方法和应用。制备方法分为三步：首先合成环状小分子卤胺类抗菌剂前驱体及高分子自聚物；其次使两种产物发生取代反应，制备得到高分子抗菌剂前驱体；最终经卤化得到含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂成品；其应用方法为：将高分子抗菌剂前驱体溶解于N,N-二甲基甲酰胺，并与基材混合，采用静电纺丝技术或传统铸溶法制备出含有抗菌剂前驱体的膜，浸渍于含有活性卤素的溶液中进行卤化反应，取出水洗并烘干，制得抗菌材料。本发明反应条件温和、原料廉价易得、生产成本低，设备简便、工艺操作简单；所得抗菌剂具有优越的抗菌性能，稳定、安全、无毒。

Description

一种含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子抗菌剂的合成以及抗菌技术领域，尤其是涉及一种含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂及其合成方法，以及该抗菌剂在制备抗菌材料中的应用。
背景技术
人类生存环境中存在大量细菌、真菌等致病微生物，过多的致病微生物一旦侵入人体，就会给人类健康带来严重隐患，同时微生物还会引起各种材料的分解、变质和腐败，带来严重的经济损失。在生物医学、组织工程等领域，若接触人体的物质含有一定量的有害微生物会滋生病菌，导致感染、疾病的发生。而在食品包装方面，由于食品含有丰富的营养成分，是良好的微生物培养基，其在存储包装时，若接触到细菌、霉菌等微生物，只要条件适宜，微生物就会大量繁殖，加速食品的腐坏变质。使用长效安全抗菌材料是有效防止有害微生物生长、繁殖、蔓延和传播最为高效的方法，而抗菌材料的核心是其上加载的抗菌剂。
目前传统的抗菌剂有重金属类、氯苯类、小分子季铵盐类和纳米材料类等。但这些抗菌剂都存在一些缺点或弱点，如产生有毒副产物、不易降解、环境污染较大、杀菌效率低、保护时间短、细菌抗药性、价格昂贵等。新近发展起来的卤胺类抗菌剂弥补了上述抗菌剂的不足，具有杀菌速度快、抗菌性能持久、抗菌广谱及可再生等优点。
但是现有的卤胺类抗菌剂在实际应用中还存在以下问题：(1)目前卤胺类抗菌剂应用范围较少，主要集中于纺织织物以及涂料方面；(2)小分子卤胺类抗菌剂性能不稳定，容易渗透入皮肤，在使用过程中存在安全隐患；(3)将含有抗菌前驱体的材料卤化后存在增加材料疏水性的可能，这在某些方面会限制材料的使用范围；(4)仅有的含季铵基团的卤胺类抗菌剂分子中卤胺结构多为线型，性能不稳定，易分解，利用率下降；(5)卤胺化合物中的N-Cl键及其本身在紫外照射下容易发生断裂，紫外稳定性较差，导致抗菌材料的抗菌性能在紫外照射条件下维持时间较短，利用率下降；(6)部分氯胺类抗菌剂以N-羟甲基为活性基团，在使用过程中存在甲醛释放问题；(7)合成原料价格较昂贵，反应条件苛刻，产率较低，成本较高。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂及其制备方法和应用。本发明反应条件温和、原料廉价易得、生产成本低，设备简便、工艺操作简单；所得抗菌剂具有优越的抗菌性能，稳定、安全、无毒。
本发明的技术方案如下：
一种含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂，为式(I)所示结构的化合物：
式中，R选自C2～C6亚烷基；
X选自氯或溴；
x、y为聚合度。
所述含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂的制备方法分为三步：
(1)首先合成环状小分子卤胺类抗菌剂前驱体及高分子自聚物，分别为式(II)和式(III)所示结构：
式中，R选自C2～C6亚烷基；
式中，n为聚合度；
(2)其次使步骤(1)所得两种产物发生取代反应，制备得到高分子抗菌剂前驱体，为式(IV)所示结构：
式中，R选自C2～C6亚烷基；
