适用于ABS树脂的含季鏻盐结构的抗菌剂的制备及其性能研究

摘要：本文分别合成了4种不同长度烷基侧链的含季鏻盐结构的抗菌剂（MAP-n），并对其抗菌性能和热稳定性进行了研究。结果表明MAP-n表现出优异的抗菌性能，并且烷基侧链越长，抗菌性能越好。结合TGA分析，MAP-11满足制备ABS抗菌塑料的加工工艺要求。

关键词：季鏻盐；抗菌ABS塑料；最低抑菌浓度；最小杀菌浓度

0 引言

目前，ABS工程塑料已经广泛地应用于生活中的方方面面，尤其是家用电器产品。但是，ABS塑料在日常使用中容易滋生细菌。采用如紫外线、双氧水、次氯酸等常用的杀菌方法，其化学结构容易遭到破坏，影响其性能和寿命且还会受到细菌的再次污染。因此，制备含有抗菌结构的ABS塑料是十分必要的[1， 2]。

季鏻盐是一种抗菌性能好、化学性质稳定、光谱的抗菌剂，且季鏻盐的抗菌性能优于同类季铵盐抗菌剂[3， 4]。但是，季鏻盐型抗菌剂属于有机小分子抗菌剂，其热分解温度较低，起始热分解温度低于ABS树脂的加工温度，共混等常用的加工方式不适用于制备抗菌塑料。

本文合成了具有季鏻盐结构的聚甲基丙烯酸酯抗菌剂，并对其抗菌性能和热稳定性进行了研究，找到适合与ABS采用共混方式加工制得抗菌塑料的抗菌剂。

1 实验部分

1.1 试剂及仪器设备

3-溴-1-丙醇、6-溴-1-己醇、9-溴-1-壬醇、11-溴-1-十一醇，97%，百灵威科技有限公司；三乙胺，分析纯，国药试剂；甲基丙烯酰氯，98%，国药试剂。

集热式磁力搅拌器（85-2A），郑州恒岩仪器有限公司；旋转蒸发仪型（RE-52AA），上海亚荣生化仪器厂；电子天平（FA2004），常州幸运电子设备有限公司；TG 209 FL型热失重分析仪，德国NETZSCH公司。

1.2 季鏻盐抗菌剂（MAP-n）的合成

分别称取一定量的3-溴-1-丙醇、6-溴-1-己醇、9-溴-1-壬醇、11-溴-1-十一醇和三乙胺，在CH2Cl2中搅拌溶解，随即在2h内在冰浴条件下滴加一定量的C4H5ClO，反应1h后撤去冰浴，并在20℃温下继续反应24h。反应完成后，采用旋蒸法去除多余的CH2Cl2，制备得到中间体（MA-n）。

然后将一定量的MA-n搅拌溶解于三苯基膦、对苯二酚及乙腈中，并在80°C下反应72h。反应完成后，采用旋蒸法去除多余的乙腈，制备得到MAP-n。

1.3 测试与表征

1.3.1 热失重分析（TGA）

在氮气氛围下，采用德国NETZSCH公司的TG 209FL型热重分析仪对MAP-n进行热失重分析，以20°C/min的速率从30℃升高到600℃。

1.3.2 最低抑菌浓度（MIC）及最小杀菌浓度（MBC）的表征

采用GB/T21866-2008方法配制NB培养基及菌悬液，并对MAP-n的MIC和MBC进行测定。通过肉眼对培养基的浑浊情况进行观察，以能够保持培养基清澈的最小浓度作为抗菌剂最低抑菌浓度（MIC）。以无菌落生长的最小浓度作为其的最小杀菌浓度（MBC）。

2 结果与讨论

2.1 季鏻盐抗菌剂（MAP-n）的TGA分析

采用德国NETZSCH公司的TG 209 FL型热重分析仪对MAP-n进行热失重分析，在氮气氛围保护下，以20°C/min的速率从室温升高到600℃，其热失重曲线如图1所示，得到的热失重温度列于表1中。

以T5%作为起始热分解温度，从图1和表1可见，MAP-3、MAP-6、MAP-9及MAP-11随着烷基测量长度的增加，起始热分解温度逐渐升高，而其最大热失重速率随着烷基测量长度的增加而逐渐降低，最大热失重速率对应的温度在 315-330°C之间。ABS树脂的加工温度一般低于220℃，而MAP-9和MAP-11的T5%满足ABS树脂的加工要求。

2.2 季鏻盐抗菌剂（MAP-n）的最小抑菌浓度（MIC）及最小杀菌浓度（MBC）

由于抗菌剂（MAP-n）是不溶于水的，所以采用MIC和MBC来评价其抗菌性能。MAP-n对大肠埃希氏菌（E. coil）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的MIC和MBC分别如图2所示。

如图2所示，抗菌剂MAP-n对大肠埃希氏菌（E. coil）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）均有明显的抑杀作用，且随着烷基链长度的增大，MIC和MBC逐渐减少，表明抗菌效果随着抗菌剂侧链烷基的增长而变好。

3 结论

本文合成了含不同长度烷基侧链的4种含季鏻盐结构的抗菌剂（MAP-n）。季鏻盐型抗菌剂（MAP-n）均表现出不错的抗菌性能，并且其抗菌性能随着烷基侧链长度的增大而增大。结合TGA分析，MAP-11满足制备ABS抗菌塑料的加工工艺要求。

参考文献

[1] 杨浩， 张师. 聚六亚甲基胍盐酸盐在抗菌高分子材料中的应用研宄进展[Ｊ]. 合成树脂及塑料， 2019， 36（5）．

[2] 赵欣， 朱健健， 李梦， et al．我国抗菌剂的应用与发展现状[J]. 材料导报，2016， 30（07）： 71-76

[3] Chang L.， Zhang X.， Shi X.， et al. Preparation and characterization of a novel antibacterial fiber modified by quaternary phosphonium salt on the surface of polyacrylonitrile fiber[J].Fibers & Polymers， 2014， 15（10）： 2026-2031

[4] Siedenbiedel F.， Tiller J.C.. Antimicrobial polymers in solution and on surfaces： Overview and functional principles[J]. Polymers， 2012， 4（1）： 46-71