卤胺聚合物纳微米抗菌材料的制备及应用研究

发布时间：2017-07-13 12:03

  本文关键词：卤胺聚合物纳微米抗菌材料的制备及应用研究

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【摘要】：有害微生物的大量繁殖,给人类生活带来的各种影响,如食物的腐败、伤口的感染、以及水体的污染等一直是人类亟待解决的重大难题。因而,近些年来,各种抗菌材料,如季铵盐、金属离子,光活化涂料,季擕盐和卤胺等已被相继报道。其中,卤胺因具有强大和广谱的杀菌性能而获得了广泛的关注。目前,卤胺在抗菌涂料,抗菌织物,饮用水的消毒以及有害物质降解等方面已获得了实际应用。本文合成了两种不同类型的卤胺聚合物纳微米粒子,并对其性能和应用作了进一步的研究。(1)含有二氧化硅-聚苯乙烯核壳结构的卤胺/季铵盐聚合物纳微米粒子的合成及抗菌性能的研究以乳液聚合的方式合成了以二氧化硅(SiO2)为核,聚苯乙烯(PS)为壳的纳微米粒子(SiO2@PS N/MPs),首先通过场发射扫描电镜(FE-SEM)对第一步合成的纳微米粒子的形貌进行了表征,以确定所制得纳微米粒子粒径最小时苯乙烯、二氧化硅和引发剂的比例。然后通过氯甲基和氧化态氯含量的测试确定最佳的氯甲基化和卤胺前置体的接枝条件。其中,为保证纳微米粒子在水中的分散性能,我们在卤胺前置体的接枝过程中添加了适量的三甲胺,从而在纳微米粒子的表面产生一些带正电荷的季胺盐以提高所制得纳微米粒子的亲水性。最后通过在稀次氯酸钠溶液中氯化,得到了具有强大杀菌作用的含有二氧化硅-聚苯乙烯核壳结构的卤胺/季铵盐聚合物抗菌纳微米粒子(SiO2@PSC-QAS-DMC N/MPs)。使用红外光谱(FTIR)、X-射线光电子能谱(XPS)、热重分析(TGA)以及比表面积和孔隙分析(BET)对材料的结构和性能进行了表征。抗菌测试结果表明:制备的SiO2@PSCQAS-DMC N/MPs的浓度为32.00μg/m L时,在50 min内可以杀死浓度约为7.3×107 CFU/mL大肠杆菌;当其浓度为40.00μg/mL时,在60 min内可以杀死浓度约为2.7×107 CFU/m L金黄色葡萄球菌。储存稳定性及再生性实验表明:制备的SiO2@PSC-QAS-DMC N/MPs中的卤胺官能团具有优良的储存稳定性及再生性能。(2)卤胺交联聚合物纳微米粒子的合成及抗菌性能的研究通过溶液聚合的方式,合成了丙烯酸(AA)和N,N-亚甲基双丙烯酰胺共聚(MBAA)的交联聚合物纳微米粒子(PAA/MBAA N/MPs)。在共聚的过程中,通过控制引发剂和单体的浓度、两种单体的摩尔比以及反应温度,来调节纳微米粒子的大小。然后通过交联聚合物纳微米粒子(PAA/MBAA N/MPs)在稀次氯酸钠溶液的氯化,得到具有杀菌作用的交联卤胺聚合物抗菌纳微米粒子(PAA/MBAA-Cl N/MPs)。通过FE-SEM、FTIR、XPS、DSC对材料的结构进行了表征,以及通过抗菌测试发现,制备的PAA/MBAA-Cl N/MPs表现出很好的杀菌功效。PAA/MBAA-Cl N/MPs的浓度为35.00μg/m L时,在60 min内可以将浓度约为5.3×107 CFU/mL的大肠杆菌全部杀死,当其浓度为45.00μg/m L时,在70 min内将浓度约为8.9×106 CFU/mL金黄色葡萄球菌全部杀死。研究表明,PAA/MBAA-Cl N/MPs具有良好的储存稳定性。(3)卤胺交联聚合物纳微米粒子在聚氨酯膜材料中的应用将PAA/MBAA-Cl N/MPs添加到聚氨酯溶液中,通过湿法成膜的方式制备了具有抗菌性能的聚氨酯薄膜。FE-SEM表征显示,PAA/MBAA-Cl N/MPs在聚氨酯薄膜中具有良好的分散性。通过对膜中氧化态氯的稳定性测试表明,PAA/MBAA-Cl N/MPs中的卤胺官能团在膜中的稳定性也很好。最后,对负载有卤胺纳微米粒子的聚氨酯薄膜进行了抗菌性能测试,抑菌圈实验结果表明:聚氨酯薄膜中含有的PAA/MBAA-Cl N/MPs质量分数分别为0.0625%,0.25%,1.00%时,相对于金黄色葡萄球菌所产生的抑菌圈的直径分别为20.15 mm,23.67 mm和28.44 mm,相对于大肠杆菌所产生的抑菌圈的直径分别为19.35 mm,27.78 mm和31.67 mm。这说明PAA/MBAA-Cl N/MPs添加到聚氨酯中成膜后,使该种膜材料具有很好的抗菌性能。