x、y为聚合度；
(3)最终将步骤(2)得到的产物经卤化得到含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂成品。
所述环状小分子卤胺类抗菌剂前驱体的制备方法为：
将5,5-二甲基海因和氢氧化钠溶于乙醇溶液，80～100℃反应10～30min后降温至75～85℃，加入卤代烃，冷凝回流反应6～10h；反应结束，旋转蒸发去除产物溶液中的溶剂，经分液、旋转蒸发、提纯、干燥，得到环状小分子卤胺类抗菌剂前驱体；所述5,5-二甲基海因、氢氧化钠、卤代烃摩尔比为1:1:1；每0.1mol5,5-二甲基海因所需乙醇溶液为50～100mL。
所述高分子自聚物为聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯，其制备方法为：
将单体甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溶于乙醇溶液，以偶氮二异丁氰为引发剂，通氮气15～30min后升温至65～75℃，在氮气保护条件下进行自由基反应4～6h；反应完毕，经旋转蒸发、提纯、干燥，得到高分子自聚物聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯；所述引发剂偶氮二异丁氰的重量为单体甲基丙烯酸二甲氨基乙酯重量的0.1～2％。
所述高分子抗菌剂前驱体为含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂前驱体，其制备方法为：
将所述高分子自聚物与环状小分子卤胺类抗菌剂前驱体按照摩尔比为1:1～1:1.5溶于N,N-二甲基甲酰胺，加入摩尔量与环状小分子卤胺抗菌剂前驱体相同的KI，80～120℃反应24～32h；反应结束，经过滤、旋转蒸发、提纯、干燥，得到含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂前驱体。
所述含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂成品的制备方法为：
将所述高分子抗菌剂前驱体加入次氨酸叔丁基酯的二氯甲烷溶液中，室温卤化反应2h；反应结束，用石油醚洗涤、过滤并烘干，得到高分子抗菌剂成品；所述次氨酸叔丁基酯与二氯甲烷溶液体积比为1:1～1:10，高分子抗菌剂前驱体质量与次氨酸叔丁基酯二氯的甲烷溶液体积比为1:100～1:200。
所述的含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂在制备抗菌材料中的应用：将式(IV)所示结构的高分子抗菌剂前驱体溶解于N,N-二甲基甲酰胺，并与基材混合，采用静电纺丝技术或传统铸溶法制备出含有抗菌剂前驱体的膜，浸渍于含有活性卤素的溶液中进行卤化反应，取出水洗并烘干，制得抗菌材料；所述高分子抗菌剂前驱体的用量为所述待处理基材重量的3～8％。
所述基材是高分子材料，能够被有机溶剂溶解或具有成膜性；所述高分子材料溶液的质量百分浓度为5～15％。
所述含有活性卤素的溶液包括次氯酸钠、次溴酸钠或次氯酸钙溶液，其质量百分浓度为0.1～1.0％。
所述静电纺工艺参数为：电压15～20kV，接收距离10～20cm，纺丝液供给速率0.5～1.5mL/h，滚筒转速60～120rpm。
其进一步的技术方案为：
所述卤代烃选自含有溴、氯元素卤代烃，R优选为1-溴-2-氯乙烷。
所述高分子自聚物聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯与环状小分子卤胺类抗菌剂前驱体的摩尔比优选为1:1.3。
所述环状小分子卤胺类抗菌前驱体、高分子自聚物、含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂前驱体优选为式(V)、(III)和(VI)所示结构的化合物：
