[发明专利]一种基于氰尿酸的卤胺类抗菌剂及其合成方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于卤胺类化合物的合成和抗菌技术领域，具体涉及一种基于氰尿酸的卤胺杂环抗菌剂及其合成方法和该抗菌剂在制备抗菌材料上的应用。

背景技术

人类生存环境中存在大量致病和致霉有害微生物，它们可以通过纤维、塑料、橡胶、纸张等各种材料和制品表面传播，威胁人类健康。使用长效抗菌材料是效防止有害微生物生长、繁殖、蔓延和传播最为简单、安全和有效的方法，而抗菌材料的核心是其上加载的抗菌剂。目前市场上常见的抗菌剂有重金属类、苯氯类、季铵盐类和纳米材料类等，但这些抗菌剂存在价格昂贵、抗菌能力弱、杀菌速度慢、会产生对人体有害毒副产物等缺点。新近发展起来的卤胺类抗菌剂弥补了述抗菌剂的不足，其所含具有抗菌性能的酰胺杂环可通过化学键与材料结合，抗菌性强，抗菌谱广，抗菌耐久性优良，抗菌性可再生，且不会产生有毒副产物，对人体和环境安全。

但是，现有卤胺类抗菌剂在实际应用中还存在以下问题：合成原料价格较昂贵；反应条件苛刻（如需高温，反应时间长），生产工艺复杂，成本较高；产率较低；合成产物水溶性较差，在使用时须加入大量助溶剂助溶，增加了整理和废水处理成本，并且这些易燃有机助溶剂还存在安全隐患；部分氯胺类抗菌剂以N-羟甲基为活性基团，在使用过程中仍存在甲醛释放的问题。

发明内容

本申请人针对现有卤胺类抗菌剂及其制备工艺存在的上述缺陷，提供一种基于氰尿酸的卤胺类抗菌剂，该抗菌剂具有优越的抗菌性能。

本发明的另一目的在于提供上述卤胺类抗菌剂的合成方法。本发明方法所用原料廉价易得，反应条件温和，工艺简单，生产成本低，由该方法合成的卤胺类抗菌剂及其前驱体为水溶性、产品收率高、安全无毒。

本发明的再一目的在于提供上述卤胺类抗菌剂在制备抗菌材料中的应用。将本发明抗菌剂应用于制备抗菌材料，可得到具有优异的抗菌性能和高抗菌效率的的抗菌剂纺织品。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种卤胺类抗菌剂，其特征在于：为式（Ⅰ）或式（Ⅱ）所示结构的化合物：

式中，X₁、X₂选自氯、溴或羟甲基，且X₁和X₂二者中至少有一个选自氯或溴。

本发明提供一种卤胺类抗菌剂的合成方法，步骤如下：将氰尿酸或氰尿酸衍生物溶于碱液，待完全溶解后缓慢加入氯代醇（3-氯甘油或1-氯丙醇），于10～40℃下充分搅拌反应8～10h，反应完毕，用稀酸调节溶液pH值至6.0～7.0，以中和反应体系中过量的碱；蒸干反应后溶液中的水分，并将所得固体溶解于有机溶剂中，过滤除杂，再蒸干滤液中的所述有机溶剂，得到卤胺类抗菌剂前驱体；最后将所述前驱体加入浓度为0.1～2.0%的次氯酸钠、次氯酸钙或次溴酸钠溶液中，于室温静置反应1.5h，过滤，烘干，得到卤胺类抗菌剂成品；其中，氰尿酸衍生物为其一个氢原子被羟甲基取代的化合物。

其进一步的技术方案为：

所述氯代醇(3-氯甘油或1-氯丙醇)以及氰尿酸或其衍生物的摩尔比为1：1～2：1。

所述有机溶剂优选乙醇。

所述碱液包括浓度为4～15%的氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸钾溶液。

所述卤胺类抗菌剂前驱体为式（Ⅲ）或式（Ⅳ）所示结构的化合物：

式中，X₃选自氢或羟甲基。

本发明提供一种卤胺类抗菌剂在制备抗菌材料中的应用，将式（Ⅲ）或式（Ⅳ）所示结构的卤胺类抗菌剂前驱体或二者的任意混合物配制成终浓度为2～15%的工作液，优选为5～10%，并加入终浓度为2～18%的交联剂，将待处理材料浸渍于所述工作液，或将所述工作液喷洒/涂抹于待处理材料上，以湿透材料为准；取出材料并烘干，于100～180℃高温处理3～30min后，将材料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；当上述材料为纺织品，浸渍于工作液中进行整理时可采用传统的二浸二轧法进行处理，轧余率为70～120%；上述高温处理可通过烘箱焙烘、热空气处理、高温熨斗及滚筒处理等方式来实现。

其进一步的技术方案为：

所述交联剂包括多元羧酸、环氧树脂、酰胺类树脂、聚氨酯、硅氧烷、醛类或聚硅氧烷类化合物。

所述待处理材料包括天然纤维或合成纤维纺织品、塑料、海绵、天然橡胶、合成橡胶、木材、纸张、涂料、壳聚糖或几丁质。