[科普中国]-卡松防腐剂

概述

卡松是由美国 Rohmand&Hass 公司生产的一系列异噻唑啉酮类化合物，又名克菌强。卡松是2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮( MI) 和 2-甲基-5-氯-4-异噻唑啉-3-酮( CMI) 及无机盐稳定剂的混合物，通常CMI∶MI = 3∶1。1卡松是一种优良的杀菌剂，普遍使用于化妆品成品、洗发水和护发素中，是抑制微生物生长的一种防腐剂。本品系国际上公认的安全、高效、广谱性防腐剂，不含任何重金属，能有效的抑制和灭除菌类和各种微生物，防腐效果显著，在150ppm浓度下可完全抑制细菌生长，在125ppm浓度下，可完全抑制酵母菌和霉菌生长。

卡松是由两种活性组分：2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮（MIT）和5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮（CMIT）组成的混合物，是一种高效的广谱抑菌剂。卡松具有很强的生物活性，既能抑菌，又能杀菌，可以解决因菌类感染而引起的产品发酵、发霉、变质、细菌超标等问题，而且由于其对粘液有穿透作用，不仅能应用于化妆品、洗涤剂，还可用于工业杀菌环水、机床冷却液、油漆等，是用途极为广泛的一类环保型“绿色产品”杀菌剂，是一种值得大力开发的产品、具有较高的附加值。

异噻唑啉酮类化合物是一种新型、广谱、高效的非氧化性杀菌剂，是目前性价比最具优势的防腐杀菌剂之一，其对酵母菌、真菌、革兰氏菌、异氧菌、藻类等具有较好的抑制效果，目前广泛应用于纺织、造纸、炼油、化妆品、清洗剂及油田注水、污水处理等领域的杀菌防腐处理。2

性质纯品卡松为无色的透明液体，工业用的卡松通常为水溶液，由于杂质的不同外观为淡黄色至琥珀色，气味温和，相对密度（20/4）1.19，粘度（23）5.0 MPa.s，凝固点-18~21.5℃，pH3.5~5.0，它易溶于水，低碳醇和乙二醇。最佳使用 pH 值为 4-8，pH>8 时稳定性下降，在室温下贮存一年或者 50℃时贮存半年，活性下降很少，高温贮存活性下降，它可与阴离子、阳离子、非离子和各种离子型的乳化剂、蛋白质配伍。[31]

卡松的抗菌机理由于分子中含有 N-S 键，因此，卡松是通过断开细菌和藻类蛋白质的键而起杀菌作用，与微生物接触后，就能迅速地抑制其生长，这种抑制过程是不可逆的，从而导致微生物细胞的死亡。在细胞死亡之前，经卡松处理过的微生物不能再合成酶和分泌有粘附性的生物膜的物质，通过穿透粘附在冷水系统设备表面上的生物膜，对生物膜下面的微生物进行有效的控制。3

卡松作为异噻唑啉酮类衍生物，其与各种菌类的作用关系已有广泛的研究。作为杂环类化合物，其杀菌机理主要是非氧化型杀菌作用，靠杂环上的活性部分与细菌体内蛋白质中 DNA 的碱基形成氢键，吸附在细菌的细胞上，从而破坏细胞内 DNA 的结构使之失去复制能力，导致细胞死亡。Morley J.O.等通过对电子结构特性的研究，进一步证明了此杀菌机理。4

卡松的抗菌特点卡松的杀菌性能具有广谱性5，能杀死藻类、真菌、细菌，同时对粘液有穿透作用，使得经卡松处理过的微生物，在细胞死亡前不能合成酶和分泌有粘附性及生成生物膜的物质，杀菌较为彻底；卡松在低浓度下同样有效，一般有效浓度在0.5mg/L时，就能很好地控制细菌的生长，这是其他药剂所无法比拟的；混溶性好，在一般作用浓度下卡松能与氯、缓蚀剂、阻垢分散剂和大多数阴离子、阳离子和非离子表面活性剂等达到物理的相容，如将布罗波尔与卡松相互配合使用，二者的比例为1~16：1，产品具有增效和光谱的杀菌作用；卡松能有效地组织粘泥的形成，其可以很容易地穿过粘泥表层，从而有效地杀灭粘泥中的微生物，当该药剂投入一个清洁系统时能有效的阻止粘泥层的生长；对环境无害，该药剂在水溶液中降解速度快，在被稀释到使用浓度之下时，能自然降解为无毒物质，不导致环境的污染；对pH值适用范围广，甚至在碱性系统中仍能保持较高的稳定性，一般pH值在5.5-9.5范围内均能适用；低毒，投药间隔时间长，并由于其无表面活性，该药剂使用过程中不产生泡沫。

稳定剂的研究1、无机稳定剂

可作为卡松无机稳定剂的物质主要有金属亚硝酸盐或硝酸盐以及金属盐配合物。其中关于金属亚硝酸盐或硝酸盐稳定剂报道较多。金属盐配合物可增加卡松溶液的热稳定性，同时保持其生物活性，当选用柠檬酸铜钠作为稳定剂时，柠檬酸铜钠本身还具有杀灭作用。