式中，n为聚合度。
式中，x、y为聚合度。
所述基材优选为聚丁酸酯类生物可降解材料。
所述高分子材料溶液质量百分浓度优选为10％。
所述高分子抗菌剂前驱体的用量优选为所述待处理基材重量的3～5％。
本发明有益的技术效果在于：
本发明制备的抗菌剂产品含有季铵基团，本身具有一定的杀菌效果，还可以提高材料的亲水性，扩大材料使用范围；该抗菌剂又含有卤胺基团，具有杀菌速度快、抗菌性能持久、抗菌广谱及可再生等优点；此外，该抗菌剂又是高分子抗菌剂，相比于小分子抗菌剂抗菌效果好、性能稳定、不易渗入人或动物体内，安全无毒。
本发明合成的高分子抗菌剂为水溶性，在制备某些抗菌材料时可避免使用有机溶剂；在使用时也可直接添加，利用率高，简单便利，不易渗出，无甲醛释放，安全可靠。本发明所制的抗菌材料具有良好的细胞相容性，安全无毒。
将本发明抗菌剂应用于生物可降解材料的抗菌改性，可得到具有优异抗菌性能、高效抗菌效率、稳定性好的抗菌材料。所制抗菌材料具有优异的抗菌性能，抗菌效率高，未经氯化前30min即可杀死1.61Log的金黄色葡萄球菌和0.42Log的大肠杆菌；氯化后活性氯含量可达0.22％，显示出更加优异的抗菌性能。与接种细菌接触后，抗菌材料在1min即可杀死1.94Log的金黄色葡萄球菌和0.48Log的大肠杆菌，30min杀死2.92Log的金黄色葡萄酒菌和1.00Log的大肠杆菌。紫外稳定性测试得出该抗菌材料的稳定性远远优于其他卤胺类抗菌剂。储存稳定性测试结果显示该高分子抗菌剂在储存条件下是很稳定的。
本发明方法所用原料廉价易得，反应条件温和、能耗低，工艺操作简单，产品收率高。所得高分子分子量高、分子量分布窄，生产成本低，产率高、性能好、安全无毒。
附图说明
图1为实施例1中高分子抗菌剂前驱体以及高分子抗菌剂的合成路线图；
图2为本发明高分子抗菌剂含有的卤胺部分的杀菌和再生原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，对本发明进行具体描述。
如图1所示，本发明的制备步骤为：首先5,5-二甲基海因与氢氧化钠、1-溴-2-氯乙烷反应生成环状小分子卤胺类抗菌剂前驱体；以甲基丙烯酸二甲氨基乙酯为反应单体，偶氮二异丁氰为引发剂，发生自聚反应生成高分子自聚物。其次将前两种反应产物在一定条件下发生取代反应，制备得到高分子抗菌剂前驱体。最终经氯化反应，在前驱体上引入氧化性氯原子，生成含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂成品。
如图2所示，该高分子抗菌剂很大程度上通过氧化性氯原子发挥抗菌功效；另一方面，由于杀菌而消耗掉的氯原子可由含活性氯的溶液补充得以再生。此外，该高分子抗菌剂结构中还含有季铵基团，带正电荷的N+与细菌接触后可导致细菌离子平衡失调，抑制其生长。
从操作和使用角度考虑，将该高分子抗菌剂前驱体直接应用于制备抗菌材料，最后进行卤化反应，此操作比直接应用该高分子抗菌剂更为方便、实用和经济。
实施例1
(1)环状小分子卤胺类抗菌剂前驱体的合成：称取12.9g(0.1mol)5,5-二甲基海因于250mL圆底烧瓶，加入100mL乙醇使其溶解，然后加入4g(0.1mol)氢氧化钠，将圆底烧瓶置于油浴环境并不断搅拌，升温至100℃反应10min后降温至75℃，缓慢滴加14.34g(0.1mol)1-溴-2-氯乙烷，冷凝回流10h。反应结束，用旋转蒸发除去溶剂，经乙酸乙酯与水的混合液分液，取乙酸乙酯部分，经旋转蒸发、提纯、干燥，得到白色晶体，即为环状小分子卤胺类抗菌剂前驱体3-(2’-氯乙基)-5,5-二甲基海因。
(2)高分子自聚物的合成：称取8g甲基丙烯酸二甲氨基乙酯于100mL三口烧瓶，加入20mL乙醇溶液，然后加入0.08g偶氮二异丁氰作为引发剂，室温通氮气30min后开始升温至65℃，在氮气保护条件下反应6h。反应结束，旋转蒸发除去部分溶剂，经石油醚提纯、干燥后得到淡黄色固体，即为高分子自聚物聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯。该高分子数均分子量和重均分子量分别为Mn＝63984，Mw＝87908，多分散性PDI＝1.37。
