负载型抗菌剂的制备及其在聚丙烯中的应用

作     者：王云斌 

作者单位：浙江工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：钟明强;杨晋涛

授予年度：2010年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：蒙脱土 吡啶硫酮锌 抗菌剂 聚丙烯 抗菌性能 

摘      要：随着科技的发展和环保意识的提高,健康的环境日益成为人类追求的目标。然而,病菌无处不在,它们的传播和蔓延严重地威胁着人类的健康,已引起人们的高度关注。抗菌材料能有效地抑制细菌的生长和繁殖,将其应用于生活中,对保护人类健康具有十分重要的意义。 本文以钠基蒙脱土为载体,采用离子交换法,先制得载锌蒙脱土,再以载锌蒙脱土为前驱体,在二甲基亚砜溶剂中,将吡啶硫酮阴离子引入蒙脱土层间,通过吡啶硫酮阴离子与锌离子之间的络合作用,原位生成吡啶硫酮锌,制得了吡啶硫酮锌/蒙脱土新型抗菌剂,并对该抗菌剂的制备工艺、抗菌性能、耐热性能及耐光性能进行了研究。论文还进一步以吡啶硫酮锌/蒙脱土为抗菌剂,先用硅烷偶联剂对其表面进行处理,再采用母粒法技术将它添加到聚丙烯中,系统地研究了抗菌剂在聚丙烯中的分散情况以及抗菌母粒添加量对聚丙烯抗菌性能、加工性能、结晶性能、力学性能的影响。通过对抗菌剂和抗菌聚丙烯的系统研究,得到如下主要结论: 载锌蒙脱土的优选制备工艺条件:钠基蒙脱土与水的固液比为1:10,硝酸锌的初始浓度为0.10mol/L,反应时间为4h,反应温度为70℃,pH为5;吡啶硫酮锌/蒙脱土的优选制备工艺条件:二甲基亚砜为溶剂,载锌蒙脱土与二甲基亚砜的固液比为1:10,吡啶硫酮钠的初始浓度为0.20mol/L,反应时间为3h,反应温度为65℃,pH为4;X射线衍射(XRD)和傅里叶红外光谱(FT-IR)分析表明,蒙脱土层间的吡啶硫酮锌以平行于层板、呈单分子层的方式排列;热重(TG)、差示扫描量热(DSC)以及紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)分析表明,吡啶硫酮锌/蒙脱土具有良好的耐热性和耐光性;抗菌实验结果表明,吡啶硫酮锌/蒙脱土具有较好的抗菌即效性和抗菌持久性。 抗菌聚丙烯的优选制备工艺条件:抗菌母粒中吡啶硫酮锌/蒙脱土的含量为20wt%,聚丙烯中抗菌母粒的添加量为5wt%;扫描电镜和透射电镜分析表明,采用母粒法技术能有效地使吡啶硫酮锌/蒙脱土均匀地分散在聚丙烯中;XRD分析表明,抗菌聚丙烯的晶型以α晶型为主,添加抗菌母粒对β晶型有一定的诱导作用,并且蒙脱土在聚丙烯基体中基本没有剥离;吡啶硫酮锌/蒙脱土在聚丙烯结晶过程中具有异相成核作用,除了能增加晶核数量、细化晶粒外,还能提高聚丙烯的结晶温度、结晶度和结晶速度,但对熔点基本没有影响;当抗菌母粒添加量在0wt%时,随着添加量的增加,聚丙烯的弯曲模量和冲击强度都相应地提高而拉伸强度略有下降,加工黏度也出现降低;抗菌实验表明,添加5wt%抗菌母粒的聚丙烯不仅有强抗菌效果(对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率都超过99%),还有较好的抗菌即效性和抗菌持久性。