有机硅季铵盐聚合物/改性纳米氧化锌杂化抗菌材料的制备及性能

摘要

棉纺织品具有良好的排汗吸湿性以及舒适的穿着体验而受到广泛应用，然而其多孔结构以及黏附的汗液为微生物的滋生和繁殖提供了环境和营养源，增加了疾病通过微生物传播发生交叉感染的可能性，因此对棉纺织品进行抗菌整理十分必要。本研究首先分别利用碳基材料和贵金属对纳米氧化锌进行改性，进而将其通过自由基共聚法引入有机硅季铵盐聚合物中，制备了有机硅季铵盐聚合物/改性纳米氧化锌杂化抗菌材料，并对其整理棉纺织品的性能进行了考察。体系中的纳米ZnO和季铵盐中的阳离子能够协同抗菌赋予棉纺织品长效广谱的抗菌活性，聚合物中的有机硅链段可以赋予棉纺织品柔软的手感。具体研究内容包含以下几方面： 通过水热法制备了碳量子点改性纳米ZnO（ZnO@CQDs），考察了CQD用量对纳米ZnO吸光度的影响规律，UV-vis结果表明：当纳米ZnO和CQD的比例为1:2时，ZnO@CQDs在紫外-可见光区域的吸收能力最强。PL结果表明：CQD的改性可以显著分离纳米ZnO的光生电子-空穴对。XRD和FT-IR表征结果表明：CQD不会对纳米ZnO的晶型和化学结构造成影响，ZnO@CQDs纳米粒子的尺寸约为25nm左右。应用结果表明：与纳米ZnO相比，ZnO@CQDs整理棉纺织品的抗菌性有所提高，当ZnO和CQD的比例为1:2时，整理的棉纺织品对大肠杆菌（Escherichia coli）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的抗菌率分别为87%和85%，但棉纺织品的透气性与未整理的棉纺织品相比降低25.8%，柔软度降低13.8%。 采用自由基共聚法将ZnO@CQDs引入有机硅季铵盐共聚物中，制备了有机硅季铵盐聚合物/碳量子点改性纳米氧化锌杂化抗菌材料（OQAS/(ZnO@CQDs)），结果表明：当ZnO@CQDs的用量为0.8%，体系pH为6.0时，OQAS/(ZnO@CQDs)杂化材料具有良好的稳定性。TEM和XRD等表征结果表明：成功制备了OQAS/(ZnO@CQDs)杂化材料。应用结果表明：当OQAS/(ZnO@CQDs)整理液浓度为25g/L时，整理棉纺织品对E.coli和S.aureus的抗菌率均达99%以上，经历10次标准洗涤循环（相当于家庭洗涤50次）后，整理棉纺织品的抗菌率仍能维持在90%以上；同时相比于未整理的棉纺织品，经过OQAS/(ZnO@CQDs)杂化材料整理后棉纺织品的透气性提升49.0%，柔软度提升4.9%，且棉纺织品的亲水性也显著提升。 采用化学还原法制备了贵金属银改性纳米ZnO（Ag-ZnO），考察了银源用量对纳米ZnO吸光度的影响规律，UV-vis结果表明：当银源用量为2%时，Ag-ZnO在紫外-可见光区域的吸收能力最强。XRD结果表明：贵金属银没有影响纳米ZnO的晶型结构，Ag-ZnO纳米粒子的尺寸约为23nm。应用结果表明：采用浓度为25g/L的Ag-ZnO整理棉纺织品对E.coli和S.aureus的抗菌率均达到99%以上，且具有良好的防霉性，但是棉纺织品的白度下降69.5%，柔软度降低68.8%。 采用自由基共聚法将Ag-ZnO引入有机硅季铵盐共聚物体系中，制备了有机硅季铵盐聚合物/银改性纳米氧化锌杂化抗菌材料（OQAS/(Ag-ZnO)），结果表明：当Ag-ZnO的用量为0.8%，体系pH为3.0时，OQAS/(Ag-ZnO)杂化材料的稳定性良好。TEM和XRD等表征结果表明：成功制备了OQAS/(Ag-ZnO)杂化材料。应用结果表明：当OQAS/(Ag-ZnO)杂化材料整理液浓度为25g/L时，整理棉纺织品对E.coli和S.aureus的抗菌率均可达99%以上，经历10次标准洗涤循环（相当于家庭洗涤50次）后，整理棉纺织品的抗菌率仍能维持90%以上，同时棉纺织品的白度和透气性基本不受影响，且具有良好的亲水性和柔软的手感。 将ZnO@CQDs、Ag-ZnO、OQAS/(ZnO@CQDs)和OQAS/(Ag-ZnO)的抗菌性对比发现：采用纳米银对纳米氧化锌进行改性后的光催化抗菌活性优于碳量子点改性；有机硅链段的引入有利于提升棉纺织品的柔软度，且OQAS/(ZnO@CQDs)整理棉纺织品的柔软性最佳。

目录

1 引言

1.1 纳米氧化锌的简介

1.2 纳米氧化锌的改性方法

1.3有机硅季铵盐在纺织品中的应用研究进展

1.4纳米氧化锌在抗菌纺织品中的研究进展

1.5 课题的提出

1.6 创新点

2 实验部分

2.1 实验原材料及主要实验设备

2.2 碳量子点改性纳米氧化锌的制备

2.3 有机硅季铵盐聚合物/碳量子点改性纳米氧化锌杂化抗菌材料的制备

2.4 银改性纳米氧化锌的制备

2.5 有机硅季铵盐聚合物/银改性纳米氧化锌杂化抗菌材料的制备

2.6 应用实验

2.7 性能检测

2.8 表征

3 结果与讨论

3.1 碳量子点改性纳米氧化锌的制备结果

3.2 碳量子点改性纳米氧化锌在棉纺织品中的应用结果

3.3 有机硅季铵盐聚合物/碳量子点改性纳米氧化锌杂化材料的制备结果

3.4 有机硅季铵盐聚合物/碳量子点改性纳米氧化锌杂化材料在棉纺织品中的应用结果

3.5 银改性纳米氧化锌的制备结果

3.6 银改性纳米氧化锌在棉纺织品中的应用结果

3.7 有机硅季铵盐聚合物/银改性纳米氧化锌杂化材料的制备结果

3.8 有机硅季铵盐聚合物/银改性纳米氧化锌杂化材料在棉纺织品中的应用结果

3.9 综合性能对比

4 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术成果目录

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