(3)含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂前驱体(PHQS)的合成：按照摩尔比为1：1.3，称取3.1442g(20mmol)聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯，4.953g(26mmol)3-(2’-氯乙基)-5,5-二甲基海因，4.316g(26mmol)KI于250mL三口烧瓶，加入100mLN,N-二甲基甲酰胺，使其充分溶解。将三口烧瓶置于油浴环境并不断搅拌，通氮气保护，升温至80℃反应32h。反应结束减压过滤去除杂质，经旋转蒸发、提纯、干燥，得到棕黄色固体，即为最终高分子抗菌剂前驱体PHQS。通过元素分析，测得氮元素含量为5.23％。
(4)含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂(PHQS-Cl)的合成：量取1mL次氨酸叔丁基酯溶于5mL二氯甲烷中配制成氯化液；称取0.05g高分子抗菌剂前驱体加入该氯化液中，室温搅拌氯化2h。反应结束，用石油醚洗涤、过滤，45℃干燥2h，得到高分子抗菌剂成品(PHQS-Cl)。
实施例2
(1)环状小分子卤胺类抗菌剂前驱体的合成：称取12.9g(0.1mol)5,5-二甲基海因于250mL圆底烧瓶，加入100mL乙醇使其溶解，然后加入4g(0.1mol)氢氧化钠，将圆底烧瓶置于油浴环境并不断搅拌，升温至80℃反应30min后，缓慢滴加14.34g(0.1mol)1-溴-2-氯乙烷，冷凝回流8h。反应结束，用旋转蒸发除去溶剂，经乙酸乙酯与水的混合液分液，取乙酸乙酯部分，经旋转蒸发、提纯、干燥，得到白色晶体，即为环状小分子卤胺类抗菌剂前驱体3-(2’-氯乙基)-5,5-二甲基海因。
(2)高分子自聚物的合成：称取10g甲基丙烯酸二甲氨基乙酯于100mL三口烧瓶，加入15mL乙醇溶液，然后加入0.1g偶氮二异丁氰作为引发剂，室温通氮气30min后开始升温至65℃，在氮气保护条件下反应6h。反应结束，旋转蒸发除去部分溶剂，经石油醚提纯、干燥后得到淡黄色固体，即为高分子自聚物聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯。该高分子数均分子量和重均分子量分别为Mn＝87800，Mw＝146539，多分散性PDI＝1.67。
(3)含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂前驱体(PHQS)的合成：按照摩尔比为1：1.3，称取3.1442g(20mmol)聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯，4.953g(26mmol)3-(2’-氯乙基)-5,5-二甲基海因，4.316g(26mmol)KI于250mL三口烧瓶，加入100mLN,N-二甲基甲酰胺，使其充分溶解。将三口烧瓶置于油浴环境并不断减半，通氮气保护，升温至100℃反应28h。反应结束减压过滤去除杂质，经旋转蒸发、提纯、干燥，得到棕黄色固体，即为最终高分子抗菌剂前驱体PHQS。通过元素分析，测得氮元素含量为6.39％。
(4)含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂(PHQS-Cl)的合成：量取2mL次氨酸叔丁基酯溶于5mL二氯甲烷中配制成氯化液；称取0.05g高分子抗菌剂前驱体加入该氯化液中，室温搅拌氯化2h。反应结束，用石油醚洗涤、过滤，45℃干燥2h，得到高分子抗菌剂成品(PHQS-Cl)。
实施例3
