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本论文选用氧化锌(ZnO)作为抗菌剂,以高密度聚乙烯(HDPE)作为基体材料制备出一系列抗菌材料,主要从氧化锌晶须对抗菌材料性能的影响、表面改性剂对抗菌材料性能的影响、抗菌材料在最佳工艺条件下抗菌性能的表征等三个方面进行研究。
大多数抗菌材料的研究以银系抗菌剂为主,对于ZnO的研究很少,本论文通过纳米氧化锌(nano-ZnO)与四角状氧化锌晶须(T-ZnO)的协同作用,使得材料的抗菌性能有了明显的提高,抗菌率由42.1%提高到了96.3%。同时,对不同组成的抗菌剂Nano-ZnO∶T-ZnO(10/90~90/10)进行了抗菌性能测试,实际的抗菌率均高于理论抗菌值,从另一方面肯定了抗菌协同作用的存在。通过对复合材料的导电通道(体积电阻率ρ<,v>、表面电阻率ρ<,s>)和原子力显微镜(AFM)表征可知,四角状氧化锌晶须可以在基体材料中形成导电空间网络,并且可以改善无机粒子的分散状态,形成空间网络有利于提高材料的抗菌性能。在抗菌率的提高上,空间网络起到了至关重要的作用。
众所周知,无机粒子高的表面自由能将会导致粒子与聚合物间较差的相容性,因此,本文选用了两种改性剂对抗菌剂进行表面改性。一种是钛酸酯偶联剂,另一种是硅烷偶联剂。通过对改性氧化锌的红外表征可知,表面改性的氧化锌在2972.3 cm<-1>,2926.0 cm<-1>,2889.4cm<-1>处出现了明显的有机基团特征峰,表明键合了一层有机单分子层,并且,钛酸酯偶联剂的反应活性高于硅烷偶联剂的反应活性。通过吸水性测试,表明氧化锌的表面性质发生了明显的变化,同时改性前氧化锌表现为亲水性,当经过改性剂改性后,氧化锌表现出了明显的疏水性,钛酸酯偶联剂的有机单分子层的键合量高于硅烷偶联剂的键合量,结果与红外表征的结果基本相符。通过 TGA分析,定量表征了键合到氧化锌表面的有机单分子层的含量,反应时的投料比为4%,实际反应键合的量为2.2%。力学性能的表征结果表明,随着改性剂在介质中含量的增加抗冲击性能也随之增加,直到含量达到3wt%,多出的未反应的偶联剂在抗菌剂表面形成的单层分子层上继续形成多层结构,破坏了无机粒子的分散。在抗菌性能上,表面改性后的氧化锌与未改性的氧化锌的抗菌率相同,表明改性剂对抗菌剂的抗菌性能没有影响,改性后的复合材料的抗菌性能要优于未改性的复合材料的抗菌性能。通过对所制得抗菌材料的抗菌性能,机械性能,抗菌持久性能的研究发现,经过改性的材料抗菌性能优良,机械性能也得到一定的改善,并且能够保持较好的抗菌持久性能(96.7%)。