Tego型杀菌剂的制备方法及应用研究
摘要：Tego型杀菌剂是一类新型的杀菌灭藻剂，是两性表面活性剂的一种，具有广谱性的杀菌能力，低毒性和污泥剥离作用，符合 现代 药剂高效低毒要求。通过对它的制备 方法 和产品性能以及国内外 研究 成果和用途的介绍，发现它对革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌等多种细菌具有很强的杀菌力，且使用的范围很广，与其他杀菌灭藻剂相比较，具有极低的毒性，对皮肤和眼睛没有刺激性，将成为一种广泛 应用 的高效低毒的杀菌灭藻剂。 。
关键词：杀菌灭藻剂 两性表面活性剂 污泥剥离剂 高效 低毒
Preparation and Application of Tego Bactericides
Abstract: As new germicidal agents, the Tego bactericides belong to the amphoteric surfactants. The y have such virtues as broad spectrum bactericidal effect，low mammalian toxicity and sludge stripping effect etc. Consequently, they meet the demands of the modern germicidal agents. The preparation procedures and the characteristics and applications of the Tego bactericides were introduced here. It can be concluded that the Tego bactericides can be applied in many fields. Compared with the other germicidal agents，they have low mammalian toxicity. Moreover, they thus do not cause eye and skin irritation. The above advantages of the products will broaden the wide application of the Tego bactericides.
key words: Germicidal agent; amphoteric surfactants; sludge stripping agent; high-performance; low mammalian toxicity
1 引言
目前 工业 循环冷却水系统中，微生物产生的障碍比较突出。微生物在管壁上的生长繁殖，使水质恶化，也大大增加了水流的阻力，引起管道的堵塞，还严重地降低了热交换器的传热效率，甚至造成垢下腐蚀，以致使管道穿孔，设备报废，发生停产检修等等事故。为了控制微生物的生长及其造成的危害，就必须投加杀菌灭藻剂、污泥剥离剂。目前对药剂高效低毒的要求越来越高了，因此要立足于污泥、污垢剥离，以抑制菌藻繁殖和减少他们的危害。常用的污泥剥离剂有松香胺和一些两性剥离剂。[1-3]
羧酸型α-亚氨基乙酸系两性表面活性剂，即N-烷基甘胺酸系，其开发最早并具有代表性的两种结构，统称“Tego”型α-亚氨基乙酸系两性表面活性剂，通式为：R1(NHCH2CH2)2NCH2COOH，(R1NHCH2CH2)(R2NHCH2CH2)NCH2COOH，其中R1为C8～18烷基，R2为C8烷基，是一种具有较强杀菌能力且毒性低和具有污泥剥离作用的杀菌灭藻剂。