(1)环状小分子卤胺类抗菌剂前驱体的合成：称取12.9g(0.1mol)5,5-二甲基海因于250mL圆底烧瓶，加入100mL乙醇使其溶解，然后加入4g(0.1mol)氢氧化钠，将圆底烧瓶置于油浴环境并不断搅拌，升温至90℃反应10min后降温至80℃，缓慢滴加14.34g(0.1mol)1-溴-2-氯乙烷，冷凝回流8h。反应结束，用旋转蒸发除去溶剂，经乙酸乙酯与水的混合液分液，取乙酸乙酯部分，经旋转蒸发、提纯、干燥，得到白色晶体，即为环状小分子卤胺类抗菌剂前驱体3-(2’-氯乙基)-5,5-二甲基海因。
(2)高分子自聚物的合成：称取8g甲基丙烯酸二甲氨基乙酯于100mL三口烧瓶，加入20mL乙醇溶液，然后加入0.08g偶氮二异丁氰作为引发剂，室温通氮气30min后开始升温至65℃，在氮气保护条件下反应6h。反应结束，旋转蒸发除去部分溶剂，经石油醚提纯、干燥后得到淡黄色固体，即为高分子自聚物聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯。该高分子数均分子量和重均分子量分别为Mn＝63984，Mw＝87908，多分散性PDI＝1.37。
(3)含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂前驱体(PHQS)的合成：按照摩尔比为1：1.3，称取3.1442g(20mmol)聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯，4.953g(26mmol)3-(2’-氯乙基)-5,5-二甲基海因，4.316g(26mmol)KI于250mL三口烧瓶，加入100mLN,N-二甲基甲酰胺，使其充分溶解。将三口烧瓶置于油浴环境并不断减半，通氮气保护，升温至120℃反应24h。反应结束减压过滤去除杂质，经旋转蒸发、提纯、干燥，得到棕黄色固体，即为最终高分子抗菌剂前驱体PHQS。通过元素分析，测得氮元素含量为6.92％。
(4)含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂(PHQS-Cl)的合成：量取1mL次氨酸叔丁基酯溶于5mL二氯甲烷中配制成氯化液；称取0.05g高分子抗菌剂前驱体加入该氯化液中，室温搅拌氯化2h。反应结束，用石油醚洗涤、过滤，45℃干燥2h，得到高分子抗菌剂成品(PHQS-Cl)。
综上所述，实施例3含氮量最高，为最佳实施例。
应用实施例1
称取8g生物可降解材料聚羟基丁酸酯，0.24g实施例3制备得到的高分子抗菌剂前驱体PHQS，两者分别溶解于65g氯仿和6.5gN,N-二甲基甲酰胺，然后充分混合，制得静电纺纺丝液。在室温条件下，采用静电纺丝技术制备抗菌纤维膜，控制静电纺工艺参数为：电压20kV，接收距离15cm，纺丝液供给速率1.0mL/h，滚筒转速60rpm。将纤维膜浸渍于质量百分浓度为0.5％的次氯酸钠溶液中，浸泡1h后取出纤维膜并用大量清水清洗，于45℃在烘箱中烘干1h，制得抗菌纤维膜。用碘量法测定该抗菌纤维膜的有效氯含量为0.22％。
应用实施例2
称取8g生物可降解材料聚羟基丁酸酯，0.32g实施例3制备得到的高分子抗菌剂前驱体PHQS，两者分别溶解于65g氯仿和6.5gN,N-二甲基甲酰胺，然后充分混合，制得静电纺纺丝液。在室温条件下，采用静电纺丝技术制备抗菌纤维膜，控制静电纺工艺参数为：电压15kV，接收距离10cm，纺丝液供给速率0.5mL/h，滚筒转速90rpm。将纤维膜浸渍于质量百分浓度为0.1％的次氯酸钠溶液中，浸泡1h后取出纤维膜并用大量清水清洗，于45℃在烘箱中烘干1h，制得抗菌纤维膜。用碘量法测定该抗菌纤维膜的有效氯含量为0.31％。
应用实施例3
