BENZALKONIUM CHLORIDE và ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP và đời SỐNG

TỔNG QUAN VỀ CHẤT HOẠT ĐỘNG BỀ MẶT

Định nghĩa

Chất hoạt động bề mặt là hợp chất giúp giảm sức căng bề mặt giữa các chất lỏng, khí và rắn Chúng có vai trò quan trọng như chất tẩy rửa, chất làm ướt, chất nhũ hóa, chất tạo bọt và chất phân tán Cấu trúc của phân tử chất hoạt động bề mặt bao gồm hai phần chính: đầu kỵ nước (Hydrophob) và đầu ưa nước (Hydrophil), và tính chất hoạt động của chúng phụ thuộc vào sự tương tác giữa hai phần này.

– Đầu kỵ nước phải đủ dài, mạch Carbon từ 8 – 21, ankyl thuộc mạch ankal, anken mạch thẳng hay có gắn vòng cyloankal hoặc vòng benzene

– Đầu ưa nước phải là một nhóm phân cực mạnh như cacboxyl (COO-), hydroxyl (-OH), amin (-NH 2 ), sulfat (-OSO 3 )

Chất hoạt động bề mặt giúp giảm sức căng bề mặt của chất lỏng bằng cách tác động tại bề mặt tiếp xúc giữa hai chất lỏng Khi có nhiều hơn hai chất lỏng không hòa tan, chất hoạt động bề mặt sẽ tăng diện tích tiếp xúc giữa các chất lỏng này.

Các tính chất cơ bản

Tính thấm ướt là yếu tố quan trọng giúp vật cần giặt rửa và các vết bẩn tiếp xúc dễ dàng với nước Vải sợi có khả năng thấm ướt tốt, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình làm sạch hiệu quả.

Hình 1.1 Cấu tạo chất hoạt động bề mặt

Nước khó thấm sâu vào cấu trúc vải vì sức căng bề mặt lớn, đặc biệt khi vải bị bẩn bởi dầu mỡ Do đó, việc sử dụng xà phòng giúp giảm sức căng bề mặt của nước và vải, từ đó cải thiện khả năng thấm nước.

Bọt được hình thành khi khí được phân tán trong môi trường lỏng, làm tăng bề mặt của dung dịch chất tẩy rửa Khả năng tạo bọt và độ bền của bọt phụ thuộc vào cấu trúc của chất tẩy rửa, nồng độ, nhiệt độ, độ pH và hàm lượng ion Ca2+ và Mg2+ trong dung dịch.

Tính hòa tan phụ thuộc vào các yếu tố:

– Bản chất và vị trí của nhóm ưa nước Nhóm ưa nước ở đầu mạch dễ hòa tan hơn nhóm ở giữa mạch

– Chiều dài của mạch Hydrocacbon Nhóm kỵ nước mạch thẳng dễ hòa tan hơn mạch nhánh

– Bản chất của ion kim loại: với ion Na + , K + dễ hòa tan hơn các ion Ca 2+ , Mg 2+

1.2.4 Khả năng hoạt động bề mặt

Nước có sức căng bề mặt lớn, nhưng khi xà phòng được hòa tan vào nước, sức căng bề mặt này giảm đáng kể Sự hình thành một lớp hấp thụ định hướng trên bề mặt diễn ra, với nhóm ưa nước hướng vào nước và nhóm kỵ nước hướng ra ngoài Lớp hấp thụ này làm giảm sức căng bề mặt của nước bằng cách thay thế bề mặt nước – không khí bằng kỵ nước – không khí giữa các pha.

Nhũ tương là hệ phân tán không bền vững, vì vậy cần thêm chất nhũ hóa để tạo ra hệ bền vững Xà phòng thường được sử dụng làm chất ổn định nhũ tương, giúp giảm sức căng bề mặt giữa dầu và nước, từ đó dễ dàng ổn định hệ nhũ tương.

Khả năng hòa tan của các chất hoạt động bề mặt anion tăng theo nhiệt độ, với sự gia tăng đột ngột khi đạt đến điểm Kraft, nơi các micell có thể hòa tan Đối với các chất hoạt động bề mặt không chứa ion, độ tan phụ thuộc vào liên kết hydro trong nước với chuỗi polyoxyetylen, và năng lượng của liên kết này tăng lên khi nhiệt độ cao, dẫn đến sự mất nước và giảm độ tan Điểm đục là nhiệt độ mà tại đó các chất hoạt động bề mặt không chứa ion không còn hòa tan được.

1.2.7 Độ cân bằng ưa kị nước ( HLB )

Độ cân bằng ưa kị nước (HLB) là thông số quan trọng để xác định tính ưa và kị nước của chất hoạt hóa bề mặt, với giá trị dao động từ 0 đến 40 Giá trị HLB cao cho thấy hóa chất dễ hòa tan trong nước, trong khi giá trị HLB thấp cho thấy hóa chất dễ hòa tan trong các dung môi không phân cực như dầu.

– Từ 1 – 3: Chất hoạt động bề mặt có tính phá bọt

– Từ 4 – 9: Chất hoạt động bề mặt nhũ nước trong dầu

– Từ 9 – 11: Chất hoạt động bề mặt thấm ƣớt

– Từ 11 – 15: Chất hoạt động bề mặt nhũ dầu trong nước

– Trên 15: Chất hoạt động bề mặt khuếch tán, chất phân tán.

