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抗菌聚氯乙烯共聚物的结构设计与合成研究

抗菌聚氯乙烯共聚物的结构设计与合成研究

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作者：简细燕北京化工大学

学位级别：硕士

作为应用最广泛的医用高分子材料之一的聚氯乙烯(PVC),当用作医疗器械产品时,存在增塑剂的迁出和细菌易在其表面黏附和增殖导致感染的问题。因此,赋予PVC材料优异的抗菌性和良好的加工性是对医用聚氯乙烯的客观要求,也是将传统PVC材料... 详细信息

作为应用最广泛的医用高分子材料之一的聚氯乙烯(PVC),当用作医疗器械产品时,存在增塑剂的迁出和细菌易在其表面黏附和增殖导致感染的问题。因此,赋予PVC材料优异的抗菌性和良好的加工性是对医用聚氯乙烯的客观要求,也是将传统PVC材料实现高性能和高附加值的迫切需要。本论文通过结构设计,合成了基于氯乙烯的二元和三元共聚物,并进一步反应合成季铵盐阳离子抗菌聚合物,以制备耐迁移抗菌PVC材料以及具有增塑性和抗菌性双重功能的PVC基体树脂材料。主要研究内容如下:(1)基于大分子季铵盐类抗菌剂优异的抗菌性和耐迁移性,选用氯乙酸乙烯酯(VCA)作为季铵化的功能性单体,通过沉淀聚合合成了3种不同共聚组成的低分子量氯乙烯与氯乙酸乙烯酯的二元共聚物。进一步通过共聚物中VCA与不同碳数的N,N-二甲基烷基叔胺之间的季铵化反应,成功地合成了一系列大分子季铵盐阳离子抗菌剂,其本征抗菌结果显示所制备的不同碳数的大分子季铵盐阳离子抗菌剂对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均表现出优异的抗菌性能。将不同质量分数的大分子季铵盐阳离子抗菌剂与PVC基体混合制备PVC复合抗菌材料。含5 wt%大分子季铵盐阳离子抗菌剂的PVC复合抗菌材料具有优异的抗菌性能,抗菌率高达99.9%。同时,耐迁移实验结果显示大分子季铵盐阳离子抗菌剂具有非常低的迁移率(﹤0.4%)。(2)选择新癸酸乙烯酯(VND)作为内增塑单体,氯乙酸乙烯酯(VCA)作为季铵化的功能性单体,通过悬浮聚合合成了一系列分子量在62000-72000 g/mol的P[(VC)-co-(VND)-co-(VCA)]三元共聚物。测试结果表明,该三元共聚物相对未改性的纯PVC,玻璃化转变温度降低明显,最低降到47.3℃。塑化过程显示VND的引入可以显著地降低熔体的粘度,改善加工性。力学性能测试结果表明三元共聚物的拉伸强度和抗冲强度相比于纯PVC均有所提升,三元共聚物的拉伸强度最高为80.0 MPa,提升了149%,三元共聚物的抗冲强度最高为3.0 k J/m,提升了137%。(3)将P[(VC)-co-(VND)-co-(VCA)]三元共聚物塑化并压制成片材,采用弱极性溶剂溶胀的方式在其膜表面进行季铵化,得到集成了内增塑与抗菌功能的聚合物膜。正己烷与四氢呋喃质量比为13:7的混合溶剂是适合于该三元共聚物表面季铵化的反应介质。抗菌结果表明投料量80 wt%PVC的抗菌PVC材料在VCA实际含量为3%及以上时对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率为98.4%及以上,而投料量70 wt%PVC的抗菌PVC材料在VCA实际含量为4%及以上时抗菌率均高达99.9%。

关键词：聚氯乙烯大分子季铵盐耐迁移内增塑改性表面抗菌改性

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