一种具有抗菌和微量元素缓释功能的高分子聚合物材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有抗菌和微量元素缓释功能的高分子聚合物材料及其制备方法，以可以卤甲基化的高分子聚合物为载体，通过和含有叔胺官能团的海因衍生物反应生成含有季铵化海因官能团的高分子聚合物，通过海因环上的亚酰胺基团上的氢和金属离子的交换反应使得金属离子被固载到高分子聚合物上，最后通过季铵盐官能团固载I3-获得具有抗菌和微量元素缓释功能的高分子聚合物材料。该类高分子聚合物材料同时具有快速、高效、广谱的杀菌和微量元素缓释功能，适用于纯净水的消毒和微量元素的补充。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，以可以卤甲基化的高分子聚合物为载体，通过和含有叔胺官能团的海因衍生物反应生成含有季铵化海因官能团的高分子聚合物，通过海因环上的亚酰胺基团上的氢和金属离子的交换反应使得金属离子被固载到高分子聚合物上，最后通过季铵盐官能团固载I3-获得具有抗菌和微量元素缓释功能的高分子聚合物材料。该类高分子聚合物材料同时具有快速、高效、广谱的杀菌和微量元素缓释功能，适用于纯净水的消毒和微量元素的补充。【专利说明】
本专利技术属于高分子聚合物材料
，具体涉及，更具体地说是一类同时载有金属离子和碘的高分子聚合物。
技术介绍
水污染和人口增长所导致的清洁饮用水缺乏是世界上许多国家所面临的头号挑战。在中国国内，随着经济的快速发展和工业化进程的不断加快，工业废水、城乡生活污水排放量和农药、化肥用量都急剧增加，而同时大部分地区的污水处理能力相对滞后，这导致许多地方的饮用水源受到污染，水中有机物，重金属和微生物污染严重超标。这些受到严重污染的原水即使经过自来水厂的处理也很难达到健康饮用水的标准。这就是为什么自上世纪八九十年代起在世界范围内掀起了一场饮用水的革命，饮用水的二次净化作为一个新型的朝阳产业被逐步培育起来并得到非常迅速的发展。饮用水的二次净化是使用符合生活饮用水卫生标准的水为原水，采用蒸馏法、离子交换法、活性炭吸附法和膜过滤法等除去水中的矿物质、有机成分、有害杂质及微生物等。在膜过滤法中，反渗透膜(R O)过滤技术得到了广泛应用。目前，反渗透纯水机正逐渐成为现代家用净水产品的主流，它采用的是反渗透过滤技术，核心元件是反渗透膜，只有水分子才能透过反渗透膜并保留下来供饮用；细菌、病毒、水垢、重金属离子、有机污染物质、以及溶解性的盐离子均不能透过膜，而是成为浓缩水排出。反渗透纯水机保证了出水水质的安全可靠，并且不存在水源污染的问题。但是，通过反渗透技术来净化原水，在去除水中有害杂质的同时，也去除了几乎所有对人体有益的微量元素和矿物质。这种水口感很差，不仅不能对人体补充有益的微量元素和矿物`质，而且因其具有极强的溶解各种微量元素、化合物、营养物质的能力，饮用后将迅速溶解体内的微量元素，并排出体外，使体内物质失去平衡，若不及时加以补充可能致病。另外，反渗透纯水机的储水桶在使用一段时间后会出现微生物的二次污染问题，从而使得从储水桶出来的水中的微生物可能超标。因此，为了使反渗透纯水机的出水能够更加符合人们健康饮用水的要求，对储水桶的水进行微量元素补充和消毒显得很有必要。美国专利US561162采用大孔交联聚苯乙烯树脂作原料，通过傅克反应、成环反应以及卤代反应获得大孔交联的聚和聚球状树脂以及它们的单卤化碱金属盐和质子化衍生物。该类杀菌消毒球状树脂非常适用于滤水器的消毒应用，但在它们的制备过程中会产生大量的有机废液和含氰废水，这就使得该类杀菌消毒树脂的生产成本很高，而且规模化生产面临着很大的环保压力。考虑到这些不利因素以后，美国专利US7687072B2采用氯甲基化的大孔交联聚苯乙烯树脂作原料，通过在二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中和5，5-二甲基海因等卤胺前置体反应制备卤胺聚合物前置体，然后通过和次氯酸钠及次溴酸钠等卤化试剂反应制备水不溶性杂环齒胺高分子杀菌消毒树脂材料如1-氯-5，5- 二甲基-3-(对乙烯基苯基亚甲基)海因聚合物和1-溴_5，5- 二甲基-3-(对乙烯基苯基亚甲基)海因聚合物。该类产品的合成路线简单，产品后处理方便，但其有效氯或有效溴含量低于采用美国专利US561162所述方法制备的杀菌消毒球状树脂的有效氯或有效溴含量。以上专利技术生产的树脂材料仅仅具有消毒功能，没有微量元素缓释功能。