專利名稱:抗菌聚氨酯材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種抗菌聚氨酯(PU)材料,尤其涉及一種因抗菌劑已成為PU結(jié)構(gòu)一部分,所以抗菌劑不會(huì)流失而抗菌功效并不會(huì)隨時(shí)間增加而降低。
背景技術(shù):
微生物(Micro-organism)指極微小的單細(xì)胞生物(植物),依形狀大小分為球菌(Coccus)、桿菌(Bacillus)、絲狀菌(Trichobacteria)、螺旋菌(Spirillum)等。微生物也包括除各種病原體、細(xì)菌以外的較大原形蟲(chóng)(原生生物)、比細(xì)菌更微小(0.02μ)的病毒(Virus)--亦即細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌(Intercellular-bacterium)。微生物涉及身體內(nèi)循環(huán)、消化、代謝,是制造酒、醬油、醋等食品所不可缺少的,是制造酒精、丁醇、丙酮、乳酸、檸檬酸、抗生物質(zhì)等工業(yè)制品、醫(yī)藥品等所不可缺少的,在阻止公害、自然進(jìn)化上有其重要功能。不過(guò),在20萬(wàn)種或50萬(wàn)種以上的微生物中還是對(duì)人類有害無(wú)益的微生物更多;目前尚未發(fā)現(xiàn)有萬(wàn)能效果的藥劑,微生物的耐酸性、藥品的危險(xiǎn)性、對(duì)人體的毒性、致癌性、對(duì)遺傳因子的影響等都是問(wèn)題。
另外,時(shí)代環(huán)境的變遷,進(jìn)而由于健康衛(wèi)生觀念的增強(qiáng),使抗菌材料衍生產(chǎn)品市場(chǎng)呈現(xiàn)需求旺盛的趨勢(shì)??咕牧涎苌a(chǎn)品是指添加了抗菌材料的產(chǎn)品,這些產(chǎn)品從20世紀(jì)初集中用于日用品及家電產(chǎn)品開(kāi)始,近年來(lái)迅速擴(kuò)展到建筑及室內(nèi)裝飾材料、塑橡膠、涂料、樹(shù)脂、食物包裝材料(food packaging materials)及纖維衣著等產(chǎn)品,甚至出現(xiàn)高科技及高附加價(jià)值產(chǎn)品對(duì)其的需求,例如醫(yī)院內(nèi)醫(yī)療設(shè)備及器材的表面。
至于產(chǎn)品中添加抗菌材料的目的,是使材料表面的抗菌成份及時(shí)透過(guò)接觸該材料表面而阻止微生物的繁殖,進(jìn)而達(dá)到衛(wèi)生安全的目的,以減少交叉感染及疾病的傳播。
然而眾所皆知,長(zhǎng)效、安全、無(wú)公害的殺菌消毒新材料的開(kāi)發(fā)與公共環(huán)境衛(wèi)生保護(hù)的問(wèn)題,是世界消毒學(xué)及公共衛(wèi)生學(xué)專家所關(guān)注和材料開(kāi)發(fā)者研究的焦點(diǎn)難題,至今仍未獲得妥善解決。這也就是說(shuō)開(kāi)發(fā)能直接且持續(xù)有效地將各種常見(jiàn)菌類殺死的殺菌消毒新材料,將是一有待解決的研究課題及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的課題。
現(xiàn)有的常用的抗菌劑技術(shù)重點(diǎn)說(shuō)明如下包括抗生素(antibiotics)、季銨鹽化合物(quarternary ammonium compounds)、無(wú)機(jī)系列抗菌劑〔如銀鹽(silver salts)、銅鹽及鋅鹽〕、碘(iodine)及其它,上述這些抗菌劑的使用方式是以逐漸緩慢釋放(slowgradually release)到周圍的溶液中,而后再將存在于該溶液中的細(xì)菌殺死的方式進(jìn)行的。
至于抗菌劑及抗菌材料的作用機(jī)理,大致可分為下列兩大類(a)首先需進(jìn)入細(xì)菌的細(xì)胞,作用后使其無(wú)法繼續(xù)復(fù)制其遺傳物質(zhì)而產(chǎn)生抗菌作用無(wú)機(jī)系列抗菌劑的作用機(jī)理,若以銀鹽(其效果較銅鹽為佳,但價(jià)格較貴)為例,是當(dāng)細(xì)菌與其接觸時(shí),其緩慢釋放的無(wú)機(jī)銀鹽可滲入細(xì)菌的細(xì)胞膜而進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)內(nèi),再與細(xì)菌的核醣核酸或去氧核醣核酸上的硫氫鍵置換氫生成硫化銀鍵,使細(xì)菌無(wú)法繼續(xù)復(fù)制其遺傳物質(zhì)而產(chǎn)生抗菌作用。其它有機(jī)系列小分子抗菌劑的作用機(jī)理,也是因?yàn)闈B入細(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)內(nèi),進(jìn)而抑制細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)相關(guān)代謝機(jī)制,使細(xì)菌無(wú)法完成復(fù)制行為而產(chǎn)生抗菌作用。
