聚乳酸/Nano-ZnO/叶绿素铜酸纳米复合抗菌材料的制备及表征

摘要

聚乳酸(PLA)是环境友好型材料，将其增韧改性成为复合抗菌材料是目前国内外研究和开发的一个重要方向。从研究现状看，无机纳米粒子对PLA的抗菌性能具有一定的改善作用，但对其力学性能有所消弱。因此，如何使纳米氧化锌(nano-ZnO)在含量较低的情况下就能制得抗菌性能优异，力学性能良好的聚乳酸复合材料，具有重要的科学意义和实用价值。
　　本工作在分析nano-ZnO改善PLA抗菌性能的基础上，首次利用叶绿素铜酸(CCA)的吸收-传递可见光原理，在PLA/nano-ZnO复合材料中加入适量CCA，期望在nano-ZnO含量较低时，复合抗菌材料就能吸收可见光能，实现nano-ZnO高效光敏化抗菌作用，达到既节约成本又具有优异的可见光光催化抗菌性能的目的。
　　采用母料法，以PLA为基体树脂，nano-ZnO为抗菌剂，CCA为可见光光能吸收传递剂，通过溶液复合工艺制备抗菌母料。将该母料、PLA和增塑剂柠檬酸三丁酯(TBC)热机械共混制得PLA/nano-ZnO/CCA复合材料。通过抗菌实验考查材料的抗菌性能，利用电子万能试验机、旋转流变仪、差示扫描量热法(DSC)、傅里叶转换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等手段研究了PLA/nano-ZnO/CCA的力学性能、流变性能、热性能、形态结构和相态结构。得到如下主要结果:
　　(1)nano-ZnO和CCA之间存在相互作用，为利用CCA增强nano-ZnO光敏化抗菌作用奠定了基础。CCA的添加，使PLA/nano-ZnO/CCA复合材料在可见光下对大肠杆菌的抗菌性能大幅度提高。当nano-ZnO含量大于1.5wt％时，PLA/nano-ZnO才开始具有抗菌性（抗菌率≥90.O％）。而添加CCA后，当nano-ZnO含量为0.3wt％，nano-ZnO/CCA质量比为18/6时，PLA/nano-ZnO/CCA即具有明显的抗菌性，抗菌率比相同nano-ZnO含量的PLA/nano-ZnO提高9倍。当nano-ZnO含量为0.9～1.5wt％、nano-ZnO/CCA质量比为18/6时，复合材料具有较强的抗菌性（抗菌率≥99.0％）。
　　(2)CCA使PLA/nano-ZnO/CCA复合材料的冲击韧性、拉伸强度和弯曲强度均有所降低;断裂伸长率随nano-ZnO和CCA含量的增大呈先增大后减小的趋势。当nano-ZnO含量为1.2wt％、nano-ZnO/CCA的质量比为18/6时，复合材料的力学性能较佳，断裂伸长率比相同nano-ZnO含量的PLA/nano-ZnO提高18倍，达62.2％;拉伸强度、弯曲强度和悬臂梁冲击强度保持率分别为92％、86％和76％;且抗菌率为99.5％。
　　(3)复合材料的黏弹行为以黏性为主，对频率的响应性较弱。nano-ZnO和CCA的加入，使复合材料的储能模量和损耗模量均有不同程度的降低。
　　(4)利用TEM观察复合材料的冲击断面表明，PLA/nano-ZnO/CCA复合材料中nano-ZnO分散较为均匀，但仍存在少量的团聚现象，这一定程度上导致复合材料力学性能的下降。
　　(5)CCA使PLA/nano-ZnO/CCA复合材料的热稳定性有所降低，而其结晶度提高。当nano-ZnO含量为0.9wt％、nano-ZnO/CCA质量比为18/6时，复合材料的热分解起始温度比相同nano-ZnO含量的PLA/nano-ZnO降低16℃，结晶度提高8.4％。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 聚乳酸

1．1．1 聚乳酸的概述

1．1．2 聚乳酸的制备

1．1．3 聚乳酸的降解

1．1．4 聚乳酸的研究现状

1．2 抗菌塑料

1．2．1 抗菌剂及抗菌剂的抗菌机理

1．2．2 抗菌塑料的制备

1．2．3 抗菌塑料的评价

1．2．4 抗菌塑料的应用

1．3 PLA／nano-ZnO复合抗菌塑料

1．3．1 纳米氧化锌简述

1．3．2 PLA／nano-ZnO复合抗菌塑料

1．4 课题的思路及主要研究内容

2 抗菌母料的制备与工艺研究

2．1 实验部分

2．1．1 主要原料及试剂

2．1．2 主要仪器与设备

2．1．3 抗菌母料制备

2．2 结果与讨论

2．2．1 CCA的结构与热学行为分析

2．2．2 nano-ZnO和CCA相互作用分析

2．2．3 抗菌母料的制备与工艺研究

2．3 本章小结

3 纳米复合抗菌材料的制备与表征

3．1 实验部分

3．1．1 主要原料及试剂

3．1．2 主要仪器与设备

3．1．3 复合材料的制备与性能测试

3．2 结果与讨论

3．2．1 抗菌性能分析

3．2．2 力学性能分析

3．2．3 复合材料的溶体流动速率与流变行为分析

3．2．4 复合材料的形态观察与化学结构分析

3．2．5 复合材料的热学行为分析

3．3 本章小结

3．4 工作展望

4 结论

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文

致谢