專利名稱：一種十二烷基三甲基溴化銨抗菌固體石蠟的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種十二烷基三甲基溴化銨(DTAB)抗菌固體石蠟的制備方法，具體涉及一種以固體石蠟為原料，以DTAB為抗菌劑，以硬脂酸為DTAB的分散改性劑，采用低溫和高溫兩步混熔方法，使DTAB均勻分散在固體石蠟中，適用于一種抗菌性能優(yōu)良的DTAB抗菌固體石蠟制備。
背景技術(shù)：
微生物是一類在自然界廣泛分布，而且形體小、種類繁多、數(shù)量龐大、代謝繁殖快、易變異且適應(yīng)能力強(qiáng)的生物。部分微生物能引發(fā)人及動(dòng)植物的病害，歷史上曾發(fā)生的傳染病瘧疾一年就使8000萬人死亡[1]。一些病原微生物至今仍在嚴(yán)重威脅著人類的健康及農(nóng)牧業(yè)的生產(chǎn)。聯(lián)合國(guó)世界衛(wèi)生組織(WH0)1998年統(tǒng)計(jì)表明，全球每年因細(xì)菌感染造成1600萬死亡。2003年的SARS病毒造成全球近千人死亡，一度引起世界的恐慌。由于有害微生物與人類的健康聯(lián)系如此之緊密，因此人類有必要在抗菌、殺菌及消毒領(lǐng)域進(jìn)行廣泛而深入的研就究。 [2]另一方面，隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，人們的生活水平日益提高，人們對(duì)生活環(huán)境的認(rèn)識(shí)和要求不斷提高，特別是健康的意識(shí)不斷增強(qiáng)。人類生存環(huán)境直接關(guān)系到人類的健康。因此，WHO將“健康與環(huán)境”作為21世紀(jì)全球的主題。正是在這種背景之下，抗菌劑及抗菌材料的研究和應(yīng)用得到極大的發(fā)展。
1、石蠟及其用途簡(jiǎn)介
石蠟是從石油中提煉出來的固體結(jié)晶產(chǎn)品之一。石蠟是一種脂肪烴類，是多種碳?xì)浠衔?，即不同分子量烴類的混合物，主要由正構(gòu)烷烴組成，此外還含有一些固體異構(gòu)烷烴、 環(huán)烷烴以及少量的芳烴；其特點(diǎn)是直接或分支碳鏈，并含有正構(gòu)烷烴，通用公式CnH2n+2，η是烴鏈中碳原子數(shù)(η=17 36)，分子結(jié)構(gòu)圖如


圖1。石蠟結(jié)晶層組成的分子具有平面鋸齒形構(gòu)象，分子長(zhǎng)度和熔點(diǎn)只取決于的η。石蠟是白色，半透明，無味，無臭的固體組成的混合物， 固體碳?xì)浠衔锏南鄬?duì)分子質(zhì)量比較高，蒸餾范圍350 5000C，沸點(diǎn)為350 550°C，密度 0. 86 0. 94g/cm3,分子量為 240 450。根據(jù)外觀形態(tài)不同，可將石蠟分為液體石蠟和固體石蠟。熔點(diǎn)是石蠟最主要的質(zhì)量指標(biāo)之一。液體石蠟熔點(diǎn)低于27°C，固體石蠟熔點(diǎn)為觀 701。固體石蠟的牌號(hào)以熔點(diǎn)來劃分的，我國(guó)的石蠟產(chǎn)品以熔點(diǎn)間隔2°C而分為50號(hào)、52號(hào)、54號(hào)、56號(hào)、58號(hào)、60號(hào)、 62號(hào)、64號(hào)、66號(hào)、68號(hào)和70號(hào)。石蠟具有防水、防潮、防微生物和抗分解等優(yōu)良特性，低毒性，無異常氣味和顏色， 并具有良好的密封性、絕緣性、可塑性、潤(rùn)滑性及可燃性等特點(diǎn)，具有防潮、防銹、防老化、絕緣、防揮發(fā)干燥、防變形，以及燃燒和助燃、潤(rùn)滑、粘合、塑型等作用，用途極為廣泛。目前，用量較大的是紙制品和制造蠟燭，也用于橡膠、火柴、紡織、防水布、醫(yī)藥、文教用品、上光蠟、電訊材料、木材加工、食品、鑄造、防銹及潤(rùn)滑等方面。需要指出的是，發(fā)明人的研究結(jié)果表明，固體石蠟還能用作金沙和三星堆出土古象牙文物保護(hù)，是一種具有重要應(yīng)用前景的文物保護(hù)材料[3]。
