抗菌杂化SiO2纳米粒子的制备及改性聚合物的研究

论文摘要

本文通过简单高效的方法制备出一系列功能型抗菌纳米粒子,随后将其与聚氨酯、聚乙烯醇两种常用材料溶液共混成膜,系统的研究了杂化纳米粒子以及复合薄膜的抗菌性能。主要内容如下:（1）采用价格低廉的硅烷偶联剂制备了反应性季铵化合物（QAC）,并用简单的方法将QAC一步接枝在SiO2上,制备得到不同烷基链长度、不同粒径大小的抗菌杂化SiO2纳米粒子。研究了杂化纳米粒子的化学结构、微观形貌以及抗菌性能。结果表明:杂化SiO2纳米粒子表面季铵根含量较高,具有较为规整的球形以及良好的分散性。与纯SiO2纳米粒子相比,杂化SiO2纳米粒子具有优异的抗菌性能,可以在20 min内完全灭杀大肠杆菌与表皮葡萄球菌,且不会发生QAC小分子的迁移释放,属于接触型抗菌材料。（2）将前文制备的杂化SiO2纳米粒子与聚氨酯溶液共混,并固化成膜。研究了不同粒径大小以及烷基链长度的杂化SiO2纳米粒子对聚氨酯复合薄膜性能的影响。测试结果表明:杂化SiO2纳米粒子易在聚氨酯薄膜的表面富集,仅需添加少量（5 wt%）的杂化SiO2纳米粒子可使薄膜具有良好的抗菌性能,且随着杂化SiO2纳米粒子粒径的减小以及QAC烷基链长度的增加,复合薄膜的抗菌性能得到进一步提高,达到100%的抗菌率。将薄膜加速老化处理10天后,抗菌性能几乎未降低,表明该复合薄膜具有良好的抗菌持久性与稳定性。抑菌圈测试表明,该复合薄膜属于接触型抗菌材料,不会发生抗菌剂的迁移。（3）将杀菌性强的QAC-12以及疏水性强的氟硅烷AC-FAS一同键合到SiO2纳米粒子表面,制备得到杂化SiO2纳米粒子F-Q-12,首先研究了F-Q-12的化学结构、微观形貌以及亲疏水性,进一步将F-Q-12与PVA复合,并自然阴干成膜。研究了F-Q-12的添加量对PVA复合薄膜性能的影响。研究结果表明:F-Q-12纳米粒子的疏水性更强,接触角达到了138.3°。由于引入了全氟烷基链,F-Q-12的表面能更低,更易在薄膜的表面富集,添加3 wt%的F-Q-12,便可赋予PVA薄膜良好的疏水性以及抗菌性,其接触角可达96.6°,对大肠杆菌和表皮葡萄球菌的抗菌率均达到100%,表明疏水表面和抗菌的协同作用,能够进一步提高复合薄膜的抗菌性能。复合薄膜未出现抑菌圈,属于接触型抗菌材料,不会发生抗菌剂的迁移。此外,F-Q-12的加入还提高了薄膜的力学性能和热稳定性,其中PVA/F-Q-12（3%）的拉伸强度达到了65.2 MPa,断裂伸长率为28.1%。

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摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 研究背景

1.2 抗菌剂的研究及进展

1.2.1 无机抗菌剂

1.2.2 有机抗菌剂

1.2.3 天然抗菌剂

1.3 纳米抗菌材料的研究及进展

1.3.1 负载型纳米抗菌材料

1.3.2 键合型纳米抗菌材料

1.4 抗菌性能的影响因素

1.4.1 粒径大小

1.4.2 烷基链长度

1.4.3 反离子

1.4.4 电荷密度

1.5 立题依据及研究内容

2纳米粒子的制备'>第二章接触型抗菌杂化SiO₂纳米粒子的制备

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 试剂及原料

2.2.2 仪器及设备

2.2.3 实验菌种

2.2.4 反应性QAC的制备

2纳米粒子的制备'> 2.2.5 杂化SiO₂纳米粒子的制备

2纳米粒子的测试与表征'> 2.2.6 QAC以及杂化SiO₂纳米粒子的测试与表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 QAC的红外光谱及核磁碳谱分析