称取8g生物可降解材料聚羟基丁酸酯，0.40g实施例3制备得到的高分子抗菌剂前驱体PHQS，两者分别溶解于65g氯仿和6.5gN,N-二甲基甲酰胺，然后充分混合，制得静电纺纺丝液。在室温条件下，采用静电纺丝技术制备抗菌纤维膜，控制静电纺工艺参数为：电压20kV，接收距离17cm，纺丝液供给速率1.5mL/h，滚筒转速120rpm。将纤维膜浸渍于质量百分浓度为0.5％的次氯酸钠溶液中，浸泡1h后取出纤维膜并用大量清水清洗，于45℃在烘箱中烘干1h，制得抗菌纤维膜。用碘量法测定该抗菌纤维膜的有效氯含量为0.41％。
测试例1：纤维膜抗菌性能测试
根据修正AATCC100-2004抗菌性能测试标准所述方法进行测试。
按照应用实施例1所述方法制备抗菌纤维膜，取纤维膜两份，经氯化处理的一份样品为测试样品，未经氯化处理的一份样品为空白样品。接种细菌为金黄色葡萄球菌(ATCC6538)和大肠杆菌O157：H7(ATCC43895)，测试结果参见表1。
表1抗菌纤维膜对S.aureus和E.coliO157：H7的抗菌性能
注：金黄色葡萄球菌的接种浓度：1.00×106CFU/sample
大肠杆菌O157：H7的接种浓度：1.40×106CFU/sample
表1的测试数据表明，本发明所制得的抗菌纤维膜具有良好的抗菌性能，抗菌效率高；与接种细菌接触后，上述抗菌纤维膜未经氯化前30min即可杀死1.61Log的金黄色葡萄球菌和0.42Log的大肠杆菌；氯化后活性氯含量为0.22％，显示出更加优异的抗菌性能。与接种细菌接触后，抗菌纤维膜在1min即可杀死1.94Log(98.86％)的金黄色葡萄球菌和0.48Log(66.98％)的大肠杆菌，30min杀死2.92Log(99.88％)的金黄色葡萄酒菌和1.00Log(89.95％)的大肠杆菌。
测试例2：抗菌纤维膜耐紫外稳定性测试
根据AATCC183-2004抗紫外线辐射性能测试方法，将应用实施例3制备得到的抗菌纤维膜氯化后作为测试样品，将试验样品放在耐紫外老化剂(美国Q-LAB公司)，设置照射参数为：TypeA，315～400nm，0.89W，60℃，照射时间为1-24小时。一段时间后取出样品并滴定其氯含量或者再次氯化并滴定，测试结果参见表2。
表2抗菌纤维膜耐紫外稳定性
表2的测试数据表明，经紫外照射1h，抗菌纤维膜的氯含量仅损失了15％，照射24h后，活性氯含量还剩下超过50％，这远远高于其他卤胺类抗菌剂；重新氯化后，又有部分活性氯可以恢复。可见，此高分子抗菌剂耐紫外稳定性优异。
测试例3：抗菌纤维膜储存稳定性测试
将氯化后的抗菌纤维膜作为测试样品，将测试样品放在自封袋里，并且将自封袋放在黑暗环境中，储存一定时间后拿出样品，滴定或者重新氯化再滴定，测试结果参见表3。
表3抗菌纤维膜储存稳定性
表3的测试数据表明，抗菌纤维膜含氯量随储存时间下降缓慢，储存30天后含氯量仍然很高，仅下降21％；重新氯化后含氯量基本都可以恢复。可见，此高分子抗菌剂在储存条件下是很稳定的。
以上实施例和应用实施例所涉及原料和试剂均为市售产品，所使用生产设备均为本领域常规设备，其中，金黄色葡萄球菌和大肠杆菌O157：H7购自美国模式培养物集存库(ATCC)。
以上所述的仅出于解释说明的目的，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂，其特征在于：为式(I)所示结构的化合物：
式中，R选自C2～C6亚烷基；
X选自氯或溴；
x、y为聚合度。
2.一种权利要求1所述含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂的制备方法，其特征在于整个反应过程分为三步：
(1)首先合成环状小分子卤胺类抗菌剂前驱体及高分子自聚物，分别为式(II)和式(III)所示结构：
式中，R选自C2～C6亚烷基；
式中，n为聚合度；
(2)其次使步骤(1)所得两种产物发生取代反应，制备得到高分子抗菌剂前驱体，为式(IV)所示结构：
式中，R选自C2～C6亚烷基；
x、y为聚合度；
