新型陽離子季銨鹽消毒殺菌劑及其應用

一" "消毒殺菌劑概述及其市場情況

消毒殺菌劑是指用于殺滅傳播媒介上病原微生物，使其達到無害化要求的制劑，不同于抗生素，它在防病中的主要作用是將病原微生物消滅于人體之外，切斷傳染病的傳播途徑，達到控制傳染病的目的。消毒殺菌劑分為：高效、中效和低效消毒殺菌劑，高效消毒殺菌劑可殺滅一切細菌繁殖體（含細菌芽孢）、病毒、真菌及其孢子等，主要有戊二醛屬、過氧乙酸屬、過氧化氫屬、二氧化氯屬、過氧化氫銀離子消毒劑、二溴海因等；中效消毒殺菌劑可殺滅分枝桿菌、真菌、病毒、及細菌繁殖體等微生物，包括碘類消毒劑、復合碘（聚維酮碘）、乙醇（酒精）、雙鏈季銨鹽等；低效消毒殺菌劑僅可殺滅細菌繁殖體和親脂病毒，包括胍類消毒劑、單鏈季銨鹽類消毒劑等。

消毒殺菌劑在我國主要應用于農業、醫療、工業、畜牧業以及公共設施等領域，消毒劑占比較多的分別是含氯類、醇類、醛類、酚類、碘類，季銨鹽類未單獨統計列出（見圖1），但由于季銨鹽類消毒殺菌劑的廣譜高效且低毒、低刺激等優點，正在成為一類增長迅速的消毒殺菌劑品種。

2017—2022年中國消毒劑行業市場規模及增速情況見圖2，2019年受整個化工行業下行影響，消毒劑市場規模增速有所放緩；2020年，由于新型冠狀病毒肺炎疫情影響，消毒劑產值增長率提升顯著；2022年我國消毒劑市場規模達到152.4億元。2020年初美國國家環境保護局EPA發布了能有效殺滅SARS-Cov-2的消毒產品清單（ListN），季銨鹽類消毒劑占到40%以上，而國內季銨鹽的應用不足10%。季銨鹽類消毒相比次氯酸、過氧化物以及醇類消毒劑，有它獨特的優勢：使用濃度下無毒無刺激，性質穩定不揮發，不易燃易爆，以及長效殺菌的作用。

二" "季銨鹽消毒殺菌劑的發展歷程和殺菌機理

早在20世紀30、40年代，季銨鹽作為殺菌劑開始逐漸引起人們的關注，發展至今，共衍生了七代產品，見圖4：第一代為單鏈季銨鹽殺菌劑，如最常見的苯扎氯銨（1227）、十二烷基三甲基氯化銨（1231）等，已有近百年的歷史，很多細菌、病毒已產生耐藥性，致使其用量不斷增加；第二代是在第一代的基礎上，苯環上的氫被烷基或氯所取代，但此類殺菌劑并未大量使用，第三代是第一代和第二代的復配產品；前三代季銨鹽均為單長鏈季銨鹽，屬于低效消毒劑；第四代季銨鹽就是俗稱為百毒殺的雙烷基二甲基氯化銨，這類季銨鹽的出現，結束了季銨鹽殺菌劑只有低效消毒劑的歷史，是一類中效消毒劑；第五代是第一代與第四代的復配產品，具有強的協同增效作用，殺菌效果比前四代提高4～10倍；第六代，是低聚和高聚季銨鹽類殺菌劑，包括：雙子季銨鹽、三聚季銨鹽及高聚季銨鹽等；第七代的季銨鹽類殺菌劑以復合季銨鹽消毒劑為主。

季銨鹽殺菌劑的殺菌機理：季銨鹽的陽離子頭基通過靜電力、氫鍵力以及表面活性劑分子與蛋白質分子間的疏水結合等作用，吸附在帶負電的細菌體上，聚集在細胞壁，產生室阻效應，導致細菌生長受抑而死亡；同時其憎水烷基還能進入細胞磷脂雙分子層的疏水部分，改變膜的通透性，繼而發生溶胞作用，破壞細胞結構，引起細胞的溶解和死亡，如圖5所示。由于包膜類病毒如禽流感、冠狀病毒等，都具有膜結構，因此相同的作用機理也可以發生在這些病毒身上，所以季銨鹽可以對包膜類病毒有很好的殺滅效果。