Phân loại các chất hoạt động bề mặt

Chất hoạt động bề mặt có thể được phân loại theo nhiều cách, nhưng phân loại theo cấu tạo hóa học là phương pháp hợp lý nhất Theo cách này, chất hoạt động bề mặt được chia thành hai loại chính: chất sinh ra ion và chất không sinh ra ion Trong nhóm chất sinh ra ion, có ba loại cụ thể: hoạt tính anion, hoạt tính cation và chất lưỡng tính.

1.3.1 Chất hoạt động bề mặt không sinh ion (NI)

Chất tẩy rửa không sinh ion, khi hòa tan trong nước, không phân ly thành ion và có khả năng hoạt động bề mặt thấp Chúng êm dịu với da, lấy dầu ít, đồng thời làm bền bọt và tạo nhũ tốt Ngoài ra, chất tẩy rửa này còn có khả năng phân giải sinh học và ít chịu ảnh hưởng từ môi trường.

Nước cứng và pH của môi trường có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng tạo phức với một số ion kim loại nặng trong nước Hiện nay, phương pháp phổ biến nhất để tổng hợp các chất hoạt động bề mặt không sinh ion là quá trình etoxy hóa từ rượu béo với oxyt etylen, với công thức chung là R-O-(CH2-CH2-O)nH Các rượu béo này thường có nguồn gốc thiên nhiên như dầu thực vật và mỡ động vật, thông qua phản ứng H2 hóa các axit béo tương ứng Ngoài ra, có thể tổng hợp rượu bằng cách cho olefin-1 phản ứng với H2SO4 rồi thủy phân để thu được rượu bậc 2 Trong thương mại, các sản phẩm này được biết đến với tên gọi như tecitol 15-s-7 và union caride 15-s-9 Chất hoạt động bề mặt không sinh ion được phân loại thành các dạng cơ bản khác nhau.

Copolimer có công thức chung HO-(OE) n -(OP) m -(OE) n -H hoặc HO-(OP) n -(OE) m -(EP) n -H, với tỷ số PO/OE biến đổi từ 4 - 1 đến 9 - 1 Trọng lượng phân tử thấp nhất là 2000 đvC, trong đó loại phổ biến nhất hiện nay là n = 2 và m = 30 Các copolimer này tạo bọt kém, thường được sử dụng trong các sản phẩm tẩy rửa cho máy như máy rửa chén và máy giặt, không gây hại cho môi trường và có độc tính yếu Tuy nhiên, cần sử dụng với liều lượng hạn chế do khả năng phân hủy sinh học chậm Các hợp chất như oxit amin, ankyl amin, rượu amit, polyglycerol ete, và polyglucosit (APG) có tính ổn định cao với các chất tẩy có clo, nước javel và chất oxy hóa Những hợp chất này thường được dùng làm tác nhân nền để tăng tính ổn định bọt, tạo độ sệt và ánh xà cừ cho sản phẩm, đồng thời dễ phân hủy sinh học.

1.3.2 Chất hoạt động bề mặt sinh ra ion

Chất hoạt động bề mặt anion

Chất hoạt động bề mặt anion là loại chất khi hòa tan trong nước sẽ phân ly ra ion hoạt động bề mặt âm, có kích thước lớn nhờ vào mạch hydrocacbon dài Đây là chất có khả năng hoạt động bề mặt mạnh nhất, đóng vai trò quan trọng trong quá trình tẩy rửa Nó có khả năng lấy dầu tốt và tạo bọt lớn, nhưng lại kém bền Chất này có thể bị thụ động hóa hoặc mất khả năng tẩy rửa khi gặp nước cứng, đặc biệt là nước cứng tạm thời và các ion kim loại.

5 loại nặng (Fe 3+ , Cu 2+ ) Chất hoạt động bề mặt anion rất đa dạng và từ rất lâu con người đã biết sử dụng trong công việc giặt giũ

Nó có thể chia làm hai loại chính:

Sản phẩm có nguồn gốc thiên nhiên được tạo ra từ phản ứng xà phòng hóa giữa các este axit béo và glycerin, bao gồm các loại dầu như dầu cọ, dầu dừa, dầu đậu nành, dầu lạc, dầu cao su, cũng như mỡ từ heo, cừu, bò, hải cẩu và cá voi.

– Có nguồn gốc từ dầu mỏ: Thông qua phản ứng ankyl hóa, sunfo hóa các dẫn xuất anlkyl, aryl, ankylbenzen sunfonic

Chất hoạt động bề mặt cation

Chất hoạt động bề mặt cation là những hợp chất khi hòa tan trong nước sẽ phân ly ra ion dương, thường là các dẫn xuất của muối amin bậc bốn của clo, với mạch hydrocacbon dài Chúng có khả năng tẩy dầu thấp, không tạo bọt và chủ yếu được sử dụng để làm bền bọt và tạo nhũ Mặc dù có tính chất dịu nhẹ với da, chất này có khả năng phân giải sinh học kém Hiện nay, clorua ditearyl diamin amoni bậc bốn được ưa chuộng hơn do khả năng phân giải sinh học tốt hơn Trong tương lai, thị trường dự kiến sẽ xuất hiện các cation dạng nhóm chức este có khả năng phân giải sinh học cao hơn, giảm nguy cơ gây dị ứng Chất này chủ yếu được sử dụng để triệt tiêu tĩnh điện cho tóc và vải sợi, nên lượng sử dụng rất ít.

