水性抗菌涂料的制备及性能研究

论文摘要

随着全球人口的不断增加、气温变暖以及环境污染，细菌病毒随时随地侵袭着人们。2003年“SARS”病毒流行，近几年“禽流感”，都对人民生命财产造成重大危害。为了增进人体健康，改善生活和工作环境，研究和开发新型、高效、无毒无味和抗菌持久性能好的抗菌材料，是当前研究人员的主要课题之一。水性高分子抗菌涂料具有高效、广谱、低毒、无味、不污染环境、安全环保等特点，正在逐步取代传统的掺杂小分子型抗菌涂料。我们合成了具有核壳结构的高羟基含量的苯丙乳液、核壳结构的高羟基含量的苯丙抗菌乳液和Ag+-MMT改性苯丙抗菌乳液，作为水性双组分聚氨酯涂料的含羟基组分，与亲水改性多异氰酸酯组分配制水性双组分聚氨酯抗菌涂料。研究了这些乳液在制备过程中聚合物的乳化剂、乳化剂配比、反应温度、核组成、核单体用量等对聚合转化率、凝聚物含量、聚合物粘度和粒径的影响，用红外光谱、核磁、热重分析和透射电镜等表征了其结构、组成、形态和热稳定性。然后研究了上述因素对水性双组分聚氨酯抗菌涂料漆膜性能的影响，通过扫描电镜观察了固化后漆膜表面形态、红外光谱等表征了漆膜结构，并用SYNBIOSIS全自动微生物检测仪进行抗菌性能表征，主要内容如下：1通过“粒子设计”采用半连续乳液聚合法，首次研究了具有核壳结构的高羟基含量苯丙乳液的制备过程。最佳工艺条件是：乳液聚合过程中选用SDS与OP复配的乳化剂体系，SDS／OP为4／6，乳化剂用量为1.0％。乳液聚合最佳的反应温度为75℃。核组成为BA／St：1／2，核总量为5％。从透视电镜照片很清楚的看到制得的核壳乳液呈现很好的包裹型核-壳结构。2首次全面系统地研究了具有高羟基含量的核壳型抗菌乳液制备过程，获得了较佳合成方法为：SDS／OP为4／6，乳化剂用量为3.0％。乳液聚合最佳的反应温度为75℃。抗菌单体的加入量为5％。对乳液进行了表征。从透视电镜照片可以看到制得的核壳抗菌乳液呈呈现的半球型核-壳结构。用SYNBIOSIS全自动微生物检测仪进行抗菌检测，结果表明，对于大肠杆菌和金黄葡萄球菌，表现出良好的抗菌性能。3首次使用Ag+-MMT改性含羟基苯丙抗菌乳液。通过对含羟基苯丙抗菌乳液中Ag+-MMT的用量、热贮存稳定性，抗菌活性测试，确定的最佳的加入量为3％，实验表明，抗菌乳液有较好的乳液温度储存稳定性，较强的抗菌能力。4将制得的核壳结构的高羟基含量的苯丙抗菌乳液与亲水改性多异氰酸酯组分配制水性双组分聚氨酯抗菌涂料，发现漆膜表干和实干比较快，干燥时间随羟值升高而缩短，随酸值的增加而增加；附着力、柔韧性和冲击强度比较好，硬度发展较慢，最终硬度较高；为了制备丙烯酸分散体使用了较高的酸值，因此涂料的耐化学品性和耐水性较差，羟值在100mg KOH／g时较好，而酸值应尽可能低。用SYNBIOSIS全自动微生物检测仪进行检测，抗菌等级可以达到0～1级。说明这种抗菌涂料具有较好的抗菌活性。5将制得的Ag+-MMT改性抗菌苯丙乳液抗菌乳液与亲水改性多异氰酸酯组分配制水性双组分聚氨酯抗菌涂料，配漆后漆膜整体性能较未改性时差一点；耐水性随Ag+-MMT用量增加时轻微变化；干燥时间随Ag+-MMT用量增加而增长，光泽随乳液的Ag+-MMT用量增加降低。漆膜硬度、柔韧性、附着力、冲击强度、耐化学品性基本不变。用SYNBIOSIS全自动微生物检测仪进行检测，抗菌等级可以达到0级。这就说明制得的Ag+-MMT改性抗菌苯丙乳液抗菌乳液可以制备具有较好抗菌活性的水性涂料。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 抗菌的概念
• 1.1.1 广义抗菌和狭义抗菌
• 1.1.2 灭菌、杀菌、抑菌、防霉、消毒、抗菌等
• 1.2 微生物的危害及抗菌材料的必要性
• 1.2.1 微生物及其危害
• 1.2.2 使用抗菌材料的必要性
• 1.2.3 微生物在材料表面的生长
• 1.2.4 微生物的生长条件及常见的抑制方法
• 1.3 抗菌材料的研究、生产及应用状况
• 1.3.1 国外抗菌材料研制、生产及应用状况
• 1.3.2 我国抗菌材料生产应用及其市场发展状况
• 1.3.3 抗菌材料的研究开发和市场的未来发展趋势
• 1.3.4 抗菌涂料的研究开发和市场的未来发展趋势
• 1.4 涂料抗菌剂的主要种类、选择方法以及在涂料中的使用方法
• 1.4.1 涂料抗菌防霉剂的主要种类
• 1.4.2 抗菌剂的选择
• 1.4.3 使用方法
• 1.5 影响抗菌剂抗菌性能的主要因素
• 1.5.1 抗菌剂
• 1.5.2 微生物
• 1.5.3 环境因素
• 1.6 抗菌的作用机理
• 1.6.1 一般抗菌剂的作用机理
• 1.6.2 正常增殖条件下微生物生长动力学
