（应用化学专业论文）长效皮革抗菌防霉缓释药剂的研究.pdf

长效皮革抗菌防霉缓释药剂的研究 摘要 二氧化氯( c 1 0 2 ) 由于具有强氧化性，目前已被公认为是一种 高效、低毒、快速、广谱的第四代新型灭菌消毒剂。d 环糊精是利用 d 葡萄糖q 1 ，4 糖苷键进行环状联结而成的化合物，能够包合难溶于 水的油性物质，促进其溶解和具有缓释性能的特点。 论文首先对现在大量使用的皮革防霉剂t c m t b 与消毒剂c 1 0 2 进 行对比实验，通过对t c m t b 做黑曲霉、黄曲霉、青霉、毛霉和根霉 五种霉菌的抑菌圈防霉实验，证明t c m t b 对五种霉菌都有抑制作用， 而通过挂片法对比c 1 0 2 气体与t c m t b 对霉菌的抑制实验，发现c 1 0 2 气体对霉菌的抑制能力很强，滤纸片表面没有任何菌丝体生成，而 使用t c m t b 的滤纸片上在2 8 d 后已长满霉菌，说明t c m t b 只是一种 较好的接触型防霉剂，而非气氛型防霉剂，故本实验选用c 1 0 2 气体 作为长效防霉抗菌药片的研究方向。本论文设计研究一种反应型缓 释防霉片，将固体酸与d 环糊精进行包合后再与n a c l 0 2 混合，加入 辅料制成反应型固体缓释药剂。该制剂通过吸收空气中水分诱发化 学反应，固体酸从包合物中缓慢释出与n a c l 0 2 反应，产生c 1 0 2 气体 以达到长效防霉效果。 利用饱和水溶液法试包合马来酸、柠檬酸、氨基磺酸与抗坏血 酸，再利用碘化钾与亚氯酸钠溶液检测包合效果，筛选出马来酸相 对包合效果较好。通过研磨法、超声法和饱和水溶液法对马来酸进 行包合，确定饱和水溶液法包封率最高，再通过单因素实验与正交 实验确定了饱和水溶液包合法的最佳包合工艺为：p 环糊精加入量为 4 0 0 9 时，马来酸最佳加入量为o 30 9 ，包合时间为1 5 h ，包合温度 为6 0 。此条件下可获得较高的包封率产物。利用红外分析证明了 马来酸包合物的形成，通过紫外光谱分析证明包合反应是一种物理 反应。 论文并对本研究工艺进行了放大试验，制成了小试产品。通过 5 4 稳定性加速实验，以及对天然霉菌载体及皮鞋的防霉实验，证 明了研制的环糊精c 1 0 2 缓释片具有长效稳定的防霉性能，有在常温 下可保存1 年的持效。最后将缓释型防霉片与市场常用产品一大鹏 鸟防霉片进行了工厂应用对比实验，结果显示缓释型防霉片防霉时 间比市场常用产品更持久，防霉效果更好。 关键词：二氧化氯，p 环糊精，皮革，包合，防霉剂，缓释 u s t u d yo nt h es l o w r e l e a s ea n t i f u n g a l a n da n t i b a c t e r i a la g e n to fl e a t h e r a b s t r a c t b e c a u s ec 1 0 2h a sas t r o n go x i d i z i n g ，i th a sb e e nr e c o g n i z e da sa f o u r t h g e n e r a t i o n n e wt y p eo fs t e r i l i z a t i o nd i s i n f e c t a n tt h a tw a s e f f i c i e n t ，l o wt o x i c i t y ，r a p i da n db r o a d - s p e c t r u m p - c y c l o d e x t r i ni st h e c o m p o u n d s t h a tu s et h ed g l u c o s ea - 1 ，4g l y c o s i d i cb o n dt ol i n kt o g e t h e r i tc a ni n c l u d i n gt h eo i l ys u b s t a n c et op r o m o t ei t sd i s s o l u t i o na n dh a st h e c h a r a c t e r i s t i c so fs l o w r e l e a s ep r o p e r t i e s f i r s t l y ，t h i sp a p e rc o m p a r e dt h ea n t i f u n g a le f f e c tw i t ht c m t ba n d c l o ，t h ee x p e r i m e n tp r o v e dt h a tt c m t bh a dm o l di n h i b i t i o ne f f e c t s o na s p e r g i l l u sn i g e r ，a s p e r g i l l u sf l a v u s ，p e n i c i l l i u m ，m u c o ra n dr h i z o p u s b u tt h r o u g hh a n g i n gm e