Chất hoạt động bề mặt lƣỡng tính

Chất hoạt động bề mặt có tính chất cation hoặc anion tùy thuộc vào môi trường pH, với các nhóm lưỡng cực tích điện âm và dương như amin và este Chúng có hoạt tính bề mặt không cao, trở thành chất hoạt động bề mặt cation ở pH thấp và anionic ở pH cao Ngoài ra, chúng còn có khả năng phân hủy sinh học và thường được sử dụng với lượng khoảng 0,2% - 1% trong các sản phẩm tẩy rửa.

Trong nhóm chất hoạt động bề mặt lưỡng tính, dẫn xuất từ betain hiện đang được sử dụng phổ biến nhất Các dẫn xuất này bao gồm nhiều nhóm chính, trong đó có Ankylamino.

Propyl betain, đặc biệt khi R là gốc lauryl, có khả năng tẩy rửa hiệu quả và tạo bọt mạnh mẽ, đồng thời không gây khô da và rất dịu nhẹ cho da Hiện nay, propyl betain thường được sử dụng trong các sản phẩm như dầu gội, sữa tắm và nước rửa chén với tên gọi cocoamino propyl betain (CAPB).

TỔNG QUAN VỀ BENZALKONIUM CHLORIDE

Lịch sử chất Benzalkonium Chloride

Benzalkonium Chloride, được phát hiện vào năm 1935 bởi nhà khoa học Gerhard Domagk, đã nhanh chóng trở thành một chất khử trùng và sát trùng hiệu quả Chỉ sau mười hai năm, sản phẩm đầu tiên chứa Benzalkonium Chloride đã được đăng ký tại Hoa Kỳ Theo Viện Y tế Quốc gia (NIH), Benzalkonium Chloride được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm làm mềm vải, vệ sinh cá nhân và mỹ phẩm như dầu gội, dầu xả, kem dưỡng da, dung dịch nhỏ mắt và thuốc mũi Ngoài ra, chất này còn được ứng dụng trên nhiều bề mặt trong nhà và ngoài trời, cũng như trong nông nghiệp, máy tạo độ ẩm, bể chứa nước, sản phẩm hồ bơi và bảo quản gỗ.

Vào năm 2006, Văn phòng Chương trình Thuốc trừ sâu thuộc Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA) đã tiến hành một đánh giá rủi ro sơ bộ và quyết định xóa hợp chất Benzalkonium Chloride khỏi danh sách đăng ký bổ sung, nhấn mạnh rằng các sản phẩm chứa hợp chất này có thể được sử dụng như chất tẩy rửa, chất khử trùng và chất khử mùi trong nhà Sau đó, vào mùa hè cùng năm, EPA đã công bố kết luận cuối cùng, đồng ý với các phát hiện sơ bộ nhưng yêu cầu các công ty phải thực hiện “các biện pháp giảm thiểu rủi ro” thích hợp.

Định nghĩa

Benzalkonium Chloride là một chất hoạt động bề mặt cation, thuộc nhóm muối hữu cơ và được phân loại là hợp chất amoni bậc bốn Nó bao gồm hỗn hợp alkylbenzyldimetylammonium chlorides với các chuỗi ankyl có độ dài khác nhau Chất này được sử dụng rộng rãi như một chất khử trùng và chất bảo quản trong nhiều lĩnh vực, bao gồm chăm sóc cá nhân, chăm sóc sức khỏe, gia dụng, dược phẩm và các sản phẩm công nghiệp.

Tên thương mại

Benzalkonium Chloride, được biết đến với nhiều tên gọi thương mại khác nhau như alkylbenzyldimethylammonium chloride, alkyl dimethyl benzyl ammonium chloride, benzalkonii chloridum, BKC, Hyamine 3500, Pentonium và Zephiran, là một hợp chất quan trọng trong ngành dược phẩm và hóa chất, được công nhận theo Dược điển Anh, Nhật Bản, châu Âu và Mỹ.

Cấu trúc hóa học

Tên khoa học: Alkyldimethyl(phenylmethyl)ammonium chloride

Khối lƣợng phân tử trung bình: 360 đơn vị carbon

Theo Dược điển Mỹ USP32-NF 27, Benzalkonium Chloride là một hỗn hợp của các alkylbenzyldimethylammonium chlorides, có công thức chung là [C6H5CH2N(CH3)2R]Cl Trong đó, R là một hỗn hợp alkyl bao gồm các nhóm n-C8H17 và các mạch cao hơn như n-C12H25, n-C14H29 và n-C16H33.

Hình 2.1 Tá dƣợc Benzalkonium Chloride

Tính chất hóa lý

Benzalkonium Chloride là một chất bột vô định hình màu trắng hoặc vàng nhạt, có thể ở dạng gel đặc hoặc dạng vảy sền sệt Nó có tính hút ẩm, mùi thơm nhẹ và vị đắng rõ rệt Dung dịch 10% của chất này có độ pH dao động từ 5 đến 8.

