本发明涉及抗菌/杀菌领域，具体涉及一种有机硅季铵盐、其制备方法及其应用。
背景技术：
目前，国内正在应用的杀菌用化学品有许多种，各有各的优势和特点。有机硅季铵盐作为一种高效、安全、无毒、无害的功能性抗菌整理剂，广泛的被应用于医药、纺织及化妆品等行业。其特别适合于织物的抗菌整理和一般整理,经有机硅季铵盐整理后的织物不仅具有优良的抗菌性能，而且还具备良好的防静电性，同时兼有吸水吸汗性、平滑柔软性、回弹性等。其还特别适用于医院等公共场所，幼儿园，学校，商场的公共场所的抗菌消毒；以及特别适合于水处理等其他方面的抗菌/杀菌处理。
市场上有机硅季铵盐一般采用c12-c22烷基叔胺于卤化丙基烷氧基硅烷在溶剂中，催化剂作用下反应制得。烷基叔胺生产过程中需要使用脂肪酸氰化反应和加氢工艺，不易得到，而且安全性要求很高。而且，因为长链烷基的疏水性能很强，所以产品的水溶性能较差，不适合高浓度使用，必须使用甲醇，乙醇等溶剂同时使用。
技术实现要素：
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的有机硅季铵盐的水溶性能较差缺陷，从而提供一种有机硅季铵盐。
本发明要解决的另一个技术问题在于克服现有技术中的有机硅季铵盐的制备过程中存在不易得到且安全性要求很高的缺陷，从而提供一种有机硅季铵盐的制备方法。
为了解决上述问题，本发明提供了一种有机硅季铵盐，具有如下的结构式：
[r1-co-nh-ch2-ch2-ch2-n（ch3）2-ch2-ch2-ch2-si（or2）3]x，
其中，r1为c12-c22的脂肪烷基,r2为甲基或乙基,x为cl离子、br离子或i离子。
作为优选的方案，r1为c12-c22的不饱和脂肪烷基，优选为棕榈基；或r1为c12-c22的饱和脂肪烷基，优选为月桂基。
本发明还提供了一种制备上述的有机硅季铵盐的方法，包括：将脂肪酸酰胺与卤化丙基烷氧基硅烷、反应溶剂进行合成反应，得到所述有机硅季铵盐。
作为优选的方案，脂肪酸酰胺与卤化丙基烷氧基硅烷的摩尔比为1:0.8-1.2。
作为优选的方案，所述合成反应的反应温度为50-150摄氏度，优选为60-120摄氏度；所述合成反应的反应时间为20-200小时，优选为30-120小时。
作为优选的方案，所述反应溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇中的任一种或混合物。
作为优选的方案，所述脂肪酸酰胺由c12-c22的脂肪酸与二甲基丙二胺进行缩合反应生成。
作为优选的方案，c12-c22的脂肪酸与二甲基丙二胺的摩尔比为1:0.8-1.2，所述缩合反应的反应温度为120-240摄氏度。
作为优选的方案，c12-c22的脂肪酸为椰子油酸或月桂酸，卤化丙基烷氧基硅烷为卤丙基三甲氧基硅烷或卤丙基三乙氧基硅烷。
本发明还公开了一种上述的有机硅季铵盐在织物整理、公共场所抗菌/杀菌或水处理中应用。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的有机硅季铵盐，与市场上有的有机硅季铵盐相比，因为酰胺键的引入，其拥有更好的可降解性能，更加环境友好，还拥有更好的水溶解性，而且拥有相当的或者更好的抗菌/杀菌能力。
2.本发明采用c12-c22的脂肪酸与二甲基丙二胺进行缩合反应生成脂肪酸酰胺（即脂肪酸pko），再用脂肪酸pko与卤化丙基烷氧基硅烷反应合成有机硅季铵盐，原料易得，反应温和，无三废排放，无需使用危险化学工艺。
3.本发明提供的有机硅季铵盐，其稀释后的溶液用于织物的抗菌整理，以及用于医院，幼儿园，学校，商场等公共场所的抗菌/杀菌；还可用于其他杀菌场所，包括但是不限于水处理等。而且因为酰胺化学键的引入，使得产品与被保护物体如织物等结合的更加牢固。另外分子结构中引入了和蛋白质中肽键相同原子团结构的酰胺键，以及本结构更好的水溶性，因此具有更好的杀灭病毒的效果。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
本发明实施例提供了一种有机硅季铵盐，具有如下的结构式：
[r1-co-nh-ch2-ch2-ch2-n（ch3）2-ch2-ch2-ch2-si（or2）3]x，