• 1.6.3 非增殖条件下微生物生长动力学
• 1.6.4 抗菌剂的静菌作用
• 1.6.5 抗菌剂的杀菌作用
• 1.7 抗菌材料的抗菌性评价方法
• 1.7.1 试验条件要求
• 1.7.2 试验设备和器皿
• 1.7.3 试验用试剂和菌种
• 1.7.4 试验方法及评价标准
• 1.8 涂料制备的基本原理
• 1.8.1 苯丙乳液研究进展及制备原理
• 1.8.2 聚氮酯制备原理
• 1.9 抗菌涂料存在的问题及解决的途径
• 1.10 课题的设计依据和研究方法
• 1.10.1 合成具有核壳结构的高羟基含量的苯丙乳液
• 1.10.2 合成具有核壳结构的高羟基含量的苯丙抗菌乳液
• +-MMT改性抗菌乳液'>1.10.3 制备 Ag⁺-MMT改性抗菌乳液
• 1.10.4 制备水性双组分聚氨酯抗菌涂料
• 1.10.5 选择抗菌测试的方法，对材料的抗菌性作出评价
• 参考文献
• 第二章 具有核壳结构的商羟基含量苯丙乳液制备及性能研究
• 前言
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 原料及仪器
• 2.1.2 乳液的制备
• 2.1.3 性能表征
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 核壳结构的高羟基含量苯丙乳液的红外光谱图分析
• 2.2.2 核壳结构的高羟基含量苯丙乳液核磁共振谱分析
• 2.2.3 核壳结构的高羟基含量苯丙乳液的TG/DTA分析
• 2.2.4 乳胶粒子形态结构
• 2.2.5 乳化剂的选择
• 2.2.6 乳化剂用量的选择
• 2.2.7 乳化剂不同比例对乳液稳定性的影响
• 2.2.8 反应温度对聚合稳定性的影响
• 2.2.9 核组成对聚合稳定性的影响
• 2.2.10 核总量对聚合稳定性的影响
• 2.3 结论
• 参考文献
• 第三章 季膦水性盐类抗菌乳液的制备及性能研究
• 前言
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 原料及仪器
• 3.1.2 季膦盐单体的合成
• 3.1.3 乳液的制备
• 3.1.4 性能表征
• 3.1.5 抗菌活性的测试
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 核壳型含羟基苯丙抗菌乳液的傅立叶红外光谱图分析
• 3.2.2 核壳型含羟基苯丙抗菌乳液 TG/DTA分析
• 3.2.3 乳胶粒子形态结构
• 3.2.4 乳化剂的选择
• 3.2.5 乳化剂用量的选择
• 3.2.6 乳化剂不同比例对乳液稳定性的影响
• 3.2.7 反应温度对聚合稳定性的影响
• 3.2.8 抗菌单体总量对聚合稳定性的影响
• 3.2.9 抗菌性能评价
• 3.3 结论
• 参考文献
• +-MMT改性水性抗菌涂料的制备及性能研究'>第四章 Ag⁺-MMT改性水性抗菌涂料的制备及性能研究
• 前言
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 原料及仪器
• +-MMT的制备'>4.1.2 Ag⁺-MMT的制备
• 4.1.3 测试表征
• 4.1.4 抗菌活性的测试
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 载银蒙托土的傅立叶红外光谱图分析
• +-MMT改性高羟基含量苯丙抗菌乳液的 TG/DTA分析'>4.2.2 Ag⁺-MMT改性高羟基含量苯丙抗菌乳液的 TG/DTA分析
• 4.2.3 乳胶粒子形态结构
• +-MMT用量的选择'>4.2.4 Ag⁺-MMT用量的选择
• 4.2.5 乳液的热贮稳定性
• 4.2.6 抗菌性能评价
• 4.3 结论
• 参考文献
• 第五章 水性双组分聚氮酯抗菌涂料的的制备及性能研究
• 前言
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 原料及仪器
• 5.1.2 分析测试
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 含羟基抗菌苯丙乳液配制的水性双组分聚氮酯抗菌涂料
• +-MMT改性苯丙乳液配制的水性双组分聚氨酯抗菌涂料'>5.2.2 Ag⁺-MMT改性苯丙乳液配制的水性双组分聚氨酯抗菌涂料
• 5.2.3 抗菌性能评价
• 5.3 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表论文及科研成果
• 致谢