Benzalkonium Chloride exhibits broad-spectrum antibacterial activity against various bacteria, fungi, and yeasts, demonstrating stronger efficacy against gram-positive bacteria compared to gram-negative ones Its antibacterial effectiveness is influenced by the alkyl group composition in its structure However, it is ineffective against certain bacteria such as Pseudomonas aeruginosa, Mycobacterium tuberculosis, and Trichophyton species The antibacterial activity can be significantly enhanced when combined with disodium edetate, benzyl alcohol, phenyl ethanol, or phenylpropanol Additionally, incorporating phenylmercuric acetate, phenylmercuric borate, chlorhexidine, cetrimide, or m-cresol can further boost its antibacterial properties Conversely, the presence of citrate or phosphate buffers (without borate) can diminish its effectiveness against Pseudomonas species.

Hình 2.2 Công thức hóa học của Benzalkonium Chloride

Benzalkonium Chloride có khả năng bị bất hoạt bởi vi khuẩn sinh bào tử và nấm mốc, nhưng vẫn duy trì hoạt tính chống lại một số virus, bao gồm cả HIV Hoạt tính kháng khuẩn của Benzalkonium Chloride phụ thuộc vào pH, trong đó mức pH càng cao thì hiệu quả kháng khuẩn càng tăng, với pH tối ưu thường nằm trong khoảng từ 4 đến 10.

Bảng 2.1 Nồng độ ức chế vi sinh vật của Benzalkonium với các vi khuẩn khác nhau

Vi sinh vật Nồng độ ức chế vi sinh vật (mcg/ ml)

Khối lƣợng riêng: xấp xỉ 0.98 g/ cm 3 tại 20 o C

Nhiệt độ nóng chảy: xấp xỉ 40 o C

Phổ hồng ngoại: có khả năng hấp thụ tia IR nên có phổ IR đặc trƣng với các đỉnh hấp thụ tại 1214, 1475, 1651, 1672, 1728, 1745, 1968, 2002, 2141, 2128, 2175,

Hệ số phân bố giữa octanol và nước tăng theo chiều dài của nhóm alkyl, với giá trị 9.98 cho mạch 12 carbon, 32.9 cho mạch 14 và 82.5 cho mạch 16 Về độ tan, hợp chất này không tan trong ether nhưng rất tan trong acetone, ethanol (95%), methanol, propanol và nước Dung dịch nước của Benzalkonium Chloride có khả năng tạo bọt khi lắc, sở hữu sức căng bề mặt thấp và có tính chất tẩy rửa cũng như nhũ hóa.

Tiêu chuẩn trong Dƣợc điển

Benzalkonium Chloride được quy định trong nhiều Dược điển như Dược điển Nhật, châu Âu và Mỹ, với các tiêu chí quan trọng về định tính, tính chất, độ acid/bazo, cảm quan dung dịch, hàm ẩm, cắn sau phân hủy, tro sulfate, phần không tan trong nước, amin tự do, tỷ lệ các thành phần gốc alkyl, phần trăm chất tan trong ether dầu hỏa, benzyl alcohol, benzal dehyd, và định lượng khi làm khô về tỷ lệ của các alkyl so với tổng các alkyl.

Bảng 1.2 Các chỉ tiêu của Benzalkonium Chloride trong một số Dƣợc điển

Thử nghiệm Dƣợc điển Nhật

Dƣợc điển Mỹ USP32- NF 27 Định tính + + +

Tính chất + + – Độ acid/ bazo – + –

Cắn sau phân hủy =< 0.2% – =< 2% tro sulfate – =< 0.1% –

Phần không tan trong nước – – +

Tỉ lệ các thành phần gốc alkyl – + +

Phần trăm chất tan trong ether dầu hỏa =< 1% – –

Tỉ lệ của n-C12H25 and nC14H29 – – >= 70%

Tổng nồng độ alkyl 95 đến 105% 95 đến 104% 97 đến 103%

Ứng dụng của Benzalkonium Chloride trong công nghiệp và đời sống

Là thành phần của các dƣợc phẩm nhƣ thuốc nhỏ mắt, tai mũi hoặc thuốc xịt

Benzalkonium Chloride là một hợp chất quan trọng có mặt trong thuốc sát trùng da và thuốc xịt rửa vết thương, đồng thời cũng được sử dụng như một chất diệt khuẩn trong viên ngậm họng và nước súc miệng.

Benzalkonium Chloride đƣợc sử dụng nhƣ một biện pháp tránh thai

Benzalkonium Chloride là thành phần tích cực có trong nước rửa tay, khăn ướt, dầu gội đầu, xà phòng, chất khử mùi và mỹ phẩm

2.7.2 Ứng dụng trong chăn nuôi

Benzalkonium Chloride đƣợc sử dụng trong nuôi ong để điều trị bệnh thối nhũn của đàn ong

Benzalkonium Chloride là một chất khử trùng phổ biến trong sản xuất giống và nuôi thương phẩm, có khả năng tiêu diệt vi khuẩn, nấm, protozoa và một số loại virus Nó được sử dụng để khử trùng ấu trùng, bể, ao và các vật dụng khác, đảm bảo môi trường nuôi trồng an toàn và hiệu quả.