已发表有关Tego型两性表面活性剂的杀菌性能Tego型杀菌消毒剂 发展 到现在已有很多品种，产品主要结构式列入表1 [4]。
表1 Tego 型杀菌剂的结构式
2 十二烷基胺乙基甘氨酸制备
十二烷基胺乙基甘氨酸制备方法有5种，各制备方法如下所述:
①将氯代十二烷与乙二胺反应制得十二烷基乙二胺，再与一氯乙酸反应制得十二烷基氯乙基甘氨酸。反应式如下[5]：
C12H25Cl+H2NCH2CH2NH2→ C12H25NHCH2CH2NH2
②用十二烷基氯与二乙烯三胺反应制得十二烷基氯乙基甘氨酸。反应式如下[3]：
③由脂肪胺(伯胺)和氯乙酸钠盐反应得到，反应式[6]：
④用高碳的酮或醛与短链的氨基酸反映生成西呋碱型化合物，将西呋碱还原成氨基酸两性离子的衍生物。此法的商业价值不大。[4 ，7]
⑤脂肪酰胺和氯乙酸反应的到酰胺类型甘氨酸两性表面活性剂，起反应如下[4]：
比较上述几种制备方法，第2和5两种方法较容易，但几种方法都存在原料较贵的 问题 ，而且有些原料不容易获得。根据市场价格乙二胺21000元/吨，氯代十二烷28000元/千克，氯乙酸钠9800元/吨，十二烷基氯 30000元/吨，二乙烯三胺 35000元/吨，氯乙酸8900元/吨，该药剂合成成本比较高，因此这也是该药剂在国内使用不普遍的原因之一。
3 应用研究
目前，Tego型杀菌剂已在很多领域获得应用，现将Tego型杀菌剂的应用情况列于表2。
表2 Tego型杀菌剂的应用研究
3.1固相固化杀菌
该发明提供的水不溶性聚合物杀菌剂的制备方法：在反应器内加入氯甲基化的苯乙烯二乙烯苯树脂、用量为每克树脂中所含氯的摩尔数的0.05~4倍的有杀菌活性的含氮两性表面活性剂，以及用量为每克树脂10~150由二氧六环、C1~C3醇与水按0~10：0~3体积比组成的混合溶剂，加热至回流，反应12~72h，最好是24~72h，然后过滤，按每克树脂10~50ml的用量，加入体积比为7~10：0~3的乙醇和水的混合溶剂，加热至回流，抽提1~2h，过滤，用上述乙醇—水混合溶剂洗涤2~3次，最后在100ºC下烘干即可。
其中所述含氮两性表面活性剂选自烷基多胺多羧型、烷基多胺单羧酸型、烷基单胺多羧酸型、烷基单胺单羧酸型，最好选自具有如下结构之一的化合物：
R1(NHCH2CH2)nNHCH2COOH、(R2NHCH2CH2)2NCH2COOH、R2(NHCH2CH2)nN(CH2COOH)2，其中n为0~2，R1为直链或支链的C4~C24的烷基，最好是C6~C18的烷基，R2为直链或支链的C4~C12的烷基，最好是C6~C10的烷基。
制备实例：
实例1[8]
在反应瓶中加入4.0g氯球(大孔型，交联度4%，氯含量20%)、0.38g( 理论 用量的0.1倍)N-十二烷基氨基乙基甘氨酸(C12H25NHCH2CH2NHCH2COOH)以及30ml体积比为8：5：2的二氧六环、乙醇、水的混合溶剂，加热至回流，反应24h，过滤，然后按实例1的方法进行抽提、洗涤、最后烘干，由氯球增重算得固载量0.152mmol/g氯球。
将上述实例中杀菌剂的再生方法：过滤，在体积比1;3的6N的盐酸与无水乙醇的混合溶剂中浸3h后，过滤，用乙醇洗涤二次，烘干。
把实例1中的杀菌剂与其他杀菌剂杀菌性能评定(不动杆菌、假单胞菌、肠杆菌、芽孢杆菌等)比较可得出，该发明提供的水不溶性聚合物杀菌剂对各种异养菌均具有快速高效的杀灭活性。因此可以广泛用于各种工业几民用水等流体介质的消毒杀菌。
将实例1评价杀菌效果结果对比见表3
表3 杀菌效果比较
Ⅰ试验菌株为乙酸钙不动杆菌、金黄色葡萄球菌、嗜水气单胞菌、干燥棒状菌及E.colil.365.
本发明提供的杀菌剂再生后仍然具有良好的杀菌活性，因此可以重复使用.