其中，r1为c12-c22的脂肪烷基,r2为甲基或乙基,x为cl离子、br离子或i离子。其中，r1可以为c12-c22的不饱和脂肪烷基，例如棕榈基、肉豆蔻基；或r1为c12-c22的饱和脂肪烷基，例如月桂基。
与市场上有的有机硅季铵盐相比，上述有机硅季铵盐因为酰胺键的引入，其拥有更好的可降解性能，更加环境友好，还拥有更好的水溶解性，而且拥有相当的或者更好的抗菌/杀菌能力。
本发明实施例还提供了一种制备上述的有机硅季铵盐的方法，包括：将脂肪酸酰胺与卤化丙基烷氧基硅烷、反应溶剂进行合成反应，得到所述有机硅季铵盐。需要说明的是，实际使用中有机硅季铵盐的稀释倍率很大，因此可不脱去反应溶剂。当然，在其它实施例中，合成反应之后，也可以脱去所述反应溶剂。
作为优选的方案，脂肪酸酰胺与卤化丙基烷氧基硅烷的摩尔比为1:(0.8-1.2)；所述合成反应的反应温度为50-150摄氏度，优选为60-120摄氏度；所述合成反应的反应时间为20-200小时，优选为30-120小时。其中，所述反应溶剂为甲醇、乙醇、丙醇异丙醇、乙二醇中的任一种或混合物。
在优选的一个实施例中，所述脂肪酸酰胺由c12-c22的脂肪酸与二甲基丙二胺进行缩合反应生成。c12-c22的脂肪酸与二甲基丙二胺的摩尔比为1:(0.8-1.2)，所述缩合反应的反应温度为120-240摄氏度。c12-c22的脂肪酸为椰子油酸或月桂酸，卤化丙基烷氧基硅烷为卤丙基三甲氧基硅烷或卤丙基三乙氧基硅烷。
本发明采用c12-c22的脂肪酸与二甲基丙二胺进行缩合反应生成脂肪酸酰胺（即脂肪酸pko），再用脂肪酸pko与卤化丙基烷氧基硅烷反应合成有机硅季铵盐，原料易得，反应温和，无三废排放，无需使用危险化学工艺。
本发明实施例还公开了一种上述的有机硅季铵盐在织物整理、公共场所抗菌/杀菌或水处理中应用。本发明提供的有机硅季铵盐，其稀释后的溶液用于织物的抗菌整理，以及用于医院，幼儿园，学校，商场等公共场所的抗菌/杀菌；还可用于其他抗菌/杀菌场所，包括但是不限于水处理等。而且因为酰胺化学键的引入，使得产品与被保护物体如织物等结合的更加牢固。另外分子结构中引入了和蛋白质中肽键相同原子团结构的酰胺键，以及本结构的更好的水溶性，因此具有更好的杀灭病毒的效果。
下面将结合具体的实施例来说明本发明提供的有机硅季铵盐及其制备方法。需要说明的是，实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例提供的有机硅季铵盐，由以下步骤制备得到：
将摩尔比为1:1的椰子油酸与二甲基丙二胺混合，并在150摄氏度下进行缩合反应，制备得到椰油pko；
将椰油pko、氯丙基三甲氧基硅烷和无水甲醇混合，其中，椰油pko、氯丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1:1，并在80度反应120小时；脱去甲醇，得到有机硅季铵盐（即椰油酰胺丙基三甲氧基硅丙基氯化铵）。
抗菌性能测试：用水稀释到0.42%的浓度，利用抑菌圈法测量抑菌环直径。测试结果显示，本实施例中制备的有机硅季铵盐，针对金黄色葡萄球菌抑菌环直径大于7mm有抑菌作用；针对白色念珠菌，抑菌环直径大于7mm有抑菌作用。
水溶性能测试：将100ml的水（25℃）加入烧杯中，称取有机硅季铵盐2g加入烧杯中，每隔5min强力振摇30s，观察30min内的溶解情况。测得本实施例中制备的有机硅季铵盐易溶。
实施例2
本实施例提供的有机硅季铵盐，由以下步骤制备得到：
将摩尔比为1:1的月桂酸与二甲基丙二胺混合，并在150摄氏度下进行缩合反应，制备得到月桂pko；
将月桂pko、氯丙基三甲氧基硅烷和无水甲醇混合，其中，月桂pko、氯丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1:1，并在100度反应80小时；脱去甲醇，得到有机硅季铵盐（即月桂酰胺丙基三甲氧基硅丙基氯化铵）。
抗菌性能测试：用水稀释到1.0%的浓度，对衣物的抗菌整理，→预烘（80℃×2min）→焙烘(160℃×3min)，得到整理织物。处理后的织物，可以产生抗菌作用。
水溶性能测试：将100ml的水（25℃）加入烧杯中，称取有机硅季铵盐2g加入烧杯中，每隔5min强力振摇30s，观察30min内的溶解情况。测得本实施例中制备的有机硅季铵盐易溶。