Trong nuôi tôm, Benzalkonium Chloride có tác dụng không chế sự phát triển của tảo Ở liều lƣợng thấp cũng có khả năng kích thích tôm lột xác

Benzalkonium Chloride là thành phần chính của xúc tác chuyển pha, một công nghệ quan trọng trong tổng hợp các hợp chất hữu cơ, bao gồm cả thuốc

Chất khử trùng là thành phần quan trọng trong các sản phẩm dành cho sàn và bề mặt cứng, giúp diệt tảo, rêu, và địa y bám trên các khu vực như đường đi, mái ngói, bể bơi và gạch xây.

Độ ổn định và điều kiện bảo quản

Benzalkonium Chloride là chất hút ẩm và bị mất ổn định dưới tác dụng của ánh sáng, không khí và các kim loại

Dung dịch Benzalkonium Chloride có khả năng ổn định trong một khoảng pH và nhiệt độ rộng, cho phép tiệt khuẩn bằng phương pháp nhiệt ẩm ở 121°C trong 12 phút mà không làm mất hoạt tính Nó có thể được bảo quản lâu dài ở nhiệt độ phòng, tuy nhiên, dung dịch pha loãng cần được bảo quản trong các thùng chứa làm từ polyvinyl chloride hoặc polyurethane foam, vì nếu không sẽ làm giảm hiệu quả kháng vi sinh vật.

Benzalkonium Chloride cần được bảo quản trong các dụng cụ kín khí, tránh ánh sáng và không tiếp xúc với kim loại, trong môi trường khô ráo và mát mẻ.

Tính tương hợp

Benzalkonium Chloride is incompatible with aluminum, anionic surfactants, citrate salts, cotton, fluorescein, hydrogen peroxide, hypromellose, iodides, kaolin, lanolin, nitrates, high concentrations of non-ionic surfactants, permanganate salts, proteins, salicylates, silver salts, soaps, sulfonamides, tartrates, zinc oxide, zinc sulfate, and mixtures of rubber or plastics.

Benzalkonium Chloride có khả năng hấp phụ lên các màng lọc được làm từ nhiều nguyên liệu khác nhau, đặc biệt là các màng lọc sơ nước và nhiều anion.

Phương pháp sản xuất

Benzalkonium Chloride được hình thành thông qua phản ứng giữa dung dịch alkyl-N-methylbenzamine và methyl chloride trong môi trường dung môi hữu cơ thích hợp, dẫn đến sự hình thành các hợp chất bậc bốn.

Độ an toàn

Benzalkonium Chloride được coi là chất không gây kích ứng và tương hợp trong các sản phẩm bôi lên da hoặc niêm mạc Tuy nhiên, nó có thể gây ra phản ứng bất lợi trong một số công thức bào chế Độc tính trên tai có thể xảy ra khi nhỏ trực tiếp vào tai, và việc sử dụng kéo dài trên da có thể dẫn đến kích ứng và dị ứng, mặc dù những trường hợp này rất hiếm Ngoài ra, Benzalkonium Chloride cũng được biết đến là nguyên nhân gây co thắt phế quản ở bệnh nhân hen suyễn khi sử dụng các dung dịch khí dung có chứa chất bảo quản này.

Các thử nghiệm độc tính trên thỏ cho thấy Benzalkonium Chloride có độc tính trên mắt ở nồng độ cao hơn nồng độ sử dụng làm chất bảo quản Tuy nhiên, mắt của người ít bị ảnh hưởng hơn mắt của thỏ, vì vậy nhiều dạng bào chế dùng trên mắt chứa Benzalkonium Chloride với nồng độ 0.01% (khối lượng/thể tích) được sử dụng như một chất bảo quản.

Benzalkonium Chloride không phù hợp làm chất bảo quản cho dung dịch rửa và bảo quản kính áp tròng thân nước, vì nó có khả năng bám dính vào kính và gây ra độc hại.

Hình 2.3 Phương pháp sản xuất Benzalkonium Chloride

Khi sử dụng kính, cần chú ý đến 16 yếu tố quan trọng cho sức khỏe mắt Đặc biệt, các dung dịch có nồng độ trên 0.03% (khối lượng/thể tích) được nhỏ vào mắt phải được giám sát y tế ngay lập tức để đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

Tiếp xúc với dung dịch mạnh có nồng độ cao trên 0,1% có thể gây kích ứng tại chỗ ở cổ họng, thực quản, dạ dày và ruột Liều lượng Benzalkonium Chloride từ 1–3 g có thể gây tử vong ở người Sau khi uống, các tác dụng không mong muốn có thể bao gồm nôn mửa, ngất xỉu và hôn mê Liều độc hại có thể dẫn đến tê liệt cơ hô hấp, khó thở và tím tái cơ thể.