【关键词】：卤胺 季铵盐 抗菌 纳微米粒子 聚氨酯膜
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O631;TB34
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 前言13-20
• 1.1 抗菌材料的研究背景及意义13
• 1.2 抗菌材料的分类及其特点13-14
• 1.3 卤胺的结构特点、稳定性及杀菌机理14-16
• 1.3.1 卤胺的结构特点14-15
• 1.3.2 卤胺化合物稳定性15-16
• 1.3.3 卤胺的杀菌机理16
• 1.4.卤胺的发展及应用16-18
• 1.4.1 卤胺在抗菌纺织品上的应用16-17
• 1.4.2 卤胺在水消毒上的应用17
• 1.4.3 卤胺在抗菌涂料上的应用17-18
• 1.4.4 卤胺在有害物质的降解上的应用18
• 1.5 本课题研究的意义以及创新性18-20
• 第二章 含有二氧化硅-聚苯乙烯核壳结构的卤胺/季铵盐聚合物纳微米粒子的合成及抗菌性能的研究20-41
• 2.1 引言20-21
• 2.2 实验部分21-25
• 2.2.1 试剂21-22
• 2.2.2 实验仪器22-23
• 2.2.3 实验步骤23-25
• 2.2.3.1 核壳结构的二氧化硅/聚苯乙烯纳微米粒子(SiO_2@PS N/MPs)的合成23
• 2.2.3.2 SiO_2@PS N/MPs的氯甲基化23
• 2.2.3.3 SiO_2@PSC N/MPs中氯含量的测定23
• 2.2.3.4 含有二氧化硅-聚苯乙烯核壳结构的卤胺前置体聚合物/季铵盐纳微米粒子（SiO_2@PSC-QAS-DMH N/MPs）的合成23-24
• 2.2.3.5 SiO_2@PSC-QAS-DMH N/MPs的氯化24
• 2.2.3.6 SiO_2@PSC-QAS-DMC N/MPs氧化态氯含量的测定24
• 2.2.3.7 SiO_2@PSC-QAS-DMC N/MPs中卤胺官能团稳定性及再生性能的测定24
• 2.2.3.8 SiO_2@PSC-QAS-DMC N/MPs抗菌性能的评价24-25
• 2.3 结果与讨论25-39
• 2.3.1 核壳结构的二氧化硅/聚苯乙烯纳微米粒子(SiO_2@PS N/MPs)的制备25-29
• 2.3.1.1 引发剂用量对SiO_2@PS N/MPs的粒径大小的影响26-27
• 2.3.1.2 二氧化硅与苯乙烯的质量比对SiO_2@PS N/MPs的粒径大小的影响27-29
• 2.3.2 二氧化硅/聚苯乙烯纳微米粒子(SiO_2@PS N/MPs)的氯甲基化29
• 2.3.3 含有二氧化硅-聚苯乙烯核壳结构的卤胺前置体/季铵盐聚合物纳/微米粒子（SiO_2@PSC-QAS-DMH N/MPs）的合成29-31
• 2.3.4 含有二氧化硅-聚苯乙烯核壳结构的卤胺前置体/季铵盐聚合物纳/微米粒子(SiO_2@PSC-QAS-DMC N/MPs) 氯化条件的选择31-32
• 2.3.5 材料结构以及性能的表征32-36
• 2.3.5.1 傅里叶红外光谱(FTIR)分析33
• 2.3.5.2 X-射线光电子能谱(XPS)分析33-35
