（化学工艺专业论文）二溴海因水基制剂研制.pdf

摘要 摘要 二溴海因( d b d m h ) 是一种高效广谱消毒杀菌剂，但其在水中的溶解度很小，只能 以固体形成储存和使用。在一些场合使用液态制剂可能更为方便，为此本文研究了将二 溴海因制成液态制剂的可行性。 结果表明，二溴海因在典型非极性溶剂中几乎不溶，因此无法通过乳化或微乳化途 径制取二溴海因水基制剂。二溴海因在一些含氧溶剂和含氮溶剂中的溶解度相对较大， 但存在着二溴海因不稳定或者溶解度达不到预订目标等问题。研究发现二溴海因在具有 共沸组成的乙腈水二元混合溶剂中具有良好的溶解性和稳定性，但制剂中水含量太低 ( 小于3 0 ) ，以及乙腈的毒性妨碍了该制剂的使用。尿素能够显著增n - - 溴海因在水中 的溶解度，但该体系需在保存于1 0 。c 以下才具有足够的稳定性。此外尚未发现任何其它 试剂包括表面活性剂及其形成的囊泡对二溴海因在水中有增溶作用。 研究发现，十二烷基硫酸钠( s d s ) 和双十二烷基二甲基溴化铵( d 1 2 2 2 ) 在二溴海因 水界面上有明显的i 吸附，其中d 1 2 2 2 的吸附量明显大于s d s 。借助于湿法球磨分散， 以水、s d s 溶液以及d 1 2 2 2 溶液为分散介质，并加入中性缓冲剂和增稠剂，可以获得 二溴海因的水悬浮剂，其中有效溴含量预计可达1 0 ，并能长期保持稳定。该悬浮剂用 水稀释，显示良好的速溶性。作为水基制剂，二溴海因水悬浮剂目前是一个恰当的选择。 关键词：二溴海因；杀菌剂；增溶；囊泡；悬浮剂；球磨分散；乙腈；尿素 a b s t r a c t a b s t r a c t l ，3 一d i b r o m o 一5 ，5 一d i m e t h y l h y d a n t o i n ( d b d m h ) i sah i g h l ye f f i c i e n tb r o a d s p e c t r u m s a n i t i z e r h o w e v e r , c u r r e n t l yi tc a no n l yb eu s e da n ds t o r e di nt h ef o r mo fs o l i df o r m u l a t i o n s d u et oi t sl o w e rs o l u b i l i t yi nw a t e r i ns o m ec i r c u m s t a n c e sl i q u i df o r m u l a t i o n sm a yb em o r e c o n v e n i e n t o nt h i sb a c k g r o u n dt h ep o s s i b i l i 够o fp r e p a r i n ga q u e o u sf o r m u l a t i o n so fd b d m h i si n v e s t i g a t e di nt h i sp a p e r t h er e s u l t ss h o wt h a td b d m hi sa l m o s ti n s o l u b l ei nt h et y p i c a ln o n p o l a rs o l v e n t s d b d m 鞭t h e r e f o r ei sd i f f i c u l tt ob ee n t r a i n e di n t oa na q u e o u sf o r m u l a t i o n si nt h ef o r mo f e m u l s i o no rm i c r o e m u l s i o n s t h es o l u b i l i t yo fd b d m hi s r e l a t i v e l yl a r g ei n s o l v e n t s c o n t a i n i n go x y g e na n dn i t r o g e n 。b u tt h ed b p m h i se i t h e ru n s t a b l ei nt h e s es o l u t i o n so rh a sa s o l u b i l i t yl e s st h a ne x p e c t a t i o n 。