但,此類緩釋放型的抗菌劑,終究有釋放完的一天,所以不可能成為長(zhǎng)效型產(chǎn)品,并且當(dāng)其排放于環(huán)境中時(shí),也可能造成相關(guān)污染,不可大意。
(b)由于銨鹽官能基帶正電可與細(xì)菌表層作用,使其內(nèi)部細(xì)胞質(zhì)代謝異?;蚱茐钠浼?xì)胞膜,導(dǎo)致其因無(wú)法正常繼續(xù)復(fù)制遺傳物質(zhì)或失去保護(hù)而死亡季銨鹽系列抗菌劑的活性成分為季銨官能團(tuán),其可能由于季銨官能團(tuán)帶正電,而使與其接觸的細(xì)菌表層產(chǎn)生誘導(dǎo)的負(fù)電,細(xì)菌可因?yàn)槠浔韺与姾朔植疾痪鶆蚨蛊鋬?nèi)部細(xì)胞質(zhì)代謝異常,并且使其無(wú)法正常繼續(xù)復(fù)制遺傳物質(zhì)而產(chǎn)生抗菌作用。
另一假說(shuō),是由于季銨鹽系列抗菌劑借助與組成細(xì)胞膜的磷脂(phospholipids)分子結(jié)構(gòu)相似性的相互作用,而破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜,使其內(nèi)部的細(xì)胞質(zhì)暴露,由此造成細(xì)菌由于缺少細(xì)胞膜的保護(hù)作用而使其無(wú)法生存并導(dǎo)致死亡,從而達(dá)到抗菌殺菌的目的。
相對(duì)于上述(a)溶出型的緩釋型的抗菌劑,此類材料可視為機(jī)械式殺菌,因此其不必通過(guò)穿透細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部與細(xì)胞質(zhì)作用,進(jìn)而抑制細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)相關(guān)代謝機(jī)制,使細(xì)菌無(wú)法完成復(fù)制行為而達(dá)到抗菌作用,因此也不易造成細(xì)菌的突變而產(chǎn)生抗藥性。
但一般公知的抗菌產(chǎn)品的抗菌效果會(huì)隨時(shí)間增加而慢慢降低最終將失去抗菌效果,這是因?yàn)樵摽咕a(chǎn)品使用的抗菌劑是添加型,并不參與反應(yīng),所以沒(méi)辦法與基材鍵合而導(dǎo)致抗菌劑流失,最終變成無(wú)抗菌效果。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于解決上述公知的缺陷,避免缺陷存在,本發(fā)明是利用季銨鹽系列抗菌劑設(shè)計(jì)成長(zhǎng)效型高效、安全、無(wú)公害的殺菌消毒新材料,當(dāng)季銨鹽系列抗菌劑與材質(zhì)表面形成共價(jià)鍵聯(lián)結(jié),并能控制其均勻分布于材質(zhì)表面時(shí),即有可能達(dá)到長(zhǎng)效型高效、安全、無(wú)公害的效果。
為達(dá)上述目的,本發(fā)明利用反應(yīng)型季銨鹽抗菌劑,在PU反應(yīng)中加入?yún)⑴cPU反應(yīng),鍵合成為PU結(jié)構(gòu)一部分,使PU具有抗菌功效,并且因?yàn)榭咕鷦┮殉蔀镻U結(jié)構(gòu)一部分,所以抗菌劑并不會(huì)流失而抗菌功效并不會(huì)隨時(shí)間增加而降低,另外,季銨鹽因具有與材質(zhì)表面形成共價(jià)鍵聯(lián)結(jié)的效果,并能控制其均勻分布于材質(zhì)表面,采用接觸機(jī)械式殺菌,并不會(huì)游離釋放出來(lái),所以就能達(dá)到長(zhǎng)效型高效、安全、無(wú)公害的效果。
具體實(shí)施例方式
有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容及技術(shù)說(shuō)明,現(xiàn)說(shuō)明如下本發(fā)明的組成方式是應(yīng)用三異氰酸鹽與聚多元醇聚合的PU材料,其中,該P(yáng)U材料在聚合反應(yīng)中加入季銨鹽,季銨鹽鍵合在該P(yáng)U材料主鏈上,且該季銨鹽選自下列的組
