高枝化聚乙烯亚胺无色纳米银制备及在棉麻织物中的应用

摘要

日常生活中，人们无时无刻不接触微生物，其中含有大量的致病菌，导致皮肤感染，严重影响人们的身体健康。织物是抵御细菌感染的第一道屏障，具有抑菌性的织物可以更好地抵御细菌，因此，抗菌织物的研发越来越成为纺织品开发研究的热点，在织物中加载银抗菌剂是目前主要的整理方法。纳米银抗菌剂因其极强的杀菌和抑制病原体的能力，常用于抗菌制品中。但纳米银也存在一些固有的缺陷，如暴露空气中不稳定，易氧化，久置容易变色等，特别对于浅色织物，会引起其严重变色，给产品带来致命的影响。因此，研究探索制备出性能稳定的无色透明纳米银防变色抗菌剂具有重要的经济和现实意义。高枝化聚乙烯亚胺（Branch Polyethyleneimine BPEI）是一种阳离子高分子聚合物，本身具有一定的抗菌作用，末端含有大量的氨基，可以与银形成配位体，但在其他还原剂存在下，也可以用于无色透明纳米银防变色抗菌剂的制备。本文贡献主要有如下几个方面：　　1、利用化学还原法，以蒸馏水为溶剂，AgNO3和BPEI为原料制备无色复合银抗菌剂。利用紫外分光光度计（UV-vis）、透射电镜（TEM）对合成的复合银进行表征。实验结果表明以重均分子量为10000的BPEI为稳定剂，BPEI与Ag+的摩尔比为0.4:1的条件下，25℃反应3 h能够得到无色透明且稳定的复合银抗菌剂。抗菌性能测试表明：复合银抗菌剂(其中Ag+浓度为250μg/ml，样品直径为12 mm)对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌环直径分别为2 mm、5 mm。白度测试表明：以喷淋的方式将抗菌剂加到纯棉织物上，基本不会引起织物的变色。但随着抗菌剂中银含量增加及放置时间的延长，织物白度值将发生微小变化，最后会趋于稳定,基本适用于浅色织物的应用。水洗实验表明：水洗10次后（依据 FZ/T73023—2006标准），抗菌织物对金黄色葡萄球菌的抑菌率仅在80％左右，不能达到标准FZ/T73023—2006中A级抗菌织物的抗菌级别。　　2、以硼氢化钠（NaBH4）为还原剂，蒸馏水为溶剂，AgNO3和重均分子量为10000的BPEI为原料制备无色透明纳米银抗菌剂，并对合成工艺条件进行了优化。优化后实验条件是：BPEI与 Ag+的摩尔比为2:1，NaBH4:Ag+摩尔比为1:1，反应温度为45℃、反应时间为3 h。紫外分光光度计（UV-vis）、透射电镜（TEM）表明：制备的纳米银有核壳结构、无色透明。抗菌性能测试表明：纳米银抗菌剂(其中Ag+浓度为175μg/ml，样品直径为12 mm)对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌环直径分别为2 mm、4.5 mm，比复合银抗菌剂具有更优异的抑菌性能。白度测试表明：用Ag+浓度为175μg/ml的抗菌剂处理过的织物两个月后织物的白度值仍在85左右，说明制备的纳米银抗菌剂具有很好防变色效果。水洗实验表明：水洗10次后（依据FZ/T73023—2006标准），抗菌织物对金黄色葡萄球菌的抑菌率可达99%，达到标准FZ/T73023—2006中A级抗菌织物的抗菌级别。　　3、在上述制备的无色纳米银抗菌剂中加入N-乙基-L-薄荷基甲酰胺（WS-3）清凉剂制备了具有清凉功能的纳米银抗菌剂。实验结果表明，WS-3的浓度为200μg/ml时，已具有明显的清凉作用；无水乙醇与纳米银抗菌剂的体积比为1:15时，WS-3能完全溶解。清凉效果显示：清凉型纳米银抗菌剂能使人体温度降低1 K；抗菌性能测试表明：清凉型纳米银抗菌剂(其中Ag+浓度为175μg/ml，菌片直径为12 mm)对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌环直径分别为4.5 mm、6.5 mm，清凉剂纳米银抗菌剂具有优异的抑菌性能。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2 抗菌剂

1.2.1无机抗菌剂

1.2.2有机抗菌剂

1.3银系抗菌剂

1.3.1纳米银抗菌剂

1.3.2 载银型无机抗菌剂

1.3.3银系抗菌剂的应用

1.3.4银系抗菌剂防变色研究进展

1.4抗菌织物

1.4.1抗菌织物的整理方法

1.4.2抗菌织物抗菌性能的评价方法

1.5聚乙烯亚胺

1.5.1聚乙烯亚胺的特性

1.5.2聚乙烯亚胺的应用

1.6 本课题的研究意义、创新点及研究内容

1.6.1本课题的研究意义

1.6.2本课题的创新点

1.6.3本课题的研究内容

第二章 高枝化聚乙烯亚胺无色复合银抗菌剂的制备及应用

2.1 引言

2.2实验方法

2.2.1实验材料与仪器

2.2.2测试与表征

2.2.3复合银抗菌剂的制备

2.2.4电化学实验

2.2.5抑菌实验

2.2.6抗菌织物白度测试实验

2.3结果与讨论

2.3.1 不同重均分子量的BPEI对制备复合银抗菌剂的影响

2.3.2 不同BPEI与Ag+摩尔配比对合成复合银抗菌剂的影响

2.3.3复合银溶液的电化学实验分析

2.3.4复合银抗菌剂抑菌性能测试

2.3.5 复合银抗菌剂对纯棉白色织物白度的影响

2.3.6水洗次数对复合银抗菌织物抑菌性能的影响

2.4 本章总结

第三章 高枝化聚乙烯亚胺无色纳米银防变色抗菌剂制备及应用

3.1 引言

3.2实验方法

3.2.1实验材料与仪器

3.2.2测试与表征

3.2.3纳米银抗菌剂的制备

3.2.4电化学实验

3.2.5抑菌实验

3.2.6抗菌织物白度测试实验

3.3结果与讨论

3.3.1 不同温度对合成纳米银抗菌剂的影响

3.3.2 不同BPEI与Ag+摩尔配比对合成纳米银抗菌剂影响

3.3.3还原剂对合成纳米银抗菌剂的影响

3.3.4 纳米银的电化学实验分析

3.3.5纳米银抗菌剂抑菌性能测试

3.3.6纳米银抗菌剂对纯棉白色织物白度的影响

3.3.7水洗次数对纳米银抗菌织物抑菌性能的影响

3.4 本章总结

第四章 清凉型防变色纳米银抗菌剂的制备

4.1 引言

4.2 实验方法

4.2.1实验材料与仪器

4.2.2测试与表征

4.2.3 N-乙基-L-薄荷基甲酰胺凉感测试

4.2.4清凉型防变色纳米银抗菌剂的制备

4.2.5抑菌实验

4.3结果与讨论

4.3.1 N-乙基-L-薄荷基甲酰胺浓度对凉感值的影响

4.3.2不同无水乙醇与纳米银抗菌剂的体积比对制备清凉型抗菌剂的影响

4.3.3清凉型防变色纳米银抗菌剂抑菌性能测试

4.4 本章总结

第五章 总结与展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