Page 22 - 《精细化工》2021年第5期

·876· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

盐类、卤代胺类、胍类以及壳聚糖类天然高分子
等 [18] ，主要通过有机物中的阳离子固定机理和细胞
内部损坏机理实现高效抗菌 [19] 。超疏水抗菌表面
的制备是通过将低表面能材料与有机抗菌剂物理共
混或对抗菌剂进行化学改性实现，改性后材料的
表面能低，用于基材表面可以有效地阻止细菌等微
生物的黏附，赋予表面自去污性及抗菌性 [20] 。使
用较多的低表面能材料包含有机氟和有机硅两大
系列 [21-22] 。
2.1 含有机氟超疏水抗菌表面

氟原子具有强电负性，C—F 键能较强，为 图 4 聚合物胶体粒子的原料结构和合成路线 [28]
497 kJ/mol，含氟有机物具有较低的表面能和表面张 Fig. 4 Raw material structure and synthetic route of polymer
colloidal particles [28]
力。将氟元素引入抗菌材料中不仅能降低细菌在材
料表面的黏附，而且氟元素会协同抗菌基团向材料 2.2 含有机硅超疏水抗菌表面
表面迁移，表现出高效的抗菌性能。 有机硅是一种低临界表面张力的材料，其 Si—
全氟烷基化合物的表面自由能最低，常与季铵 O 骨架具有低表面能和低弹性模量，将有机硅引入
盐类抗菌剂结合制备超疏水抗菌材料 [23-24] 。全氟烷 抗菌材料，使微生物难以牢固附着实现协同抗菌。
基季铵盐一端带有硅氧偶联基团，可以与基底表面 LIU 等 [29] 采用顺式四甲基环四硅酸钾对 3-(三甲氧
带有的羟基发生共价交联，另一端全氟烷基会协同 基硅基)丙十八烷基二甲基氯化铵进行处理，由于氮
抗菌基团向表面迁移，不仅能够降低细菌在表面的 正离子与有机硅的低表面能 Si—O 骨架的协同作
用，处理棉织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗
黏附，而且体现出更为高效的抗菌性能，如图 3 所
示。FU 等 [25] 设计合成了系列含有全氟烷基的季铵盐 菌率分别为 98.33%、99.52%。SONG 等 [30] 合成了
3,6-O-二叔丁基二甲基硅基壳聚糖，利用相分离法
类抗菌剂，发现带有全氟烷基（C 8 F 17 ）的季铵盐抗
制备了具有三层粗糙度的拒水薄膜，接触角达到
菌剂的最低抑菌质量浓度均仅为 7.8 mg/L，将这种
151.5°，该聚合物具有用于抗菌基质和其他生物医
含氟抗菌剂用于纺织品的处理中，有望获得具有抗
学应用的潜力。
菌及防水防油防污的纺织品。 聚二甲基硅氧烷（PDMS）以其优良的光学性

能、力学性能以及良好的疏水性成为制备超疏水材
料的热门材料之一 [31] 。MA 等 [32] 在聚酰亚胺纳米纤
维上引入具有抗微生物性能的植物鞣酸以产生粗糙
的分层结构，再涂覆 PDMS，获得了水接触角为
153.64°且对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌有优异抗

图 3 含氟季铵盐硅烷偶联剂在含羟基衬底表面上的应 菌活性的改性纤维。
用机理 与含氟化合物相比，有机硅化合物因环保无毒，
Fig. 3 Application mechanism of fluorine-containing 具有耐高低温、耐水和耐氧化降解等优点，因此受
quaternary ammonium salt silane coupling agent 到广泛关注，其逐渐取代有机氟材料用于制备超疏
on the surface of hydroxyl-containing substrate
水抗菌表面。
部分全氟烷基化合物的存在对人体健康和生态
环境具有较大的危害。其中，全氟辛酸及其盐、全 3 无机-有机超疏水抗菌表面
氟辛烷磺酸盐已被全球限制使用 [26-27] 。C 4 ~C 6 结构 通过无机粒子与有机物的优势互补和协同作
的短链氟碳化合物毒性比相应长链 C 8 全氟烷基化 用，能够集成超疏水、抗菌功能于基材表面。主要
合物小、安全性较好，已被开发使用。BI 等 [28] 以苯 通过两种方式实现，一是将抗菌性的纳米粒子与具
乙烯、长链季铵盐和 1H,1H,7H-甲基丙烯酸全氟庚 有低表面能的有机物物理共混或被有机物进行表面
酯为原料，采用乳液聚合法合成了纳米胶体颗粒， 化学改性以实现表面双功能；二是基于无抗菌性的
如图 4 所示，该高疏水膜的抗菌率和黏附抑制率均 纳米粒子提高表面的粗糙程度，进而对其进行疏水
达到 99.9%以上。 化或抗菌化改性，利用纳米粒子表面存在大量活性