t h o d ，t h em o l di n h i b i t i o ne f f e c t so fc 1 0 2w a s m u c hb e t t e r t h e r ew a sn om y c e l i u mo nt h es u r f a c eo ff i l t e rp a p e r b u t t h eo n eu s e dt c m t bw a sf u l lo fm y c e l i u ma f t e r2 8d a y s i tp r o v e dt h a t t h et c m t bw a sju s tag o o dt y p eo fc o n t a c tf u n g i c i d e ，i tw a sn o ta n a t m o s p h e r e b a s e dp r e s e r v a t i v e s ot h i sp a p e rs e l e c t e dc 1 0 2a s t h e d i r e c t i o no ft h er e s e a r c h t h i sp a p e rd e s i g n e dt oi n v e n tas l o w r e l e a s e a n t i f u n g a la g e n t t h ep r i n c i p l ei st om i xt h en a c l 0 2w i t hm a l e i ca c i d i n c l u s i o nc o m p l e xa n do t h e ra c c e s s o r i e s i ta b s o r b e dt h ea i rm o i s t u r e a n dc h e m i c a lr e a c t i o nh a p p e n e d m a l e i ca c i di nt h es l o wr e l e a s ef r o m t h ei n c l u s i o nc o m p l e xh a dr e a c t i o nw i t hn a c l 0 2a n dp r o d u c ec 1 0 2s oa s t oa c h i e v et h ee f f e c to fm o l d a tf i r s t ，w eu s e db c y c l o d e x t r i nt oi n c l u s i o nc i t r i ca c i d ，a s c o r b i c a c i d ，s u l f a m i ca c i da n dm a l e i ca c i d ，t h e nw eu s e dk ia n dn a c l 0 2t o d e t e c tt h ei n c l u s i o nr e s u l t sa n dg o tt h em a l e i ca c i dw a st h eb e s to n e w e c o m p a r e dw i t hg r i n d i n gm e t h o d ，u l t r a s o n i c m e t h o da n ds a t u r a t e d s o l u t i o nm e t h o d ，a n de v e n t u a l l yw ed e t e r m i n e dt h es a t u r a t e ds o l u t i o n m e t h o dw a sb e s t w eg o tt h eo p t i m u mi n c l u s i o np r o c e s sf o ri n c l u s i o n t h r o u g hs i n g l ef a c t o re x p e r i m e n t sa n do r t h o g o n a lt e s ts u c ha sf o l l o w s ： w h e nt h e a d d i n ga m o u n to fp c y c l o d e x t r i n w a s4 0 0 9 ，t h e a d d i n g i i i a m o u n to fm a l e i ca c i dw a so 30 9 ，i n c l u s i o nt i m ew a s1 5 h ，i n c l u s i o n t e m p e r a t u r ew a s6 0 i th a sh i g hi n c l u s i v er a t i ou n d e rt h e s ec o n d i t i o n s a n dt h et e s t i m o n yo fi n c l u s i o nc o m p l e xw e r eg i v e nb yi ra n duv t h e c