2、抗菌材料的研究現(xiàn)狀
抗菌材料是一類能夠殺滅或妨礙微生物生長(zhǎng)、繁殖及其活性的材料?，F(xiàn)代抗菌材料的大規(guī)模應(yīng)用始于第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，德軍穿用經(jīng)抗菌整理加工的軍服，減少了傷員的細(xì)菌感染和傷病減員。20世紀(jì)60年代以后，抗菌衛(wèi)生織物開始在民用產(chǎn)品中推廣。用于抗菌整理的抗菌劑主要是添加有機(jī)錫和氯代酚等強(qiáng)抗菌性化學(xué)物質(zhì)。80年代中期后開發(fā)出多種季銨鹽類硅烷杭菌整理劑。20世紀(jì)80年代，抗菌纖維的成功開發(fā)使抗菌紡織品的長(zhǎng)效性得到更好的保證。在合成纖維加工時(shí)，添加特定抗菌劑于化工原料中制造出抗菌纖維?？咕鷦┛梢允怯袡C(jī)抗菌劑，也可以是無機(jī)抗菌劑。隨著石油化工的迅速發(fā)展，塑料制品已成為日常生活不可或缺的必需品。據(jù)報(bào)道， 1997年全世界塑料產(chǎn)量高達(dá)1. 35億噸，且每年遞增5%。80年代以來抗菌塑料的開發(fā)及其在家電、廚衛(wèi)設(shè)施、通訊、日用品、汽車、建材、玩具等產(chǎn)業(yè)中的廣泛應(yīng)用，使抗菌材料進(jìn)入了一個(gè)飛速發(fā)展階段。其中，歐美國(guó)家主要用于日用品、玩具等終端產(chǎn)品上。日本則在家電、 日用品、汽車、廚衛(wèi)設(shè)施、通訊產(chǎn)品等領(lǐng)域全方位應(yīng)用抗菌材料。日本在無機(jī)抗菌劑的開發(fā)和應(yīng)用在國(guó)際上居領(lǐng)先地位。石冢硝子、品川燃料、東亞合成、撞紡和松下等幾大制造商的抗菌劑市場(chǎng)占有率為整個(gè)日本市場(chǎng)的80%以上。1999 年，抗菌劑銷售額達(dá)280億日元，其中無機(jī)抗菌劑占60億日元?？咕鷦┑膬r(jià)格從1994年的 12000 13000日元/kg已降至1999年的7600日元/Kg。日本1996年抗菌塑料約!35000t， 1999年達(dá)到約74000t(6000億日元)，人均水平大大高于歐美。歐美地區(qū)的抗菌材料主要采用有機(jī)抗菌劑。如瑞士的Ciki精化、美國(guó)的 Microban> Morton> Acros> ARP> Hue 1 s> Ferro> Troy 司。^^ Ciba> Dupont &司也推出無機(jī)抗菌劑?？咕牧显谛l(wèi)生陶瓷、涂料、油漆等方面的應(yīng)用是一大新的領(lǐng)域。Τ0Τ0、 INAX等日本公司在衛(wèi)生潔具、整體衛(wèi)生間等設(shè)施中已推出抗菌產(chǎn)品。有資料推測(cè)，如果以日本使用的抗菌劑為100計(jì)，歐美則為1，中國(guó)僅0. 1 1。日本早在1993年就成立了抗菌制品技術(shù)協(xié)議會(huì)，其抗菌劑和抗菌塑料的研制、生產(chǎn)和用戶等企業(yè)會(huì)員達(dá)250多個(gè)。據(jù)日本方面預(yù)計(jì)，今后歐美等國(guó)際抗菌產(chǎn)品市場(chǎng)的容量是其國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的10倍。我國(guó)十多年前就開始跟蹤研究抗菌劑和抗菌防霉材料，但由于研究條件和投入的起點(diǎn)較低，長(zhǎng)期以來未能形成自己的研究開發(fā)體系，零星的研究結(jié)果與國(guó)際水平有較大差距。