实施例3
本实施例提供的有机硅季铵盐，由以下步骤制备得到：
将摩尔比为1:1的椰子油酸与二甲基丙二胺混合，并在150摄氏度下进行缩合反应，制备得到椰油pko；
将椰油pko、溴丙基三甲氧基硅烷和无水甲醇混合，其中，椰油pko、溴丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1:1，并在100度反应150小时；脱去甲醇，得到有机硅季铵盐（即椰油酰胺丙基三甲氧基硅丙基溴化铵）。
抗菌性能测试：用水稀释到0.42%的浓度，对衣物的抗菌整理，→预烘（80℃×2min）→焙烘(160℃×3min)，得到整理织物。处理后的织物，可以产生抗菌作用。
水溶性能测试：将100ml的水（25℃）加入烧杯中，称取有机硅季铵盐2g加入烧杯中，每隔5min强力振摇30s，观察30min内的溶解情况。测得本实施例中制备的有机硅季铵盐易溶。
实施例4
本实施例提供的有机硅季铵盐，由以下步骤制备得到：
将摩尔比为1:1的月桂酸与二甲基丙二胺混合，并在150摄氏度下进行缩合反应，制备得到月桂pko；
将月桂pko、溴丙基三甲氧基硅烷和无水甲醇混合，其中，月桂油pko、溴丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1:1，并在100度反应150小时；脱去甲醇，得到有机硅季铵盐（即月桂酰胺丙基三甲氧基硅丙基溴化铵）。
抗菌性能测试：用水稀释到0.3%的浓度，对衣物的抗菌整理，→预烘（80℃×2min）→焙烘(160℃×3min)，得到整理织物。经处理后的织物，产生抗菌作用。
水溶性能测试：将100ml的水（25℃）加入烧杯中，称取有机硅季铵盐2g加入烧杯中，每隔5min强力振摇30s，观察30min内的溶解情况。测得本实施例中制备的有机硅季铵盐易溶。
实施例5
本实施例提供的有机硅季铵盐，由以下步骤制备得到：
将摩尔比为1:1的椰子油酸与二甲基丙二胺混合，并在220摄氏度下进行缩合反应，制备得到椰油pko；
将椰油pko、碘丙基三甲氧基硅烷和无水甲醇混合，其中，椰油pko、碘丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1:1，并在80度反应120小时；脱去甲醇，得到有机硅季铵盐（即椰油酰胺丙基三甲氧基硅丙基碘化铵）。
抗菌性能测试：用水稀释到0.2%的浓度，对衣物的抗菌整理，→预烘（80℃×2min）→焙烘(160℃×3min)，得到整理织物。处理后的织物，产生抗菌作用。
水溶性能测试：将100ml的水（25℃）加入烧杯中，称取有机硅季铵盐2g加入烧杯中，每隔5min强力振摇30s，观察30min内的溶解情况。测得本实施例中制备的有机硅季铵盐易溶。
实施例6
本实施例提供的有机硅季铵盐，由以下步骤制备得到：
将摩尔比为1:1的月桂酸与二甲基丙二胺混合，并在220摄氏度下进行缩合反应，制备得到月桂pko；
将月桂pko、碘丙基三甲氧基硅烷和无水甲醇混合，其中，月桂油pko、碘丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1:1，并在100度反应150小时；脱去甲醇，得到有机硅季铵盐（即月桂酰胺丙基三甲氧基硅丙基碘化铵）。
抗菌性能测试：用水稀释到0.9%的浓度，对衣物的抗菌整理，→预烘（80℃×2min）→焙烘(160℃×3min)，得到整理织物。经处理后的织物，产生抗菌作用。
水溶性能测试：将100ml的水（25℃）加入烧杯中，称取有机硅季铵盐2g加入烧杯中，每隔5min强力振摇30s，观察30min内的溶解情况。测得本实施例中制备的有机硅季铵盐易溶。
实施例7
本实施例提供的有机硅季铵盐，由以下步骤制备得到：
将摩尔比为1:0.8的椰子油酸与二甲基丙二胺混合，并在220摄氏度下进行缩合反应，制备得到椰油pko；
将椰油pko、氯丙基三甲氧基硅烷和无水甲醇混合，其中，椰油pko、氯丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1:1，并在80度反应120小时；脱去甲醇，得到有机硅季铵盐（即椰油酰胺丙基三甲氧基硅丙基氯化铵）。