u r v eo fi rs h o w e dt h ef o r m i n gi n c l u s i o nc o m p o u n da n dt h ec u r v eo f u vs h o w e dt h a tt h ei n c l u s i o nr e a c t i o nw a sj u s tp h y s i c a lr e a c t i o n ，n o t c h e m i c a lr e a c t i o n t h e s i so ft h i ss t u d yw a sc a r r i e do u tt oe n l a r g et h ep i l o tp r o c e s sa n d m a d es o m es m a l lt e s tp r o d u c t s w ei d e n t i f i e dt h e d e v e l o p m e n to f s l o w r e l e a s ea n t i f u n g a la g e n th a dr e l i a b l ep e r f o r m a n c et h r o u g h5 4 a c c e l e r a t e d s t a b i l i t y t e s ta n dt h em o l d e x p e r i m e n t s o nn a t u r a l s t r e p t o m y c e sv e c o ra n dl e a t h e rs h o e s i tc a nh a v eo n e y e a rs l o w r e l e a s e a ta m b i e n tt e m p e r a t u r e f i n a l l y , t h ef a c t o r yc o m p a r e do u re x p e r i m e n t a l p r o d u c tw i t hm a r k e tg e n e r i cp r o d u c t t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h et i m e o fm i l d e wp r o o fb yt h es l o w r e l e a s ea n t i f u n g a la g e n tw a sm u c hl o n g e r t h a nt h em a r k e tp r o d u c t k e yw o r d s ：c h l o r i n ed i o x i d e ，d c y c l o d e x t r i n ，l e a t h e r ，i n c l u s i o n ， a n t i f u n g a la g e n t ，s l o w r e l e a s e i v 陕西科技大学硕士学位论文 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：e t 期：2 q q ! 生土丑 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：獬导师签名：啦日期：丛旦妇 长效皮革抗菌防霉缓释药剂的研究 1引言 1 1 前言 我国是皮革生产大国，也是皮鞋出口大国。具2 0 0 5 年统计，皮革工业每 年可为国家出口创汇达1 2 0 多亿美元。我国皮鞋年产量约2 5 亿双，占世界皮 鞋总产量的4 0 ，居世界第一位。然而皮革发霉一直是令制革厂家头痛的问题， 随着皮革制品使用范围的日益广泛，我国皮革出口量的逐年增加，消除皮革霉 变的问题就越显突出。据统计，库存皮革的长霉率一般为2 0 ，最高可达4 0 5 0 。出口外销皮革的霉变事件屡屡发生，致使国家经济蒙受巨大损失。防止 皮革霉变的方法很多，但最有效和最主要的方法还是添加防霉剂。对于成品革 的防霉，一般是在涂饰工序中添加防霉剂。防霉剂对人类、动物、环境等都会 带来不同程度的影响或危害，目前还不存在没有缺点的防霉剂。随着国家环 保法规的日益严格及我国加入w t o ，许多现在还广泛使用的皮革防霉剂已被 限制使用。特别是我国出口的皮鞋要经过长时期的高湿、高温的海上运输，此 种环境极易使皮鞋等革制品产生霉变，严重影响出口创汇。该问题一直困扰着 皮革和皮鞋的生产企业，急待解决。 1 2 皮革长霉的原因 制革生产中使用的原料皮富含蛋白质，脂肪等营养物质，空气中存在大量 霉菌孢子，这些霉菌孢子一旦落于皮革之上，由于获得丰富的营养，故极易生 长繁殖1 2 j 。特别是皮鞋，作为消费量最大的革制品，经过加工虽然对微生物的 抵抗力有所增加，但由于汗和灰尘等原因仍然会发生霉变，尤其是在生产过程 中引入大量用天然油脂生产的加脂剂，更是微生物滋生繁衍的温床。同时，皮 革呈酸性，皮革结构的多孔性和极性结构使其容易吸湿。也为皮革的长霉提供 了有利条件1 3 】。 