基于点击化学的蛋白质纤维改性研究

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近年来,人们对于化工生产过程的绿色和环保提出了越来越高的要求。对于功能性纺织品的发展来说,目前也急需探索出一种工艺简单、过程清洁且效果持久的整理方案。点击化学作为一类反应快速高效、条件简单温和以及过程绿色清洁的新型化学反应,能够满足人们对于绿色生产的要求。同时点击化学的整理方法为与基材表面共价结合的化学方式,能够具有半永久甚至永久的整理效果。因此,本课题拟采用点击化学反应作为改性纺织品的新方法,从而改善工业生产过程中的污染问题以及纺织品与功能整理剂结合的牢度问题。具体来说,本课题将探索一种新的工艺方法,利用点击化学原理将季铵盐类的抗菌整理剂化学共价处理到蛋白质类纺织品的表面。本课题首先利用一类硫醇类还原剂三(2-羧乙基)膦盐酸盐(TCEP)处理羊毛表面使其表面的二硫键被还原成可供点击化学使用的关键反应基团巯基。然后,选取了三种具有不同官能结构的季铵盐2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(GTAC)、二甲基二烯丙基氯化铵(DADMAC)和2,2’-双(甲基丙烯酰氧基乙基二甲基溴化铵-1,1’-苄基)(IDMA)对羊毛表面进行点击化学改性处理。以此探究巯基点击化学在蛋白质纤维抗菌改性方面的应用。第一种季铵盐GTAC为具备环氧结构的亲核开环反应,在pH为8.0、反应温度为40℃、反应时间为8 h的反应条件下进行处理。第二种季铵盐DADMAC则为碳碳多键的加成反应,在365 nm紫外汞灯功率为500-600 W、反应温度为室温、反应时间为2 h的反应条件下处理。第三种季铵盐IDMA为在同一巯基反应位点上通过1,6-己二硫醇进行链增长反应,在p H为8.0、反应温度为25℃、反应时间为18 h的反应条件下进行处理。通过实验发现以上三类反应均可成功将抗菌季铵盐接枝在羊毛表面,赋予羊毛良好的抗菌效果及一些其他的优异物化性能。另外,本文发现第二类DADMAC碳碳多键的反应在常规条件下较难发生,必须在反应体系中加入光引发剂并在紫外灯照射下才能发生反应。本文创新的使用了一种不常作为光引发剂的水溶性化合物质2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)作为本反应的光引发剂。该反应体系只需使用去离子水作为溶剂即可,因此实验过程非常绿色和清洁。实验结果表明:经过GTAC处理的羊毛织物对革兰氏阴性大肠杆菌的抑菌率高达99%,30次标准水洗后,仍可达到95%。经过DADMAC处理的羊毛织物对革兰氏阴性大肠杆菌以及革兰氏阳性金黄色葡萄球菌的抑菌率均高达99%,30次标准水洗后,仍可维持99%不变,具有优秀的处理牢度。经过IDMA和1,6-己二硫醇处理的羊毛织物对革兰氏阴性大肠杆菌以及革兰氏阳性金黄色葡萄球菌的抑菌率均超过97%,30次标准水洗后,仍可达到90%以上。实验结果还表明,由于疏水羊毛表面被整理上具有亲水性的季铵盐,羊毛织物的亲水性、抗静电性能也得到明显改善。
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