• 2.3.5.3 热重分析TGA35-36
• 2.3.5.4 比表面积和孔容积(BET)分析36
• 2.3.6 SiO_2@PSC-QAS-DMC N/MPs中卤胺官能团稳定性及再生性36-38
• 2.3.7 SiO_2@PSC-QAS-DMC N/MPs抗菌性能的评价38-39
• 2.3.7.1 SiO_2@PSC-QAS-DMC N/MPs的浓度对杀菌效果的影响38
• 2.3.7.2 SiO_2@PSC-QAS-DMC N/MPs与细菌接触时间对杀菌效果的影响38-39
• 2.4 本章小结39-41
• 第三章 卤胺交联聚合物纳微米粒子的合成及抗菌性能的研究41-56
• 3.1 引言41-42
• 3.2 实验部分42-44
• 3.2.1 试剂42
• 3.2.2 仪器42
• 3.2.3 实验步骤42-44
• 3.2.3.1 丙烯酸和N,N-亚甲基双丙烯酰胺共聚物纳微米粒子(PAA/MBAA-ClN/MPs)的合成42-43
• 3.2.3.2 PAA/MBAA N/MPs的氯化43
• 3.2.3.3 PAA/MBAA-Cl N/MPs氧化态氯含量测定43
• 3.2.3.4 PAA/MBAA-Cl N/MPs抗菌性能评价43-44
• 3.3 结果与讨论44-55
• 3.3.1 丙烯酸和N,N-亚甲基双丙烯酰胺共聚物（PAA/MBAA）纳微米粒子(PAA/MBAA-Cl N/MPs)合成条件的选择44-49
• 3.3.1.1 AA和MBAA的总质量占溶剂百分比对PAA/MBAA N/MPs粒径的影响44-45
• 3.3.1.2 AA和MBAA的摩尔比对PAA/MBAA N/MPs粒径的影响45-46
• 3.3.1.3 引发剂浓度对PAA/MBAA N/MPs粒径的影响46-47
• 3.3.1.4 反应温度对PAA/MBAA N/MPs粒径的影响47-49
• 3.3.2 PAA/MBAA N/MPs氯化条件的选择49-51
• 3.3.3 傅里叶红外光谱(FTIR)分析51
• 3.3.4 X-射线光电子能谱(XPS)分析51-52
• 3.3.5 差示扫描量热(DSC)分析52-53
• 3.3.6 PAA/MBAA-Cl N/MPs中卤胺官能团的储存稳定性及再生性评价53-54
• 3.3.7 抗菌测试54-55
• 3.3.7.1 PAA/MBAA-Cl N/MPs的浓度对抑菌率的影响54
• 3.3.7.2 PAA/MBAA-Cl N/MPs与细菌的接触时间对抑菌率的影响54-55
• 3.4 本章小结55-56
• 第四章 卤胺交联聚合物纳微米粒子在聚氨酯膜材料中的应用56-62
• 4.1 引言56
• 4.2 实验部分56-58
• 4.2.1 试剂56-57
• 4.2.2 仪器57
• 4.2.3 实验步骤57-58
• 4.2.3.1 抗菌聚氨酯（PU）溶液的制备57
• 4.2.3.2 抗菌聚氨酯（PU）膜的制备57
• 4.2.3.3 PAA/MBAA-Cl N/MPs中卤胺官能团在PU膜中再生性及稳定性测试57
• 4.2.3.4 掺杂PAA/MBAA-Cl N/MPs的PU膜抑菌性能测试57-58
• 4.3 结果与讨论58-61
• 4.3.1 PAA/MBAA-Cl N/MPs中卤胺官能团在PU膜中储存稳定性及再生性评价58-59
• 4.3.2 PAA/MBAA-Cl N/MPs在PU膜材料中的分散性59-60
• 4.3.3 含有PAA/MBAA -Cl N/MPs的抗菌PU膜的抑菌性能测试60-61
• 4.4 本章总结61-62
• 第五章 全文总结62-64
• 参考文献64-71
• 附录71-72
• 致谢72

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本文编号：536808