聚氨酯抗菌材料的制备与性能研究

发布时间：2020-07-22 20:38

【摘要】：聚氨酯(PU)是与我们的生活息息相关的一类材料,家具、保温材料、隔音材料、交通乃至医疗领域都随处可见它的身影。但是这种材料也有其显著的缺点,在使用时非常容易被细菌所污染,从而影响我们的生产生活乃至生命。近年来,科学家们开始研制一类自身具有抗菌功能的聚氨酯,他们将一些小分子的抗菌基团通过物理方法对聚氨酯进行改性,但这种方法虽能制成聚氨酯抗菌材料,却存在容易脱落的危险,特别是在医疗领域,如果脱落,将会有致命的危险。因此,越来越多的科学家们开始使用化学方法来合成较为稳定的聚氨酯抗菌材料。本论文首先采用BF_3·Et_2O/CF_3COOH共催化体系,将环氧氯丙烷(ECH)开环聚合的方法完成了端羟基聚环氧氯丙烷醚(PECH)的制备。使用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(~1H NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)等方法来确定其结构以及分子量。实验结果表明PECH已经成功合成,同时符合我们设定的分子量范围(2000~3000)。然后采用文献报道的方法制得包含优异抗菌活性的N~1-正十二烷基二乙烯三胺(DDTA),然后将三丁基膦(TBUP)以及抗菌效果优异的小分子基团DDTA通过化学方法对先前制备的PECH进行接枝改性,使PECH带有抗菌活性。采用FTIR、~1H NMR确定其结构并利用正交试验得到了接枝率最高的反应条件。在PECH与DDTA的接枝反应中:使用丙酮作为溶剂,在80℃下反应12 h,控制原料比为1:3为最佳反应条件,此时的接枝率可达26.9%;在PECH与TBUP的接枝反应中,使用丙酮作为溶剂,在100℃下反应48 h,控制原料比为1:3时接枝率最高可达18.6%。接着将接枝有抗菌基团的PECH采用一步法合成了聚氨酯(PU)抗菌材料。讨论了催化剂与发泡剂对反应结果的影响,获得了PU抗菌材料的最优原料配方。同时通过拉伸性能、扫描电镜(SEM)以及热重(TG)的测定最终获得PU抗菌材料的物理性能。最后,使用最为常见的三种细菌:大肠杆菌(E.coli)、金黄色葡萄球菌(S.aureus)以及枯草芽孢杆菌(B.subtili)对以上制备的PU抗菌材料采用抑菌圈以及平板菌落计数的方法来探究其抗菌性能。结果证明,两种产品对于三种菌均具备较好的抑菌性能,而PECH-DDTA聚氨酯抗菌材料抑菌性能最好。本论文采用的这种方法与其他方法相比有很大优势:在不影响聚氨酯自身性能的前提下又可以克服物理方法所带来的易脱落等风险,且抗菌性能更为优异。
【学位授予单位】：鲁东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34
【图文】：

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使用这种抗菌剂相较其他两种时间更早。其中最常见且应用最为广泛的是由甲壳质脱去乙酰基后精炼出的壳聚糖。这类物质来源于虾、蟹的壳，研究者们将其分为壳聚糖及其衍生物以及壳寡糖[27]两类。除此之外，还有一种较为常见则是山梨酸。1.1.1.1 壳聚糖及其衍生物壳聚糖是一种天然的聚氨基葡萄糖，也是仅有的碱性多糖，安全无毒可降解，其结构如图 1.1 所示。它的来源十分广泛且价格并不昂贵，在性能以及应用方面也有很多优势。它与人体细胞有优良的亲和性且无免疫性，因此可以被应用于癌症肿瘤治疗等医疗领域[28]。但壳聚糖在水或有机溶剂中溶解性很差，使其使用范围受限，为此亟需对其进行改性来提高其溶解性。研究者们根据壳聚糖的结构及性能研制出了诸如羧甲基、醚化、季铵盐、碘化等类型的壳聚糖[29-32]。Hirano S等人[33]用碘代 CH4来改变壳聚糖的性能，合成了三甲基壳聚糖季铵盐，这种化合物能有效杀灭 E. coli 等革兰氏阳性菌。但天然抗菌剂仍然有很多缺点，比如耐热性相对较差，且提取工艺过于复杂[34]。

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二甲基脱氨牛脂季铵盐进行改性来得到。该研究的主要目的是研究杏仁PC 增强填料的潜力，以此评估它们作为木纤维替代品的适用性。N+CH3CHHT3HT图 1.3 用于改性蒙脱石的季铵盐的化学结构Fig.1.3 Chemical structure of quaternary ammonium salt used for the modification of tmontmorillonite范艳静[62]首先将十六烷基二甲基叔胺与 ECH 作用得到了长碳链季铵盐），然后将其加入到 IPDI 及聚乙二醇的混合物中进行反应，最终合成了季铵盐的具有抑菌性的 PU 薄膜材料。抑菌圈实验结果表明：采用 S.5CFU/mL）做菌种，当季铵盐含量不同时，PU 薄膜材料的抑菌圈分别为1、25.06、25.95、26.24、28.10、29.17 mm。该实验同时也证明：薄膜上盐的量直接决定了该薄膜的抑菌性。

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5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0-10010203040RIDTime (min)a图 2.2 PECH 凝胶色谱Fig.2.2 The GPC graphs of PECH由图 2.2 可知，a：PECH 峰，b：溶剂峰。实验所制备的 PECH 有一单峰说明产物纯度较高，且没有其他杂质，Mn 为 2095，Mw 为 2353，Mw 与 Mn 相当，说明 PECH 的分子量分布均一，是我们预期的产品。2.3.2 PECH 红外光谱分析

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