Các mức liều gây độc trên chuột cống và thỏ:

LD 50 (mouse, oral): 150 mg/kg

LD 50 (rat, IP): 14.5 mg/kg

LD 50 (rat, IV): 13.9 mg/kg

LD 50 (rat, oral): 300 mg/kg

Các biện pháp an toàn

Khi sử dụng Benzalkonium Chloride, cần tuân thủ hướng dẫn phù hợp với hoàn cảnh và khối lượng Chất này có thể gây kích ứng da và mắt, và việc sử dụng lại trên da có thể dẫn đến phản ứng quá mẫn Nếu dung dịch Benzalkonium Chloride đậm đặc vô tình đổ lên da, có thể gây ăn mòn và tổn thương sâu, dẫn đến hoại tử và sẹo Do đó, cần rửa ngay lập tức với nước và dung dịch xà phòng Ngoài ra, việc sử dụng găng tay, kính bảo hộ và trang phục bảo vệ là rất cần thiết.

ỨNG DỤNG CỦA BENZALKONIUM CHLORIDE TRONG LĨNH VỰC HÀNG TIÊU DÙNG

Trong dƣợc phẩm

Benzalkonium Chloride có tác dụng làm chất bảo quản, chất sát khuẩn, chất khử trùng, tác nhân tăng độ tan và làm ƣớt

Benzalkonium Chloride là một hợp chất amoni bậc bốn, thường được sử dụng trong các công thức dược phẩm với chức năng bảo quản kháng khuẩn cho các sản phẩm bôi da, giúp ức chế sự phát triển của vi nấm và vi khuẩn Hợp chất này hoạt động tương tự như các chất diện hoạt cation khác như cetrimide.

Benzalkonium Chloride là một trong những chất bảo quản phổ biến nhất trong pha chế các dạng bào chế dùng cho mắt, thường được sử dụng với nồng độ khoảng 0.01 đến 0.02% (khối lượng/thể tích) Để tăng cường khả năng ức chế sự phát triển của các chủng Pseudomonas, nó thường được phối hợp với các tá dược bảo quản hoặc chất hiệp đồng như disodium edetate với nồng độ 0,1% (khối lượng/thể tích).

Hình 3.1 Chức năng của Benzalkonium Chloride

Trong các công thức thuốc cho mũi và tai, nồng độ Benzalkonium Chloride thường được sử dụng từ 0.002% đến 0.02% (khối lượng/thể tích) Đôi khi, nó có thể được kết hợp với thimerosal với nồng độ từ 0.002% đến 0.005% Ngoài ra, Benzalkonium Chloride 0.01% cũng được sử dụng làm chất bảo quản trong các sản phẩm thuốc tiêm thể tích nhỏ.

Ngoài ra, Benzalkonium Chloride cũng đƣợc sử dụng trong các công thức thuốc để tăng khả năng thấm tại chỗ của lorazepam

Các nghiên cứu của Benzalkonium Chloride trong Dƣợc phẩm

Tên nghiên cứu: tối ưu hóa sự tương tác giữa benzakonium và hai dược chất dicophelac và ibuprofen để pha chế các hỗn dịch nano dùng cho mắt

Các tác giả: Deepika Tak, Rimpy, Tarun Kumar, Munish Ahuja

Nghiên cứu cho thấy rằng các thuốc chống viêm không steroid (NSAIDs) là lựa chọn phổ biến trong việc điều trị triệu chứng viêm mắt Những loại thuốc này thường được sử dụng để giảm đau và sưng, mang lại hiệu quả tích cực cho bệnh nhân.

Hình 3.2 Phương pháp nghiên cứu của Benzalkonium Chloride

Các hợp chất có độ tan trong nước kém và tính axit yếu tương tác với amoni bậc bốn như cation Benzalkonium Chloride, thường được sử dụng làm chất bảo quản trong công thức nhãn khoa, tạo ra các phức hợp không hòa tan Để cải thiện tình trạng này, cần sử dụng các chất làm tăng độ tan như polysorbate 80 (tween).

Việc sử dụng phối hợp các thành phần như muối lysine và tocopheryl polyethylene glycol succinate có thể gây ra triệu chứng khó chịu và ảnh hưởng đến sự toàn vẹn của giác mạc ở người sử dụng.

Mục tiêu của nghiên cứu này là phát triển công thức nhãn khoa không phá hủy, tương thích và ổn định về mặt vi sinh, đồng thời có khả năng thấm tốt qua giác mạc Nghiên cứu đã tối ưu hóa sự tương tác giữa natri diclofenac hoặc ibuprofen với Benzalkonium Chloride thông qua các thiết kế thí nghiệm tổng hợp trung tâm, nhằm pha chế các hỗn dịch nano bằng phương pháp kết tụ.

Nghiên cứu đã tối ưu hóa các lô hỗn dịch nano và đánh giá tính thấm qua giác mạc ex vivo, hiệu lực chất bảo quản và độ ổn định vật lý của chế phẩm Nồng độ tối ưu của Benzalkonium Chloride cho các công thức hỗn dịch nano chứa diclofenac natri và ibuprofen được xác định là 0,002%, với kích thước hạt trung bình lần lượt là 440 nm và 331 nm Hỗn dịch nano của natri diclofenac và ibuprofen cho thấy tính thấm qua giác mạc ex vivo cao hơn 1,6 và 2,1 lần so với các dạng bào chế dung dịch nước thông thường Đồng thời, nồng độ Benzalkonium Chloride trong các công thức cũng cho thấy hiệu quả bảo quản tốt.

