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季铵盐修饰有机硅改性聚氨酯的制备与性能

作　者: 张文涛
导　师: 詹晓力
学　校: 浙江大学
专　业: 化学工程
关键词: 季铵盐聚硅氧烷聚氨酯低表面能涂料抗菌性
分类号: TQ323.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

聚硅氧烷改性聚氨酯在共聚物中引入了具有低表面能性质的聚硅氧烷软段以及优良力学性能和表面附着力的聚氨酯结构。季铵盐作为一种广谱杀菌剂已经有五十多年的应用历史,将季铵盐引入到有机硅改性聚氨酯中合成一种季铵盐修饰有机硅改性聚氨酯,作为一种好的涂层聚合物可以拥有杀菌性、低表面能及好的力学性能,在海洋防污、医用植入物、服装、厕具、导管等方面得到了广泛的应用,已成为近些年研究的热点。本文首先以烯丙基缩水甘油醚为原料与四甲基二硅氧烷进行硅氢加成反应合成1,3-双[3-(2,3-环氧丙氧基)丙基]-四甲基二硅氧烷,后经甲醇醇解得到封端剂1,3-双[3-(1-甲氧基-2-羟基丙氧基)丙基]-四甲基二硅氧烷,表征其结构并计算相应收率。氯丙基甲基二氯硅烷水解之后可得到含氯丙基的硅氧烷三环体,该环体与D4进行阳离子开环聚合并以1,3-双[3-(1-甲氧基-2-羟基丙氧基)丙基]-四甲基二硅氧烷封端可得到含氯丙基的双羟基封端聚硅氧烷。经季铵化反应向有机硅高分子链引入季铵盐后,活泼基团羟基与异氰酸酯反应得到季铵盐修饰有机硅改性聚氨酯,并测试了聚氨酯的杀菌性能和表面疏水性能。实验结果表明：经硅氢加成和醇解两步可得到封端剂1,3-双[3-(1-甲氧基-2-羟基丙氧基)丙基]-四甲基二硅氧烷,收率可达到63.8%。2,4,6-三(3-氯丙基)-2,4,6-三甲基-环三硅氧烷与D4开环聚合在70℃下反应24h之后可得到不同分子量(3000g/mol,5000g/mol,8000g/mol)及不同氯丙基含量(0%,10%,20%,30%)的双羟基封端聚硅氧烷。经阳离子滴定,季铵化反应的转化率在14h后可达到95%以上。得到的聚氨酯材料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀菌率可达到90%以上,而且水的静态接触角可达到110°以上。而且经过测试,季铵盐含量为20%的有机硅改性聚氨酯因其具有好的杀菌性与疏水性,可望用作一种新型抗菌涂层材料。

全文目录

致谢  5-7
摘要  7-8
Abstract  8-10
目录  10-12
1 绪论  12-14
2 文献综述  14-33
  2.1 聚氨酯材料的结构、性能与改性  14-17
    2.1.1 聚氨酯材料的结构与性能  14-15
    2.1.2 聚氨酯的改性  15-17
      2.1.2.1 聚氨酯的共混改性  15-16
      2.1.2.2 聚氨酯的接枝改性  16-17
  2.2 聚硅氧烷的概述  17-23
    2.2.1 聚硅氧烷的结构与性能  17-18
    2.2.2 羟基封端聚硅氧烷的合成  18-21
    2.2.3 有机硅改性聚氨酯的概述  21-23
  2.3 有机硅改性聚氨酯的改性及应用  23-30
    2.3.1 有机硅改性聚氨酯的应用  23-24
    2.3.2 季铵盐修饰有机硅改性聚氨酯  24-30
      2.3.2.1 季铵盐修饰的有机硅概述  24-26
      2.3.2.2 季铵盐修饰有机硅改性聚氨酯的杀菌机理  26-27
      2.3.2.3 季铵化反应的影响因素  27-28
      2.3.2.4 季铵盐修饰有机硅改性聚氨酯在海洋防污上的应用  28-30
  2.4 本文研究内容  30-33
3 实验部分  33-41
  3.1 实验试剂与仪器  33-34
    3.1.1 主要实验试剂  33-34
    3.1.2 实验仪器  34
  3.2 1,3-双[3-(2,3-环氧丙氧基)丙基]-四甲基二硅氧烷的合成  34
  3.3 1,3-双[3-(1-甲氧基-2-羟基丙氧基)丙基]-四甲基二硅氧烷的合成  34-35
  3.4 2,4,6-三(3-氯丙基)-2,4,6-三甲基-环三硅氧烷的合成  35
  3.5 含氯丙基双羟基封端聚硅氧烷的合成  35-36
  3.6 季铵盐修饰的双羟基封端聚硅氧烷的合成  36
  3.7 季铵盐修饰的有机硅改性聚氨酯的合成  36-37
  3.8 分析测试方法  37-41
    3.8.1 季铵盐含量的测定  37-38
    3.8.2 端羟基分析法测定分子量  38-39
    3.8.3 共聚物膜的接触角测量  39
    3.8.4 聚氨酯材料杀菌性能测试  39-41
4 结果与讨论  41-63
  4.1 1,3-双[3-(2,3-环氧丙氧基)丙基]-四甲基二硅氧烷的合成及表征  41-43
  4.2 1,3-双[3-(1-甲氧基-2-羟基丙氧基)丙基]-四甲基二硅氧烷的合成及表征  43-45
  4.3 2,4,6-三(3-氯丙基)-2,4,6-三甲基-环三硅氧烷的合成及表征  45-47
  4.4 含氯丙基双羟基封端聚硅氧烷的合成及表征  47-51
  4.5 季铵盐修饰的双羟基封端聚硅氧烷的合成  51-53
  4.6 季铵盐修饰有机硅改性聚氨酯的合成  53-55
  4.7 季铵盐修饰有机硅改性聚氨酯性能研究  55-63
    4.7.1 疏水性研究  55-60
      4.7.1.1 静态接触角的测量  55-58
      4.7.1.2 表面张力的计算  58-60
    4.7.2 杀菌性测试  60-63
5 结论与展望  63-65
  5.1 主要研究结论  63-64
  5.2 不足与展望  64-65
参考文献  65-74
作者简介  74
攻读硕士期间已经发表的论文  74

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