i ti sf o u n dt h a td b d m hh a sag o o ds o l u b i i t ya n dag o o d s t a b i l i t yi nb i n a r ym i x t u r e so fa c e t o n i t r i l ea n dw a t e r , e s p e c i a l l yi nt h em i x t u r ew i t ha z e o t r o p i c c o m p o s i t i o n h o w e v e r , t h el o ww a t e rc o n t e n ti nt h ef o r m u l a t i o n ( 1 e s s 壤a n3 0p e r c e n t ) a n dt h e t o x i c i t yo fa c e t o n i t r i l ep r e v e n tt h i sf o r m u l a t i o nf r o ma p p l i c a t i o n i ti sa l s of o u n dt h a tt h e s o l u b i l i t yo fd b d m hi nw a t e rc a nb eg r e a t l yi n c r e a s e db ya d d i n gu r e a b u tt ok e e pt h e d b d m hs t a b l ei nt h ef o r m u l a t i o nt h ef o r m u l a t e dp r o d u c t sh a v et ob es t o r e db e l o w10 w h i c hi sn o tp r a c t i c a l i na d d i t i o nn o t h i n ge l s ei n c l u d i n gs u r f a c t a n t sa n dv e s i c l e st h e yf o r m e d h a sb e e nf o u n dt oh a v ea ne x p e c t e ds o l u b i l i z a t i o np o w e rt ot h ed b d m hi na q u e o u sm e d i a r e s e a r c hi n d i c a t e st h a ts o d i u md o d e c y ls u l f a t e ( s d s ) a n dd i d o d e c y l d i m e t h y l a m m o n i u mb r o m i d e ( d12 2 2 ) c a na d s o r ba tt h ed b d m h w a t e ri n t e r f a c ea n dd12 2 2s h o wa n a d s o r p t i o nm u c hh i g h e rt h a ns d s 。b ym e a n so fw e tm i l l i n g ，d b d m h c a nb ew e l ld i s p e r s e di n w a t e ra n ds d ss o l u t i o no rdl2 2 2s o l u t i o n i nt h ep r e s e n c eo fn e u t r a lb u f f e ra n dt h i c k e n e r , s t a b l es u s p e n s i o no fd b d m hi na b o v el i q u i dc a nb eo b t a i n e di nw h i c ht h ee f f e c t i v eb r o m i d e c o n t e n tc a nb ea sh i g ha s10 ，w h i c hs h o wn os i g n i f i c a n td e c r e a s ed u r i n gl o n gt i m es t o r a g e o n c ed i l u t e d ，t h en a n ot om i c r op a r t i c l e so fd b d m hs u s p e n d e dd i s s o l v e sv e r yq u i c k l yi n w a t e r 确es u s p e n s i o ni st h e r e f o r eag o o df o r mo ft h ea q u e o u sf o r m u l a t i o n so fd b d m ha tt h e m o m e n t s 。 k e y w o r d s ：1 , 3 一d i b r o m o - 5 ，5 - d i m e t h y l h y d a n t o i n ；d i s i n f e c t a n t ；s o l u b i l i z a t i o n ；v e s i c l e s ； s u s p e n s i o n ；m i l l i n gd i s p e r s i n g ；a c e t o n i t r i l e ；u r e a l i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是誉人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名： 猛丽銎 日 期： 劲宫2 3 秒 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将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、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 签名： 途函墨 导师签名： e t 期：埘吣弓d 第一章绪论 第一章绪论 1 1 消毒剂 消毒剂是指用于杀灭传播媒介上病原微生物，使其达到无害化要求的制剂，又称杀 菌剂，杀生剂等。