[发明专利]一种季铵盐改性壳聚糖微球及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种季铵盐改性壳聚糖微球及其制备方法，制备方法包括：以交联壳聚糖微球为母体，经充分溶胀后，加入配体氯化胆碱，调节体系pH，进行改性反应，反应完成后经洗涤、干燥得所述季铵盐改性壳聚糖微球。本发明还提供了一种季铵盐改性壳聚糖微球作为灭菌剂在饮用水中的应用。本发明制备的季铵盐改性壳聚糖微球可作为新型改性杀菌剂，通过引入具有优良的杀菌效果且带正电荷的季铵盐，来增强灭菌效果。

技术领域

本发明属于杀菌剂领域，具体涉及一种季铵盐改性壳聚糖微球及其制备方法和应用。

背景技术

中国的水资源短缺已经敲响了警钟，更重要的是水安全的现状不容乐观。近几年来，饮用不合格水威胁人体健康的新闻层出不穷。这主要是由于人们以前饮用煮沸的凉开水，现在饮用桶装水。桶装水从制作到售卖要经过多道的工序和运输才能到达消费者手中。此过程虽然会经过严格把关，但难免会在某些环节出现纰漏造成污染。桶装水的污染大多是由细菌或其他微生物引起的中毒或感染。

目前，常见的灭菌剂包括氧化性灭菌剂、非氧化性灭菌剂、复合型灭菌剂、壳聚糖灭菌剂、固定化灭菌等等。其中氧化性灭菌剂具有灭菌力强、来源广泛、价格低廉等优点，是应用最广泛的灭菌剂。但是氧化性灭菌剂也有缺点：当水中有机物含量较高时，氯气灭菌将会产生氯代有机物质，稳定性欠佳，可致癌；运输贮藏成本高；处理工业水时，对菌垢作用能力差。非氧化性杀菌剂杀生作用持久性强、受水中环境pH值影响较小、对沉积物或黏泥有渗透、剥离作用。但费用却较高，并且容易引起污染，也会使水中的微生物产生抗药性。在水处理过程中，氧化性灭菌剂分解后会产生毒副产物，而非氧化性灭菌剂会有残留在水中无法降解，造成“二次污染”。复配型杀菌剂最主要的功能是使各组分复配比的协调作用达到最大。对于壳聚糖灭菌剂，分子量在8-10万的壳聚糖抗菌效果，防腐效果与山梨酸钾、苯甲酸钠相匹敌。但是该状态的杀菌剂会残留在水体中，不能被有效回收更不能循环使用，存在资源浪费的问题。

壳聚糖是以广泛存在于自然界的甲壳素为基料，经过化学反应脱乙酰制得的高分子材料，化学名称为β-(1，4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖。一般而言，脱乙酰度(degree ofdeacetylation)大于50％或能溶于稀酸的脱乙酰基产物统称为壳聚糖。壳聚糖储量丰富、成本低廉、可生物降解、不易造成污染，本身具有良好的生物相容性，且无毒副作用。壳聚糖的游离氨基在一定环境下，氮原子带有1对孤对电子，使基团氨基表现出弱碱性。游离氨基基团能够与1个氢离子结合，从而使壳聚糖变成带有正电荷的线形的聚电解质。吸附在负电荷表面，同时由于壳聚糖的弱碱性，其表面会带有弱的正电荷。所以，壳聚糖是少数具有电荷性性质的天然产物，从而壳聚糖成为研究的热点。为了提高壳聚糖的抗菌能力，科研人员把研究重点放在对其结构的改性上。

壳聚糖因具有许多优良的特性，广泛应用化妆品、食品、化妆品、纺织、环保、农业、医药、电分析化学等领域。为了进一步拓展壳聚糖的应用范围，使壳聚糖分子改性，另活泼的氨基和羟基基团得以修饰，赋予壳聚糖更多的特殊功能是现在壳聚糖开发应用的热点领域。

因此，开发一种高效安全、使用方便、经济实惠，同时又能不破坏营养成分，无残留的杀菌剂成了提高水质的关键问题之一。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述技术和成本问题，提供一种季铵盐改性壳聚糖微球及其制备方法和应用，以交联壳聚糖为母体，与氯化胆碱为配体进行合成反应，能够获得具有较高功能基转化率的季铵盐改性壳聚糖微球，该改性对饮用水具有良好的杀菌效果。

为解决上述技术难题，本发明采用以下技术方案：

一种季铵盐改性壳聚糖微球，具有如式(Ⅰ)所示的结构：

式中，n＝1,2,3…；

所述季铵盐改性壳聚糖微球以壳聚糖为原料，经交联后用氯化胆碱改性得到，壳聚糖的脱乙酰度为80％～95％；粘度为50～800mPa·s。