2、有机稳定剂

有机稳定剂又分为羰基类化合物、含卤有机化合物及其他有机稳定剂。

应用用作工业杀菌剂卡松对革兰氏阳性菌和阴性菌均表现出很高的杀菌活性，对链球菌、酵母菌具有良好的抑制作用。其广泛用于化妆品，个人护理品、涂料、水性高聚物、金属切割液、胶粘剂、油墨、染料、石蜡液、木材、制革、水处理、工业循环水、游泳池水处理、制浆造纸等行业的杀菌防腐。卡松产品主要用于化妆品防腐，由于毒性低、抗菌作用范围广、效果强以及与化妆品原料配伍性能好，且能溶解于水，使用方便，因此可直接加入到化妆品中使用。卡松在国内目前主要用作工业杀菌防腐剂，应用在工业敞开式循环系统、空气洗涤器、酿造厂、油田注水、合成纤维油剂、造纸等工业，此方面的研究及专利已有大量报道并已投入生产，且国内产品已达国际水平。6

用作海洋防污剂美国 Rohm&Haas 公司于 20 世纪 90 年代初首先将卡松的衍生物 4，5-二氯-2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮（DCOI）开发成功并以 Sea-Nine 211 为商标投放市场，相关的研究证明：DCOI 是一种环保型海洋防污剂，在 1996 年赢得 PresidentialGreen Ghemistry Challenge 奖，1997 年获化工环境优胜奖，其价值得到承认，被称为绿色防污剂。满足了因有机锡，氧化亚铜类抗污剂禁用所面临的挑战，得到现阶段化学家的广泛认可。6

其他方面的应用卡松还广泛应用于照相用化学增感剂、室内空气清新剂、录音磁带原料及植物生长调节素等。

优势它具有高效、广谱的杀菌性能，配伍性好，能在较大的 pH 值范围内保持活性，添加量小，起效快，杀菌力强，使用方便，价格低廉。更重要的是卡松一类杀菌剂为环保型“绿色产品”，所以在发达国家已得到广泛的应用。卡松具有很强的生物活性，既能抑菌，又能杀菌，可以解决因菌类感染而引起的产品发酵、发霉、变质、细菌超标等问题，不仅能应用于化妆品、洗涤剂，还可用于工业杀菌环水、机床冷却液、油漆、造纸、日化、涂料、化妆品、石油等行业及油田注水、污水处理等很多工程及行业中。国际上主要将其应用于化装品的杀菌防霉，多见于洗面奶、发型固定调理剂、洗涤香波等，其商品名为 Kathon CG。7

合成卡松的合成反应主要有三步，首先由丙烯酸甲酯与碳酸氢钠及多硫化钠反应生成二硫代二丙酸二甲酯，随后二硫代二丙酸二甲酯与甲胺反应生成 N,N'-二甲基二硫代二丙酰胺，最后 N,N'-二甲基二硫代二丙酰胺在二氯乙烷作溶剂的条件下与氯化硫酰反应生成 MIT 与 CMIT 的混合物即卡松。

高品质色淡如水的异噻唑啉酮类杀菌剂可通过以下方法实现：

①选用纯度高的酰胺( N，N’-二甲基二硫代二丙酰胺) ，减少亚硝酸胺类的生成； ②合理的加入卤化剂，控制环化温度在 5 ～20 ℃； ③采用离心和抽滤相结合的方法同时洗涤滤饼，减少溶剂及盐酸、胺类杂质残留；④真空干燥后的异噻唑啉酮盐酸盐应及时调配成液体储存；⑤自制硝酸镁保护液时应注意 pH 值调节和足够长的澄清时间，沉淀除去铁离子和重金属离子；⑥pH 值调节剂要选低铁及其它发色金属离子含量低的品种，其中的铁质可通过物理和化学方法除去。1

质量标准

|| ||

使用标准1、普通日用化妆品用量为0.2－0.3‰

2、高档化妆品用量为0.3－0.5‰

3、洗涤用品用量为0.5－1.0‰

鉴定一般采用高效液相色谱法和气相色谱法鉴定。

为了确认未知样品为卡松防腐剂及其纯度,本实验采用Millennium2010软件中矢量计算法来比较卡松防腐剂中2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮和2-甲基-5-氯-4-异噻唑啉-3-酮两个组分的光谱差异,即用全波长对色谱峰进行扫描,也就是对色谱图每一点(或者说任意时刻)进行扫描时,其紫外光谱都可得到一个矢量方向的角度,从而得到一个多维空间角度,称为纯度角。纯度角反映色谱峰的单一性(即色谱峰的纯度),纯度角的范围由0°至90°,数值越低表明色谱峰纯度越高,反之则表明该峰纯度越低,在纯度匹配图中，纯度曲线与色谱峰相交处表示该保留时间前后的光谱图与色谱峰峰尖处光谱有较大差异,纯度角较大,可能有不纯物存在。纯度角通过对色谱峰每个点的每个波长进行计算,可以定量地得到光谱差异结果(实际计算是一个复杂的公式,由Millennium2101色谱管理系统及996软件自动完成),然后对各个光谱图加以比较。8

依据光谱对照原理再通过所建立的标样数据库检索,使得对卡松防腐剂的测定和质量分析变得简便而可靠。

安全防护卡松防腐剂为二类腐蚀品，操作时应注意安全防护，避免与皮肤黏膜接触，一旦接触用立即流动清水反复冲洗。