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消毒杀菌型表面活性剂的作用原理、应用及发展方向

      消毒剂在各行各业的应用变得越来越广泛,对其性能的要求也越来越高,苯酚、甲醛和氯制剂等传统消毒剂的使用量已经大幅下降,随着环保和安全呼声的提高,传统危害较大的杀菌消毒剂在民用领域已经大幅退出市场,如有机锡、二硫氰甲烷和丙烯醛等物质。相比较而言,由表面活性剂组成的消毒剂具有毒性低、性能温和,杀菌消毒完全,与环境相容性好等优势。一般具有乳化和增溶特性的表面活性剂均具有较强的抗菌性。抗菌性的强弱常以最小抑菌浓度(MIC)来表示,该值越小,意味着抗菌性越强,用MIC不能区分抑菌作用和杀菌作用。但是表面活性剂一般低浓度显示抑菌,高浓度显示杀菌作用。实际上在许多场合这两种作用是同时发挥,因此不能把他们二者截然分开,故合称抗菌消毒作用,俗称消毒作用。

      现在市售的作为抗菌消毒的表面活性剂主要是阳离子和两性离子表面活性剂,常用品种超过60种,其抗菌消毒特性不尽相同,由于目前开发的表面活性剂消毒剂对水溶性病毒、绿脓杆菌、霉菌和抗异变菌普遍存在效能不足和综合性能差的现象,因此人们迫切希望能开发出满足下列条件的表面活性剂:低浓度下有效,产生效果的时间要快;抗菌谱范围广,对病毒、霉也有效的物质;即使蛋白质、污垢、肥皂、钙离子以及pH有所变化的情况下,效果不会明显下降;对抗菌作用有选择性;对人皮肤无刺激性;使用后废弃物,对环境无污染;不腐蚀容器、器皿等。


       一、表面活性剂抗菌消毒机理。

       一个活体微生物如细菌、真菌等大多含有位于细胞最外层的多糖细胞壁,细胞壁维持细胞内组分的完整并且保护细胞不受细胞外环境的影响。细胞壁紧下层的物质是一层半透膜,它包含各种细胞器、酶、核酸等物质。酶负责细胞内复杂的生物化学反应,而核酸承担着微生物的遗传信息。微生物的生存和增长依赖于细胞结构的完整以及细胞内各种细胞器处于稳定的状态。表面活性剂通过静电作用和疏水作用吸附在菌体表面,改变细胞膜的通透性和细胞的渗透压,导致细胞内容物流 ,微生物发生接触死亡;同时表面活性剂与细胞内蛋白结合,使酶和蛋白变性,破坏细胞代谢。其作用机理过程是表面活性剂吸附到细菌表面的细胞壁及细胞膜上,接着移向作用部位,通过阻碍半透膜的正常作用以及渗透进细胞内部,使酶钝化,阻碍核糖酸、蛋白质的合成,并引起蛋白质变性或细胞壁及细胞膜的破坏等来杀死细菌,与此同时伴随着干扰微生物酶系统情况的发生。


       二、新型表活抗菌剂的抗菌应用。

      1、阳离子表面活性剂。

      耐久性季铵盐化合物(QAS)聚合体抗菌整理剂。阳离子表面活性剂如季铵盐化合物抗菌剂,作为有效的消毒剂和杀菌剂,其已有超过 50年的使用历史。作为织物抗菌整理剂,含有烷基、烷芳基和全氟代烃基团的磷酸一铵和二聚体铵表面活性剂被广泛使用。其季铵盐的抗菌性能取决于烷基的长度、全氟代烃基团是否存在,以及分子中阳离子季铵盐的数量。QAS 类物质的抗菌机理是,带正电的阳离子季铵盐和自身具有负电荷的细胞膜发生静电吸引,形成季铵盐-微生物结合体,被季铵盐结合的细胞膜不能正常运转而导致细胞内蛋白质物质的合成受到影响。QAS 也能对细菌和真菌的 DNA 转录造成影响而破坏微生物的繁殖。如果QAS 分子中含有长链烃基,则微生物与 QAS 发生两种作用,带正电荷的中心氮原子与微生物负电中心的静电吸引,以及疏水性烃基长链与微生物非极性中心的范德华力。QAS 吸附在细胞表面后,由于 QAS有长链烃基基团,在分子定向排列的空间位阻作用下,长链烃基基团进入(“刺入”)细胞体,破坏细胞的关键代谢过程。

      尽管 QAS 有许多抗菌优越性,然而其本身不能与织物或纤维发生共价结合,故织物经过多次水洗后,抗菌物质在织物表面上的浓度下降明显,且 QAS 本身的耐水洗性能差。为此,有关学者合成了一系列具有聚合性能的新型含丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯基团的 QAS 。含上述基团的 QAS 成为“表面活性剂单体”。所谓“表面活性剂单体”是指在一定适合的条件下,这些表面活性剂单体发生聚合,形成大分子网状聚合体阳离子结构。这些网状结构的膜与织物表面接触后,能够作为一道生物屏障,阻碍微生物与织物接触,且通过与微生物接触聚合体,直接杀死微生物,不给微生物进入织物内部的机会。由于聚合网状物 QAS 的黏度比 QAS 大,具有一定的成膜性,故它与纤维的结合更加牢固。若通过溶胶-凝胶法固定后,其耐久性效果远远高于普通 QAS 的耐久性。三种不同类型的 QAS 单体的结构如下。


       2、生物表面活性剂。

      生物表面活性剂具有低毒性、抑菌性、生物可降解性及生物相容性等优点,但其存在成本较高和产量较低等缺陷,使得生物表面活性剂在应用上受到很大的限制。目前,生物表面活性剂的抑菌杀菌性能主要应用在医药、农业、食品等领域。

       三、抗菌消毒型表面活性剂发展方向。

      表面活性剂作为杀菌消毒物质,其性能与分子结构以及配伍组分差异,均会对其杀菌消毒性能产生影响。开发兼有多种功能、满足不同条件下的新型抗菌杀毒物质,成为近几年行业发展的一个热点,随着人们对环境友好型和多功能型的表面活性剂的不断深入研究,表面活性剂在抑菌领域的应用将更为广泛,也将推动抑菌剂向更多元化方向发展。目前新型杀菌表面活性剂性能特征表现在:

      1、对多种菌种和有毒成分均可产生抗菌杀毒效果,这就要求新型表面活性剂杀菌剂分子结构中兼有多种抗菌杀毒结构。如杂环季铵盐等新型杀菌剂等。

      2、新型抗菌杀毒剂,要求具有较高的抗硬水性和有机物等优势,杀菌消毒性能受温度、pH,水硬度,有机物等因素影响较小,满足多条件和环境下的众多领域的杀菌性能。

      3、新型表面活性剂杀菌消毒剂满足与不同类型表面活性剂的良好配伍,最低要求是配伍后,对其性能不会造成太大的影响。

      4、新型表面活性剂杀菌消毒剂对皮肤刺激性较小,对人体安全无毒,满足绿色、安全和健康消费要求。

      5、新型表面活性剂杀菌消毒剂具有良好的生物降解性,降解中间体不会或者具有较少的对环境负面作用的物质,提升自身结构至关重要。


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