消毒剂不同于抗生素，它在防病中的主要作用是将病原微生物消灭于 人体之外，切断传染病的传播途径，因此人们称它们为“化学消毒剂”。按照其作用水 平可分为灭菌剂、高效消毒剂、中效消毒剂、低效消毒剂。 近年来，消毒剂正在向低毒、高效、操作方便的方向发展。以含溴消毒剂取代含氯 消毒剂已成主要发展趋势。二溴海因( d b d m h ) 就是一个典型代表，成为目前广泛使用 的一种高效广谱消毒杀菌剂。 1 1 1 消毒剂的分类和国内外研究进展 自s c h w a n t 【1 l 首先使用化学物质进行消毒以来，化学消毒剂的研究与应用获得了较 快的发展。消毒药剂在减少病原微生物污染、防治人类及动物传染病与侵袭病方面发挥 着十分重要的作用。尤其是近年来，随着卫生防疫水平的提高，集约化、规模化畜牧养 殖业的迅速发展，消毒药剂的使用愈来愈受到人们的重视，应用f 1 益普遍。消毒剂的更 新换代、老药新用以及药物间的协同消毒效应研究等都受到了人们的重视，取得了较快 的进展。现将化学消毒剂的分类以及近年来国内外的研究进展简述如下i h j 。 一、过氧化物类消毒剂 过氧化物类消毒剂包括过氧戊二酸，过氧苯甲酸、过氧甲酸、过氧丙酸、过氧乙酸、 一氯过氧乙酸、二氧过氧乙酸、三氧过氧乙酸等，其中以过氧乙酸的研究报道最多。其 杀菌作用快而强，抗菌谱广。2 的本品溶液喷雾水果蔬菜等，防腐效果好。其蒸气对 嗜盐菌杀灭力比环氧乙烷快，且处理后不残留毒物，应用经济。而其它品种由于效力、 稳定性、毒性、使用范围等种种因素，目前尚未推广开。 臭氧最早用于水的消毒，近来开始用于物体表面与空气消毒。但因臭氧是强氧化剂， 对物品损害较大，且对人畜刺激性大，实际使用受到限制。国家将臭氧列入大气监测指 标，规定大气允许浓度为0 2 m g m 一。 二、含氯消毒剂 含氯消毒剂一般指遇水产生氯的消毒剂。目前我国常用的有次氯酸钠、次氯酸钙、 漂白粉、三合二、氯化磷酸三钠等。这些无机类消毒剂杀菌作用快，但性质不稳定。有 机类含氯消毒剂有二氯异氰尿酸钠、三氯异氰尿酸、氯胺t 等。自a l c o c k ! l 】首先使用漂 白粉消毒以来，国内外含氯消毒药的应用愈加普遍。 三、含碘消毒剂 碘是一种广谱杀菌剂，但碘有毒性。空气中允许值为l m g m 。g e r s h e m f e l d l p 首先 合成了碘伏，从此丌辟了一类新型杀菌剂与卫生处理剂。碘伏1 2 j ，是一种碘释放剂，即 为一种碘与不同载体结合而成的溶合体，可缓慢释放碘，保持较长时问的杀菌作用。碘 伏的载体大体可分成三类：表面活性剂( 非离子，阳离子或阴离子) ；聚合物( 聚乙烯吡咯 江南人学硕j ：学位论文 烷酮p v p ) ；天然物( 淀粉，糊粕，纤维素) 。s c h e n c k 1 1 首先报道- 了p v p i 的结构，试验证 明，p v p i 对细菌繁殖体的最低抑菌浓度为2 5 5 m g l 。1 ( 有效碘) ，最低杀菌浓度为 5 1 0 m g l 。碘伏具有广谱杀菌作用，其杀菌力随浓度升高而加强。除p v p i 外，国外常 用的还有烷乙基聚醚醇碘( g s l ，含0 7 5 有效碘) 、三碘树脂、碘三甘醇等。近年来，国 内研制或仿制的还有聚7 , _ - - 醇碘( 含有效碘0 1 ) ，威力碘( 有效碘0 5 ) 、聚醇醚碘、聚 乙烯碘等。 四、醛类消毒剂 醛类消毒剂为一种最古老的消毒剂，最早是从煤焦油中分离出来的。1 9 世纪末，一 种名叫来苏尔( l y s 0 1 ) 的消毒剂的生产和使用，标志着人类消毒灭菌史上真了f 意义上的化 学消毒剂的诞生。醛类消毒剂多用于畜舍环境消毒，尤其对疫源地芽胞消毒有效。但对 人畜有刺激性，使用时应注意自我防护。 五、酚类消毒剂 酚类消毒剂受有机物的影响小。其中煤酚皂至今仍在普遍使用，畜牧业消毒常用浓 度为2 5 。通常使用2 煤酚皂热溶液消毒牧场地面、围栏和畜舍以控制传染病蔓延。 但由于本品已被公认对人畜有毒，且气味滞留，目f j i 已较少用作常规消毒，并且有被其 它消毒剂取代的趋势。国外使用的酚类消毒剂有邻氯酚、六氯酚、邻苯基酚钠等。美国 农业局列出了一系列符合标准的专利酚消毒剂用于畜舍和运输工具的法定消毒。 六、杂环类消毒剂 杂环类消毒剂中以环氧乙烷为代表。其对酵母菌和霉菌的杀伤力最强，具有较强的 穿透力，气体与液体都有杀菌作用，在实际使用中多用于气体消毒。但本品易燃易爆， 且有一定的毒性，使用时须注意安全。工作环境中允许浓度为2 m g m 3 。现已有残留坏 氧乙烷的消除方法。另外，乙型丙内酯杀菌作用强，但因毒性大而限制推广使用。 