载银纳米二氧化钛有机改性及在抗菌塑料涂漆中的应用

摘要

抗菌塑料的核心成分是抗菌剂，目前用于生产抗菌塑料的无机抗菌剂主要是银离子负载型，随着纳米抗菌剂在抗菌塑料中的应用，纳米二氧化钛光催化抗菌剂成为研究热点。抗菌塑料生产中主要的制备方法为抗菌母粒法，但该法使大量抗菌剂包裹在塑料内部，不能实现抗菌功能。本课题采用载银纳米二氧化钛作为抗菌剂，通过对抗菌粉体进行有机表面改性，使其在塑料涂漆中有很好的分散性，通过在塑料表面涂覆抗菌薄膜的方法制备抗菌塑料，并研究了抗菌剂加入量和涂膜层数等条件对抗菌效果的影响，获得如下结果： 采用硬脂酸对载银纳米二氧化钛粉体进行了有机改性，考察了改性剂用量、改性剂浓度、改性时间、pH值以及温度对改性效果的影响，优化了工艺条件，对结果进行了方差分析。利用红外谱图（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）等手段对改性后的抗菌粉体进行了表征和研究，并检测了粉体的光催化性能和抗菌性能。结果表明，最佳的改性条件为硬脂酸用量为1％、硬脂酸浓度为0.0004mol/L、改性时间为60min、改性pH值为6、改性温度为70℃，粉体的亲油化度值可达到66.3％，改性后的粉体有较好的疏水性能。红外分析结果表明硬脂酸以化学键的方式键合在Ag-TiO2表面。改性后抗菌粉体的分散性能得到了提高，抗菌粉体的抗菌率略有下降，但仍能达到99.77％。有机改性后的抗菌粉体，在不添加任何分散剂的情况下在有机介质中有很好的分散性。抗菌粉体的分散机理为空间位阻效应。 采用化学法对塑料表面进行了预处理，并进行了形貌分析。为优化制备工艺条件，以涂膜后的塑料样片对大肠杆菌的抗菌率和对甲基橙的降解率为主要表征指标，考察了抗菌粉体加入量和涂膜层数对抗菌性能和薄膜光催化性能的影响，并用SEM对抗菌塑料的表面形貌进行了表征。研究结果表明：KMnO4/浓HCl对塑料表面的处理效果更好，最佳处理时间为60min，最佳处理温度为70℃，处理后塑料表面出现均匀的微观粗糙结构。抗菌粉体在塑料表面的分布较均匀，但存在一定的团聚问题。抗菌粉体的最佳添加量为2％，最佳涂膜层数为1层。涂膜层数大于三层时具有良好的抗菌持久性，抗菌塑料具有良好基底附着强度，具有较好的耐水性和耐化学品性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1引言

1.2抗菌塑料的发展现状

1.2.1抗菌剂的分类

1.2.2抗菌塑料国外发展现状

1.2.3抗菌塑料国内发展现状

1.3抗菌塑料的制备方法

1.3.1抗菌塑料的常见制备方法

1.3.2纳米抗菌塑料制备

1.4抗菌粉体的表面改性

1.4.1纳米TiO2抗菌剂的表面结构

1.4.2纳米TiO2抗菌剂的有机改性

1.5塑料的表面改性方法

1.6研究思路及内容

第二章实验研究方法

2.1实验主要原料、化学试剂及仪器

2.1.1实验原料

2.1.2主要化学试剂

2.1.3主要试验仪器

2.2样品制备

2.2.1改性抗菌粉体的制备

2.2.2塑料表面的预处理

2.2.3抗菌塑料的涂膜

2.3改性粉体的性能表征方法

2.3.1亲油度值的测定

2.3.2扫描电镜分析

2.3.3傅立叶红外光谱分析

2.3.4粉体的光催化性能表征

2.3.5粉体的抗菌性能表征

2.3.6抗菌剂悬浮液分散稳定性的评价

2.4抗菌塑料物化性能表征方法

2.4.1划格试验

2.4.2耐腐蚀性能表征

2.4.3光催化性能表征

2.4.4塑料的抗菌性能表征

2.4.5塑料的外观质量评价

2.4.6扫描电镜分析(SEM)

第三章载银纳米二氧化钛有机表面改性

3.1改性剂的筛选

3.2改性条件的优化

3.2.1硬脂酸用量的影响

3.2.2硬脂酸浓度的影响

3.2.3改性时间的影响

3.2.4改性pH值的影响

3.2.5改性温度的影响

3.3正交实验

3.3.1实验结果

3.3.2实验结果直观分析

3.3.3方差分析

3.4改性粉体性能的表征

3.4.1粉体极性的变化

3.4.2粉体的红外光谱分析

3.4.3热重差热分析

3.4.4粉体的SEM分析

3.4.5粉体的光催化性能分析

3.4.6粉体的抗菌性能分析

3.5小结

第四章载银纳米二氧化钛粉体分散性研究

4.1分散剂及有机改性对粉体分散性的影响

4.1.1不同分散方法对粉体分散性的影响

4.1.2分散剂对改性后粉体分散效果的影响

4.2有机改性对粉体分散性能的影响

4.2.1改性剂添加量对粉体分散性能的应响

4.2.2改性前后粉体沉降性能分析

4.3有机改性后粉体在有机介质中分散机理分析

4.4 小 结

第五章载银纳米二氧化钛在塑料涂漆中的应用

5.1塑料表面预处理

5.1.1处理时间的影响

5.1.2处理温度的影响

5.1.3处理前后塑料表面形貌分析

5.2涂膜后抗菌塑料的形貌分析

5.3抗菌粉体加入量的影响

5.3.1抗菌粉体加入量对塑料抗菌性能的影响

5.3.2抗菌粉体加入量对塑料光催化性能的影响

5.4涂膜层数的影响

5.4.1涂膜层数对塑料抗菌性能的影响

5.4.2涂膜层数对塑料的光催化性能的影响

5.5抗菌塑料的长效抗菌性能

5.6抗菌塑料涂膜的物化性能

5.6.1抗菌塑料的耐腐蚀性能

5.6.2抗菌塑料的附着强度检测

5.6.3抗菌塑料的白度变化

5.7 小结

第六章结论与建议

6.1结论

6.2 建议

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间主要研究成果