課題名稱：

匯報人：盧春彬匯報時間：2016.6.12雙子座季銨鹽類罐內防腐抗菌劑的研究1報告內容

一、項目背景

二、項目進展三、下一步計劃2(一).項目背景：1.課題的意義及重要性2.文獻匯總與綜述3.可行性實驗方案3項目背景1項目背景11.1研究課題的意義及重要性背景：水性涂料以水為分散介質并富含各種可被微生物為營養利用的添加劑，因此是微生物生長繁殖的理想溫床。當細菌、霉菌和酵母菌等微生物污染涂料后大量繁殖會導致涂料產品變質、表面變色、顏料沉淀、乳液絮凝、破乳，甚至散發異味、表面長霉等現象。現有常用的防腐劑體系有:CMIT+MIT、BIT、MBIT(2-甲基-1，2-苯并異噻唑-3-酮)等一系列防腐劑。在罐內貯存以及運輸過程中起到的防腐作用，隨著涂料的上墻水份揮發以后漸漸降解。細菌菌簇圖真菌在內墻乳膠漆表面的嚴重滋生酵母菌放大圖41.1研究課題的意義及重要性傳統防腐劑的優點:傳統防腐劑的現狀及限制:1.EUBPD規范要求涂料中的危害物質限量要求(PPM)

CMITMITBIT2010年起1510005002016年起1.55001002.2013年12月12日，歐洲化妝品個人護理用品協會發表了關于停留類化妝品(包括化妝用濕巾)停止使用防腐劑MIT的行業建議。2015年7月16日起，歐盟禁用該抗菌劑于免洗產品中，對沖洗型產品使用限量降為0.0015%以下。

廣譜、長效的殺滅多種細菌、真菌和酵母菌，用量低。不燃燒，易于運輸，使用方便，不含甲醛、VOC。與各種乳化劑、表面活性劑及蛋白質成份配伍性好。價格合理，對假單胞菌有特效，得到了全世界認同。替代品項目背景151.2相關文獻檢索信息匯總與綜述抗菌劑選擇無機抗菌劑有機抗菌劑天然抗菌劑金屬離子抗菌劑（Ag+、Cu+等）工藝復雜、成本高碘/碘酒（I2、KI）碘不溶于水，且抗菌效果有限殼聚糖及其衍生物類抗菌活性收到很大限制鹵代胺

雙胍鹽有機錫季膦鹽季銨鹽季銨鹽早在1915年最先被報道具有一定的抗菌性能，應用領域包括：外科手術及醫療器械的殺菌消毒、工業循環水的處理、家庭個人衛生和護理以及各類洗滌殺菌劑等。尋找新型、安全無毒的涂料罐內防腐劑項目背景161.2相關文獻檢索信息匯總與綜述文獻檢索國內期刊共160

篇國外期刊共

142篇學術論文共36篇中文書籍共

52本外文書籍共14本總計共404篇文獻信息匯總與綜述總結并發現:項目背景11.Gemini(雙子座)季銨鹽具有抗菌的功效2.總結出傳統防腐劑的作用原理71.2.1Gemini(雙子座)表面活性劑的結構Spacer:Hydrophobic

chainionic

or

polar

group::優點：(1).具有更高的表面活性。(2).對皮膚、眼睛的刺激相對較低。

(3).能更強烈地吸引電中性的或帶相反電荷的表面活性劑。

據研究表明，季銨鹽型的表面活性劑，可以將復雜的蛋白質分子分裂為若干多肽鏈，對細菌的活性產生抑制作用。研究發現,隨著CMC值的降低,季銨鹽型表面活性劑的殺菌能力呈直線增加。項目背景181.3可行性實驗方案考慮將傳統低毒防腐劑結構與季銨鹽Gemini結構共同結合兩條思路：分子類改性—合成分子間改性—復配潛在優點：增強防腐抗菌性減少環境危害性項目背景19(二).項目進展1.項目初步摸索（季銨鹽的合成、抗菌應用分析）2.實驗深入研究（篩選最優樣品）3.新型防腐劑性能檢核（是否符合目標要求）4.項目總結5.聚季銨鹽探索102.1項目初步摸索合成雙子座季銨鹽結構的表活劑項目進展211配方：20%水溶液失敗原因分析:季銨鹽殺菌劑的本身限制沒有很好的瞬時抗菌性，對一些菌種的抗菌性不是很好.所以考慮復配增效，即其他常見防腐劑+季銨鹽的體系。解決方案:提升快速抗菌效果!復配日化品中常用的快速殺菌防腐劑+Gemini雙子座季銨鹽表活劑項目進展2122.1項目初步摸索項目進展2在MatexM600配方測試細菌挑戰性實驗.測試結論:1.所有樣品具有較好的長效防腐穩定性.2.所有樣品具有快速防腐功效.根據比較，選定M1進行下一步實驗方向M1132.1項目初步摸索項目進展2在MatexM600配方測試細菌挑戰性實驗.測試結論:1.所有樣品具有較好的長效防腐穩定性.2.與對比樣相比,只有樣品B1、C1、C2、H1有快速防腐功效.根據比較，選定吡啶季銨鹽進行下一步實驗方向H1組分百分比A4.00%DBNPA0.33%H2O95.67%A142.1項目初步摸索合成路線A：一鍋法合成:Gemini吡啶季銨鹽