三" "季銨鹽消毒殺菌劑新產品開發及應用

季銨鹽作為消毒殺菌劑應用已有近百年歷史，由于其低濃度有效、副作用小、無色、無氣味、低毒安全，被廣泛用作外科手術和醫療器械的殺菌消毒劑，工業循環水處理的殺菌滅藻劑，油田水回注的處理劑，林業和建筑行業的防腐劑，家庭個人、公共衛生和硬表面的洗滌消毒劑，家畜的消毒洗凈劑，肉類、蛋類和其他食品加工設備的洗凈殺菌劑，以及用于配制具有殺菌功能的洗衣液、洗手液等洗滌產品。但一些季銨鹽類消毒殺菌劑由于長期使用，細菌、病毒產生耐藥性，導致其使用量不斷提高，增加成本的同時也給環境帶來負擔，因此研究人員通過改變疏水基、親水基以及反離子的結構，衍生出很多新型的季銨鹽品種，并通過不同殺菌劑的復配增效來提高殺菌效果和避免細菌產生耐藥性。

（1）新型有機反離子季銨鹽（第四代季銨鹽殺菌劑的升級產品）

此類季銨鹽不含氯、溴等鹵素離子，對不銹鋼無腐蝕性，屬于有機反離子季銨鹽產品。對人體低刺激或無刺激，具有比第四代季銨鹽殺菌劑雙癸基二甲基氯化銨（D1021）更好的表面活性和更優異的殺菌抑菌性能，且細菌無耐藥性，是第四代季銨鹽殺菌劑的升級產品，其與第四代季銨鹽殺菌劑的殺菌性能比較數據見表1所示。有機反離子季銨鹽DEFQ和DEAQ在10 ppm的濃度下對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的殺菌率可達99.9%以上，而D1021在10ppm的濃度下對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的殺菌率只有90%。

（2）含羥乙基/羥丙基季銨鹽（第四代季銨鹽殺菌劑的升級產品）

羥乙基/羥丙基季銨鹽（雙癸基甲基羥乙基/羥丙基氯化銨DEQ/DPQ），是第四代季銨鹽殺菌劑雙癸基二甲基氯化銨分子結構中的一個甲基被羥乙基/羥丙基取代得到。該產品具有更好的水溶性、耐酸堿性，復配性能更佳。具有優異的殺/抑菌性能，且細菌無耐藥性，是一種廣譜抗菌類季銨鹽，其抑菌性能數據見表2：DEQ在20 ppm的濃度下對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率大于99.99%，DPQ在10 ppm的濃度下對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率大于99.99%。

該類季銨鹽與雙癸基二甲基氯化銨、苯扎氯銨具有協同增效作用，復配使用殺菌效果可明顯提升。可用于環境、物體表面消殺、殺菌型洗滌產品中，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的殺滅率達到99.999%以上。

（3）雙子季銨鹽（第六代季銨鹽殺菌劑）

雙子季銨鹽是通過一個連接基將兩個單一季銨鹽分子在其親水頭基或接近親水頭基處連接在一起而成的一類季銨鹽殺菌劑（見圖6），是較新的第六代季銨鹽殺菌劑。由于1個分子中有2個季銨正離子，其正電荷密度增加，更有利于殺菌劑分子在細菌細胞表面的吸附，從而改變細胞壁的滲透性，比典型的單季銨鹽有更強的抗細菌活性，且幾乎不受溫度和pH值的影響。我們開發了一類易生物降解的雙子季銨鹽殺菌劑，其7天初級生物降解率＞95%。對人體無毒無刺激、無腐蝕性，具有廣譜抗菌性能，是一類可生物降解的綠色雙子季銨鹽殺菌劑產品。其抑菌性能數據見表3。在10 ppm的濃度下對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和綠膿桿菌的抑菌率均大于99.99%，在20 ppm的濃度下對白色念球菌的抑菌率大于99.9%。