为了更加经济有效地对反渗透纯水机储水桶的水进行微量元素补充和消毒，我们认为开发能够具有同时消毒和微量元素缓释功能的高分子树脂材料很有价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有饮用水净化过程中，特别是反渗透膜法净化水过程中存在的一些问题，提供一类化学结构新颖、消毒高效快速、同时具有微量元素缓释功能、合成路线简单的高分子树脂材料及其技术。本专利技术的构思是这样的:非水溶性的季铵盐高分子材料是一类带有正电荷的非氧化型杀菌剂，其杀菌功效温和，不适合于水流经过滤柱时的快速消毒，但其季铵盐官能团能有效固载13_而形成高效杀菌剂；海因是一类含有酰胺和亚酰胺官能团的五元杂环化合物，其亚酰胺官能团能够有效固载金属离子。如果通过独特的分子结构设计，使得高分子聚合物单体结构上同时含有季铵盐官能团和海因官能团，充分利用它们各自的独特理化性质，就有可能合成能够同时固载I3-和金属离子的新一代高分子聚合物材料，这种同时载有13_和对人体有益的金属离子的高分子聚合物材料将能够有效解决反渗透膜法净化饮用水过程中产生的微生物二次污染、水中人体必需的微量元素的缺乏和水的口感差等问题。目前，还没有这方面的报道。为此，本专利技术采用可以卤甲基化的高分子聚合物为载体，通过和含有叔胺官能团的海因反应生成含有季铵化海因官能团的高分子聚合物，通过海因环上的亚酰胺基团上的氢和金属离子的交换反应使得金属离子被固载到高分子聚合物上，最后通过季铵盐官能团固载I3-获得具有抗菌和微量元素缓释功能的高分子聚合物材料。该类具有抗菌和微量元素缓释功能的高分子聚合物材料由高分子聚合物载体和载有I3-和金属离子的季铵化海因官能团所组成，其结构式如下:`【权利要求】1.一种具有抗菌和微量元素缓释功能的高分子聚合物材料，其特征在于，具有以下结构: 2.按照权利要求1所述的杀菌聚合物，其特征在于，所述的可以卤甲基化的聚合物P包括但不限于聚苯乙烯、聚苯乙烯树脂和苯乙烯与二乙烯苯共聚得到的凝胶型或大孔型树脂。3.按照权利要求1所述的杀菌聚合物，其特征在于所述的海因或海因衍生物基团R包括乙内酰脲基团，其化学结构特征如下: 4.权利要求1所述的具有抗菌和微量元素缓释功能的高分子聚合物材料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤: 1)1-羟甲基化海因的叔胺化反应: 将1-羟甲基化海因和仲胺按1:1~3的摩尔比加入到有机溶剂或水溶液中，在0°C~80°C反应I至48小时，减压蒸馏除去未反应的仲胺以及溶剂，获得叔胺化的海因； 2)含有季铵化海因官能团的高分子聚合物的制备: 将氯甲基化、溴甲基化或碘甲基化的聚合物P-CH2Y (Y=Cl、Br、I)和叔胺化的海因加入到有机溶剂或水中，在10°C~100°C反应2至48小时，过滤洗涤后获得含有季铵化海因官能团的高分子聚合物，100°C以下烘干； 3)金属离子固载到含有季铵化海因官能团的高分子聚合物上: 将含有季铵化海因官能团的高分子聚合物加入到碱溶液中，在室温下搅拌10分钟至10小时，过滤洗涤后加入到金属离子溶液，在室温下搅拌10分钟至10小时，过滤洗涤后在80°C下干燥至恒重，获得载有金属离子的含有季铵化海因官能团的高分子聚合物；4)If固载到载有金属离子的含有季铵化海因官能团的高分子聚合物上: 将载有金属离子的含有季铵化海因官能团的高分子聚合物加入到I3-溶液，在室温下搅拌10分钟至10小时，过滤洗涤后在室温下干燥至恒重，获得载有金属离子和13_的含有季铵化海因官能团的高分子聚合物，即具有抗菌和微量元素缓释功能的高分子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有抗菌和微量元素缓释功能的高分子聚合物材料，其特征在于，具有以下结构：其中P为可以卤甲基化的高分子聚合物；R1和R2为C1－C20烷基或烯烃基团、C1－C8卤代烷基或卤代烯烃基团、C1－C8羟基烷基，或R1、R2联合为C3‑C7环烷基或环烯烃基团；R为海因或海因衍生物基团，n为0～8的整数；m为每克高分子聚合物中带有季铵盐官能团的海因或海因衍生物的毫摩尔数；Y为Cl、Br、I、OH，k为每克高分子聚合物中未和含有叔胺官能团的海因或海因衍生物反应的卤甲基及其水解生成的羟基甲基的毫摩尔数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁杰，揭志强，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31