Các công thức hỗn dịch nano tối ưu hóa của diclofenac và ibuprofen cho thấy độ ổn định vật lý cao và an toàn vi sinh, đồng thời có khả năng thấm qua giác mạc tốt hơn so với các dạng bào chế dung dịch thông thường.

Một số công thức bào chế chứa Benzalkonium Chloride

Gel thuốc tra mắt pilocarbin hydroclorid:

Dung dịch natri hydroxyd 10% vừa đủ

Nước tinh khiết vừa đủ 100g

Phân tích vai trò các thành phần:

– Pilocarpin hydroclorid: dƣợc chất, thuốc nhóm thuốc phó giao cảm Khi sử dụng trên mắt có khả năng làm co đồng tử

Benzalkonium chloride là một chất bảo quản hiệu quả, giúp ức chế sự phát triển của vi khuẩn và nấm trong quá trình bảo quản sản phẩm, đặc biệt là các chế phẩm dạng gel, vốn dễ bị nhiễm vi sinh vật Đặc biệt, do đây là sản phẩm sử dụng cho mắt, yêu cầu về độ vô khuẩn là rất quan trọng.

Dinatri edetate là một chất hiệp đồng chống oxy hóa, có khả năng khóa các ion kim loại, ngăn chặn chúng tham gia vào các phản ứng hóa học có thể làm hỏng dược chất Bên cạnh đó, nó còn hỗ trợ Benzalkonium chloride, giúp tăng cường hiệu quả bảo quản sản phẩm.

Carbomer 940 là một tá dược quan trọng trong việc tạo gel và làm đặc cho các chế phẩm, giúp pilocarpin hydroclorid bám giữ tốt hơn trên mắt, từ đó kéo dài thời gian tác dụng và nâng cao hiệu quả Tuy nhiên, gel này cũng có nhược điểm là dễ bị nhiễm khuẩn và khô cứng do mất nước, điều này có thể gây kích ứng cho mắt.

Dung dịch natri hydroxyd 10% có tác dụng trung hòa gel carbomer 940, giúp tăng cường khả năng tạo gel, đạt độ đặc và bám dính tốt hơn Ngoài ra, nó còn điều chỉnh pH phù hợp cho chế phẩm, hạn chế kích ứng mắt và hỗ trợ hoạt tính bảo quản của Benzalkonium chloride.

– Nước: dung môi để trương nở gel và hòa tan các thành phần

Quy trình bào chế gel yêu cầu không thực hiện lọc ở giai đoạn cuối do tính chất của chế phẩm Bên cạnh đó, dược chất trong gel không ổn định với nhiệt, vì vậy phương pháp nhiệt cũng không thể áp dụng trong quá trình sản xuất.

21 ẩm Do đó quy trình sản xuất thuốc gel này, cần thực hiện theo quy trình vô khuẩn và tiệt khuẩn từng giai đoạn

Trước tiên, dụng cụ, trang thiết bị pha chế cần được tiệt khuẩn

Carbomer 940 được ngâm trong nước và sau đó được trung hòa bằng dung dịch NaOH 10% để đạt pH khoảng 7, dẫn đến sự gia tăng đáng kể độ nhớt của gel.

Trong mỹ phẩm và các sản phẩm chăm sóc cá nhân

Benzalkonium Chloride là một thành phần quan trọng trong mỹ phẩm và sản phẩm chăm sóc cá nhân, thường được sử dụng trong dầu gội đầu, sản phẩm vệ sinh cá nhân, chất làm sạch da, cũng như trong các sản phẩm chăm sóc da và trang điểm mắt.

Benzalkonium Chloride là một chất được sử dụng để ngăn chặn và ức chế sự phát triển của vi sinh vật trong sản phẩm Ngoài ra, nó còn hoạt động như một chất tăng cường bọt và chất tẩy rửa, giúp nước hòa tan với dầu và chất bẩn để dễ dàng rửa sạch.

Chất chống vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định công thức sản phẩm và ngăn ngừa ô nhiễm, đảm bảo an toàn cho người sử dụng Việc duy trì sự ổn định và không có vi khuẩn không chỉ giúp sản phẩm luôn an toàn trong quá trình sử dụng mà còn kéo dài tuổi thọ của sản phẩm.

Các chức năng của Benzalkonium Chloride: [12]

– Kháng khuẩn: Giúp làm chậm sự phát triển của vi sinh vật trên da và chống lại sự phát triển của vi khuẩn

– Chống tĩnh điện: Giảm tĩnh điện bằng cách trung hòa điện tích trên bề mặt – Chất khử mùi: Làm giảm hoặc che dấu mùi cơ thể khó chịu

Chất bảo quản trong mỹ phẩm có vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật, đảm bảo an toàn cho sản phẩm Đồng thời, chất hoạt động bề mặt giúp giảm sức căng bề mặt, từ đó cải thiện khả năng phân bố đồng đều của sản phẩm khi sử dụng.

Sự phân tán của chất hoạt động bề mặt đóng vai trò quan trọng trong việc phân phối các chất rắn không hòa tan trong pha lỏng Quá trình này tạo ra huyền phù hoặc nhũ tương, giúp cải thiện tính đồng nhất và khả năng tương tác giữa các thành phần trong công thức.