七、表面活性剂类消毒剂 表面活性剂类消毒剂以季胺盐类为主，使用广泛。本类消毒剂具有除臭、清洁和表 面消毒的作用。目前，国内外普遍使用的有烷基二甲基苄基溴化钱( 新洁而灭) 、烷基二 甲基苄基氯化铵( 沽而灭) 以及度米芬、氯化苄乙铵等。季胺盐单独或与酒石酸泰乐菌素 合用，对孵场分离的假单胞菌、产碱杆菌等有效。近来，围内外研究了双长链季胺盐类 化合物，证明有较强的杀菌力，国内已有产品出售，但对细菌芽胞的杀灭力不理想。 八、醇类消毒剂 最常用的醇类消毒剂是乙醇和异丙醇，属于中效水平消毒剂。它们可凝固蛋白质， 导致微生物死亡，可杀灭细菌繁殖体，破坏多数亲脂性病毒，如单纯疱疹病毒、乙型肝 炎病毒、人类免疫缺陷病毒等。醇类的杀微生物作用亦可受有机物的影响，而且由于易 挥发，应采用浸泡消毒，或反复擦拭以保证其作用时间。醇类常作为某些消毒剂的溶剂， 而且有增效作用。乙醇作为消毒剂的常用浓度为7 5 。据国外报道，8 0 乙醇对病毒亦 具有良好的灭活作用。近年来，国内外开发了许多复合醇消毒剂，这些产品多用于手部 皮肤消毒。 此外，g o h n a j l 报道用1 0 葡萄糖醛酸洗必泰水溶液在5 5 。c 作用4 小时，可杀灭 2 第一章绪论 枯草杆菌芽胞。c h i o d 1 j 报道在1 0 乙醇中加入o 0 5 0 3 乙二胺四乙酸钾可加强对繁殖 体的作用。 在医院使用的化学消毒剂中，2 0 世纪7 0 年代主要使用苯扎溴铵1 4 j ，8 0 年代主要使 用过氧乙酸，9 0 年代主要使用含氯消毒剂。苯扎溴铵是低效消毒剂，杀灭微生物种类有 限；过氧乙酸是高效消毒剂，但腐蚀性太大，且不稳定；含氯消毒剂消毒效果可靠，但 有强烈的刺激性气味，使用者不愿接受，且饮用水消毒时还会产生致癌物质。国外从上 个世纪7 0 年代中期丌始研发溴系杀菌剂，这类杀菌剂的作用与氯系杀菌剂基本相似，但 杀菌作用快捷，其腐蚀性远低于氯系杀菌剂，应用条件和环境行为均优于氯系杀菌剂， 是氯系杀菌剂的理想替代品种。目前溴系杀菌剂的市场占有率己超过氯系杀菌剂，并以 每年4 9 的速度增长，性能更加优越的换代产品也相继出现，成为杀菌剂领域中的主 导品种，在杀菌剂领域可谓独占鳌头。 1 1 2 海因类消毒剂 在溴系消毒杀菌剂中，一类被称为海因系列的药剂尤其受到业界的关注，已在冷却 水处理、造纸厂生物污泥处理、游泳池用水净化乃至医院用品消毒处理方面均获得了广 泛的应用。这类杀菌剂具有高效、广谱、药效周期长、适用p h 范围广和使用剂量小等特 点。在浓度低于i m g l 。1 条件下即可非常有效地杀火水中的细菌、藻类和生物污泥中的微 生物，是一种广谱、低毒、环境可接受的杀生剂品种。正因为这些特点，多年来在美国、 西欧和同本等地的应用持续增长。冷却水处理、造纸、纸浆行业和游泳池用水的处理， 是这类杀菌剂的最大用户。含溴卤代海因具有有效卤素含量高、气味小、稳定性好、释 放缓慢、不刺激皮肤和黏膜以及适合在碱性范围作业、环境行为可接受等特点，目前有 取代氯系杀菌剂诸如氯气、二氧化氯和氯化异氰尿酸类的趋势。专家们认为新一代高效 消毒剂一二溴海囚( d i b r o m o d i m e t h y l h y d a n t o i n ，d b d m h ) 可能成为今后的重要消毒剂。 据郭如新【9 】介绍，1 8 6 4 年b a e y e r 首次合成了海因，1 8 7 0 年s t r e c k e r 确定了其结构。 g r e s h a m ( d u p o m ，1 9 4 6 ) 矛i w h i t e ( d o wc h e m ，1 9 5 3 ) 先后获得有关海冈制造方法的专利。 1 9 5 0 年w a r e 对海因及其众多衍生物做了全面的文献总结( 引文6 3 8 篇) 。1 9 7 5 年在欧洲已 将二溴二甲基海因用作游泳池用水的消毒剂。几乎在同一时期美国大湖公司的产品 d i h a l o ( 溴氯二甲基海因) 面市，并在游泳池用水消毒方面大量应用。1 9 7 9 年大湖公司的 另一种产品b r o m 5 5 ( - - 溴二甲基海因) 也研发成功，成为美国当时仅有的一家生产这类杀 菌剂的厂家。1 9 8 0 年b a t e m a n 对美国包括二溴二甲基海因在内的多种海因类衍生物的生 产和应用进行了综述。1 9 8 1 年大湖公司首先取得了溴氯二甲基海因在冷却水处理系统应 用的专利。此后，海因类溴系杀菌剂在冷却水处理以及其它领域的杀菌灭藻方面的研发 活动同趋活跃。1 9 9 4 年e l s m o r e 总结了溴氯二甲基海因在热电厂冷却水处理系统污垢控 制和提高换热效能方面的应用。1 9 9 8 年b a r t h o l o m e w 进一步总结了近2 0 年来包括海因类 在内的各种溴系杀菌剂的基础研究和应用方面的进展。如今，海因类溴系杀菌剂已成为 庞大的杀菌剂家族中一个重要成员。正因为这些特点，海因类杀菌剂多年来在美国、西 欧和日本等地的应用持续增长。但目前其剂型单一，主要是固态粉剂、片剂和泡腾剂等。 