（4）聚季銨鹽（第六代季銨鹽殺菌劑）

聚季銨鹽類殺菌劑是通過將帶有殺菌活性官能團的單體聚合，或是通過在高分子聚合物基體上接枝具有殺菌功能的小分子而獲得的，可分為水溶性和水不溶性聚季銨鹽殺菌劑，與普通季銨鹽相比，延長了抗菌劑的作用時效，減少了對環境的污染，同時還具有絮凝、緩蝕等作用。避免了在使用過程中的毒性、余毒、刺激性及使用安全性等問題，是一類具有很好前景的消毒殺菌劑。

（5）雜環類季銨鹽殺菌劑

含嗎啉環的季銨鹽，該類季銨鹽具有抗菌和除異味的功效，通過配位中和有異味的有機分子，從而達到驅除異味的效果。在家居護理方面，可用于地毯除味劑，家庭、酒店和汽車的除味劑，廚房和浴室硬表面除味劑，垃圾箱除味劑，衣物的除味劑（可添加在洗衣產品中），寵物護理產品中。在工業方面，可用于下水道異味控制，食品加工廠味道控制，公共廁所及垃圾裝填廠的異味控制。含吡啶環的季銨鹽，如西吡氯銨就是一類吡啶環的季銨鹽，它們也具有一些比烷基季銨鹽更獨特的性質。

四" "季銨鹽殺菌劑在濕巾類產品中的應用

隨著我們生活水平的提高，日常清潔消毒意識的增強，對消殺產品的需求也從粗放型向精致型發展，市場上也相繼出現多種多樣的抗抑菌產品，其中濕巾類產品就是一類深受消費者喜愛的產品。目前季銨鹽類消毒殺菌劑在各種濕巾產品中都有應用，不僅是在專門的消毒濕巾中，在濕廁紙、嬰幼兒用的衛生濕巾、寵物用濕巾產品中都有應用。最常用的季銨鹽有第一代季銨鹽殺菌劑苯扎氯銨（1227）；含雜環的季銨鹽，西吡氯銨（氯化十六烷基吡啶），是一種能殺死細菌和其他微生物的消毒防腐劑；第四代季銨鹽，雙辛/癸基二甲基氯化銨。

將幾種新型的季銨鹽殺菌劑應用于濕廁紙配方中，配方液的抑菌數據見表4，從表中的數據可以看出，這幾種新型季銨鹽濃度在非常低的時候，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率均可達100%，而同樣濃度的苯扎氯銨的抑菌性能稍弱。

同樣的，將幾種新型的季銨鹽殺菌劑應用于消毒衛生濕巾配方液中，配方液的抑菌數據見表5，從表中的數據可以看出，這幾種新型季銨鹽濃度在非常低的時候，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率均可達100%，而同樣濃度的苯扎氯銨和西吡氯銨的抑菌性能稍弱。

季銨鹽可作為有效的消毒殺菌劑應用在濕巾用液配方中；新型的季銨鹽類消毒劑，有機反離子季銨鹽DEFQ、易生物降解雙子季銨鹽GC-B和羥乙基季銨鹽DEQ在濕巾配方中具有比苯扎氯銨等單鏈消毒劑更強的抗菌活性；這些季銨鹽在使用濃度下對人體和環境無毒、無刺激，且具有長效殺菌性能，在濕巾產品中具有很好的應用前景。

結語

經過近一個世紀的發展，季銨鹽類消毒殺菌劑已成為一個重要的品類，未來的發展方向為：開發應用譜廣、高效低毒、適用范圍廣并對環境安全的新型結構季銨鹽消殺產品；加強復合配方技術的開發，使不同成分能發揮協同增效和互補滅菌作用，克服單一組分的殺菌弱點，同時降低成本；加強老藥劑新用及復配型殺菌機理的研究，指導新產品開發。

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