1 3 皮革霉菌种类 皮革上霉菌的种类，随皮革的种类和所处的气候及环境条件的不同也有所 不同【1 1 。在国内，马振瀛报道【4 1 ，上海皮革霉变主要是由黑曲霉、黄曲霉、寻 麻青霉、产黄青霉、绳状青霉、桔青霉、拟青霉、木霉、根霉、毛霉等引起的； 湖南、江西、广州则以黑曲霉、黄曲霉、烟曲霉、桔青霉、圆弧膏霉、根霉和 毛霉占优势；而四川以杂色曲霉、黄曲霉、棒曲霉、白曲霉、斜卧青霉、瑞氏 陕西科技大学硕十学位论文 青霉、拟青霉、交链孢霉、木霉、镰刀霉等为多见。吕绪庸【5 】等在上海和成都 取样分析，得到1 1 种霉菌，分别为：黑曲霉、杂色曲霉、烟曲霉、西氏曲霉、 球毛壳霉、腊叶芽枝霉、粉落霉、灰绿曲霉、黄曲霉、构巢曲霉和放线菌。刘 彦等【6 】分离纯化取白广东的霉变蓝湿革，得分别为：黄曲霉、黑曲霉、青霉、 木霉、粉落霉和赤霉菌的霉菌。在国外【1 1 ，日本的桑田富报道，污染皮革的霉 菌主要是棘孢青霉、桔青霉、白头青霉、产紫青霉、自曲霉、枝顶孢霉、枝孢 霉、短柄帚霉等，而在波兰从蓝湿革中分离出多种木霉、青霉、曲霉、镰刀霉、 根霉和球拟酵母等。在植物鞣革中，对长期浸渍皮的浴槽内的霉菌进行统计发 现1 7 】：青霉属菌占6 0 ，曲霉属菌占17 ，拟青霉属菌占12 ，根霉属菌占6 ， 木霉属菌占4 。 1 4 皮革防霉的措施 皮革防霉的基本原理，就是在皮革内外造成一种不适合霉菌生长繁殖的环 境。据文献报道【8 】，用于皮革防霉的措施主要有以下几种。 ( 1 ) 清除霉菌生长源 在制革过程中，残留在皮革内部和表面的糖、蛋白质、脂肪等均是霉菌的 营养源，应予以取出，以使霉菌失去在皮革上繁殖的基础。 ( 2 ) 控制霉菌生长条件 通过以下措施，可以有效的控制霉菌生长条件，例如净化空气以减少霉菌 孢子数；降低环境的温度和湿度，并提高皮革的干燥度；加除氧剂，减少氧的 含量，抑制霉菌生长。 ( 3 ) 环氧乙烷熏蒸法 将皮革制品密封包装好后施放环氧乙烷，使其渗透入革内以杀灭其中的霉 菌。该法可以使包装好的皮革制品在一个相当长的时间内不发生霉变，从而保 证了产品能安全的到达目的地。但是，采用该方法工艺条件比较复杂，成本高， 污染空气严重，现在已经很少采用。 ( 4 ) 辐射防霉法 利用c o 吖射线辐射皮革，其穿透力强，可杀灭皮革内部的全部真菌孢子， 从而杜绝了皮革生霉的内部因素。对皮革制品的防霉，该方法的效果是很好的， 但一次性投资成本较大，而且，为保证绝对的环境安全，辐射场最好建在人口 较稀疏的地区，很难推广普及。 ( 5 ) 使用防霉剂 2 长效皮革抗菌防霉缓释药剂的研究 各国多数制革厂均采用防霉剂防霉，这是皮革防霉的主要方法，其作用机 理主要有4 个方面【9 】：摧毁和破坏细胞结构。抑制蛋白质的合成，使菌体凝 固；干扰产能代谢作用，如重金属抑制呼吸或发酵的酶系。干扰细胞物质 的生物合成。使细胞生长变异，遗传基因改变难以繁殖。 1 5皮革防霉剂的种类 人们最早使用的皮革防霉剂为19 3 4 年使用的对硝基苯酚，以后又使用了1 3 萘酚、对氯问二甲酚、水杨酰苯胺和四氯酚等【1 0 】。目前，用于皮革的防霉剂有 以下几类1 9 - 1 3 】。 ( 1 ) 无机化合物：次氯酸及其盐、亚氯酸钠、高锰酸钾、碘化物、硼酸及其 盐、亚硫酸盐和焦亚硫酸盐等。这类化合物目前主要作为防霉剂产品的辅助成 分。 ( 2 ) 有机酚及卤代酚：酚类主要有甲酚、苯酚、焦油酚、苄基苯酚、乙萘酚、 氨基酚等，卤代酚主要有氯代酚、二氯酚、溴代酚、对氯间二甲酚、2 ，2 亚 甲基二氯代酚等。这类化合物是以前使用最多的防霉剂，但是，随着环保法规 的日益严格，这类防霉剂的使用受到了限制，已逐渐被其它种类的化合物所取 代。 ( 3 ) 醇类化合物：苯甲醇、乙醇、卤代硝基烷醇类等。这类化合物目前也是 主要作为防霉剂产品的辅助成分。 ( 4 ) 醛类化合物：甲醛、戊二醛、对硝基苯甲醛、卤代肉桂醛、呋哺甲醛等。 目前，由于对皮革中甲醛含量的要求比较严格，这类化合物作为皮革防霉剂的 应用前景不太好。 ( 5 ) 有机酸类化合物：山梨酸及其盐、苯甲酸及其盐、氯乙酸、卤代苯氧乙 酸、烷基硫氰酸、卤代水杨酸、硫代水杨酸等。这类化合物的防霉性能受ph 值的影响很大，一般只适于在酸性条件下使用，对霉菌的抑制作用也不太强， 目前主要是与其它种类的化合物进行复配，或者是作为辅助增效成分使用。 ( 6 ) 酯类化合物：卤代水杨酸酯羟基苯甲酸酯、卤代乙烯基苯酯、卤代乙酸 苯甲醇酯、五氯苯基十二烷酸酯0 【，1 3 - 不饱和羧酸酯等。这类化合物的毒性比 较低，特别是a ，p 不饱和羧酸酯对霉菌的作用效果比较好，是一类有开发潜 力的防霉剂。 ( 7 ) 酰胺类化合物：卤代乙酰胺、水杨酰苯胺、氨基苯磺酰胺、四氯间苯二 甲腈筹。这类化合物是目前常用的防霉剂有效成分之一，其防霉效果比较好。 陕西科技大学硕士学位论文 ( 8 ) 季铵盐化合物：十二烷基苄基二甲基氯化铵( 洁尔灭) 、十二烷基苄基二 甲基溴化铵( 新洁尔灭) 、烷基吡啶盐酸盐、十六烷基三甲基溴化铵( 16 31 ) 等。 由于这类化合物的毒性低、灭菌谱广、高效，已被广泛用于外科手术和医疗器 械的杀菌消毒：工业循环水处理的灭菌、灭藻；油田水处理；建筑业的防腐； 农、林、养蚕业消毒杀菌剂以及家庭、公共卫生的洗涤消毒等【1 4 l 。