其中,該上述季銨鹽的結(jié)構(gòu)式組中R1~R8是下列元素或基團(tuán)之一氫(hydrogen)、烷基(alkyl)、烯基(alkenyl)、炔基(alkynyl)、?;?acyl)、芳香基(aryl)、羧基(carboxylate)、烷氧羰基(alkoxycarbonyl)、芳氧羰基(aryloxycarbonyl)、羧基胺基(carboxamido)、烷基胺(alkylamino)、酰胺(acylamino)、烷氧基(alkoxyl)、酰氧基(acyloxy)、羥烷基(hydroxyalkyl)、烷氧烷基(alkoxyalkyl)、烷基胺基(aminoalkyl、alkylamino)、硫代基(thio)、烷硫基(alkylthio)、硫代烷基(thioalkyl、alkylthio)、氨基甲酰基(carbamoyl)、尿素(urea)、硫脲(thiourea)、磺酰(sulfonyl)、磺酸基(sulfonate)、氨磺酰(sulfonamide)、磺酰胺基(sulfonylamino)及磺酰氧基(sulfonyloxy)。
X是下列鹵素元素之一氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)、砹(At)。n是1至1000。y是1至10,優(yōu)先選擇為1至3之間。
另外,上述季銨鹽的結(jié)構(gòu)式組中OH基可被胺基(NH2)所取代。
為讓使本領(lǐng)域技術(shù)人員更了解本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容可推及相關(guān)據(jù)以實(shí)施的內(nèi)容,現(xiàn)以數(shù)據(jù)化舉例說(shuō)明如下一種長(zhǎng)效型表面抗菌PU材料合成,其組成方式是(1)預(yù)聚物(prepolymer)的形成以三異氰酸鹽(triisocyanate)1mol與單一-OH基的季銨鹽(十二烷基(2-羥基乙基)二甲基溴化銨dodecyl(2-hydroxyethyl)dimethylammonium bromide,分子量338.04)1mol,在溫度70~80℃,反應(yīng)時(shí)間30~60min的條件下,并加入錫觸媒DBTDL(Dibutytin dilaurat)及溶劑-二甲基甲酰胺DMF(Dimethyl formamide)220g一起反應(yīng)形成具有抗菌功效的官能基二異氰酸鹽(diisocyanate)。再將具有抗菌功效的官能基二異氰酸鹽(diisocyanate)與聚多元醇(polyol)PTMG-2000(polytetramethyleneglycol,分子量2000)0.5mol,在溫度70~85℃下,反應(yīng)1~2hr形成一預(yù)聚物(prepolymer)。
(2)長(zhǎng)效型表面抗菌PU材料(Polyurethane,聚氨酯)合成再利用(1)形成的預(yù)聚物(prepolymer)與鏈延長(zhǎng)劑(Chain Extender)乙二醇EG(1,2-Ethanediol)0.5mol反應(yīng)同時(shí)用溶劑二甲基甲酰胺DMF(Dimethyl formamide)2651g調(diào)整黏度至30000cps,固份40%,即可形成具有長(zhǎng)效型表面的抗菌PU材料(Polyurethane)。
(3)抗菌效果分析將(2)的長(zhǎng)效型表面的抗菌PU材料(Polyurethane)加工處理在合成皮革表面上,再利用日本工業(yè)規(guī)格抗菌加工制品檢驗(yàn)方法JIS Z 28012000薄膜法測(cè)試抗菌效果,可檢測(cè)出本發(fā)明的具有長(zhǎng)效型表面抗菌PU材料(Polyurethane)具有優(yōu)秀的抑菌效果,殺菌率可達(dá)99.999以上。
這樣,本發(fā)明的抗菌PU材料是具有長(zhǎng)效性抗菌效果的抗菌PU材料,是利用反應(yīng)型季銨鹽抗菌劑,在PU聚合反應(yīng)中加入?yún)⑴cPU反應(yīng),鍵合成為PU結(jié)構(gòu)的一部分,使PU具有抗菌功效且因抗菌劑已成為PU結(jié)構(gòu)一部分所以抗菌劑并不會(huì)流失而抗菌功效并不會(huì)隨時(shí)間增加而降低。
加上本發(fā)明的抗菌機(jī)制不同于目前市售無(wú)機(jī)系列抗菌劑,如大部分的抗菌劑的作用機(jī)理為溶出型或緩釋型的抗菌劑,采用此機(jī)理的產(chǎn)品經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間洗滌抗菌成分則會(huì)慢慢流失而失去抗菌力;而本發(fā)明的季銨鹽因具有與材質(zhì)表面形成共價(jià)鍵結(jié)合的效果,并能控制其均勻分布于材質(zhì)表面,采取接觸機(jī)械式殺菌,并不會(huì)游離釋放出來(lái),所以就能達(dá)到長(zhǎng)效型高效、安全、無(wú)公害的效果。