抗菌性能测试：用水稀释到0.5%的浓度，对衣物的抗菌整理，→预烘（80℃×2min）→焙烘(160℃×3min)，得到整理织物。然后利用抑菌圈法测量抑菌环直径。测试结果显示，本实施例中制备的有机硅季铵盐的抗菌整理织物，针对金黄色葡萄球菌抑菌环直径大于7mm有抑菌作用；针对白色念珠菌，抑菌环直径大于7mm有抑菌作用。
水溶性能测试：将100ml的水（25℃）加入烧杯中，称取有机硅季铵盐2g加入烧杯中，每隔5min强力振摇30s，观察30min内的溶解情况。测得本实施例中制备的有机硅季铵盐易溶。
实施例8
本实施例提供的有机硅季铵盐，由以下步骤制备得到：
将摩尔比为1:1的月桂酸与二甲基丙二胺混合，并在50摄氏度下进行缩合反应，制备得到月桂pko；
将月桂pko、氯丙基三甲氧基硅烷和无水甲醇混合，其中，月桂pko、氯丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1:1，并在100度反应120小时；脱去甲醇，得到有机硅季铵盐（即月桂酰胺丙基三甲氧基硅丙基氯化铵）。
抗菌性能测试：用水稀释到0.1%的浓度，对衣物的抗菌整理，→预烘（80℃×2min）→焙烘(160℃×3min)，得到整理织物。然后利用抑菌圈法测量抑菌环直径。测试结果显示，本实施例中制备的有机硅季铵盐的抗菌整理织物，针对金黄色葡萄球菌抑菌环直径大于7.2mm有抑菌作用；针对白色念珠菌，抑菌环直径大于7mm有抑菌作用。
水溶性能测试：将100ml的水（25℃）加入烧杯中，称取有机硅季铵盐2g加入烧杯中，每隔5min强力振摇30s，观察30min内的溶解情况。测得本实施例中制备的有机硅季铵盐易溶。
实施例9
本实施例提供的有机硅季铵盐，由以下步骤制备得到：
将摩尔比为1:1的椰子油酸与二甲基丙二胺混合，并在150摄氏度下进行缩合反应，制备得到椰油pko；
将椰油pko、氯丙基三甲氧基硅烷和无水甲醇混合，其中，椰油pko、氯丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1:1.1，并在150度反应120小时；脱去甲醇，得到有机硅季铵盐（即椰油酰胺丙基三甲氧基硅丙基氯化铵）。
抗菌性能测试：用水稀释到0.8%的浓度，对衣物的抗菌整理，→预烘（80℃×2min）→焙烘(160℃×3min)，得到整理织物。然后利用抑菌圈法测量抑菌环直径。测试结果显示，本实施例中制备的有机硅季铵盐的抗菌整理织物，针对金黄色葡萄球菌抑菌环直径大于7mm有抑菌作用；针对白色念珠菌，抑菌环直径大于7mm有抑菌作用。
水溶性能测试：将100ml的水（25℃）加入烧杯中，称取有机硅季铵盐2g加入烧杯中，每隔5min强力振摇30s，观察30min内的溶解情况。测得本实施例中制备的有机硅季铵盐易溶。
实施例10
本实施例提供的有机硅季铵盐，由以下步骤制备得到：
将摩尔比为1:1的月桂酸与二甲基丙二胺混合，并在150摄氏度下进行缩合反应，制备得到月桂pko；
将月桂pko、氯丙基三甲氧基硅烷和无水甲醇混合，其中，月桂pko、氯丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1:1.1，并在150度反应120小时；脱去甲醇，得到有机硅季铵盐（即月桂酰胺丙基三甲氧基硅丙基氯化铵）。
抗菌性能测试：用水稀释到0.45%的浓度，对衣物的抗菌整理，→预烘（80℃×2min）→焙烘(160℃×3min)，得到整理织物。然后利用抑菌圈法测量抑菌环直径。测试结果显示，本实施例中制备的有机硅季铵盐的抗菌整理织物，针对金黄色葡萄球菌抑菌环直径大于7mm有抑菌作用；针对白色念珠菌，抑菌环直径大于7mm有抑菌作用。
水溶性能测试：将100ml的水（25℃）加入烧杯中，称取有机硅季铵盐2g加入烧杯中，每隔5min强力振摇30s，观察30min内的溶解情况。测得本实施例中制备的有机硅季铵盐易溶。
实施例11
本实施例提供的有机硅季铵盐，由以下步骤制备得到：
将摩尔比为1:0.7的椰子油酸与二甲基丙二胺混合，并在150摄氏度下进行缩合反应，制备得到椰油pko；
将椰油pko、氯丙基三甲氧基硅烷和无水甲醇混合，其中，椰油pko、氯丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1:1.3，并在150度反应120小时；脱去甲醇，得到有机硅季铵盐（即椰油酰胺丙基三甲氧基硅丙基氯化铵）。