在制革工业 中，季铵盐化合物一般是用做皮革防腐剂，而用做皮革防霉剂的较少。目前， 开发新的季铵盐杀菌组分，用于皮革的防霉也是一个研究方向。 ( 9 ) 杂环化合物：苯并咪唑、苯并噻唑、巯基苯并咪唑及其盐、六氢三羟乙 基均三嗪、硝基吡啶、8 羟基喹啉及其盐、苯并异噻唑酮、二甲噻二嗪等。目 前，皮革防霉剂大多数均以杂环化合物为有效成分，其毒性较低、灭菌谱广、 防霉效果很好，估计在以后很长一段时间内，开发新的杂环化合物杀菌剂，仍 然是皮革防霉剂研制的主流方向。 ( 10 ) 有机硫化合物：双三氯甲砜、大蒜素、双苯甲酰二硫、卤人吡啶甲硫 醚、巯基吡啶、五氯硫酚等。皮革防霉剂中以有机硫化合物为有效成分的还较 多，例如，2 ( 硫氰基甲基硫) 苯并噻唑( t c m t b ) 。 ( 1 1 ) 无机纳米材料：纳米t i 0 2 、纳米s i 0 2 、纳米z n o 等。开发无机纳米 材料，是目前皮革抗菌防霉剂开发的一个热点，但大多都处于起步阶段，真正 使用的纳米皮革防霉剂产品还未见报道。 1 6 皮革防霉剂防霉效果的评价方法 皮革防霉剂的评价方法很多，国际上许多国家和组织( 中国除外) 都建立了 国家或行业的皮革防霉测试标准及评价方法。皮革防霉剂防霉效果的评价一般 包括2 个方面，一方面是防霉剂效力的检测，其主要目的是确定药物对霉菌有 无抑制或杀灭的能力，常用的评价方法有：抑菌圈法、平板倾注法、点菌法、 稀释培养法、扩散法、最低抑菌浓度( m i c ) 的测定等：另一方面是皮革添加防 霉剂后防霉效力的检测，常用的实验室评价方法有：抑菌圈法、自然暴露法、 湿室悬挂法、土壤埋没法、培养基法等。目前，被制革工作者经常使用的实验 室评价方法有以下几种。 ( 1 ) 抑菌圈法i l 副用圆纸片或圆皮片( 一般直径为2 4 c m ) ，在一定浓度的防霉 剂溶液中浸渍或转动处理一段时间后，将其贴附在涂布一定量的霉菌孢子悬浮 液的培养基平板中央，然后在温度为( 2 8 i l ) * c ，相对湿度三9 5 的环境中培养一 段时间，观察圆纸片或圆皮片周围透明的抑菌圈的有无，或用游标卡尺测量抑 菌圈的直径。抑菌圈法仅是一种定性或半定量的方法，而抑菌圈的大小受防霉 4 长效皮革抗菌防霉缓释药剂的研究 剂在琼脂平板上的扩散能力( 与防霉剂的性质、溶解防霉剂的溶剂的种类、培 养基的组成、防霉剂在皮中的分布情况、培养条件都有关) 的影响很大，因而 参考作用有限。不过，这种方法也有操作简便、肉眼可辨认、直观性好等优点， 常用于防霉剂防霉效果的初步评价。 ( 2 ) 最低抑菌浓度( m i c ) 法5 】将供试验的防霉剂配制成一系列浓度，然后以 无菌操作取出lm l ，加入已灭菌的培养皿中，再往各培养皿中注入l m l 供试 菌种悬浮液( 或者是用接种环取供试菌种悬浮液划线接种于加入了防霉剂，且 凝固的琼脂培养基平板上) ，最后往各培养皿中注入定量的4 0 融化的琼脂培 养基，均匀混合、凝团后，将其置于温度为( 2 8 士1 ) ，相对湿度之9 5 的环境中 培养一段时间( 一般为3 5 d ) ，检查与比较能被药剂全部抑制供试菌种的最低 浓度。m i c 法是一种定量方法，它能较好地反映出防霉剂毒力的大小，便于不 同防霉剂之间防霉效果的比较，是目前最常用的毒力表达方式之一。但是，影 响m i c 值的因素很多，如供试菌种的来源、接种量、霉菌孢子悬浮液中霉菌 孢子的个数、培养基、溶解防霉剂的溶剂种类、培养条件等，因此，比较不同 防霉剂的m i c 时，应在相同的条件下进行。 ( 3 ) 湿室悬挂法【1 6 】将经防霉剂处理后的皮块，用喷雾器将供试霉菌孢子悬 浮液喷洒在皮块的表面，然后将其悬挂在恒温恒湿箱中( 温度为( 2 8 + 1 ) ，相 对湿度之9 5 ) 培养2 8 d ，并定期观察其霉变情况，由皮块的长霉情况来判断防 霉剂的防霉效果。供试的菌种般为黑曲霉、黄曲霉、桔青霉、顶青霉和木霉。 这种测定方法是模拟自然环境的加速试验，试样防霉力达到0 级或1 级为合格， 其它为不合格。 以上这些方法各有优缺点，对同一种防霉剂，使用不同的评价方法，结果 也许不大一样，即使是使用同种方法，由于时间、地点和测试者等条件的不 同，其结果也会有差异。因此，这些实验室的加速试验方法，只具有一定的参 考价值，防霉剂真正的应用性能，还必须通过实际的应用来检验。 1 7 国内外皮革防霉剂的研究状况 1 7 1 国外皮革防霉剂研究现状 国外抗菌剂的研究分为三代【1 7 l ： 第一代抗菌剂，是低分子有机抗菌剂。这类抗菌剂多由农药或医药中的杀 菌剂和抑菌剂衍生而来，利用它们对生物体的有害细菌的破坏或抑制作用来进 行抗菌。这类抗菌剂抗菌效果很好，能迅速杀死或抑制细菌和真菌，但这类低 分子的抗菌剂一般与聚合物相容性很差，即便被加工成制品后，抗菌剂不断渗 陕西科技大学硕士学位论文 出，抗菌效果难以持久，最终导致失效。更为重要的是这类抗菌剂多数对人体 有害其渗出制品会被人体摄入。 第二代抗菌剂，属无机抗菌剂。为克服有机抗菌剂的缺点，以日本公司为 代表开发了无机抗菌剂。