抗菌多功能医用棉织物的制备及其性能研究

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棉织物是目前纺织领域中常用面料之一,但单一功能棉织物已难以满足人们对高品质生活的追求,在棉织物表面化学接枝一些小分子基团、聚合物、纳米颗粒等是赋予棉织物多种功能性的一种常用有效手段。特别是纳米技术在棉织物上改性应用越来越多。在抗菌应用中纳米材料许多独特的优势使其显示出巨大的潜力。首先,纳米材料在尺寸、表面化学和形状等方面,可以得到精确控制;可以通过时细菌细胞膜损伤或营养缺乏,光辅助抗菌和免疫调节等方式,成为内在抗菌活性的功能材料。其次,纳米材料作为给药载体可以促进天然或合成聚合物的渗透性、控释性和靶向吸收等性能,提高其抑菌稳定性以及在减少剂量的情况下提高效率。更重要的是,纳米材料可以设计成具有广谱杀菌功能的材料,减少细菌产生耐药性。除此之外,纳米材料还具催化降解、血液相容性、疏水防污、促进细胞增殖和凝血等多种功能。因此,通过接枝聚合物、纳米颗粒等方式可以开发先进的抗菌多功能纺织材料。基于此本论文的研究工作主要包括如下几个方面:由于将纳米颗粒直接用于棉织物的整理存在结合牢度不强,抗菌效果不持久等诸多问题,因此本研究中将纳米二氧化钛的表面进行双键改性,并在改性纳米二氧化钛的表面沉积纳米银颗粒,通过化学接枝的方法将抗菌纳米颗粒(Ag@Ti O2)键接于棉织物表面。改性后的棉织物具有高效持久的抗菌功能,即使水洗50次后,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率仍然保持在90%以上;此纳米颗粒改性后的棉织物对血液的亲和能力增强,改性棉织物与血液接触时,血液可在棉织物表面快速铺展并被吸收。通过肝脏内部出血模型测试表征表明,经纳米颗粒改性后的棉织物可以显著提升棉织物的止血效果。同时,由于改性棉织物优越的杀菌效果,将其贴附于细菌感染后的伤口,可以有效的杀灭伤口处的细菌并促进伤口的快速愈合。此外,改性棉织物能一定程度防止活死细菌在棉织物上的黏附。经Ag@Ti O2颗粒处理后的棉织物虽具有高效的杀菌功能,但是改性后的棉织物却缺乏高效防止细菌黏附的功能,大量的细菌仍然可以在棉织物表面较快速繁殖,形成菌斑或生物膜,从而引起织物发黄,产生异味甚至会降低棉织物原有的机械性能,即使是被杀灭的细菌仍然会少量黏附于棉织物表面,从而影响棉织物附加值的提高。基于此,本论文以纳米颗粒Ag@Ti O2为交联剂,两性离子化合物3-[N,N’-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐(SBMA),甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)为共聚单体,制备了杂化的两性离子抗菌防污水凝胶纳米颗粒,以有机硅季铵盐抗菌剂为偶联剂,并将此水凝胶颗粒接枝于棉织物,所得棉织物具有高效的抗菌作用同时还可以有效抵制细菌在棉织物上的黏附及增殖。。虽然纳米银颗粒的抗菌效果显著,但是过度的使用仍会对水体环境生态平衡造成不可逆的损害,出于环保的考虑,本论文制备了一种无毒环保的阳离子抗菌纳米水凝胶,此纳米水凝胶由苯乙烯(St)、聚己内酯-甲基丙烯酸羟乙基酯(PCL-HEMA)、聚六亚甲基盐酸胍-甲基丙烯酸酯(M-PHGC)等单体共聚合而成,所得到的纳米水凝胶具有规则的球形形貌,平均粒径约为200 nm。由于纳米水凝胶由亲水性的抗菌大分子单体与疏水性单体在水溶液中聚合而成,因此亲水性的抗菌大分子链段多分布于纳米水凝胶的表面,使纳米水凝胶具有更强的杀菌能力。此外,通过抗感染伤口模型实验,证实了纳米凝胶具有较好的预防感染的作用。优越的热稳定性能,良好的生物相容性以及高效接触非溶出杀菌能力,使得此纳米水凝胶在耐用和环保型纳米颗粒抗菌方面表现出优异的潜力。采用阳离子抗菌剂用于棉织物整理,可使棉织物具有优异的抗菌性能,但是经阴离子洗涤剂多次清洗后会出现棉织物抗菌功能逐渐失活的问题,为此本论文设计了一种基于阳离子和卤胺化合物协同抗菌的整理方案,由此获得的棉织物可以通过接触/缓释两种抗菌途径杀死细菌,由于阳离子化合物强烈的静电吸附效果,细菌与棉织物表面紧密接触从而使棉织物上的卤胺化合物抗菌性能得到充分发挥,抗菌测试结果表明,即使经阴离子洗涤剂水洗50次后,棉织物的对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌效果依然可以维持在99.9%以上,更重要的是这种改性方法对棉织物原有的服用性能几乎没有什么影响。
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