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近年来,SARS等传染病对人类健康和社会生活造成了严重影响。由致病微生物引起的突发公共卫生事件严重威胁人类健康和生命安全,容易引发社会恐慌情绪、扰乱社会正常秩序、制约经济发展步伐。因此,控制致病微生物传播,减少致病微生物污染对于促进经济社会和谐发展具有十分重要的意义。与此同时,随着人们生活水平的不断改善和提高,人们对自身健康安全和生活工作环境安全的要求也越来越高,人们对抗菌材料、抗菌制品的需求将不断增加。这使得研究和开发新型、高效、快速抗菌材料,成为当前材料领域的研究热点。
目前,随着科学技术的发展,抗菌材料也得到了广泛的研究和应用,其中,以银系抗菌材料为代表的无机抗菌材料具有优异的热稳定性能,因此应用十分广泛,但是银系抗菌材料也存在着成本高、银离子易溶出、易氧化变色等缺陷。而现有的有机抗菌材料虽然具有高效、广谱、快速杀菌等特点,但是现有材料体系的耐热性能难以达到高分子塑料加工的要求,使其应用受到了限制。为了避免现有抗菌材料体系的缺陷,达到降低生产成本,减小有机抗菌剂使用寿命短,毒副作用大等缺点,本论文利用层状载体化合物磷酸氢锆负载有机离子液体,利用离子液体优异的抗菌和耐热性能,研制得到具有良好耐热性能和高效抗菌性能的离子液体.磷酸氢锆(有机.无机)复合抗菌材料。并对离子液体-磷酸氢锆(有机-无机)复合抗菌材料的应用作了一些探索研究。主要内容和结果如下:
(1)抗菌材料的研究背景和存在的问题
本论文简要介绍了目前抗菌材料研究领域的进展和成果,对抗菌材料的定义、抗菌机理、分类方法、合成方法、优缺点、抗菌检测方法及国内外研究背景进行了总结。在此基础上,指出了现有抗菌材料体系存在的问题。目前,使用最为广泛的抗菌材料是无机银系抗菌剂。虽然银系抗菌剂具有优异的抗菌性能,但由于银离子化学性质活泼,在光照、受热等作用下容易变色。同时,由于银系抗菌材料价格昂贵。因此,上述这些问题都制约了银系列抗菌材料的应用范围。而有机抗菌材料虽然价格便宜,广谱抗菌,杀菌速率快,但有机抗菌材料也存在着耐热性能差的致命缺点。因此,研制耐温缓释、价格低廉和广谱抗菌的新型抗菌材料成了抗菌领域的主要热点之一。
(2)新型抗菌材料的研究方向
针对目前无机抗菌材料和有机抗菌材料存在的问题。本论文选用磷酸氢锆作为无机纳米层状化合物,同时选用离子液体作为有机抗菌组分,通过插层组装制备得到有机-无机复合抗菌材料。这种复合抗菌材料结合了无机载体(磷酸氧锆)固有的稳定性和有机抗菌成分(离子液体)的高效性、广谱性。实验表明,此类无机.有机复合抗菌材料很好地克服了现有抗菌材料体系的缺点,具有耐温缓释和广谱抗菌的特点。
(3)离子液体-磷酸氢锆复合抗菌材料制备工艺研究
利用正交试验法研究了离子液体-磷酸氢锆(有机-无机)复合抗菌材料的制备工艺。考察了温度、反应时间、摩尔比(离子液体:磷酸锆)、搅拌时间这四个因素对插层量的影响,确定了最佳的合成工艺,制备得到一系列离子液体。磷酸氢锆复合抗菌材料,为今后实验奠定了基础。
(4)离子液体-磷酸氢锆复合抗菌材料结构和耐热性能表征
分别用红外光谱,X射线衍射,热重、热重红外联用等技术对抗菌材料的结构及性能进行了系统的表征。根据实验结果,可以推定离子液体已经进入磷酸氧锆的层间,形成离子液体-磷酸氢锆复合材料。离子液体进入磷酸氢锆层间之后,受到了磷酸氢锆层板的静电引力作用,同时由于离子液体在层间的热分解是一个从内及外,逐步释出的过程,导致层间离子液体的热解速率被延缓。
(5)离子液体-磷酸氢锆复合抗菌材料抗菌性能表征
选用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌两种菌种为代表,采用抑菌圈法、最小抑菌浓度法对制备的抗菌材料的抗菌性能进行了定性和定量检测。实验结果证实所制备的复合抗菌材料均对金色葡萄球菌、大肠杆菌和军团菌具有良好的抗菌性能,其最小抑菌浓度小于19 mg/L。
(6)离子液体.磷酸氢锆复合抗菌材料与季铵盐-磷酸氢锆复合材料的比较
离子液体和季铵盐具有类似的结构,以季铵盐为参照物,可以了解离子液体的耐热性能和抗菌性能。热重-红外联用实验证明,在300℃时离子液体具有非常稳定的化学结构。离子液体对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的抗菌效果都优于季铵盐。
(7)抗菌树脂的制备及抗菌性能检测
本论文在PP树脂母粒中加入离子液体-磷酸氢锆复合抗菌材料,合成得到抗菌聚丙烯树脂母粒。抗菌实验研究表明,此种抗菌聚丙烯树脂母粒对大肠杆菌和金色葡萄球菌的24小时抗菌率达到99％以上。其对嗜肺军团菌Ⅰ型的24小时抗菌率达到95％以上。