它将银、铜或锌等通过离子交换或吸附等方法，富集 于沸石、硅藻土、磷酸盐等多孔性物质中或二氧化硅与二氧化钛表面。这种抗 菌剂是依靠金属离子对细菌的抑制的作用，达到抗菌目的。然而，它时效性差， 不能迅速有效地杀死或抑制细菌，对包括霉菌在内的真菌几乎无效果。此外， 这类抗菌剂以银离子的抗菌效果较明显，但银离子易氧化变色，污染制品的色 泽。另外，因为其制品渗出的重金属离子，无法通过国内、外有关标准的检测， 使皮革及其制品出口受到限制。 针对上述两类抗菌剂存在的缺陷而研发的新型抗菌材料，目前国外推出了 第三代分子组装抗菌母粒产品。它通过精选具有高效广谱抗菌活性、对人体安 全无毒、耐热性好的抗菌功能团，将其通过嵌段、接枝等化学反应方法组装到 基体树脂的分子链上，从而得到抗菌母粒，可从根本上克服有机抗菌剂有毒性、 易渗出等缺点，大大提高了安全性和抗菌效果；也克服了无机( 纳米) 抗菌剂抗 菌效果差、对真菌无效、易团聚、难以加工等缺点 1 8 - 1 9 】。但是此种抗菌剂生产 工艺复杂，技术含量高，价格不菲，一般皮革厂家难以接受。国外一直致力于 新型抗菌防霉剂的研究和鞋用抗菌材料的研究，如美国巴科曼实验室研制出来 的2 ( 硫氰基甲基硫) 并噻唑( t c m t b ) 2 0 。2 3 1 ，是一种高效、低毒、广普的抗菌防 霉剂，目前己被世界多数国家引入。 1 7 2 国内皮革防霉剂研究现状 国内皮革防霉剂的研究起步比较晚，在2 0 世纪8 0 年代、9 0 年代，国内有 关研究单位相继研究出了一些防霉剂产品，如a 2 6 、b j q 1 1 4 、a c 、b 3 c l 、 b 2 0 0 0 p 、c j 1 1 等。其中以广东省石油化工研究院的a 2 6 最为有名，其有效 成分是二氯乙烯基水杨酰胺，防霉效果较好。东华大学研制出了与美国道康宁 公司同一类型的抗菌剂c t u i ，上海康派司实业总公司利用卤化芳香族化合物 及其衍生物作为抗菌剂，制成了抗菌织物。但是，与国外的防霉剂产品相比， 国内的产品无论在产品数量、种类、系列化、效果、质量稳定性、剂型和应用 技术方面，都存在一定的差距 2 4 - 2 8 】。 1 8 环糊精化学及其研究进展 1 8 1 环糊精的结构及性质 环糊精( c y c l o d e x d r i n 简称c d ) 是由吡哺葡萄糖通过q 1 ，4 糖苷键连接而成 6 长效皮革抗菌防霉缓释药剂的研究 的一类环状低聚糖。环糊精的结构为杯状空腔，见图1 1 所示，这是环糊精形 成包合物的基础【2 9 3 2 1 。 o h 图1 - 1 3 - 环糊精的结构图 f i g1 - 1 t h es t r u c t u r eo f1 3 - c y c l o d e x t r i n 由图1 1 中b 环糊精的空间立体结构示意图可知，每个吡喃葡萄糖单元中 c 2 和c 3 位上的所有仲羟基都排在环状分子外侧较大开口端，而c 一6 位上的 伯羟基都排在环外侧较小开口端。两侧洞口直径的不一致是由于伯羟基的自由 转动缩小了空腔的有效直径所导致的。空腔内部排列着配糖氧桥原子，氧原子 的非键合电子对指向空腔中心，使空腔内具有很高的电子密度。虽然在环糊精 空腔中的一圈糖苷键上有n 个类醚氧原子，但由于它们处于空腔内侧c 3 和 c 5 氢原子构成的两圈共2 n 个c h 键的屏蔽之下，因此其内腔是疏水性的。 而外壁却是亲水的，其特殊的“内疏水，外亲水”的筒状刚性结构使环糊精能作 为主体分子，通过分子间相互作用包合不同的客体分子，形成包合物。完成彼 此间的识别过程。环糊精分为a - c d ，p - c d ，丫c d ，他们的重要物理参数见表 1 - 1 表卜1n c d ，3 - c d ，丫c d 的部分物理参数【3 3 - 3 4 t a b1 1s o m ep h y s i c a lp a r a m e t e r so fo - c d ，3 - c d ，1 ，一c d 7 陕两科技大学硕十学位论文 由表1 1 可知，三种糊精的结构相似，但水溶解度、空腔大小等差别很大， 其中d 一环糊精的水溶性反常的低，这可能是由于每个葡萄糖单元中c 2 上的羟 基会与相邻的另一个葡萄糖单元上的c 3 上的羟基形成氢键作用，这些分子内 氢键可形成一个完整的仲羟基氢键带，故b 环糊精的水溶性最低。此外由表 l - 1 中的分子尺寸数据可知，a 、1 3 、丫- c d 具有大小不同的内径，可以包合不同 大小的客体分子。不同温度下a - 、3 - 和7 - c d 的溶解度见表l 一2 所示。 表1 2 不同温度下各种环糊精在水中的溶解度 3 5 1 t a b1 - 2 t h es o l u b i l i t yo fv a r i o u sc y c l o d e x t r i nu n d e rd i f f e r e n tt e m p e r a t u r e s 由表1 2 中的数据可以看出，a 、p 和丫c d 的溶解度均随温度的升高而增 加。良好的结晶性是环糊精分子具有的又一重要物理性质，由于d c d 在水中 的溶解度最低，所以最易制备成晶体，易于提纯，并且p c d 已得到美国食品 药物管理局认证是无毒的，更进一步拓展了其应用领域。