另一方面，長(zhǎng)期以來我國(guó)經(jīng)濟(jì)相對(duì)于西方發(fā)達(dá)國(guó)家落后很多，人民生活水平不高，所以抗菌材料的市場(chǎng)發(fā)展緩慢。近年來，我國(guó)的抗菌材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，在無機(jī)抗菌劑、有機(jī)抗菌劑、光觸媒抗菌劑等領(lǐng)域形成全方位開發(fā)應(yīng)用的勢(shì)頭。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)在從事專業(yè)抗菌劑、抗菌材料生產(chǎn)商、貿(mào)易商20多家，用戶300余家，遍布家電、櫥衛(wèi)、日用、衛(wèi)生保健、玩具、 食品、農(nóng)業(yè)、建材，紡織化纖、信息通訊等十幾個(gè)行業(yè)。
3、抗菌固體石蠟材料的研究現(xiàn)狀目前，對(duì)于抗菌石蠟材料的研究鮮有報(bào)道。張富山等(1999)以“一種抗菌石蠟制品的制造方法”申請(qǐng)了國(guó)家專利M，其技術(shù)工藝如下實(shí)施例取基礎(chǔ)材料(包括水)100kg，將蠟和樹脂加熱溶解，加油溶性燃料和乳化劑，升溫至100°C后，攪拌下徐徐加至上述油相中，使之成為水包油性的蠟乳濁液，降溫至室溫，加入其它的水相材料，充分?jǐn)嚢枋够旌?，過濾，濾液即為成品。從張富山的專利實(shí)施例中可知，此方法最終制抗菌石蠟材料在常溫下為液態(tài)，并不是本發(fā)明的固體石蠟。另外，由上海滬正科技有限公司提供的一種抗菌石蠟添加劑，其產(chǎn)品說明稱納米銀石蠟添加劑是含有3000ppm高濃度納米銀的，用于生產(chǎn)具有納米銀抗菌功能的固體石蠟或液體石蠟的添加劑，用戶購(gòu)買后，通過簡(jiǎn)便的方法可以直接添加到固體石蠟或液體石蠟中，即可實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的抗菌功能M。為此，本專利發(fā)明人專門購(gòu)買了所述產(chǎn)品用于實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明這種所謂的“抗菌石蠟添加劑”只能懸浮在固體石蠟熔液表面，不能有效添加到固體石蠟中，因而不能用于抗菌固體石蠟的制備。
4、抗菌固體石蠟制備主要技術(shù)問題
(1)抗菌劑的選擇抗菌材料是通過抗菌劑來實(shí)現(xiàn)抗菌功能的?？咕鷦┦强咕牧涎兄坪蜕a(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一 [6]。通?？咕鷦┌雌浠瘜W(xué)組成可分為有機(jī)抗菌劑和無機(jī)抗菌劑兩大類[7_9]。無機(jī)抗菌劑和有機(jī)抗菌劑的抗菌性能及使用效能如表1所示[7]。從表1可知， 無機(jī)抗菌劑在持久性、廣譜性和使用的耐熱性、安全性等方面優(yōu)于有機(jī)抗菌劑，而有機(jī)抗菌劑在即效性和溶解性方面表現(xiàn)較好。目前，無機(jī)抗菌機(jī)主要應(yīng)用于耐高溫的陶瓷、塑料及金屬等[1°]，而有機(jī)抗菌劑主要應(yīng)用在對(duì)溫度要求不高的塑料制品中(如抗菌菜板、抗菌墻紙、 抗菌地板等)。因此，如何根據(jù)固體石蠟的特點(diǎn)，選擇效果優(yōu)良的抗菌劑，是本專利的一個(gè)關(guān)鍵問題。
表1無機(jī)抗菌劑、有機(jī)抗菌劑性能比較[11]
權(quán)利要求
