PVC/季铵盐-SiOx抗菌纳米复合材料的研究

论文摘要

21世纪,抗菌材料在健康方面所起的作用日益凸显。PVC作为用途极广的通用树脂之一,赋予PVC抗菌功能不仅拓展了其应用领域、同时也加快了其功能化进程。随着PVC制品在室内装饰及输水管道上的普遍应用,与人们的接触日益紧密。而PVC加工所需增塑剂使细菌较易在其表面附着生长,造成了疾病传播等危害。材料的抗菌特性可阻断细菌传染链,使人们的健康得到保障。本论文研究了抗菌纳米复合材料的制备与应用。主要内容包括:表面高分子季铵化的纳米SiOx抗菌颗粒（简称Q-SiOx）的制备及性能研究,PVC/Q-SiOx抗菌纳米复合材料的制备及性能研究,比较各种PVC抗菌材料性能及进行中等工业化规模试验。Q-SiOx抗菌颗粒的制备是以纳米SiOx为载体,通过活化剂处理、高分子聚乙烯亚胺（PEI）接枝及烷基化修饰,使其表面形成高分子季铵盐。通过抗菌率测试,Q-SiOx颗粒对革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌均有较强的杀灭效果（抗菌率达90%左右）。对放置超过12个月的颗粒抗菌测试后,其抗菌率基本无变化,说明通过共价接枝制备的Q-SiOx属于非缓释抗菌剂,其具备良好的抗菌长效的特点。PI荧光染色与电镜观察等微观抗菌行为研究表明,Q-SiOx颗粒的抗菌过程是通过破坏细胞膜结构来实现的,电镜照片直观地表现出细胞破坏程度的变化,展现了颗粒抗菌的微观机理。开展了抗菌Q-SiOx在PVC材料中的应用研究。通过熔融共混挤出的方法,制备了PVC/Q-SiOx抗菌纳米复合材料。材料的抗菌效果、力学性能检测结果表明,Q-SiOx含量为1%的材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别达到89%和92%;与对照PVC材料相比,其拉伸强度和冲击强度分别提高了66.3%和124.1%;经过自然放置（＞12个月）并加速老化试验后,材料的抗菌性能稳定保持,表现出良好的抗菌长效特性。通过构建模型,从分子水平推测了其抗菌与力学改性作用的机理,包括表面抗菌作用过程、颗粒结合作用及纳米力学改性效果。基于PVC/Q-SiOx抗菌纳米复合材料的基础上进行了扩大规模试验,将Q-SiOx应用于PVC型材,母粒及管材。对产品的抗菌及力学等性能进行了评价,结果表明其抗菌效果及力学性能均表现良好。通过母粒制备的二次混合方法,不仅使产品获得了更好的力学性能,同时也获得了抗菌母粒产品。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 抗菌、抗菌剂及抗菌材料
• 1.2 无机抗菌剂
• 1.3 有机（高分子）抗菌剂
• 1.4 高分子材料引入抗菌基团的方式
• 1.5 高分子抗菌复合材料
• 1.6 研究意义及研究内容
• x的制备及性能'>第二章 抗菌纳米颗粒Q-SiO_x的制备及性能
• 2.1 引言
• 2.2 材料与设备
• 2.3 实验方法
• 2.4 结果与讨论
• 2.5 本章小结
• x复合抗菌材料的制备及性能'>第三章 PVC/Q-SiO_x复合抗菌材料的制备及性能
• 3.1 引言
• 3.2 材料与设备
• 3.3 实验方法
• 3.4 结果与讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 多种抗菌材料制备的中试及性能对比
• 4.1 引言
• 4.2 材料与设备
• 4.3 实验方法
• 4.4 结果与讨论
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 主要参考文献
• 附录A 实验用试剂和培养基配方
• 附录B 抗菌塑料──抗细菌性能试验方法
• 附录C 攻读硕士学位期间学术论文发表