三嗪类卤胺抗菌剂的合成及其对棉织物的抗菌整理研究

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为了提高纺织品的附加值和扩大其应用范围,纺织品功能整理已成为目前的研究热点,并且逐渐向生态环保、节能减排、高效稳定等方向发展。因此,多功能性纺织品以及功能性整理和染色一浴法的研究和开发也就应运而生。自然界中存在着许多有害微生物,并且近年来微生物对人类的威胁越来越严重,使得人们的安全意识逐步提高,极大地促进了抗菌材料的发展,尤其是在与人们息息相关的纺织行业,出现了各种各样的抗菌整理剂,如季铵盐、壳聚糖、金属及其氧化物、双胍、卤胺化合物等等。其中卤胺化合物由于其高效、稳定和可再生的杀菌效果受到广泛的关注和研究。在以前的研究中,主要通过传统轧烘焙或者交联剂的作用制备卤胺抗菌纺织品,这样不仅浪费资源和能量,还会影响织物的物理机械性能,使得织物的强力损失严重,严重影响纺织品的服用和使用性能。为了改善这种情况,本研究采用三聚氯氰作为活性基团,制备具有高反应性能的卤胺前驱体,能在低温条件下制备高效稳定的卤胺抗菌棉织物,较好地保留了织物本身的性能,尤其是织物的断裂强力。本论文研究主要有两部分内容:一是在提高抗菌棉织物杀菌性能和稳定性能以及生态环保抗菌整理的基础上,设计和制备一系列具有高效抗菌性能的三嗪类卤胺前驱体,并对其进行核磁、红外和紫外表征,通过活性染料染色工艺将前驱体整理到棉织物上,测试氯化后整理棉织物的抗菌性能、水洗稳定性能、紫外稳定性能、储存稳定性能和物理机械性能;二是具有卤胺前驱体活性染料的合成和表征及其对棉织物的染色性能、抗菌性能和染色牢度的研究,探讨氯化条件对染色棉织物上活性氯含量以及颜色性能的影响。论文第一章讲述了选题的背景和意义,对各种纺织品抗菌剂的优缺点做了粗略的介绍,重点论述了卤胺化合物及其近年来在纺织品领域和其他领域上的发展。论文第二章是一种二氯均三嗪卤胺前驱体2,4-二氯-6-(2,2,6,6-四甲基哌啶-4-氧基)-1,3,5-三嗪(TMPT)的合成及其抗菌棉织物的制备。通过核磁共振(1H-NMR)、红外广谱(FT-IR)、紫外/可见光光谱(UV/vis)对合成的产物进行结构分析;然后通过低温活性染料的整理工艺将TMPT整理到棉织物上,经过次氯酸钠的作用制成卤胺抗菌棉织物。通过探讨各种因素对织物上含氯量的影响,得到TMPT整理棉织物的最佳工艺条件:100 g/L硫酸钠、1 g/L氢氧化钠、40%(owf)TMPT、30℃、3 h;对TMPT抗菌棉织物进行抗菌性能、水洗性能、抗紫外性能、储存稳定性能以及织物强力进行测试。结果表明TMPT抗菌棉织物具有很好的强力保留率和储存稳定性能,但是抗菌性能和水洗稳定性能较差,在30 min内造成金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的对数减少值仅为3~4,并且在水洗条件下活性氯含量急剧下降,造成不可恢复活性氯损失。为了提高棉织物的抗菌性能、水洗稳定性能和再生性能,论文第三章在TMPT的基础上引入了水溶性基团对氨基苯磺酸,制备了一种一氯均三嗪卤胺前驱体(BTMPT),并且为了比较胺类卤胺和酰胺类卤胺在抗菌性能和稳定性能上的差异,合成了一种具有酰胺类的一氯均三嗪卤胺前驱体(BTDMH),然后通过活性染料的染色工艺将两者整理到棉织物上。对两者制成的抗菌棉织物进行抗菌性能、水洗性能、抗紫外性能、储存稳定性能以及强力进行测试和比较。相比于TMPT抗菌棉织物而言,BTMPT和BTDMH整理棉织物具有更好的抗菌性能和水洗稳定性,能在短时间内杀死对数值为6~7的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌,在水洗过程中活性氯的再生性能较好;通过比较酰胺类卤胺与胺类卤胺在性能的差异,发现酰胺类卤胺具有更好的抗菌性能,而胺类卤胺则具有更好的稳定性能。在三嗪类卤胺前驱体整理棉织物的过程中,使用了大量的中性盐,增加了生产成本,并且容易造成环境问题。为了减少中性盐的大量使用,论文第四章制备了一种新型的阳离子型三嗪类卤胺前驱体,该化合物即使在不添加中性盐的情况下也能使得织物上活性氯的含量达到0.2%以上,赋予了织物良好的抗菌性能,能分别在1分钟和5分钟内杀死对数值为6的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌;制备的抗菌棉织物具有较好的水洗稳定性和储存稳定性,能在50次水洗循环和30天避光保存后分别保留40%和54%的活性氯,并且损失的活性氯能过通够再次氯化重新恢复。为了实现棉织物活性染料染色和卤胺抗菌整理同浴进行,降低纺织品在染色和功能性整理中造成的环境污染和资源浪费,论文第五章通过对活性黄X-R进行改性,制备了一种具有卤胺抗菌剂前驱体的抗菌活性染料,然后通过高温活性染料的染色工艺对棉织物进行染色;探讨了氯化条件对染色棉织物的K/S值以及活性氯含量的影响,发现随着p H的下降,染色织物上含氯量越来越高,但是织物褪色越来越严重,当p H为11时,织物上的活性氯含量达到0.12%,色差只有2.7,在保留染色棉织物本身色泽的同时,还具有良好抗菌性能,能分别在10 min和5 min内杀死对数值为6的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌;比较了抗菌染料与活性黄X-R的染色性能以及色牢度,发现相比于活性黄X-R而言,抗菌染料具有更好的染色性能,与纤维素纤维具有更高的亲和力和吸附性能,具有更高的上染率和固色率,均能达到了90%以上,并且抗菌染料在色牢度上与活性黄X-R相差无几。
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