论文部分内容阅读
水性聚氨酯（WPU）以其环保绿色、制作工艺精简逐渐替代聚氨酯（PU）,广泛应用于油墨、皮革、生物医学、高端新材料等。但WPU在使用过程容易受到细菌的侵袭,缩短其使用寿命并造成致病细菌繁殖引发疾病传播,这限制了其在卫生要求高的领域应用。本文主要围绕制备抗菌型WPU及其性能展开研究,探究了WPU材料与抗菌性能的有机结合及其合成策略,研究了抗菌剂的选择和抗菌剂的引入方式对材料性能的作用及影响。本文通过四种策略制备抗菌型WPU进行研究,具体内容如下:通过调控链段的分子结构,利用接枝方法将羟乙基六氢均三嗪（TNO）作为抗菌剂,制备不同R值的TNO改性WPU（T-WPU）,并考察不同R值对T-WPU性能的影响。随着R值从1.2增大到1.5,T-WPU膜的初始分解温度(T5%)从233.90℃提高至256.40℃,对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抗菌活性都高于80%,8 h后吸水率都在11%以下,改变R值对T-WPU的玻璃化转变温度（Tg）的影响比较小,但是R=1.5时,T-WPU的粒径分布较宽,出现少量沉降,储存稳定略差。R=1.4的T-WPU表现出最佳的综合性能,乳液平均粒径为33.60 nm,膜拉伸应力为8.80 MPa,且表面呈疏水性,抗菌活性达到82.80%。探索了提升T-WPU膜抗菌活性的方法,选择壳聚糖（CS）制备复合T-WPU。为增强CS与T-WPU基体的相容性,首先将CS使用过氧化氢进行氧化预处理,得到低分子量的壳聚糖（LCS）,再通过物理混合的方式将LCS与T-WPU（R=1.4）合成壳聚糖复合WPU（CT-WPU）。利用X射线衍射仪和全反射红外光谱分析分析LCS的结构变化,并探究LCS含量对CT-WPU各项性能的影响,考察了CT-WPU的细胞相容性。研究发现,与T-WPU相比,LCS的引入使CT-WPU乳液的平均粒径增大,粒径分布更宽,CT-WPU复合膜表面呈亲水性,对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抗菌活性均达到90%以上,且细胞相容性好。当LCS含量为0.5%时,复合乳液储存稳定,CT-WPU的综合性能最佳,不仅具备良好的抗菌活性与细胞相容性,复合膜拉伸应力达到13.30 MPa,分解温度(T10%)提高到289.53℃,但该复合膜8 h后的吸水率偏大,为17.18%,耐水性较差。为进一步提升T-WPU膜的耐水性与抗菌活性,选择纳米氧化锌（Zn O NPs）制备纳米复合抗菌型WPU。为改进Zn O NPs的分散性,减少纳米粒子聚集,使用3-氨基丙基-乙氧基硅烷（APTES）对Zn O NPs进行表面处理,经过有机杂化得到A-Zn O,将其原位聚合在T-WPU（R=1.4）中,制备纳米复合WPU（AT-WPU）,并探究AT-WPU的各项性能表现。结果表明,当A-Zn O含量从0.25%增加到0.7%,AT-WPU复合乳液的平均粒径44.60 nm扩大到55.10 nm,AT-WPU复合膜拉伸应力最高可达11.20 MPa,分解温度(T10%)提高近10℃。此外,AT-WPU对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抗菌活性均高于90%;7 h后吸水率低于10%,耐水性增强。然而,与T-WPU相比,AT-WPU复合膜的体外细胞毒性偏大,细胞相容性略差,特别是AT-WPU-0.7,复合乳液出现纳米粒子聚集使其综合性能下降。上述三种抗菌型WPU所用的抗菌剂较为单一,难以保证WPU材料抗菌活性的持续稳定,进一步研究了植酸插层水滑石（PA-LDH）对三种WPU进行改性,期望克服缺陷获得综合性能更优越的WPU复合功能材料。首先利用植酸（PA）与九水合氯化铝（Al（NO3）3·9H2O）、六水合氯化镁（Mg（NO3）2·6H2O）制备PA-LDH,改善LDH在WPU基体的分散性,然后将其与T-WPU（R=1.4）、CT-WPU-0.5、AT-WPU-0.5混合,得到LDH改性的WPU（LDH/T-WPU、LDH/CT-WPU、LDH/AT-WPU）,并考察三种WPU复合材料的各项性能。实验结果发现三种WPU复合乳液多分散系数（PDI）都接近0.10,说明乳液具有储存稳定的特性;三种WPU复合膜对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌抗菌活性接近100%;其中LDH/T-WPU与LDH/AT-WPU的细胞相容性偏差,与CT-WPU相比,LDH/CT-WPU在8 h后吸水率降低到15%左右,提高了耐水性。