同时1 3 - c d 已经可以 通过工业化生产获得，其价格远低于a c d 与y c d ，故3 - c d 比0 【c d 、丫c d 应用更为广泛。在本课题的研究中即选用3 - c d 作为主体分子进行包合。 1 8 2b 环糊精包合原理 p 环糊精外表面亲水而内表面疏水。这种内疏水外亲水的结构决定了1 3 环糊精具有分子微胶囊的性质。它可以和许多化合物通过包合反应生成包合 物。在包合物中，进入糊精简形空腔内部的客体分子可以得到保护，从而表现 为抗氧化、抗光照、热稳定性增加、缓释、增溶等特点。 d 环糊精包合法主要是一种物理过程，它是指一种分子被包嵌于另一种分 子的孔穴结构中。此种包合物主要由主体分子和客体分子( 被包合物) 两部分组 成，经包合后可以改变客体分子的某些理化性能，如溶解度、稳定性等1 。包 合物的形成主要取决于环糊精与客体分子的立体结构和两者作用力的大小。在 选择客体分子时，首先客体分子的大小要与环糊精的内径相匹配，这样客体分 8 长效皮革抗菌防霉缓释药剂的研究 子才有可能进人到环糊精的空腔中。其次，客体分子与环糊精之间要存在一定 的作用力，这样才能为包合物的形成提供动力，而且作用力的大小也决定了包 合物的稳定性。关于环糊精与客体分子之间存在的作用力现在说法很多，目前 普遍认为环糊精与客体分子之间主要存在以下几种作用力：环糊精与客体分 子之间的范德华引力( 偶极力、色散力、诱导力) ；客体分子和环糊精羟基基 团之间氢键作用力；客体分子和环糊精之间的库仑力；环糊精和客体分子 之间相互作用的疏水力 3 6 - 4 1 】。 1 9 本课题研究的目的及主要内容 1 9 1 研究目的 本课题为2 0 0 7 年温州市科技计划项目。目的是选出一种高效广谱低毒的 防霉剂，利用p c d 对客体分子的优良包结和缓释作用原理，研制使用方便、 安全，可用于皮革皮鞋抗菌防霉，适合长时间在高温高湿条件下依然具有防霉 效果的长效抗菌防霉缓释药剂，以满足我国皮革工业和其制品抗菌防霉的需 要。 1 9 2 课题研究的主要内容 ( 1 ) 环糊精规格选择；高效低毒、广谱抗菌防霉剂的选择； ( 2 ) 环糊精包合机理、条件、包封率、稳定性研究； ( 3 ) 新型杀菌防霉制剂的抗菌防霉机理研究； ( 4 ) 新型杀菌防霉制剂的抗菌防霉应用研究。 1 9 3 研究意义 我国是皮革生产大国，皮革工业每年为中国创造大量外汇，尤其浙江地区 的皮革类产品是出口优势产品。然而由于皮革富含蛋白质，脂肪等营养物质， 在保存过程中，适合微生物的生长条件发生霉变。皮革上常用的防霉剂如五氯 酚钠、乙萘酚、对硝基苯酚等，因毒性太大而逐渐被淘汰和禁用。富马酸二甲 酯( 简称d m f ) ，由于其具有毒性低、抑菌能力强、抑菌种类多、不受环境影响 等特点，现如今被广泛用于皮革、鞋类、纺织品等的生产、储存、运输。但从 0 8 年10 月起，欧盟方面就陆续通报了多起因消费者接触含有富马酸二甲酯的 鞋、皮沙发等而产生皮肤过敏、急性湿疹及灼伤的案例，使其受到了广泛关注。 欧盟也在此后进行了研究和分析，并最终出台了禁止进口和销售含富马酸二甲 酯的鞋和座椅的草案。自去年年底开始，已有多批中国产品因富马酸二甲酯含 量超标被法国等国扣留。因此，欧盟此次对所有含有富马酸二甲酯的消费品颁 布禁令，势必将给浙江省乃至我国相关行业带来很大的不利影响。由此可见， 9 陕两科技大学硕士学位论文 研制一种符合欧盟环保标准的缓释防霉产品，具有广阔的前景与现实意义。 1 9 4 设计的实验工艺路线 防霉剂筛选 删t b _ 芸爹 二氧化氯气体挂片法 上 缓释型固体二氧化氯制剂研究 1 1 0 本课题的创新之处 原理研究 固体酸筛选 马来酸 柠檬酸 抗坏血酸 氨基磺酸 环糊精包合马来酸 稳定性实验5 4 热加速实验 应用实验 图i 2实验工艺路线 f i g1 - 2t h er o u t eo fe x p e r i m e n tp r o c e s s ( 1 ) 1 3 - 环糊精对药物的包合缓释原理，它已在医药、食品、农药、化肥的 缓释上得到较好的应用，但是可用于皮革的缓释型防霉剂很少见有报到。 ( 2 ) 目前反应型固体二氧化氯杀菌剂都是与水介质接触后快速反应，不能 形成长效缓释，即使有缓释作用的均是辅料中增加有机难溶物质载体，对环境 有一定的污染。本研究所用p 环糊精为天然产物，可环境生物降解，具有绿色 环保性能。 ( 3 ) 采用p 环糊精包合固体酸制备的缓释型固体二氧化氯制剂可调节包合 工艺以控制释放时间，具有防霉抗菌持久、稳定的特点。 ( 4 ) 本项目利用环糊精包合固体酸形成缓释型固体二氧化氯制剂的研究， 在国内目前还未见有报道。 1 0 长效皮革抗菌防霉缓释药剂的研究 2 防霉剂的筛选 2 1 常用防霉剂 文献显示，二氧化氯能杀灭一切细菌，病菌，真菌( 包括霉菌，酵母菌， 须发病菌，烟曲菌等) 和孢子，还能杀灭藻类和其他微生物，且不存在抗药性【4 引。 t c m t b 也是一种高效广谱防霉剂，能防大部分霉菌，故为了选择效果最好的 防霉剂，首先对t c m t b 与二氧化氯气体进行防霉效果对比实验。