92%合成路線B：第一步反應：合成溴代烷基酰胺99%第二步反應：季銨化成鹽90%項目進展2152.2實驗深入研究項目進展22.2實驗深入研究A：B：復配DBNPAH1組分百分比A4.00%DBNPA0.33%H2O95.67%H2組分百分比B4.00%DBNPA0.33%H2O95.67%

單獨抗菌性

長效性

高效性凈味1203合1：QK20-0.05%和0.1%；抗菌劑：0.3-0.5%凈味全效：QK20-0.05%和0.1%；抗菌劑：0.3-0.5%凈味1203合1：VFB1-0.3%；抗菌劑-0.3-0.5%凈味全效：VFB1-0.3%；抗菌劑-0.3-0.5%在M600（0.2%-0.5%）、凈味1203合1（0.5%-0.7%）、凈味全效（0.5%-0.7%）16162.2實驗深入研究項目進展2H1在添加量為0.5%~0.7%時，仍保持良好的抗菌性能。H2其抗菌性能則與其存貯時效性相關。H1的抗菌長效性優于H2。H1在與QK20復配的條件下，所有樣品都通過了4輪細菌挑戰實驗。H1抗菌高效性不強。H2的快速殺菌性能與其時效性相關。抗菌長效性抗菌高效性單獨測試結論：56個樣品中共40個樣品通過4輪細菌挑戰實驗，通過率72%。H1及H2皆有長效抗菌的能力，H1優于H2。但H1快速殺菌能力較弱，而H2的快速殺菌能力與其時效性（存貯時間）有較大影響。總之，H1、H2在合成工藝上可工業化，產率都達到92%以上，有良好的抗菌性能。172.2實驗深入研究實驗編號防腐劑代號添加比例漆樣罐內狀態漆膜外觀防腐劑挑戰實驗(共4輪)2day7day標樣623A0.10%OK光滑平整無顆粒11H1H10.20%OK光滑平整無顆粒31H2H20.20%OK光滑平整無顆粒11備注:得分越低防腐效果越安全

結論:1.H1及H2都通過了4輪細菌挑戰測試，具有高效的抗菌性能，可以替代原抗菌劑。2.H2的抗菌效果略好于H1項目進展218H1體系：H2體系：項目進展2192.2實驗深入研究2.3新型防腐劑性能檢核實驗1:Gemini雙子座季銨鹽低溫溶解性實驗編號H1H2溫度1℃3℃5℃8℃1℃3℃5℃8℃結果√√√√××√√√：在濃度小于5%的水溶液中可以溶解并穩定存在×：在濃度小于5%的水溶液中溶解度較差或不能形成穩定的體系H1體系：H2體系：結論:H2體系在0~5℃低溫時，其水溶液不穩定，會有沉淀析出。而H1表現良好淘汰H2項目進展2202.3新型防腐劑性能檢核實驗2:

乳膠漆全性能測試測試項目(在M-600體系中)623AH1H2粘度(KU)104.5104.1104.5耐水性(96hrs)OKOKOK耐堿性(1%NaOH)(48hrs)OKOKOK耐擦洗(25℃)(Asbestosboard)10000+10000+10000+耐擦洗(5℃)(Asbestosboard)8747846210000+密度(g/ml/25℃)1.5011.5021.5白度81.2981.1381.27PH9.119.179.17干膜遮蓋力（%/100μm絲棒）92.9892.6092.36干膜遮蓋力（%/150μm濕膜制備器）97.0496.7096.81儲存穩定性（55℃/14days）106.8KU;goodin-canflowing106.4KU;goodin-canflowing106.8KU;goodin-canflowing結論:H1、H2添加至涂料中對乳膠漆全性能無影響，可替代傳統防腐劑。項目進展2212.4項目總結季銨鹽抗菌劑配方選用季銨鹽及復配試劑：復配配方：成分含量季銨鹽4%DBNPA0.33%水95.67%添加量：等量替換原有配方中的抗菌劑。最佳工藝條件：吡啶與1,4-二溴-2-丁烯投料比：2.1:1；反應溶劑：CH3CN；反應溫度：90℃；反應時間：8h；重結晶溶劑：CH3CH2OH；項目進展2222.4.1工業化合成方法工藝放大實驗及抗菌穩定性測試反應工藝：1,1'-(2-丁烯基)雙溴化吡啶結論：將實驗原料吡啶溶液量放大到160mL，原料1,4-二溴-2-丁烯投料為200g；溶劑乙腈放量為500mL。進行反應，得到粗產品330.5g，通過加入無水乙醇約400~500ml進行加熱重結晶，冷卻得到吡啶基季銨鹽產品285.3g，即產率為82%。圖