江南大学硕i ：学位论文 1 2 新型消毒剂二溴海因 1 2 1 二溴海因的基本性质 1 ，3 二溴5 ，5 二甲基海因又称1 ，3 一二溴5 ，5 二甲基乙内酰脲或l ，3 二溴一2 ，4 - 咪哗啉二 酮，简称二溴海因 1 0 - 1 7 】。英文全称l ，3 d i b r o m o 5 ，5 d i m e t h y l h y d a n t o i n ，英文简称 d b d m h 。纯品为白色固体，熔点1 9 6 1 9 8 ，工业品为淡黄色固体，熔点1 9 4 - 1 9 7 。活性溴含量为5 4 - 5 5 。溶于氯仿、乙醇、丙酮等有机溶剂，微溶于水，2 0 。c 时 l l 水能溶解2 2 9 二溴海因。在强酸或强碱中易分解，干燥时稳定，容易吸潮，吸潮后 部分水解。有轻微刺激性气味。二溴海因消毒片和消毒粉在水中可完全溶解，但溶解的 速度稍慢( 3 0 m i n 左右) ；由于溴元素是棕色的，故消毒剂在保存过程中可能会变成淡黄 色，属币常情况。若保存不当，遇高温或高湿，会加速分解。二溴海因还是一种特殊的 溴化剂，广泛应用于化工及制药工业中有机合成。与二溴海因具有相似性质的还有二氯 海囚( 1 ，3 二氯5 ，5 二甲基海凶) 和氯溴海因( 1 溴3 氯5 ，5 二甲基海因) 。 上海市疾病控制中一心( 2 0 0 2 ) 对二溴海因做了毒理学实验，结果发现：( 1 ) 急性经口毒 性，属实际无毒级；( 2 ) 蓄积毒性，属弱积蓄毒性；( 3 ) 微核试验，无致微核作用( 无遗传 毒性) ；( 4 ) 9 1 激性试验，对皮肤无刺激性。 1 2 2 二溴海因消毒剂的特点 一、高效快速、广谱、低毒及低残留 溴氯海因的杀菌效率通常为常规含氯消毒剂2 0 倍。而二溴海凶的杀菌效率则为常规 含氯消毒齐j j 4 0 倍上。可有效抑制病原微生物。可杀灭菌包括异养菌、氨化细菌、硫酸还 原菌等多种细菌。同时还可有效抑灭真菌、部分病毒，以及水体不良藻类，并能有效改 善养殖水体水质状况。陈荣风i lo j 等用悬液试验测定发现，3 m g l 。1 二溴海凶溶液作用 2 3 m i n 对金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌的杀灭率达9 9 9 7 ；1 0 0 0 m g l 。1 溶液作用6 0 m i n 对枯草杆菌芽胞的杀灭率达9 9 9 8 ；对乙型肝炎表而抗原( h b 2 s a g ) ，用1 0 0 0 m g l 一溶液 作用5 m i n 可将其灭活。上海市疾病控制中心用载体试验测定发现，二溴海因对金黄色葡 萄球菌和大肠埃希菌，用1 0 0 m g l 。1 溶液作用2 m i n ，杀灭率达9 9 9 4 ；对白假丝酵母菌， ) y j 2 0 0 m g l 。1 溶液，作用2 m i n ，杀灭率达9 9 9 9 ；对枯草杆菌芽胞，用1 0 0 0 m g l _ 溶液作 用6 0 m i n ，杀灭率达9 9 9 5 ；对h b s a g ，用2 0 0 0 m g l _ 溶液作用3 0 m i n 可将其灭活。现场 试验发现，用2 0 0 m g l 。二溴海因溶液作用1 0 m i n ，3 0 个样品对自然菌平均杀灭率为 9 8 2 0 。 用二溴海凶作为喷雾剂对采血车工作环境进行空气消毒，并与紫外线照射消毒进行 比较【1 8 】，结果二溴海因的杀菌率达至1 j 8 9 9 ，高于紫外线的7 7 1 。因此二溴海因用于空 气消毒，总体效果好于紫外线消毒。 二、适应环境能力强 二溴海因能抵抗有机物的影响。常规含氯消毒剂在养殖水体使用时，受水体肥瘦度 影响极大。一般而占，若水体肥沃，其使用效果差些，而水体清瘦，则使用效果明显些。 因此在实际应用方面，养殖业者不易掌握准确的用量，而达到最佳的使用效果。而二溴 4 第一章绪论 海因则不受有机物的干扰，因此无论水体肥瘦，其使用效果一致，使用剂量相同。十分 便于渔农掌握。 二溴海因具有较高的抗高p h 的能力。常规含氯消毒剂在养殖水体使用时。若水体偏 碱性，则使用效果极差。因此一些常规含氯清毒剂在南方的淡水养殖区域取得较佳的技 果，而在海水养殖领域及北方偏碱的淡水养殖水域使用效果会受到比较严重的影响。而 二溴海因则能有效抵抗高p h 的影响，无论在p h 偏高水域或p h 偏低水域，均能取得令人 满意的杀菌效果。此外二溴海因还具有明显的改善水质的作用。海因类消毒剂运用于养 殖水体4 小时后，可杀死不良藻类，培育有益浮游生物种群。 三、有效周期长 海因类消毒剂运用于养殖水体后，慢慢进行释放有效成份。在用药后的3 0 分钟起直 至4 8 d 时水体中的有效成份始终恒定。可使水体较长时间处于抑菌状态。 四、稳定性好 用加速试验法，在5 4 下放置1 4 天( 相当于自然存放1 年) ，消毒片有效溴含量仅下降 了8 4 5 ，消毒粉有效含量仅下降6 1 5 ；使用液室温下保存5 天，有效溴下降率 i 时，有序体为反胶束。通常单链的表面活性剂头 基面积a 0 相对其疏水链体积v 较大，因此p 较小。但如果将阴、阳离子表面活性剂混合， 由于静电吸引作用，使得头基所占截面积a 0 相对其疏水链长1 。减小，p 增大，从而可能形 成囊泡。 ( 2 ) 从表面活性剂分子结构方面考虑。