ZnO/Ag纳米复合无机抗菌剂的分散、性能及在NR和SBR中的应用研究

论文摘要

本文研究了多种表面活性剂对ZnO/Ag纳米复合无机抗菌剂的分散处理工艺,并对该抗菌剂的抗菌性能、抗藻性能、安全性能进行了评价,研制出了复合抗菌天然橡胶(CANR)和复合抗菌丁苯橡胶(CASBR)。1.采用多种表面活性剂分别对ZnO/Ag纳米复合无机抗菌剂的真空和空气煅烧试样进行分散处理,通过尝试实验、沉降实验、激光粒度分布和TEM等手段对分散效果进行了表征,从而确定出较好的分散剂及分散工艺,并对各分散体系的分散机理进行了初步探讨。结果表明:阴离子型表面活性剂聚丙烯酸盐及其衍生物PAAS和P90、嵌段式结构的非离子型表面活性剂(PVPK17)、具有较强亲水基团的非离子型表面活性剂磷酸三丁酯TBP、P90/PVPK17复配、KH550硅烷偶联剂对ZnO/Ag纳米复合无机抗菌剂的真空和空气煅烧试样有较为理想的分散效果。最佳分散工艺分别为:研磨时间均为20min,磁力搅拌均20min,超声分散均为30min;PAAS、P90浓度为1.4g/L,加入量为20～30%,分散介质为水,pH=9～10,平均粒径在20nm左右;PVP K17浓度为10g/L,加入量为20～48%,分散介质为异丙醇,平均粒径在40nm左右;TBP浓度为10g/L,加入量为40～50%,分散介质为正己烷,平均粒径在50nm左右;P90的浓度为1.4g/L,加入量分别为20～30%,PVPK17浓度为10g/L,加入量分别为5%,分散介质为异丙醇,pH=10,平均粒径约10nm;KH550浓度为20g/L,加入量为33～50%,分散介质为正己烷,平均粒径约80nm。2.分别对表面活性剂PAAS分散前后ZnO/Ag纳米复合无机抗菌剂的真空和空气煅烧试样进行了抗菌性能评价;研究了ZnO/Ag纳米复合无机抗菌剂的真空和空气煅烧试样对小球藻菌抑制作用,并对其急性经口毒性和急性皮肤刺激性进行了评价。结果表明:分散前,该抗菌剂对大肠埃希氏菌的最小抑菌浓度菌均为300 mg/L;分散后,该抗菌剂试样对大肠埃希氏菌和金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度均为50mg/L,抗菌率均在99.93%以上,抗菌性能良好;真空煅烧试样和空气煅烧试样对小球藻菌的最小抑菌浓度均小于5mg/L,抗藻性能优异;真空煅烧试样和空气煅烧试样的急性经口毒性实验为实际无毒,急性皮肤刺激实验为无刺激性,安全性能良好。3.采用双辊混炼法制备CANR,考察了ZnO/Ag纳米复合无机抗菌剂的添加量和煅烧方式对CANR的硫化特性、抗菌性能的影响,并对CANR的抗菌性能和抗藻性能进行了评价。结果表明:随着添加量的增加,正硫化时间反而减小,添加量愈大效果愈显著;真空煅烧试样制得的复合抗菌橡胶正硫化时间小于空气煅烧的试样;随着添加量的增加,抗菌率增大;在其它条件相同时,真空煅烧试样制得的复合抗菌橡胶的抗菌性能略优于空气煅烧的试样。与普通橡胶相比,添加纳米复合抗菌剂所制得的CANR胶片均具有良好的抗菌性能,添加量为3.6%真空煅烧试样所制得的复合抗菌天然橡胶抗菌性能最佳,抗菌率为100%,抗藻性能达到最优0级标准。4.采用双辊混炼法制备CASBR,研究了ZnO/Ag纳米复合无机抗菌剂的添加量和煅烧方式对CASBR的硫化特性、抗菌性能、力学性能的影响,对CASBR的抗菌性能进行了评价。结果表明:随着添加量的增加,正硫化时间反而减小,添加量愈大效果愈显著;真空煅烧试样制得的复合抗菌橡胶正硫化时间小于空气煅烧试样;加入ZnO/Ag纳米复合无机抗菌剂的CASBR对邵尔硬度、扯断伸长率、拉伸强度、100 %定拉伸应力、300 %定拉伸应力和撕裂强度等力学性能均有所提高;随着添加量的增加,抗菌率增大;在其它条件相同时,真空煅烧试样制得的复合抗菌橡胶的抗菌性能略优于空气煅烧试样。对CASBR,添加量为1.15～4.99%时,无论是真空煅烧还是空气煅烧方式,均具有抗菌性能,当添加量为4.99%时,抗菌率达到了99%以上,CASBR抗菌性能优异。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 纳米粉体的分散概述
• 1.1.1 纳米粉体分散的意义
• 1.1.2 纳米粉体的团聚与分散机理
• 1.1.3 纳米粉体的分散方法
• 1.1.4 纳米粉体分散的研究展望
• 1.2 纳米无机抗菌剂及应用研究
• 1.2.1 纳米无机抗菌剂的概述