将实例1进行性能评定对比，选用的试验菌株：乙酸钙不动杆菌、金黄色葡萄球菌、嗜水气单胞菌、干燥棒状菌及枯草芽孢杆菌。结果见表4。
表4 性能比较
B为N-十二烷基氨基乙基甘氨酸
表4说明，该发明与杀菌活性基团相同的两性表面活性剂相比，在杀菌活性基团含量相当的情况下，要达到相近的杀菌效果，前者所需时间是后者的十二分之一，说明本发明有快速高效的杀灭活性。[8]
3.2水池、水槽、游泳池的杀菌灭藻剂
该药剂可用作水池、水槽、游泳池的杀菌灭藻剂，当在水中使用浓度为20~25mg/L时，被处理的池子30d或更长时间为发现藻生长。在类似的周期内，未处理的水则生长了绿藻，并且发现，该药剂不仅可以杀灭已形成的藻类，而且能预防新藻的生成。[5、9]
3.3灭醚感菌
Tego51和丙醇以10%的浓度，与从牛和猪的肾提取的病毒溶液量混合后，可以在20ºC下5分钟内杀灭醚感菌，但即使使用30分钟对非醚感菌仍没有作用。由于该药剂可以在20ºC下30分钟内杀灭除了IBR以外的所有醚感菌，而且具有低毒性和杀生的广谱性的优点。[10]
3.4皮肤伤口消毒
该药品为皮肤消毒剂和放射性纯化剂，包含有氯化十六烷吡啶溴化物，双氯苯双胍己烷葡萄酸盐和甘氨酸的衍生物。制备方法为：0.1g氯化十六烷吡啶溴化物和0.6g双氯苯双胍己烷葡萄酸盐置于80ml的70%乙醇溶液，再加入由10.5%十二烷基胺乙基甘氨酸，9%的单月桂基胺乙基甘氨酸，4.5%的甲基乙二醇，4.5%的尿素组成的1ml溶液，过滤，然后与3g的64%聚乙烯吡啶—N—氧化物和36%的PVA的滤出液反应，然后把溶液放入100ml70%的乙醇溶液中。使用时会在皮肤上形成一层弹性的薄膜。该药品在杀灭葡萄球菌抗毒素时稀释1310720倍，在杀灭枯草芽孢杆菌时稀释320000倍使用。[11]
3.5 特殊菌种杀灭
Tego甜菜碱L-7(月桂酰烷基甜菜碱)对 Sepidermis菌抗菌能力较好，一般用量为30ppm，作用杀菌的用量75 ppm，对抗微生物能力，对 T.Mentagrophytes菌用量为30ppm，它的毒性很小，是一类良好的杀菌剂和抗菌剂。[4]
3.6 医用杀菌
烷基胺丙酸1.95g， 三酸甘油酯油酸6g和axerophtol 棕榈酸酯0.6mg制成的乳液，该方法制成的消毒混合物，对皮肤没有毒害。[13] 此外，在外科手术上，蛋白质、血清、淋巴液等都使阴性离子表面活性剂生成不溶性的沉淀而几乎失效，但对两性表面活性剂的杀菌效果的 影响 就小的多了。Tego103或51都有极好的杀菌能力，在对外科手术中手及身体部分或创伤部分只要1.0%浓度就足以杀灭各种病菌，对妇产科手术，只要0.5%的浓度就可以了。[4]
4 产品性能比较
文献 报道，Tego型的杀生性对金黄色葡萄球菌是12.5，对大肠杆菌是6.25，而季铵盐型分别为12.5和2.5， 故十四烷基衍生物的杀菌效果比季胺盐型强，对杀灭或抑制格兰氏阳性菌，其效果略优于Tego型两性表面活性剂，但对格兰氏阴性菌，则不如Tego型。[14]
Tego型杀菌剂的特点 [15]：(1)这是一类具有广谱性杀菌消毒剂，对革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌都具有很强的杀菌能力，在一定条件下，杀菌力甚至超过阳离子表面活性剂，因此更适合于一些外科手术、 治疗 、食品、食具、家具和公共场所的消毒灭菌。在表6中可以清楚看到Tego系列两性表面活性剂对各种病菌都具有优异的杀灭能力 [4]。而且从表7中可以看出，随着(—NH—CH2—CH2—)n基团的增加，其杀菌能力是逐步增加的，当从n=0到n=2时，其完全杀灭细菌的时间也从10min降到1min，也即杀菌能力大大增加了。[4](2)在血清、蛋白质等有机物存在下仍表现出很强的杀菌活性。