2.3.2 QAC的种类对杂化纳米粒子性能的影响

2.3.2.1 红外光谱

2.3.2.2 热重分析（TGA）

2.3.2.3 透射电镜（TEM）

2.3.2.4 Zeta电位分析

2.3.2.5 接触角

2.3.2.6 抗菌性能

2.3.3 水的添加量对杂化纳米粒子性能的影响

2.3.3.1 红外光谱

2.3.3.2 透射电镜与粒径

2.3.3.3 热重分析（TGA）

2.3.3.4 Zeta电位分析

2.3.3.5 接触角

2.3.3.6 抗菌性能

2.3.4 QAC的添加量对杂化纳米粒子性能的影响

2.3.4.1 红外光谱

2.3.4.2 热重分析（TGA）

2.3.4.3 Zeta电位分析

2.3.4.4 接触角

2.3.4.5 抗菌性能

2.4 本章小结

2纳米粒子/聚氨酯复合薄膜的制备及性能研究'>第三章杂化SiO₂纳米粒子/聚氨酯复合薄膜的制备及性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 试剂及原料

3.2.2 仪器及设备

3.2.3 实验菌种

2纳米粒子/聚氨酯复合薄膜的制备'> 3.2.4 杂化SiO₂纳米粒子/聚氨酯复合薄膜的制备

2纳米粒子/聚氨酯复合薄膜的测试与表征'> 3.2.5 杂化SiO₂纳米粒子/聚氨酯复合薄膜的测试与表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 热重分析

3.3.2 SEM分析

3.3.3 接触角

3.3.4 抗菌性能

3.3.5 抑菌圈

3.3.6 力学性能

3.3.7 透光率

3.4 本章小结

2纳米粒子的制备及在PVA中的应用研究'>第四章氟化抗菌SiO₂纳米粒子的制备及在PVA中的应用研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 试剂及原料

4.2.2 仪器及设备

4.2.3 实验菌种

2纳米粒子的制备'> 4.2.4 氟化抗菌SiO₂纳米粒子的制备

2纳米粒子/聚乙烯醇复合薄膜的制备'> 4.2.5 氟化抗菌SiO₂纳米粒子/聚乙烯醇复合薄膜的制备

4.2.6 测试与表征

2纳米粒子的测试与表征'> 4.2.6.1 氟化抗菌SiO₂纳米粒子的测试与表征

2纳米粒子/聚乙烯醇复合薄膜的测试与表征'> 4.2.6.2 氟化抗菌SiO₂纳米粒子/聚乙烯醇复合薄膜的测试与表征

4.3 结果与讨论

2纳米粒子的测试结果与分析'> 4.3.1 氟化抗菌SiO₂纳米粒子的测试结果与分析

4.3.1.1 红外光谱

4.3.1.2 热重分析（TGA）

4.3.1.3 透射电镜（TEM）

4.3.1.4 Zeta电位分析

4.3.1.5 接触角

4.3.2 PVA复合薄膜的测试结果与分析

4.3.2.1 SEM分析

4.3.2.2 热重分析

4.3.2.3 接触角

4.3.2.4 抗菌性能

4.3.2.5 抑菌圈

4.3.2.6 力学性能

4.3.2.7 透光率

4.4 本章小结

主要结论与展望

主要结论

不足之处与展望

致谢

参考文献

附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 施申伟

导师: 东为富

关键词: 季铵化合物,共价接枝,杂化纳米粒子,表面富集,接触型抗菌

来源: 江南大学

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 有机化工,材料科学

单位: 江南大学

分类号: TB383.1;TQ317

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