纳米Ag/ZnO的表面疏水改性及在抗菌PVC中的应用研究

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本文分别采用单一和复配表面改性剂分别对所制备的Ag/ZnO纳米复合材料进行表面改性,并以改性后的Ag/ZnO为功能添加剂制备抗菌PVC。优选出表面改性及制备抗菌PVC的工艺条件,对改性后Ag/ZnO纳米复合材料的微观形貌、组成、表面成键情况及疏水性、紫外-可见光谱性质、表面增强拉曼散射光谱等进行表征,并研究了抗菌PVC的抗菌性能和力学性能。主要研究内容如下:  (1)以硅烷偶联剂(KH550)、司盘-60、月桂酸钠和硬脂酸(SA)等为改性剂分别对Ag/ZnO进行表面改性,系统研究了改性方法、改性剂浓度、改性剂用量及改性反应时间等因素对改性效果的影响,优选改性工艺条件,并通过亲油度、接触角、红外光谱、透射电镜、紫外-可见漫反射光谱及沉降分析等测试手段,对改性前后的Ag/ZnO纳米复合材料进行表征。结果表明,采用乙醇加热回流法,用硬脂酸对Ag/ZnO纳米复合材料进行改性,能够提高其疏水性。硬脂酸改性Ag/ZnO纳米复合材料的优选工艺条件是,硬脂酸浓度为0.010 mol·L-1,添加量为10 wt%,改性反应时间为60 min。改性后的Ag/ZnO纳米复合材料的亲油度为76.47%,较改性前提高76.47个百分点;接触角为107.8°,较改性前提高96.8°,并且能较稳定地分散于环氧大豆油中。改性前后Ag/ZnO纳米复合材料对金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度均为75mg·L-1,表明Ag/ZnO纳米复合材料具有优异的抗菌性能,且改性不会削弱其抗菌性能。  (2)用复配改性剂SA/PVPk30对Ag/ZnO纳米复合材料表面进行改性,系统研究了改性剂复配比对改性效果的影响,优选改性工艺条件,并以亲油度、接触角、红外光谱、透射电镜、X射线光电子能谱、表面增强拉曼散射光谱等测试手段,对改性前后的Ag/ZnO纳米复合材料进行表征。结果表明,用复配改性剂SA/PVPk30改性Ag/ZnO纳米复合材料的优选工艺条件是,硬脂酸添加量为15wt%,PVPk30添加量为10wt%。SA与PVPk30复配能够提高改性剂在Ag/ZnO表面的接枝率,在增强Ag/ZnO的疏水性上显示出良好的协同效应。改性后的Ag/ZnO亲油度为89.69%,接触角为128.4°,与硬脂酸改性的Ag/ZnO相比,亲油度提高了17.29%,接触角增大了20.6°。改性后的Ag/ZnO纳米复合材料能够较好地分散在乙醇、环己烷、丙酮三种常见有机溶剂中,而且表现出良好的相溶性。表面增强拉曼散射光谱显示,罗丹明B分子在改性后的疏水Ag/ZnO基底上的拉曼振动峰强度约为在改性前Ag/ZnO基底上的三倍,在痕量分析领域具有广阔应用前景。  (3)以改性后的Ag/ZnO为功能添加剂制备抗菌PVC,并研究其抗菌性能和力学性能。结果表明,抗菌剂的添加量为2 wt%时,其对金黄色葡萄球菌的抑菌率达到98.4%,对大肠杆菌的抑菌率达到94.5%,远优于HG/T3794-2005《无机抗菌剂-性能及评价》标准规定的800 mg·L-1。且添加2wt%的抗菌剂,还能使抗菌PVC的力学性能得到改善,其拉伸强度为16.464MPa,断裂伸长率为401.325%,均优于普通PVC。
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