霉菌选用皮 革霉菌中最常见的黑曲霉、黄曲霉、青霉、根霉和毛霉。 2 1 1 2 ( 氰硫基甲硫基) 苯并噻唑( t c m t b ) 由美国巴科曼实验室国际公司研制出来的2 ( 硫氰基甲硫基) 苯并噻唑 ( t c m t b ) ，是一种高效、低毒、广谱的抗菌防霉剂，它已被加拿大、新西兰、 印度和南非等国家引进，用于皮革的防霉，并被美国、新西兰等多个国家列为 皮革防霉剂的标准。与酚类物质相比，如五氯酚钠、b 萘酚、对硝基苯酚等， t c m t b 的防霉性能极佳，而且使用量少( 一般都在0 1 以下) ，在p h 值小于8 的范围内，其防霉性能基本不变。t c m t b 与皮胶原的侧链基团发生疏水结合， 同时与革中的铬化合物发生少量的配位结合，因此，后工序对t c m t b 在革内 的含量和分布影响较小。t c m t b 抗菌机理是与细菌和霉菌的细胞膜表面阴离 子相结合，或于硫基反应，破坏蛋白质和细胞膜的合成系统，从而抑制细菌和 霉菌的繁殖，起到杀菌、防腐及防霉等作用【4 3 1 。同时t c m t b 具有很高的蒸汽 压，常温下其蒸汽压可接近1 3 3 1 0 3 k p a 。 2 1 2c 1 0 2 的特性 二氧化氯( c 10 2 ) 是一种水溶性强氧化剂，具有高效、广谱的杀菌能力【4 引， 它能够迅速氧化分解细菌、病毒、蛋白质中的氨基酸以及许多还原性物质并且 可以与多种无机离子和有机物发生作用，而且不会产生通常c 1 2 消毒时所产生 的致畸变、致癌变的氯仿( c h c l3 ) 等有机卤代物，杀灭病毒、细菌、除臭、漂 白等的效果好于液c 1 2 ，其安全性被世界卫生组织( w h o ) 列为a l 级，在各行各 业有着广泛的应用前景【45 1 。基于c 1 0 2 的特性，它可用作纸浆、纺织等行业的 漂白增白剂；饮食、卫生、防疫方面的消毒灭菌剂；新型空气净化清新剂；新 型洗涤消毒剂 4 6 1 ，c 1 0 2 作为一种优良的替代消毒剂愈来愈引起了人们的关注， 陕两科技大学硕+ 学位论文 因此c 1 0 2 被国际上公认为是氯系消毒剂最理想的第四代更新换代产品。根据 二氧化氯特性，其尤其适合于皮鞋的抗菌防霉。 2 2 实验部分 2 2 1 实验原料与主要实验仪器 2 2 1 1 主要实验原料 2 2 2t c m t b 原药防霉性能测定 4 7 - 4 8 2 2 2 1p d a 固体培养基的配置 称取2 0 0 9 已去皮马铃薯，洗净去皮切成小块，加水10 0 0 m l 煮沸半个 小时，纱布过滤，再加lo g 葡萄糖和2 0 9 琼脂，充分溶解后趁热纱布过滤， 分装入三角瓶用棉塞塞好。于121 蒸气灭菌2 0 m i n 左右后取出，趁热在 超净工作台中铺培养基平板备用。 2 2 2 2p d a 液体培养基的配置 称取2 0 0 9 已去皮马铃薯，洗净去皮切成小块，加水l0 0 0 m l 煮沸o 5 h ， 纱布过滤，再加10 9 葡萄糖，充分溶解后趁热纱布过滤，分装入三角瓶加 棉塞塞好。于l2l 蒸气灭菌2 0 r a i n 左右后取出，放入冰箱冷藏备用。 2 2 2 3 霉菌的活化 1 2 长效皮革抗菌防霉缓释药剂的研究 将保存菌种转接至斜面培养基上，2 8 培养4 d 。 2 2 2 4 孢子悬浮液的制备 用接种环挑取4 5 环培养5 d 左右的霉菌孢子于l0 m l 带无菌玻璃珠 的无菌水中制成均匀的孢子悬液，调整孢子浓度约为10 6 c e l l m l 49 1 。 2 2 2 5t c m t b 抑菌圈法 用无菌移液管移取0 5 m l 孢子悬浮液于固体培养基表面，用涂布棒将 孢子悬浮液均匀涂布于培养基表面，再取直径2 c m 的无菌滤纸片，在配置好 的t c m t b 含量为0 2 的溶液中浸渍处理一段时间后，将其贴附在带菌平板 上。每个培养皿中呈三角形均匀放置三个滤纸片，上方为无防霉剂的空白滤纸 片，下方平行放置两片添加防霉剂的滤纸片，即每种试样平行做两个样，然后 在温度为( 2 8 4 - 1 ) ，相对湿度9 0 的环境中培养5 d ，用游标卡尺测量培养基中 抑菌圈的直径，并照相。结果见表2 1 2 2 3 挂片法对比二氧化氯与t c m t b 防霉性能1 5 0 l 取两个1o o m l 试剂瓶，编号为a ，b ，a 中加入0 5 9 二氧化氯消毒片，b 中加入o 5 9 t c m t b ，各加水5 m l ，将无菌滤纸片浸渍于液体培养基中取出， 用喷雾器将混合霉菌孢子悬浮液喷洒在滤纸片上，然后将其分别悬挂入放有防 霉药剂的试剂瓶中，每个样做两组平行，恒温恒湿箱中( 温度为( 2 8 士1 ) ，相 对湿度9 5 ) 培养2 8d ，并定期观察其霉变情况，由滤纸片的长霉情况来判 断防霉剂气氛防霉效果，评定标准见表2 2 。 2 3 结果与讨论 2 3 1t c m t b 对各霉菌的防霉效果 表2 it c m t b 对霉菌的抑菌圈 t a b2 - 1t h es i z eo fi n h i b i t i o nz o n eb yt c m t b 菌龄：7 2 (