上述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例,并非用來(lái)限定本發(fā)明實(shí)施的范圍。其它如以常用的單異氰酸鹽或多異氰酸鹽與本發(fā)明所陳述組的任何含一個(gè)OH基或含一個(gè)以上OH基的季銨鹽所反應(yīng)而成的PU預(yù)聚物(prepolymer)及PU樹(shù)脂皆在本發(fā)明的范圍內(nèi),也就是說(shuō)凡是按照本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的等同變化與修飾,都為本發(fā)明專利范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種抗菌PU材料,是應(yīng)用三異氰酸鹽與聚多元醇聚合的PU材料,其特征在于,所述PU材料于聚合反應(yīng)加入季銨鹽鍵合到所述PU材料主鏈上,且所述季銨鹽選自下列的組
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗菌PU材料,其特征在于,所述季銨鹽的結(jié)構(gòu)式組中R1~R8是下列元素或基團(tuán)之一氫(hydrogen)、烷基(alkyl)、烯基(alkenyl)、炔基(alkynyl)、酰基(acyl)、芳香基(aryl)、羧基(carboxylate)、烷氧羰基(alkoxycarbonyl)、芳氧羰基(aryloxycarbonyl)、羧基胺(carboxamido)、烷基胺(alkylamino)、酰胺(acylamino)、烷氧基(alkoxyl)、酰氧基(acyloxy)、羥烷基(hydroxyalkyl)、烷氧烷基(alkoxyalkyl)、胺烷基(aminoalkyl、alkylamino)、硫代基(thio)、烷硫基(alkylthio)、硫代烷基(thioalkyl、alkylthio)、氨基甲?;?carbamoyl)、尿素(urea)、硫脲(thiourea)、磺酰(sulfonyl)、磺酸基(sulfonate)、氨磺酰(sulfonamide)、磺酰胺基(sulfonylamino)及磺酰氧基(sulfonyloxy)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗菌PU材料,其特征在于,所述上述季銨鹽的結(jié)構(gòu)式組群中X是下列鹵素元素之一氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)、砹(At)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗菌PU材料,其特征在于,所述上述季銨鹽的結(jié)構(gòu)式組中n是1至1000。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗菌PU材料,其特征在于,所述上述季銨鹽的結(jié)構(gòu)式組中y是1至10,優(yōu)先選擇為1至3之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗菌PU材料,其特征在于,所述季銨鹽組無(wú)論是含一個(gè)OH基或含一個(gè)以上OH基如果與常用的單異氰酸鹽或含二個(gè)以上的多異氰酸鹽所反應(yīng)而成的PU預(yù)聚物(prepolymer)及PU樹(shù)脂都涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗菌PU材料,其特征在于,所述季銨鹽的結(jié)構(gòu)式組中OH基可被胺基(NH2)所取代。
全文摘要
一種抗菌PU材料,是利用反應(yīng)型季銨鹽抗菌劑,在PU反應(yīng)中加入?yún)⑴cPU反應(yīng),鍵合成為PU結(jié)構(gòu)一部分,使PU具有抗菌功效且因抗菌劑已成為PU結(jié)構(gòu)一部分,且季銨鹽因具有與材質(zhì)表面形成共價(jià)鍵聯(lián)結(jié)的效果,并能控制其均勻分布于材質(zhì)表面,采取接觸機(jī)械式殺菌,并不會(huì)游離釋放出來(lái),所以能達(dá)到長(zhǎng)期高效、安全、無(wú)公害的效果。
文檔編號(hào)C08K5/00GK1982353SQ200510134779
公開(kāi)日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2005年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月16日
發(fā)明者劉漢瀛, 邱之凱, 陳建明 申請(qǐng)人:展宇科技材料股份有限公司