(3)最终将步骤(2)得到的产物经卤化得到含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂成品。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述环状小分子卤胺类抗菌剂前驱体的制备方法为：
将5,5-二甲基海因和氢氧化钠溶于乙醇溶液，80～100℃反应10～30min后降温至75～85℃，加入卤代烃，冷凝回流反应6～10h；反应结束，旋转蒸发去除产物溶液中的溶剂，经分液、旋转蒸发、提纯、干燥，得到环状小分子卤胺类抗菌剂前驱体；所述5,5-二甲基海因、氢氧化钠、卤代烃摩尔比为1:1:1；每0.1mol5,5-二甲基海因所需乙醇溶液为50～100mL。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述高分子自聚物为聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯，其制备方法为：
将单体甲基丙烯酸二甲氨基乙酯溶于乙醇溶液，以偶氮二异丁氰为引发剂，通氮气15～30min后升温至65～75℃，在氮气保护条件下进行自由基反应4～6h；反应完毕，经旋转蒸发、提纯、干燥，得到高分子自聚物聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯；所述引发剂偶氮二异丁氰的重量为单体甲基丙烯酸二甲氨基乙酯重量的0.1～2％。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述高分子抗菌剂前驱体为含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂前驱体，其制备方法为：
将所述高分子自聚物与环状小分子卤胺类抗菌剂前驱体按照摩尔比为1:1～1:1.5溶于N,N-二甲基甲酰胺，加入摩尔量与环状小分子卤胺抗菌剂前驱体相同的KI，80～120℃反应24～32h；反应结束，经过滤、旋转蒸发、提纯、干燥，得到含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂前驱体。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂成品的制备方法为：
将所述高分子抗菌剂前驱体加入次氨酸叔丁基酯的二氯甲烷溶液中，室温卤化反应2h；反应结束，用石油醚洗涤、过滤并烘干，得到高分子抗菌剂成品；所述次氨酸叔丁基酯与二氯甲烷溶液体积比为1:1～1:10，高分子抗菌剂前驱体质量与次氨酸叔丁基酯二氯的甲烷溶液体积比为1:100～1:200。
7.权利要求2所述的含有季铵基团的环状卤胺类高分子抗菌剂在制备抗菌材料中的应用，其特征在于：将式(IV)所示结构的高分子抗菌剂前驱体溶解于N,N-二甲基甲酰胺，并与基材混合，采用静电纺丝技术或传统铸溶法制备出含有抗菌剂前驱体的膜，浸渍于含有活性卤素的溶液中进行卤化反应，取出水洗并烘干，制得抗菌材料；所述高分子抗菌剂前驱体的用量为所述待处理基材重量的3～8％。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述基材是高分子材料，能够被有机溶剂溶解或具有成膜性；所述高分子材料溶液的质量百分浓度为5～15％。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述含有活性卤素的溶液包括次氯酸钠、次溴酸钠或次氯酸钙溶液，其质量百分浓度为0.1～1.0％。
10.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述静电纺工艺参数为：电压15～20kV，接收距离10～20cm，纺丝液供给速率0.5～1.5mL/h，滚筒转速60～120rpm。
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