甜菜碱聚合物合成及其在棉织物抗菌整理中的应用

作     者：高思梦 

作者单位：江南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王鸿博

授予年度：2020年

学科分类：0821[工学-纺织科学与工程] 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] 082103[工学-纺织化学与染整工程] 

主      题：甜菜碱 聚合 棉织物 抗菌整理 

摘      要：棉织物以其穿着舒适、可再生、绿色环保、易于生物降解等特点备受人们喜爱。然而,由于纤维素大分子结构链上含有许多羟基(-OH)亲水基团及棉纤维的多孔性,导致棉织物极易藏污纳垢,为细菌的生长繁殖提供良好的环境和物质基础,这不仅会降低纺织品品质和物理性能,更会对人体造成潜在的伤害。因此,对织物进行抗菌整理,使之具有抑制或杀灭微生物的能力,显得尤为重要。目前,大多数抗菌棉织物缺少简单、稳定和有效的抗菌整理方法。开发一种耐用且便捷的试剂,以满足织物抗菌整理要求成为最大的挑战。本文设计并合成了一种新的聚磺酸基甜菜碱,即聚(磺酸基甜菜碱-丙烯酰胺-烯丙基缩水甘油醚)(PSPB-AM-AGE)作为棉织物抗菌整理试剂。其中,SPB为磺酸基甜菜碱基团,作为抑菌功能单体;AM为丙烯酰胺,是连接基团;AGE为烯丙基缩水甘油醚,作为与织物接枝反应的单体。进而通过抗菌剂分子链上环氧基开环与纤维素羟基之间共价结合,将PSPB-AM-AGE接枝于棉织物上,研究其抗菌性能。论文研究结果如下:(1)磺酸基甜菜碱(SPB)与聚磺酸基甜菜碱(PSPB-AM-AGE)的合成及表征分析。以N,N-二甲基烯丙胺,丙磺酸内酯合成了带有活性反应基团的磺酸基甜菜碱化合物(SPB),并通过元素分析、FTIR、H-NMR对其结构进行了表征。之后,通过AM、SPB、AGE三种单体的自由基聚合制备了聚磺酸基甜菜碱(PSPB-AM-AGE),运用FTIR、H-NMR、XRD的表征手段证实了其制备的成功。通过正交试验,讨论合成反应温度、反应时间、引发剂用量、甜菜碱与丙烯酰胺比例对产物PSPB-AM-AGE抑菌率的影响,获得合成最优工艺条件为:温度为70℃,甜菜碱与丙烯酰胺摩尔比为2:1,引发剂用量为2%时,反应时长为4 h。(2)聚磺酸基甜菜碱(PSPB-AM-AGE)的抗菌性能分析。采用活菌计数法测试PSPB-AM-AGE对大肠杆菌(***)与金黄色葡萄球菌(***)的最低抑菌浓度(MIC)为2.625 g·L。PSPB-AM-AGE的抗菌动力学测试显示,PSPB-AM-AGE与大肠杆菌接触时间4 h后,大肠杆菌数量接近于零。(3)聚磺酸基甜菜碱(PSPB-AM-AGE)改性棉织物的制备及表征分析。以PSPB-AM-AGE为抗菌整理剂,通过轧烘焙工艺整理到棉织物上,用FTIR、XPS、SEM证实了PSPB-AM-AGE接枝于棉织物。采用单因素实验法考察了PSPB-AM-AGE浓度、浴比、浸泡温度、预烘温度和烘焙温度对整理后棉织物的抑菌性能的影响,获得最优工艺:PSPB-AM-AGE的浓度为36 g·L,浴比为1:20,浸泡温度为40℃,预烘温度为70℃,烘焙温度为165℃。(4)聚磺酸基甜菜碱(PSPB-AM-AGE)改性棉织物的抗菌性能分析。采用振荡法、活菌计数法对最优工艺整理后棉织物进行抗菌耐洗牢度测试,结果表明整理后织物对***与***的抑菌率分别为95.18%、98.74%。耐洗牢度测试显示PSPB-AM-AGE整理的织物具有优异的耐洗性。此外,PSPB-AM-AGE处理后的棉织物表现出良好的抗菌粘附性能。(5)聚磺酸基甜菜碱(PSPB-AM-AGE)改性棉织物的服用性能分析。经PSPB-AM-AGE整理后,棉织物的亲水性能与透湿性能得到了大幅度提高,力学性能、透气性以及白度稍有下降,热稳定性未受到明显不良影响,总体满足服用要求。