m a s a n i k o 等人1 3 4 】提出的几何模型认为圆锥状结 构的分子容易形成胶束，柱状结构的分子容易形成双层，而杯状结构的分子则容易形成 囊泡。表面活性剂分子的几何构型对于囊泡的形成非常重要【35 | 。例如，从几何构型来看， a o t ( 双( 2 乙基己基) 琥珀酸磺酸钠) 分子具有两个优势构象：t r a n s 构象和g a u c h e 构象， 结构类似于一个圆柱；d s b ( 十二烷基磺基甜菜碱) 分子是直链，极性头磺酸基中的s 原子 周围有3 个o 原子和带有两个甲基的n 原子，结构类似于一个细长的圆锥。d s b 分子和 a o t 由于静电吸引作用而靠近，形成一种具有杯状结构( c u p 1 i k e ) 的离子配合物。 具体示意图如下1 2 9 , 3 5 ： 7 冀勰一 船0 ：0 圈ir 2a o t ，d s b 相i 作用形成囊泡的几何示意图 f i gl 一2g e o m e t r i cd i a g r a mo f v e s i c l e b r m a t i o nv i ai n t e r a c t i o nb e t w e e na o ta n dd s b 1 3 3 囊泡的袁征 瞧泡的表f l ：有很多方法，直深度冷冻透射电镜( c r y o t e m ) 、光j 盘身j 池( q l s ) 、葡萄 精捕获法( g l u c o s e t m p p j “g ) 以及流变学方法等吲。其叶 c r y o t e m 是最直观的种方法。 利川这种方法川咀直接得到各种囊泡的照，f l 缺点是费爿j 高儿操作复杂。相比之f ， 光散射方法要简卟得多。它又分为静态光敞射和动态光敞射，可以与t e m 相结合，在 确认囊泡存在的前提下，准确地给出其半径，并可以口k 踪监测其变化。对自发形成的囊 泡，通过光散射测定粒径的变化呵以确认囊泡的存在。葡萄糖捕获法可以测定出囊泡的 增溶量；而流变法则一，j 以通过胶束、囊泡和虫状胶束流变性质的差别反映其结构的变化。 泓彬 一 、。唯靠， 甜， 第一章绪论 1 3 4 囊泡的增溶 当表面活性剂水溶液浓度超过临界胶团浓度时能使不溶或微溶于水的有机化合物 溶解度显著提高。由于胶团中有适于各种有机物存在的微环境。增溶作用不同于混合溶 剂的溶解机理，后者是溶剂整体极性发生变化【3 6 1 。 1 4 固液分散体系及其稳定性 固液分散体系即悬浮液，其中固体以很小的颗粒分散在液体中。许多工业产品如油 漆、染料、墨水、化妆品、一些农产品、食品、杀虫剂、药物等的最终形式都是悬浮液。 表面活性剂在悬浮液的制备和维持其稳定性方面都起了重要作用。 1 4 1 固液分散体系 根据分散质点大小【37 1 ，悬浮液有胶体悬浮液( 质点大小为胶体范围，l n m - - - l p m ) 和 粗悬浮液( 质点大于l m ) 。以液体为分散介质1 3 6 1 ，以固体为分散相的悬浮体是热力学不 稳定体系，即在常规条件下分散相与分散介质将自动分离，其中在重力场下的沉降和质 点间的絮凝( 范德华引力所致) 是体系不稳定的主要因素。但该体系可在几种条件下具 有一定的动态稳定性：( 1 ) 使颗粒变得很小，御朗运动将能够对抗沉降。( 2 ) 使分散相质 点带有较多的电荷，形成双电层，质点问产生较大的静电排斥力。( 3 ) 在质点表面形成溶 剂化层或吸附溶剂化层。 1 4 2d l v o 理论 2 0 世纪4 0 年代，苏联的d e r i a g 丌i m 和l a m d a 丌以及荷兰的v e r w e y 矛 1 0 v e r b e e k 建立了关于 胶体稳定性理沦的d l v o 理论【3 8 1 。该理论把胶体分散体系中胶粒间的相互作用以两胶粒 的相互作用势能表示，认为两胶粒间总的相互作用势能u t 由下式给出：u v = u a + u r ，其 中u a 是v a n d e r w a a l s 吸引势能，u r 胶粒间的双电层排斥势能，总相互作用势能曲线如图 1 3 所示。图1 3 中第一最小值表示胶粒聚集相，即体系发生不可逆絮凝，经轻微摇动或 搅拌不能再分散。第二最小值是一个弧稳相，体系发生可逆絮凝或弱絮凝，经轻微摇动 或搅拌可重新分散。图中的最高点表示能障( 能峰) ，若该能障足够高，就能防止体系到 达不可逆絮凝。d l v o 定量地表达了影响能峰的因素。质点的界面电势越高，体系的电 解质浓度越低，能峰就越高，体系就越稳定。反之，加入电解质压缩双电层，尤其是加 入高价电解质，将是能峰显著下降，从而促进体系发生絮凝。 9 江南大学硕十学位论文 一面 溺 一卧值 1 4 3 球磨分散 从以上对固液分散体系的稳定讨论可见，提高固液分散体系稳定性的最重要的途 径是降低颗粒的大小和使颗粒表面带电。而在使颗粒带电有困难的情况下，减小颗粒大 小就成为关键。目前应用球磨分散呵以有效减小固体颗粒的大小。在许多产品要求精细 化的工业领域以及许多微粉碎、超微粉碎领域，如涂料、燃料、油墨、磁性材料、化妆 品、粉木冶会和生物工程等领域，球磨分散有广泛的应用。它具有样品制备批量大，平 均研磨时问短，研麽粒度较均匀等优点。