抗菌改性聚硅氧烷低表面能涂层材料的制备与性能研究

摘要

聚硅氧烷具有诸多独特和优越的性能，如低表面能、抗老化性、抗腐蚀性、耐候性、良好的生理惰性和优异的生物相容性等。而聚氨酯材料具有机械耐磨性能好，表面附着力强，固化速度快的特点。聚硅氧烷改性聚氨酯材料同时兼具两者的性能优势，被广泛用作功能涂层材料。在共聚物链中引入抗菌基团则可进一步拓展材料在生物医学、海洋防污等领域的应用。
　　本文通过缩合共聚和季铵化反应合成了一系列不同聚合度的季铵盐接枝羟基封端聚硅氧烷，采用FT-IR、1H-NMR和GPC等手段表征了目标产物的分子结构与组成。改性后的聚硅氧烷通过与多异氰酸酯交联固化得到聚氨酯涂层，并对该涂层的表面性能和杀菌性能进行了测试。结果表明当聚硅氧烷中季铵盐的摩尔含量在10％～30％时，涂层表面能为23.55～26.88 mN/m，处于Baier曲线中的最低生物附着力区间。当季铵盐含量高于20％时，涂层对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率高于97％。
　　为进一步揭示涂层表面性能和抗菌性能与共聚物结构及组成的相互关系，设计合成了一系列具有不同共聚组成和不同季铵盐含量的聚氨酯涂层。通过XPS和AFM表征了共聚物表面的元素组成与微相形貌。研究发现，接枝季铵盐的聚硅氧烷链段在涂层表面的迁移富积受聚硅氧烷链段和季铵盐含量的双重影响，涂层表面对大肠杆菌的杀菌性能与表面N+含量呈正相关性。在一定范围内，所制备的共聚物涂层可表现出优异的低表面能特性和抗菌性能，而当季铵盐含量达到30％时，季铵盐侧链倾向留在本体并抑制聚硅氧烷链段的表面富积，使得聚硅氧烷链段和季铵盐基团在表面的含量比例显著下降，致使季铵盐基团的表面含量少于本体含量。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 前言

第2章 文献综述

2．1 聚硅氧烷的概述

2．1．1 聚硅氧烷的结构与性能

2．1．2 氯丙基聚硅氧烷的制备

2．1．3 羟烃基聚硅氧烷的制备

2．2 季铵盐抗菌剂的概述

2．2．1 季铵盐抗菌剂的结构与性能

2．2．2 聚硅氧烷季铵盐及其杀菌机理

2．3 聚硅氧烷季铵盐的制备及应用进展

2．3．1 聚硅氧烷季铵盐的合成方法

2．3．2 聚硅氧烷季铵盐在海洋防污上的应用

2．4 本文的研究思路和主要内容

第3章 季铵盐接枝羟基封端聚硅氧烷的合成及其性能研究

3．1 实验方法

3．1．1 主要实验试剂

3．1．2 双仲羟基封端剂的合成

3．1．3 羟基封端氯丙基聚硅氧烷(PCMS)的合成

3．1．4 季铵盐接枝羟基封端聚硅氧烷(PQMS)的合成

3．1．5 抗菌涂层的制备

3．2 测试表征

3．2．1 红外光谱(FT-IR)

3．2．2 核磁共振氢谱(1H-NMR)

3．2．3 折光率的测定

3．2．4 凝胶渗透色谱(GPC)

3．2．5 端羟基分析法测定分子量

3．2．6 季铵盐含量的测定

3．2．7 接触角测定及表面能计算

3．2．8 杀菌性测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 双仲羟基封端剂的合成与表征

3．3．2 羟基封端氯丙基聚硅氧烷(PCMS)的合成及表征

3．3．3 季铵盐接枝羟基封端聚硅氧烷(PQMS)的合成与表征

3．3．4 季铵盐接枝羟基封端聚硅氧烷的性能研究

3．4 小结

第4章 抗菌改性低表面能涂层的制备及性能研究

4．1 实验方法

4．1．1 主要实验试剂

4．1．2 季铵盐接枝聚硅氧烷改性聚氨酯预聚体(PQMS-PU-pre)的合成

4．1．3 抗菌改性低表面能涂层(PQMS-PU)的制备

4．2 测试表征

4．2．1 NCO含量的测定

4．2．2 红外光谱(FT-IR)

4．2．3 原子力显微镜(AFM)

4．2．4 X射线光电子能谱(XPS)

4．2．5 涂层的表面性能

4．2．6 杀菌性测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 抗菌改性低表面能涂层的制备与表征

4．3．2 聚硅氧烷链段与季铵盐基团的表面富积研究

4．3．3 表面形貌

4．3．4 静态接触角和表面自由能

4．3．5 PQMS-PU的杀菌性测试

4．4 小结

第5章 总结与展望

5．1 论文主要研究结论

5．2 论文创新性

5．3 不足与展望

参考文献

作者简介

硕士期间发表／准备的论文