抗菌性能测试：用水稀释到0.3%的浓度，对衣物的抗菌整理，→预烘（80℃×2min）→焙烘(160℃×3min)，得到整理织物。然后利用抑菌圈法测量抑菌环直径。测试结果显示，本实施例中制备的有机硅季铵盐的抗菌整理织物，针对金黄色葡萄球菌抑菌环直径大于7mm有抑菌作用；针对白色念珠菌，抑菌环直径大于6.8mm有抑菌作用。
水溶性能测试：将100ml的水（25℃）加入烧杯中，称取有机硅季铵盐2g加入烧杯中，每隔5min强力振摇30s，观察30min内的溶解情况。测得本实施例中制备的有机硅季铵盐易溶。
实施例12
本实施例提供的有机硅季铵盐，由以下步骤制备得到：
将摩尔比为1:1.3的月桂酸与二甲基丙二胺混合，并在150摄氏度下进行缩合反应，制备得到月桂pko；
将月桂pko、氯丙基三甲氧基硅烷和无水甲醇混合，其中，月桂pko、氯丙基三甲氧基硅烷的摩尔比为1:0.7，并在150度反应120小时；脱去甲醇，得到有机硅季铵盐（即月桂酰胺丙基三甲氧基硅丙基氯化铵）。
抗菌性能测试：用水稀释到0.6%的浓度，对衣物的抗菌整理，→预烘（80℃×2min）→焙烘(160℃×3min)，得到整理织物。然后利用抑菌圈法测量抑菌环直径。测试结果显示，本实施例中制备的有机硅季铵盐的抗菌整理织物，针对金黄色葡萄球菌抑菌环直径大于6.8mm有抑菌作用；针对白色念珠菌，抑菌环直径大于6.8mm有抑菌作用。
水溶性能测试：将100ml的水（25℃）加入烧杯中，称取有机硅季铵盐2g加入烧杯中，每隔5min强力振摇30s，观察30min内的溶解情况。测得本实施例中制备的有机硅季铵盐易溶。
由上述实施例1-12以及其对照实施例的测试结果可知，本发明制备的有机硅季铵盐具有很好的抗菌性能及溶解性能。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
1.一种有机硅季铵盐，其特征在于，其具有如下的结构式：
[r1-co-nh-ch2-ch2-ch2-n（ch3）2-ch2-ch2-ch2-si（or2）3]x，
其中，r1为c12-c22的脂肪烷基,r2为甲基或乙基,x为cl离子、br离子或i离子。
2.根据权利要求1所述的有机硅季铵盐，其特征在于，r1为c12-c22的不饱和脂肪烷基，优选为棕榈基；或r1为c12-c22的饱和脂肪烷基，优选为月桂基。
3.一种制备如权利要求1或2所述的有机硅季铵盐的方法，其特征在于，包括：将脂肪酸酰胺与卤化丙基烷氧基硅烷、反应溶剂进行合成反应，得到所述有机硅季铵盐。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，脂肪酸酰胺与卤化丙基烷氧基硅烷的摩尔比为1:(0.8-1.2)。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述合成反应的反应温度为50-150摄氏度，优选为60-120摄氏度；所述合成反应的反应时间为20-200小时，优选为30-120小时。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述反应溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、乙二醇中的任一种或混合物。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述脂肪酸酰胺由c12-c22的脂肪酸与二甲基丙二胺进行缩合反应生成。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，c12-c22的脂肪酸与二甲基丙二胺的摩尔比为1:(0.8-1.2)，所述缩合反应的反应温度为120-240摄氏度。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，c12-c22的脂肪酸为椰子油酸或月桂酸，卤化丙基烷氧基硅烷为卤丙基三甲氧基硅烷或卤丙基三乙氧基硅烷。
10.一种如权利要求1或2所述的有机硅季铵盐在织物整理、公共场所抗菌或水处理中应用。
技术总结