卤胺改性SBA-15及涂层棉织物的制备和应用

来源 :江南大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:leiweiwei42
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纺织品作为与人们接触最为密切的一类材料,对纺织品的功能改性,提高其附加值并扩大其应用范围,已经成为目前纺织领域的研究热点和重点。本论文采用卤胺类化合物对硅基介孔材料进行表面改性,制备卤胺改性介孔材料,并对其进行表征和性能研究。选择其中一种卤胺改性介孔材料,对棉织物进行涂层改性,制备卤胺改性介孔材料涂层棉织物,对涂层棉织物的抗菌及止血等性能进行研究。为了拓展卤胺改性介孔材料的应用范围,对卤胺改性介孔材料与苯酚及氨的反应机理进行研究,将卤胺改性材料的应用拓展到环境保护及有毒有害降解领域。首先,利用5,5二甲基海因与氯丙基硅氧烷反应聚合制备一种硅氧烷类聚合物前驱体PSPH,对介孔材料(SBA-15)表面通过化学改性。采用X射线衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM)以及比表面积(BET)等测试对改性介孔材料进行表征,测试结果发现改性过程对介孔材料的结构并未造成影响。氯化后的样品SBA-15-PSPH-Cl具有优良的抗菌性能,可以在1 min内杀死数量级为8.05 log和7.92 log的大肠杆菌以及金黄色葡萄球菌。但本体系中改性介孔材料的比表面积以及孔容的损失过大,SBA-15-PSPH的比表面积以及孔容的保留率仅为8%。为了提高改性介孔材料的比表面积以及孔容的保留率,采用3-三乙氧基甲基丙烯酸丙脂对介孔材料进行表面改性引入双键,再通过接枝聚合的方式将一种海因类卤胺前驱体(APDMH)引入改性介孔材料表面,改性后介孔材料SBA-15-PAPDMH的比表面积以及孔容的保留率得到提高,达到60%。氯化后所得的SBA-15-PAPDMH-Cl可以在5 min内杀死数量级为7.00 log和6.70 log的大肠杆菌以及金黄色葡萄球菌。SBA-15-PAPDMH-Cl的抗菌性能要略低于SBA-15-PSPH-Cl,主要是由于SBA-15-PAPDMH-Cl的含氯量低于SBA-15-PSPH-Cl。但SBA-15-PAPDMH-Cl表面的聚合物长链呈无规律聚合,使得所得比表面积和孔容不稳定。对介孔材料的改性过程进一步改进,采用可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT)的方式有序引入卤胺单体,在介孔材料表面形成高分子刷结构。改性后介孔材料的比表面积和孔容保留率与SBA-15-PAPDMH大致相同,但有序的分子刷结构使得反应更为环保可控。经由氯化后,SBA-15-PAPTMAC-Cl的含氯量达到了1.62 wt%,可以在10 min内杀死数量级为7.52 log和7.63 log的大肠杆菌以及金黄色葡萄球菌。此外,由于结构中引入的季铵盐结构,使得介孔材料在未氯化时仍然具备一定的抗菌性能。选取改性介孔材料SBA-15-PSPH,对棉织物进行涂层,制备了具有抗菌止血双功能的涂层棉织物。体外生物活性测试发现,涂层棉织物的生物活性较原棉织物有所提升,且具备一定的凝血功能。氯化后cotton/SBA-15-PSPH-Cl含氯量达到0.35 wt%,可以在10 min内完全杀死数量级为6.18 log的金黄色葡萄球菌;可以在30 min内杀死99.99%的数量级为6.57 log的大肠杆菌。为了进一步研究所制备的卤胺改性介孔材料与酚类化合物的反应机理,论文选择环状卤胺小分子1-氯-5,5-二甲基海因(MCDMH)与苯酚进行反应,发现卤胺小分子单体MCDMH可以高效快速与水溶液中的苯酚发生反应。论文采用SBA-15-PSPH-Cl与苯酚反应,发现反应只能在强碱性(pH大于10)条件下进行;通过对SBA-15-PSPH-Cl与苯酚的反应动力学分析,发现反应属于典型的伪一级反应,且整个反应在10 min内反应完全。但卤胺改性介孔材料涂层棉织物几乎无法与苯酚发生反应。最后,研究所制备的卤胺改性介孔材料与氨的反应机理,对其氨降解性能进行探讨。选择卤胺小分子1-氯-2,2,5,5-四甲基-4-咪唑烷酮(MC)和MCDMH与氨进行反应,发现MC以及MCDMH均可以在极短时间内与水溶液中的氨发生反应。反应中未检测到一氯胺,根据反应机理进行分析,氨可能在卤胺的氧化下转变成硝酸根和氮气。采用SBA-15-PSPH-Cl对水溶液中的氨进行降解反应,降解过程仍然十分迅速,但反应产物发生了显著的变化,一氯胺成为主要反应产物。而当采用SBA-15-PSPH-Cl对气态的氨进行测试发现,水分子的加入对整个降解反应起到了至关重要的作用。卤胺改性介孔材料涂层棉织物对于水溶液中的氨具有很好的降解效果,约60%的氨被降解。
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