實驗室放大實驗反應裝置抗菌穩定性重復測試

實驗室放大實驗作參考項目進展2232.4.2工業標準工藝質量檢測及工業標準確定圖4.2吡啶基季銨鹽HPLC純度測試結論：吡啶季銨鹽15實驗室放大實驗得到的產物純度為98.80%。引用標準GB601化學試劑

滴定分析（容量分析）用標準溶液的制備GB6368表面活性劑

水溶液pH值的測定

電位法GB6682分析實驗室用水規格和實驗方法GB26369–2010季銨鹽類消毒劑衛生標準GBT11275-2007表面活性劑含水量的測定吡啶季銨鹽類罐內防腐劑的工業標準規定了乳膠漆罐內防腐用雙子座吡啶季銨鹽的技術要求、試驗及工業化生產方法、檢驗規則和標志、包裝及貯存條件等項目進展224理化指標項目指標優等品一等品合格品外觀白色或淡黃色透明液體或固狀物淡黃色或黃色透明液體或固狀物黃色或棕黃色透明液體或固狀物活性物含量%>=30%pH值（4%溶液）4.0-8.5游離胺含量（相對陽離子活性物）,%<=1.0<=2.0<=3.0重金屬含量（以鉛計）mg/kg<=30-2.4.2工業標準項目進展2252.4.3工業技術要求試驗方法

項目進展2262.4.3工業技術要求試驗方法精密度

在重復性條件下獲得的兩次獨立測定結果的絕對差值不得超過算術平均值的3%。檢測限

本方法最低檢測量為0.9g/L。標志、包裝、運輸、貯存

包裝容器上注明產品名稱、規格、標準代號、批號、凈重以及生產日期。

產品可采用聚乙烯塑料桶包裝。桶蓋應旋緊，避免溶劑揮發和物料滲漏。

在運輸過程中，避免撞擊和日曬雨淋，應輕裝輕卸。

貯存時避免露天堆放，遠離火源。在標準運輸、貯存條件下，產品保質期為三年。項目進展2272.5結論項目進展2選用季銨鹽及復配試劑：復配配方：成分含量季銨鹽4%DBNPA0.33%水95.67%制定季銨鹽化合物的工業標準及工業技術要求。添加量：等量替換原有抗菌劑。抗菌效果：通過了4輪細菌挑戰實驗。28第六代高分子季銨鹽結構示意圖第五代雙子季銨鹽殺菌劑深化有機小分子殺菌劑易揮發應用時有殘留不易加工化學穩定性差高分子殺菌劑不會滲入人的皮膚更好的抗菌性能多基團型高分子殺菌劑引入不同的殺菌基團協調抗菌效應總結：第六代高分子抗菌劑除抗菌性能好之外，還有化學穩定性高，殘余毒性低，容易加工，抗菌效果持久，環境污染小，且在低的蒸汽壓下不揮發，不會滲透進入人的皮膚等優點。從第五代到第六代季銨鹽的演變過程2.6聚季銨鹽的提出29項目進展22.6聚季銨鹽的提出30SampleDMAEMA-BC

DMAEMA-BB

DMAEMA-DB

DMAEMA-HBMonomer(mg/mL)Polymer(mg/mL)

Monomer(mg/mL)Polymer(mg/mL)

Monomer(μg/mL)Polymer(mg/mL)

Monomer(μg/mL)Polymer(mg/mL)E.coli>501.56

>501.56

24>20

12>20S.aureus>501.56

>501.56

12>20

12>20Table3

MBCvaluesofquaternaryammoniumsaltsmonomersandrelatedpolymers長鏈單體的滅菌濃度遠高于短鏈相同碳鏈長度（短鏈），聚合物的滅菌濃度高于單體碳鏈較長的聚合物存在溶解性的問題項目進展22.6.1聚季銨鹽工作1丙烯酸酯類31項目進展22離子聚合類嘗試合成了C12、C14和C16的兩種此類聚合物，通過與文獻的核磁比對，基本確認了聚合反應的進行。此類聚合反應方法較為容易，對反應條件的要求不高，可行性較高。但是這類結構之前就有文獻報道，結構的新穎性不高，但是此種結構并未在涂料的抗菌領域應用。2.6.1聚季銨鹽工作32項目進展2(三).下一步計劃1.吡啶季銨鹽