1.一種十二烷基三甲基溴化銨(DTAB)抗菌固體石蠟的制備方法，以固體石蠟為原料， 以DTAB為抗菌劑，以硬脂酸為DTAB的分散改性劑，采用低溫和高溫兩步混熔方法，使DTAB 均勻分散在固體石蠟中，制備一種抗菌性能優(yōu)良的DTAB抗菌固體石蠟，其特征是(1)石蠟熔化稱取一定量的固體石蠟并放置于燒杯中，采用萬用電爐，將固體石蠟緩慢加熱至熔化，并最終使熔體溫度有效控制和穩(wěn)定在80 90°C，待用；(2)硬脂酸稱取按DTAB:硬脂酸=1:5 10的比例，稱取硬脂酸并放置于燒杯中；(3)硬脂酸熔化采用萬用電爐，將燒杯中的硬脂酸緩慢加熱至熔化，并最終使熔體溫度有效控制和穩(wěn)定在80 90°C，待用；(4)DTAB稱取按DTAB添加量占固體石蠟重量的0. 6%，稱取DTAB ；(5)DTAB分散改性將DTAB加入80 90°C的硬脂酸熔體中，用玻璃棒攪拌，使DTAB 均勻分散在硬脂酸熔體中，得到DTAB+硬脂酸的混熔物，在此過程中應(yīng)適當(dāng)加熱，并最終使熔體溫度有效控制和穩(wěn)定在80 90°C，待用；(6)低溫混熔將DTAB+硬脂酸的混熔物加入80 90°C的固體石蠟熔體中，用玻璃棒緩慢攪拌，在此過程中應(yīng)適當(dāng)加熱，并最終使熔體溫度有效控制和穩(wěn)定在80 90°C，得到呈渾濁狀態(tài)的DTAB +硬脂酸+固體石蠟混熔物；(7)高溫混熔將呈渾濁狀態(tài)的DTAB+硬脂酸+固體石蠟混熔物緩慢加熱至100 1IO0C，用玻璃棒緩慢攪拌混熔物至澄清為止，得到呈透明澄清狀態(tài)的DTAB +硬脂酸+固體石蠟混熔物；(8)冷凝固化將呈透明澄清狀態(tài)的DTAB+硬脂酸+固體石蠟混熔物在空氣中自然冷卻至室溫，即得到一種由DTAB +硬脂酸+固體石蠟組成的抗菌固體石蠟，簡(jiǎn)稱DTAB抗菌固體石蠟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種十二烷基三甲基溴化銨抗菌固體石蠟的制備方法，其特征是(1)所述的固體石蠟是指主要由正構(gòu)烷烴組成的熔點(diǎn)為觀 70°C的白色無味的固體混合物，其分子式通式為CnH2n+2，式中η代表烴鏈中碳原子數(shù)(n=17 36)；(2)所述的十二烷基三甲基溴化銨是一種呈淡黃色顆粒狀的季銨鹽抗菌劑，其化學(xué)式為 CH3 (CH2) nN (CH3) 3Br,簡(jiǎn)稱 DTAB ；(3)所述的硬脂酸是一種熔點(diǎn)為56°C的白色片狀固體物質(zhì)，其化學(xué)式為 CH3(CH2)16C00H。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種十二烷基三甲基溴化銨(DTAB)抗菌固體石蠟的制備方法，以固體石蠟為原料，以DTAB為抗菌劑，以硬脂酸為分散改性劑，第1是將固體石蠟緩慢加熱至熔化，恒溫80～90℃；第2是按DTAB:硬脂酸=1:5～10比例稱取硬脂酸；第3是將硬脂酸緩慢加熱至熔化，恒溫80～90℃；第4是按DTAB用量占固體石蠟重量的0.6%稱取DTAB；第5是將DTAB加入80～90℃的硬脂酸熔體中，攪拌均勻；第6是將DTAB+硬脂酸混熔物加入80～90℃的石蠟熔體中，攪拌均勻；第7是將渾濁的DTAB+硬脂酸+石蠟混熔物加熱至100～110℃，緩慢攪拌至澄清透明；第8是將混熔物自然冷卻至室溫，得到DTAB抗菌固體石蠟?？咕阅軆?yōu)良，安全性好，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，易于推廣應(yīng)用，用途廣泛，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著。
文檔編號(hào)A01N25/30GK102550555SQ20111026551
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者汪靈, 王沖, 舒正偉, 范博文 申請(qǐng)人:成都理工大學(xué)