抗菌水性聚氨酯自消光树脂的制备及其性能研究

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自消光涂层因其独特的光泽特性和使用耐久性而获得人们青睐,但其粗糙的表面结构极易产生微生物黏附,造成微生物污染。抗菌涂层是抵抗微生物污染和保护人类健康的有效武器。传统共混型抗菌涂层存在抗菌剂分散不均、迁移析出等问题,已不能满足消费者的需求。另外,涂料溶剂无害化也是摆在人们面前的一项重要课题。因此,制备一种本体抗菌的自消光水性涂层具有重要意义。本文在保证水性聚氨酯(WPU)涂层自消光性能的前提下,通过向WPU分子链中引入具有交联作用的抗菌剂,赋予了WPU涂层一定的抗菌性能;设计合成了具有优异亲水性和抗菌性的Gemini季铵盐扩链剂,并利用其制备出具有良好杀菌性能的WPU涂层;通过对抗菌策略的调整,引入有机硅以改善涂层的耐水性,同时降低涂层表面能,进一步提升了涂层的抗菌性能。具体研究内容如下:首先,以聚碳酸酯二元醇(PCDL)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为主要原料,选择2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水扩链剂,羟乙基六氢均三嗪(TNO)为交联剂和抗菌剂,水合肼为后期扩链剂,制备了交联型抗菌水性WPU自消光涂层。探讨了TNO含量、R值、DMPA含量对涂层光学性能和抗菌性等性能的影响。结果表明,当TNO含量为1.2%,R值为1.6,DMPA含量为2.0%时,WPU的交联度显著提升,涂膜获得良好的消光效果,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有近60%的杀灭效果。其次,设计合成了具有不同链长的新型双羟基Gemini季铵盐(GQM),利用红外光谱和~1H-NMR表征了GQM的结构。MIC测试和溶解性测试显示,碳链数为4的双羟基Gemini季铵盐(GQM4)兼具有优异的亲水性和抗菌活性。将GQM4作为亲水扩链剂引入WPU主链中,制备了含有Gemini季铵盐的抗菌水性聚氨酯自消光涂层。探究了GQM4用量对涂层光学性能和抗菌性等性能的影响。结果表明,当GQM4含量为6%时,WPU涂膜不仅保留了良好的消光效果,而且对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有卓越的杀灭效果(抗菌率均达到96%以上)。最后,将双端羟基聚二甲基硅氧烷(PDMS)引入聚氨酯主链,制备了有机硅改性的Genimi季铵盐抗菌水性聚氨酯自消光涂层,探究了PDMS含量对涂层光学性能和抗菌性等性能的影响。结果显示,当PDMS含量为6%时,WPU涂膜具有更为优异的消光效果,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率均达到98%以上,且耐水性和耐热性明显改善,符合实际使用标准。
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