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丙烯酸抗菌抗静电涂料的研制

作　者: 谭生
导　师: 杨保平；崔锦峰
学　校: 兰州理工大学
专　业: 化学工艺
关键词: 季铵盐抗菌涂料抗静电涂料抗菌剂抗静电剂
分类号: TQ637
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

传统的抗菌涂料和抗静电涂料是在不同的树脂基料中添加无机、有机及复配的抗菌剂和抗静电剂,以达到抗菌和抗静电的效果。由于这些填料在涂料基料中缓慢释放或析出,随着使用时间的推移其抗菌性及抗静电性在逐渐减弱,同时析出的重金属如银、铜离子等对环境造成了一定的污染。结构型抗菌涂料和抗静电涂料是将具有抗菌或抗静电的基团通过一定的化学反应,以化学键将抗菌基团连接在树脂基料高分子上,以此高分子为基料的抗菌涂料和抗静电涂料。结构型抗菌涂料和抗静电涂料的研制具有很重要的意义,通过化学键将具有抗菌性或抗静电性的基团连接于基料树脂上,基料树脂具有抗菌性或导电性,以此制备的抗菌涂料和抗静电涂料的抗菌性和抗静电性更加持久,有效。季铵盐类抗菌剂抗静电剂的应用很广泛,如洁尔灭（十二烷基二甲基苄基氯化铵）作为一种高效的杀菌剂而广泛使用,抗静电剂SN、抗静电剂TM作为抗静电剂广泛应用于抗静电涂料中。近年来对可聚合季铵盐的研究较多,包括对不同结构季铵盐单体抗菌性的合成研究,及其共聚后高聚物抗菌性的研究,研究表明含季铵盐高聚物高分子同样具有良好的抗菌性。但对可聚合季铵盐抗静电性的研究较少。本文合成了一种具有抗菌性能的季铵盐单体丙烯酰氧乙基二甲基乙基溴化铵（PEDAB）,该化合物为白色固体,分子式为C₉H₁₈O₂NBr,分子量253g/mol,熔程:283-285℃,极易吸潮,极易溶解于水、乙醇,加热能溶解于正丁醇中,不溶解于乙醚等极性小的溶剂中。通过实验合成抗菌单体PEDAB的最佳工艺条件为,反应温度40℃,溶剂为等体积比的乙醚丙酮混合溶剂,原料DMAEA与溴乙烷的物质的量之比为1:2,PEDAB的产率最大为68.2%。利用现代分析测试技术对合成的功能单体进行了结构表征,通过抗菌性能检测结果表明这种季铵盐功能单体具有良好的抗菌性。以功能单体PEDAB与甲基丙烯酸甲酯（MMA）、甲基丙烯酸丁酯（BMA）及丙烯酸丁酯（BA）自由基聚合,将具有抗菌性能的季铵盐基团通过自由基聚合反应以化学键的形式连接到丙烯酸树脂高分子链上。聚合的最佳工艺条件为:以正丁醇为溶剂,聚合温度为100℃,引发剂（BPO）的加入量为1%时,得到一系列浅黄色的共聚物,随着聚合过程中功能单体量的增加,共聚物的颜色逐渐变深。通过对合成的PEDAB及其共聚物进行红外对比及DSC分析,可确定功能单体参与了聚合反应。以此树脂与一定量的醋酸丁酯与填料配制涂料。对配制的涂料进行抗菌抗静电检测,实验结果表明以此得到的涂料具有良好的抗菌抗静电性能。通过对高聚物抗菌性能的检测,表明随着聚合过程中PEDAB量的增加,高聚物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌及黑曲霉的抗菌效果愈显著。当PEDAB量达到8%时,抗菌率都达到99%。通过对涂膜表面电阻率ρ_s的测定,当功能单体的用量为6%时,涂膜的表面电阻率达到2.2×10⁵Ω,随着功能单体用量的增加,涂膜的表面电阻率没有明显变化。合成的功能单体结构中含有双键,能与其他丙烯酸单体进行自由基共聚,以此高聚物为基料配制抗菌抗静电涂料。试验结果表明利用这种方法得到的结构型抗菌抗静电涂料具有良好的抗菌抗静电性,从根本上克服了传统抗菌涂料及抗静电涂料使用抗菌剂和抗静电剂所产生的诸多问题。同时使配制的抗菌抗静电涂料具有长效抗菌抗静电的效果,极具科研和应用价值。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-11
第一章绪论  11-30
  1.1 抗菌涂料的研究进展  11-17
    1.1.1 添加型抗菌涂料  12-16
    1.1.2 结构型抗菌涂料  16-17
  1.2 抗静电涂料的研究进展  17-23
    1.2.1 添加型抗静电涂料  18-22
    1.2.2 非添加型抗静电涂料  22-23
  1.3 季铵盐的研究现状  23-26
    1.3.1 季铵盐抗菌性的研究现状  23-24
    1.3.2 季铵盐抗菌剂的应用现状  24-25
    1.3.3 季铵盐的抗菌机理  25-26
    1.3.4 季铵盐的抗静电机理  26
  1.4 抗菌涂料的抗菌机理及抗静电涂料的抗静电机理  26-27
    1.4.1 抗菌涂料的抗菌机理  26-27
    1.4.2 抗静电涂料的抗静电机理  27
  1.5 课题的提出及研究的意义  27-30
    1.5.1 抗菌涂料的研究意义  28-29
    1.5.2 抗静电涂料的研究意义  29-30
第二章丙烯酰氧乙基二甲基乙基溴化铵合成  30-43
  2.1 引言  30-31
  2.2 试剂与仪器  31-32
  2.3 实验步骤  32-34
    2.3.1 丙烯酰氯的制备  32-33
    2.3.2 丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEA）的制备  33
    2.3.3 丙烯酰氧乙基二甲基乙基溴化铵（PEDAB）的制备  33
    2.3.4 PEDAB 的最小抑菌浓度的测定  33-34
    2.3.5 功能单体PEDAB 的均聚  34
  2.4 结果与讨论  34-41
    2.4.1 丙烯酰氧乙基二甲基乙基溴化铵（PEDAB）的结构表征  34-35
    2.4.2 影响PEDAB 合成的因素  35-37
    2.4.3 PEDAB 的最小抑菌浓度的测定结果  37-38
    2.4.4 PEDAB 均聚的试验结果  38
    2.4.5 影响PEDAB 均聚的因素  38-41
  2.5 小结  41-43
第三章抗菌抗静电共聚物的聚合  43-51
  3.1 引言  43-44
  3.2 试剂与仪器  44-45
  3.3 实验步骤  45
  3.4 结果与讨论  45-49
    3.4.1 PEDAB 及高聚物的红外光谱对比  45-46
    3.4.2 高聚物的TG-DSC 曲线  46-47
    3.4.3 影响聚和物合成的因素  47-49
  3.5 小结  49-51
第四章抗菌抗静电涂料的制备及性能测定  51-57
  4.1 引言  51
  4.2 试剂与仪器  51-52
  4.3 实验步骤  52-53
    4.3.1 抗菌性能的检测  52-53
    4.3.2 抗静电性的检测  53
  4.4 结果与讨论  53-55
    4.4.1 不同树脂对涂料性能的影响  53-54
    4.4.2 聚合物抗菌性检测结果  54-55
    4.4.3 涂料抗静电性检测结果  55
  4.5 小结  55-57
第五章结论  57-59
参考文献  59-63
致谢  63-64
附录A：攻读学位期间发表的论文  64

丙烯酸抗菌抗静电涂料的研制

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