球磨粉碎就是在球磨机中利用研磨介质之问的 挤压力与剪切力来粉碎物料【3 9 j 。 有文献报道指出湿法球磨相比干法球磨可提高粉磨效率，使粉体粒径减小，比表面 积增加，活性增强。但球磨时间过长，反而会出现反粉碎现象即团聚1 4 。 1 5 本论文的目的和研究内容 二溴海因作为一种优良的杀菌消毒剂，应用广泛。但由于其特殊的化学结构，二溴 海因只能以固体形式储存和配方。考虑到在一些应用场合，基于速溶和不改变传统的杀 菌消毒工艺的目的，希望能使用液态制剂。为此本文试图以无锡美华化工有限公司生产 的二溴海因做原料，研究二溴海因的水基制剂，具体研究内容如下： ( 1 ) 试验二溴海因在各种溶剂或复合溶剂中的溶解度和稳定性，试图找到一种或几种 优良溶剂，在此基础上，研究水基制剂。 ( 2 ) 试验研究二溴海因在水中的增溶性，试图找到有效的增溶剂，能够显著增加二溴 海因在水中的溶解度和稳定性。 ( 3 ) 研究阳离子表面活性剂囊泡是否对二溴海因有增溶作用。 ( 4 ) 通过球磨分散制备二溴海因的水分散剂并考察表面活性剂和增稠剂等的稳定作 用。 1 0 第二章二溴海凶在各种溶剂中的溶解性和稳定性 第二章二溴海因在各种溶剂中的溶解性和稳定性 2 1 引言 二溴海因中文全称是l ，3 二溴5 ，5 二甲基海因或l ，3 一二溴5 ，5 二甲基乙内酰脲。英 文全称为l ，3 d i b r o m o 5 ，5 d i m e t h y l h y d a t o i n ，英文缩写为d b d m h 。二溴海因的化学式 为c 5 h 6 0 2 n 2 b r 2 ，其结构式为： 一c 烹o 三一默 l l o 分子量= 2 8 5 9 4 ，分子中溴含量= 5 4 8 。 二溴海因为淡黄色结晶性粉术。从其结构式看，分子中不存在长链烷基，并含有n 和o ，似乎应有一定的极性，然而文献报道表明，二溴海因仅微溶于水：2 0 时l l 水 仅能溶解2 2 9 二溴海因。 为了获得液体制剂，必须找到一种高效的溶剂，二溴海凶在其中不仅要有相当大的 溶解度，而且要有良好的稳定性。我们的目标是，作为液态制剂，制剂中的有效溴含量 应达到1 0 左右，相当于二溴海因的溶解度达到2 0 以上。文献报道二溴海囚能溶于氯 仿、乙醇、丙酮等有机溶剂，但没有给出具体的溶解度，尤其是溶解后的二溴海冈是否 稳定。近来秦娟等【4 1 1 通过添加助溶剂使二溴海凶在水中的溶解度增加了一倍左右，但这 远远达不到我们的预期目标。为此首先对各种常见的溶剂进行二溴海因的溶解和稳定性 试验，期望能找到某种合适的溶剂。 2 2 实验啷分 2 2 1 实验材料与仪器 表2 1 至表2 4 列出了本研究所用的各种溶剂的名称，规格纯度和生产厂家或供应 商。表2 5 列出了实验所用的仪器设备。 表2 1 典型非极性溶剂 t a b 2 1t y p i c a ln o n p o l a rs o l v e n t s 江南人学硕i j 学位论文 表2 2 含氧溶剂 t a b 2 - 2o x y g e n o u ss o l v e n t s 表2 3 含氮溶剂 t a b 2 - 3n i t r o g e n o u ss o l v e n t s 表2 4 试验中所用的其它试剂 t a b 2 - 4o t h e rr e a g e n t so fu s e di nt h et e s t 表2 5 所用仪器设备一览表 t a b 2 - 5e q u i p m e n tl i s t 1 2 第二章二溴海冈往备种溶剂中的溶解件和稳定性 2 2 2 实验方法 2 2 2 1 碘量法测定溴含量 参照文献 4 2 中给出的碘量法测定有效溴含量。首先在碘量瓶内加入1 2 5 m l 蒸馏水 和2 9 碘化钾并使之溶解，然后称取样品0 1 5 颤精确至0 o o m g ) 黉于该碘量瓶中，在电磁搅 拌器上充分搅拌，使样品完全溶解。鸯1 2 m g 1 硫酸溶液2 0 m l ，迅速加盖水封，置暗处 5 m i n 。用硫代硫酸钠标准溶液滴定至淡黄色，加入淀粉指示剂继续滴定至兰色消失，记 录耗用的硫代硫酸钠标准溶液的体积，同时做空自试验。实验表明，用该方法滴定l 摩 尔二溴海因消耗4 摩尔硫代硫酸钠。因此按下式计算样晶的有效溴含量： 有效溴含量( ) = ( v l - v 2 ) x c x 0 0 3 9 9 5 1 0 0 ( 2 一1 ) 礅 相应的二溴海因溶解度为： 溶解度= 有效溪含量5 4 。8 ( 2 2 ) 式中所为滴定样品消耗的硫代硫酸钠标准溶液的体积( m l ) ，乃为空白试验中消耗的 硫代硫酸钠标准溶液的体积( m d ；c 为硫代硫酸钠标准溶液的浓度( m o l l 。) ；m 为称取的 样品的质量( g ) 。 参照文献方法，我们进行了减量试验，发现按文献给出的量减半，所得结果完全一 致。于是实际按下述方法进行滴定：在碘基瓶内去i n 6 2 5 m l 蒸馏水和l g 碘化铆并使之溶 解，然后称取样晶0 5 l g ( 精确至o 。0 0 0 1 9 ) 最于浚碘量瓶中，充分搅拌摇匀，使样品完全 溶解。) 0 1 2 m o l l 。