• 1.2.2 纳米无机抗菌剂的应用领域
• 1.2.3 纳米无机抗菌剂应用到制品中的方法
• 1.3 无机抗菌剂及其制品的性能评价
• 1.3.1 抗菌性能评价
• 1.3.2 安全性能评价
• 1.3.3 抗藻性能评价
• 1.4 本文的选题依据及主要研究内容
• 1.4.1 选题依据
• 1.4.2 主要研究内容
• 1.5 项目来源
• 2 实验部分
• 2.1 实验原料及设备
• 2.1.1 实验主要原料
• 2.1.2 主要设备及测试仪器
• 2.1.3 复合抗菌橡胶的配方
• 2.2 实验过程
• 2.2.1 ZnO/Ag 纳米复合无机抗菌剂的分散实验
• 2.2.2 复合抗菌橡胶的制作工艺
• 2.3 ZNO/AG 纳米复合无机抗菌剂及其抗菌橡胶的表征与性能测试
• 2.3.1 ZnO/Ag 纳米复合无机抗菌剂的表征
• 2.3.2 ZnO/Ag 纳米复合无机抗菌剂的性能测试
• 2.3.3 复合抗菌橡胶的性能测试
• 3 ZNO/AG 纳米复合无机抗菌剂的分散性研究
• 3.1 ZNO/AG 纳米复合无机抗菌剂的物性分析
• 3.1.1 ZnO/Ag 纳米复合无机抗菌剂的晶型结构
• 3.1.2 ZnO/Ag 纳米复合无机抗菌剂的形貌
• 3.1.3 ZnO/Ag 纳米复合无机抗菌剂的粒径分布
• 3.2 阴离子型表面活性剂对ZNO/AG纳米复合无机抗菌剂的分散性研究
• 3.2.1 尝试实验结果及讨论
• 3.2.2 沉降实验结果及讨论
• 3.2.3 粒度分布结果及讨论
• 3.2.4 TEM 结果及讨论
• 3.2.5 阴离子型表面活性剂对ZnO/Ag 纳米复合无机抗菌剂分散机理的初探
• 3.3 非离子型表面活性剂对ZNO/AG纳米复合无机抗菌剂的分散性研究
• 3.3.1 尝试实验结果及讨论
• 3.3.2 沉降实验结果及讨论
• 3.3.3 粒度分布结果及讨论
• 3.3.4 TEM 结果及讨论
• 3.3.5 非离子型表面活性剂对ZnO/Ag 纳米复合抗菌剂分散机理的初探
• 3.4 阴离子型和非离子型表面活性剂的复配对ZNO/AG纳米复合无机抗菌剂的分散性研究
• 3.4.1 尝试实验结果及讨论
• 3.4.2 沉降实验结果及讨论
• 3.4.3 粒度分布结果及讨论
• 3.4.4 TEM 结果及讨论
• 3.4.5 阴离子型和非离子型表面活性剂复配对ZnO/Ag 纳米复合抗菌剂分散机理的初探
• 3.5 偶联剂对 ZNO/AG 纳米复合无机抗菌剂的分散性研究
• 3.5.1 尝试实验结果及讨论
• 3.5.2 沉降实验结果及讨论
• 3.5.3 粒度分布结果及讨论
• 3.5.4 TEM 结果及讨论
• 3.5.5 KH550 硅烷偶联剂对ZnO/Ag 纳米复合抗菌剂分散机理的初探
• 3.6 本章小结
• 4 ZNO/AG 纳米复合无机抗菌剂的性能研究
• 4.1 ZNO/AG 纳米复合无机抗菌剂的抗菌性能
• 4.1.1 分散对其最小抑菌浓度的影响
• 4.1.2 分散对其抗菌率的影响
• 4.1.3 ZnO/Ag 纳米复合无机抗菌剂抗菌机理的探讨
• 4.2 ZNO/AG 纳米复合无机抗菌剂的抗藻性能
• 4.3 ZNO/AG 纳米复合无机抗菌剂的安全性能
• 4.3.1 急性经口毒性实验
• 4.3.2 皮肤刺激实验
• 4.4 本章小结
• 5 ZNO/AG 纳米复合抗菌剂在NR 和SBR 橡胶中的应用研究
• 5.1 ZNO/AG 纳米复合抗菌剂在天然橡胶中的应用研究
• 5.1.1 添加量和煅烧方式对复合抗菌天然橡胶硫化特性的影响
• 5.1.2 添加量和煅烧方式对复合抗菌天然橡胶抗菌性能的影响
• 5.1.3 复合抗菌天然橡胶抗藻性能的测试
• 5.1.4 ZnO/Ag 纳米复合无机抗菌剂对复合抗菌天然橡胶性能影响的机理探讨
• 5.2 ZNO/AG 纳米复合抗菌剂在丁苯橡胶中的应用研究
• 5.2.1 添加量和煅烧方式对复合抗菌丁苯橡胶硫化特性的影响
• 5.2.2 添加量和煅烧方式对复合抗菌丁苯橡胶抗菌性能的影响
• 5.2.3 添加量和煅烧方式对复合抗菌丁苯橡胶拉伸性能的影响
• 5.2.4 添加量和煅烧方式对复合抗菌丁苯橡胶撕裂性能的影响
• 5.2.5 ZnO/Ag 纳米复合无机抗菌剂对复合抗菌丁苯橡胶性能影响的机理探讨
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士研究生期间发表的论文及获奖目录