银系疏水抗菌涂层制备及其性能研究

【摘要】细菌等微生物易在材料表面粘附、繁殖并形成生物膜,严重威胁到人类的健康和生活。近年来,利用有机低表面能材料减少细菌粘附及无机抗菌材料的杀菌作用可协同提高表面的抗菌和耐沾污性能,已成为抗菌材料研究的重要发展趋势。本文分别采用Ag/TiO2粉体抗菌剂和中空内部载银二氧化硅微球(MSMAs)缓释型抗菌剂与低表面能的含氟有机聚合物复合,成功制备出Ag/TiO2疏水抗菌涂层以及类荷叶表面MSMAs/FSR超疏水抗菌涂层,提高了涂层的抗菌性能。主要研究内容及结论有：(1)Ag/TiO2粉体表面改性与表征。采用乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)对无机粉体Ag/TiO2进行表面改性,研究了VTES量、反应温度、反应时间等对粉体改性的影响,并对改性前后粉体表面形貌、红外光谱及疏水、抗菌性能等进行表征分析。结果表明：VTES水解后产生的硅羟基与Ag/TiO2粉体表面羟基反应形成Si-O-Ti键,实现对Ag/TiO2粉体表面改性,最优的改性工艺条件为：Ag/TiO2粉体2g、VTES2mL、水浴反应温度40℃、水浴反应时间5h。在该工艺条件下所制备改性Ag/TiO2粉体平均粒径为0.276μm,对水的接触角由53.3。增大到149.4。,其抗菌活性未受改性影响,对大肠杆菌抑菌率仍高达99.4%。(2)Ag/TiO2疏水抗菌涂层制备与表征。采用乳液聚合法和共混工艺制备氟硅改性丙烯酸乳液,并与改性后的Ag/TiO2粉体复配制备具有疏水性能和抗菌性能的Ag/TiO2疏水抗菌涂层。研究制备工艺对乳液稳定性及涂层附着力的影响,并对所制备Ag/TiO2疏水抗菌涂层结构形貌、疏水性、抗菌性等进行表征分析。结果表明：氟硅丙乳液的最优合成工艺条件为：复合乳化剂总用量是单体的7%,引发剂用量是单体的0.4%,聚合温度70℃、聚合时间4h,所合成氟丙乳液与硅丙乳液的最佳质量比10/90。当改性Ag/TiO2粉体添加量为1%时,在保证涂料体系稳定性及涂层附着力的同时,在涂层表面形成了具有微米-纳米二元粗糙结构的凸起,对水接触角从单一氟硅丙涂层的98.2。提高到120.9。,对大肠杆菌抑菌率从单一疏水涂层的51.1%提高到93.2%。(3)类荷叶表面疏水抗菌涂层的制备与表征。采用具有缓释抗菌特性的MSMAs与氟硅树脂(FSR)构建具有类似于荷叶表面结构的超疏水抗菌涂层。研究旋涂制备工艺对涂层表面形貌的影响,并对所制备超疏水抗菌涂层结构形貌以及疏水、抗菌性能进行表征分析。结果表明：旋涂法制备类荷叶表面MSMAs/FSR超疏水抗菌涂层的最优工艺条件为：氟硅树脂溶液1.3mL、旋涂速率2000rmp、旋涂时间1min；MSMAs分散液浓度32mg/mL、旋涂速率800rmp;表面改性氟硅树脂溶液0.6mL。该类荷叶表面MSMAs/FSR超疏水抗菌涂层对水接触角从112.0。提高到150.4。,结合了超疏水表面抑菌和MSMAs缓释抗菌的优点,对大肠杆菌抑菌率达到99.3%。
【作者】尤文卉；
【导师】杨辉；
【作者基本信息】浙江大学，材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】Ag/TiO2；纳米Ag；氟硅丙乳液；氟硅树脂；复合涂层；表面改性；微/纳结构；疏水性；抗菌性；

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