Chất khử trùng trong nuôi trồng thủy sản

Quản lý chất lượng nước là yếu tố then chốt trong nuôi thủy sản, vì môi trường nước kém sẽ tạo điều kiện cho mầm bệnh như virus, vi khuẩn, nấm và nguyên sinh động vật phát triển Để ngăn chặn sự bùng phát và lây lan của các bệnh này, việc sử dụng các chất khử trùng như Benzalkonium Chloride là rất cần thiết.

Cơ chế tác động của Benzalkonium Chloride lên sinh vật vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ, nhưng đã được biết đến là ngăn chặn hoạt tính của một số enzyme trong tế bào Chất này xâm nhập vào màng tế bào thông qua nhóm lipophilic alkyl, làm thay đổi cấu trúc của phân tử phospholipid và dẫn đến suy yếu cũng như phá hủy màng tế bào Kết quả là quá trình điều khiển của các enzyme liên quan đến hô hấp và trao đổi chất của tế bào bị ngừng trệ.

Hoạt tính của Benzalkonium Chloride không bị ảnh hưởng nhiều bởi pH trong môi trường ao nuôi, nhưng sẽ tăng lên khi nhiệt độ và pH cao hơn, cũng như thời gian tiếp xúc với sinh vật kéo dài Tuy nhiên, hoạt tính hóa học của Benzalkonium Chloride có thể bị giảm hoặc mất tác dụng khi kết hợp với các hợp chất hữu cơ như xà phòng và các chất tẩy rửa bề mặt mang điện tích âm như sodium.

Sodium dodecyl sulfate (SDS) and sodium lauryl ether sulfate (SLES) are common surfactants, but high water hardness and turbidity can significantly reduce the effectiveness of Benzalkonium Chloride.

Benzalkonium Chloride là một chất khử trùng phổ biến trong trại giống và ao nuôi, giúp tiêu diệt ấu trùng, bể, ao và các vật dụng khác Hiện chưa có bằng chứng cho thấy Benzalkonium Chloride có khả năng tích lũy sinh học hay tồn lưu trong môi trường, cho thấy việc sử dụng nó an toàn cho tôm cá nuôi và môi trường Sự kết hợp giữa Benzalkonium Chloride và Formalin mang lại hiệu quả cao trong khử trùng Chất này có khả năng tiêu diệt vi khuẩn, nấm, protozoa và một số loại virus, với nhóm vi khuẩn gram dương (+) thường nhạy cảm hơn so với nhóm vi khuẩn gram âm (-).

Benzalkonium Chloride là một chất hiệu quả trong việc kiểm soát sự phát triển của tảo trong ao nuôi thủy sản, tuy nhiên, khả năng diệt tảo của nó phụ thuộc vào độ dày vách tế bào của tảo, với các nhóm tảo không có vách tế bào thường nhạy cảm hơn Ngoài việc kiểm soát tảo, Benzalkonium Chloride còn được sử dụng để điều trị các bệnh do vi khuẩn như Edwardsiella, Vibrio, Staphylococcus, và Aeromonas trong ao nuôi Đặc biệt, ở liều lượng thấp, chất này còn có khả năng kích thích quá trình lột xác ở tôm.

Trong nước rửa tay không chứa cồn

Một nghiên cứu năm 1998 cho thấy chất khử trùng không chứa cồn với thành phần Benzalkonium Chloride đáp ứng tiêu chuẩn của FDA, trong khi Purell, một sản phẩm vệ sinh chứa cồn phổ biến, lại không đạt yêu cầu Nghiên cứu này được thực hiện bởi một nhà sản xuất dược phẩm hàng đầu tại Hoa Kỳ, cho thấy rằng chất khử trùng gốc Benzalkonium Chloride của họ hoạt động hiệu quả hơn so với chất rửa tay chứa cồn sau nhiều lần sử dụng.

Các nhà khoa học tại Đại học Brigham Young (BYU) đã chỉ ra rằng nước rửa tay khử trùng có cồn không hoàn toàn hiệu quả trong việc khử trùng bề mặt khỏi virus corona, dẫn đến việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp khử trùng mới nhằm cải thiện khả năng diệt virus.

Nghiên cứu đã lựa chọn và xử lý các mẫu virus corona bằng Benzalkonium Chloride, một thành phần phổ biến trong các sản phẩm rửa tay không chứa cồn, cùng với một số hợp chất amoni bậc bốn khác thường được sử dụng trong các loại chất khử trùng.

Theo đó, trong hầu hết các trường hợp thử nghiệm, các hợp chất này đã quét sạch ít nhất 99,9% virus trong vòng 15 giây

Chất Benzalkonium Chloride có thể được sử dụng ở nồng độ thấp mà không gây cảm giác 'bỏng' như nước rửa tay có chứa cồn, điều này giúp tạo sự thoải mái cho những người thường xuyên vệ sinh tay, như bác sĩ, nhân viên y tế và nhân viên dọn vệ sinh.

Benzalkonium Chloride có khả năng chống lại các virus bao quanh bởi lipid, như virus COVID-19, và các nhà nghiên cứu cho rằng chất này rất hiệu quả trong việc khử trùng virus corona.