如实验表明，在血清添加量为50%是1227(十二烷基苄基二甲基卤化铵)的杀灭E.cdli的能力仅有不添加血清时的4%，而Tego类杀菌剂的杀菌能力则高达33%。当在血清添加量为10%时，Tego类的杀菌力仍保持100%，而1227的杀菌力则下降到20%。(3)能适应广泛的酸碱环境，低腐蚀性、低刺激性、低毒，但灭菌浓度要求较高，对细菌芽胞几乎不能杀灭 [16]。(4)具有极低的毒性。表面活性剂对人体的经口毒性分为急性、亚急性和慢性三种。毒性大小，特别是急性毒性大小一般用半致死量，也称致死中量LD50表示，即指使一群受试动物中毒死一半所需的最低剂量(mg/kg)。对鱼类用LT50(mg·kg)或LC50(mg/L)表示。由表8数据可见，阳离子表面活性剂有较高毒性，阴离子型居中，非离子型和两性离子型表面活性剂毒性普遍较低，甚至比乙醇的LD50(6，670mg/kg)还低，因而是安全的。阳离子型表面活性剂常常用作消毒杀菌剂，对各类细菌、霉菌和真菌有较强的杀灭作用，但同时也有毒副作用。它们会使中枢神经系统和呼吸系统机能下降，并使胃部充血。阴离子型表面活性剂毒性较低，在通常 应用 浓度范围内，不对人体造成急性毒性伤害，但口服后会使胃肠道产生不适感，有腹泻现象。非离子表面活性剂属于低毒或无毒类，经口服无毒。其中毒性最低的是PEG类，较次的是糖酯、AEO和Span、Tween类，烷基酚聚醚类毒性偏高。根据报道，Tego型两性表面活性剂毒性低，约为乙醇经口急性毒性的的1/2，阳离子型表面活性剂的1/60，、苯酚的1/20，1227的1/60，且对蛋白质、电解质比较稳定，对皮肤刺激性小 [3,12,15]。(5)由于Tego型分子结构中具有较多的仲胺、叔胺基团，具有较好剥离作用并兼杀菌作用。例如C12H25—NH—CH2—COOH ，这种最简单的两性表面活性剂，不仅能有效的杀灭细菌，而且还能在2min内将水中各种悬浮物包括各种粘泥，细菌尸体的功能很快沉淀下来，使水溶液迅速变清。在絮凝剥离过程继续发挥它们的杀菌作用，直至99%以上的各种菌藻微生物被杀灭 [4， 6]。(6)溶性，在低温下不会出现沉淀物。(7)因Tego型分子可以在金属表面形成五元环螯合物，因而它对金属器皿具有一定的缓蚀作用。(8)具有很好的洗净能力，润湿能力和发泡性，并对热稳定性好[4]。(9)易与其它类型表面活性剂配伍。絮凝和分散能力甚至超过了1227，最可贵的是在和冷却水系统中所投加的各种阴离子药剂，可以共存而没有干扰作用 [3]。
表6 Tego系列杀灭细菌的时间
表7两性表面活性剂中胺基的多少对杀菌能力的 影响
表8 两性离子型表面活性剂对黑鼠的经口急性毒性
5 结论
Tego型杀菌剂从发现至今，最引人注意的就是它的高效低毒性。作为一种杀菌剂，它对多种病菌有很强的杀灭能力。而它杀菌的广谱性、高效性、低毒性使它的使用范围非常广，涉及到医疗、卫生、食品和公共场所等。它在蛋白质、氨基酸、血清等多种其他杀菌剂几乎失效的情况下仍然还有很强的杀菌活性，而且杀菌能力少pH变化影响很小。这些优点是Tego系列产品受欢迎的原因。而且分子结构中较多的仲胺、叔胺基团，使之具有较好剥离作用，这使人们的眼光转移到Tego 51 的污泥剥离作用。在清除附着在设备上的各种微生物粘泥，使设备清洁畅通，并减少微生物菌藻大量繁殖所造成的危害的方面，解决菌藻的繁殖给 工业 循环冷却水系统中带来的危害。但由于国内在这方面的 研究 落后于国外，而且该药剂的制备成本比较高，因此在国内的使用还没有得到普及。因此，国内有必要加强对该药剂的性能的进一步研究，并在制备 方法 上寻求更好的方法，使Tego 51的高效低毒杀菌作用和污泥剥离作用为国内的工业水处理服务。
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