硫酸溶液l o m l ，迅速加盖水封，置暗处5 m i n 。用硫代硫酸钠标准溶液 滴定至淡黄色，加入淀粉指示荆继续滴定至兰色消失，记录耗用的硫代硫酸钠标准溶液 的体积，同时做空向试验。 2 2 2 2 溶解度试验方法 在1 0 m l 具塞试管中放入5 m l 溶剂，加入0 5 9 固体二澳海凶粉术，在2 5 c 下平衡2 4 d 时，观察溶解状况及溶液颜色变化。若全部溶解，则溶解度她olo o g l 。若溶液变红， 表明有单质溴析出，溶液不稳定。将溶解好的样品用碘量法滴定溴含量，从而可从式( 2 2 ) 计算出溶解度。 2 。2 2 3 稳定性试验方法 将二溴海因溶于溶剂中至过饱和，一天后分出上层清液测定有效溴含量，作为初始 有效溴含量。然后在一定条件下存放一定时间后再次测定有效溴含量。定义二溴海因的 稳定度为： 江南大学硕十学位论文 稳定度= 立蔫妥雩；霎鬻。 c 2 3 ， 显然稳定度在0 到1 0 0 之间，稳定度越高，二溴海因的稳定性越好。 2 2 2 4 紫j l - 吸收光谱测定 对新配和存放2 4 小时后二溴海因溶液进行紫外扫描，波长范围为1 9 0 5 0 0 n m ，观 察溶液吸收光谱的变化。 2 3 结果与讨论 2 3 1 二溴海因在典型非极性溶剂中的溶解性和稳定性 表2 - 6 汇总了二溴海因在几种典型非极性溶剂中的溶解状况。它们主要是烃类及其 衍生物。结果表明，二溴海因在这些非极性溶剂中基本不溶解。加入的二溴海因以白色 颗粒沉淀于试管底部，说明二溴海因不具有油溶性。 表2 6 二溴海因在碳氢化合物有机溶剂的溶解性和稳定性( 2 5 ) t a b 2 6s o l u b i l i t ya n ds t a b i l i t yo fd b d m hi ns o m et y p i c a ln o n p o l a rs o l v e n t sa t2 5 。c 2 3 2 二溴海因在含氧溶剂中的溶解性和稳定性 表2 7 汇总了二溴海因在一些常用的含氧溶剂中的溶解状况。除了水以外，它们主 要是醇，醚，酮及酯类。这些溶剂中醇和酮类具有较大的极性，但醚和酯类极性较小。 结果表明，二溴海因在纯水和乙醚中的溶解度很小，在醇类溶剂中的溶解度很大，但溶 液普遍发红，即溶液很不稳定。在多元醇甘油和聚乙二醇中，尽管溶剂很粘稠，二溴海 因还是显示出较大的溶解度，但溶液发红，不稳定。在丙酮中，二溴海因具有较大的溶 解度，但几天后观察到溶液发黑。在乙酸乙酯中，二溴海因具有一定的溶解度，但溶液 发红。 我们特别注意到二溴海因溶于乙醇时的分解现象。在初始几分钟内，观察到二溴海 因渐渐溶解，溶液呈黄色，但随后渐渐变红，溶解加速，并伴随放热。当固体消失后， 溶液的红色也渐渐褪去，最终变成无色透明。经测定，有效溴含量为零，表明二溴海因 完全分解。整个过程仅需2 5 3 0 分钟。 1 4 第二章二溴海因在各种溶剂中的溶解性和稳定性 表2 7 二溴海因在常用含氧溶剂( 醇，醚，酮及酯类) 中的溶解性和稳定性( 2 5 ) t a b 2 - 7s o l u b i l i t ya n ds t a b i l i t yo fd b d m hi no r d i n a r yo x y g e n c o n t a i n i n gs o l v e n t s ( a l c o h o l ，e t h e r ，a l k o n ea n de s t e r ) a t2 50 c 为了进一步证明二溴海囚在乙醇中的快速分解，我们测定了二溴海因乙醇溶液的紫 外吸收光谱及其变化，二溴海冈初始浓度0 0 8 9 l ，同时浓度为o 2 9 l _ 海凶溶液( 乙醇 作溶剂) 与其作对比，乙醇作参比。结果汇总于图2 1 。图2 1 表明，新鲜溶液在2 0 9 n m 处显示一个单峰，但等溶液变黄( 浓度高时变红) 时，该单峰变窄，而在2 6 6 n m 处出现一 个新峰，预示有分解产物产生。当溶液变成无色时，新峰基本消失，紫外光谱趋近于二 甲基海因( 溶于乙醇) 的紫外光谱。有效溴含量趋近于零。这表明二溴海凶溶于乙醇后发 生了明显的快速分解，其最终分解产物之一是二甲基海因，但其它过度产物尚需分析。 江南大学硕 ：学位论文 3 2 5 2 刨 米1 5 釜 1 蜊 呆 鏊 0 5 0 2 5 2 1 5 0 5 0 1 0 02 0 03 0 04 0 05 0 0 波长n m 图2 1 二溴海因乙醇溶液的紫外吸收光谱 f i g 2 1u vs p e c t r ao fd b d m h d i s s o l v e di ne t h a n o l 1 0 02 0 03 0 04 0 05 0 0 波长n m 图2 2 二溴海因水溶液的紫外吸收光谱 f i g 2 2u vs p e c t r ao f d b d m hd i s s o l v e di nw a t e r 1 6 第二章二溴海冈和：各种溶剂中的溶解件和稳定性 另一方面，我们也观察到二溴海因水溶液在室温下放置2 4 小时候后出现泛黄。类 似地我们测定了水溶液的紫外吸收光谱，发现二溴海因的紫