4-乙烯基吡啶型两性离子共聚物的制备与应用研究

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两性离子聚合物因具有特殊的化学结构赋予其优秀的抗非特异性蛋白质吸附性能和生物相容性。季铵盐型两性离子聚合物还具有优秀的抗菌性能。因而,两性离子聚合物在抗菌、防污和医用材料等领域具有十分重要的研究价值。但是最为常见的磺酸甜菜碱型两性离子聚合物(PSBMA)和羧酸甜菜碱型两性离子聚合物(PCBMA)长时间存在于水环境中时,分子链中酯键或酰胺键容易水解,造成功能性结构脱落,从而使材料失去功能性。同时,这些材料分子中具有大量的离子基团,导致其力学性能和成膜性能欠佳。基于此,本文以4-乙烯基吡啶(4-VP)、丙烯酸乙酯(EA)和丙烯酸丁酯(BA)为单体,通过自由基共聚和后修饰反应合成了两性离子三元共聚物P(4-VPPS-co-EA-co-BA),研究了其热力学性能、抗菌性能和抗细菌粘附性能等。最后以P(4-VPPS-co-EA-co-BA)为基础制备了功能性薄膜材料和涂料,并对其基础性能做出了一定研究。主要研究内容如下:  (1)探索了共聚物合成的最佳反应条件。研究了聚物组成和分子量对材料热力学性能、成膜性能、抗菌性能和抗细菌黏附性能等的影响。结果表明,EA和BA单体的引入,大大提高了材料的力学性能和成膜性能。当f(4-VPPS)在25%左右时,P(4-VPPS-co-EA-co-BA)材料力学强度和断裂伸长率分别达到7.02MPa和195.26%,热分解温度达到300℃。P(4-VPPS-co-EA-co-BA)粉末在f(4-VPPS)达到20%及以上时,能够高效杀死大肠杆菌和金黄色葡萄球菌,杀菌率高达99%,同时材料抗两种细菌黏附性能也较为优秀。  (2)制备并研究了两性离子共聚物薄膜材料。研究表明,P(4-VPPS-co-EA-co-BA)中EA和BA的引入,大大的提高了薄膜材料力学性能和成膜性能。通过1-溴-4-氯丁烷交联改性,薄膜材料拉伸强度有所提升,同时亲水性有所改善。对于大肠杆菌,薄膜材料表现出优秀的抗菌性能和抗细菌黏附性能。  (3)以P(4-VPPS-co-EA-co-BA)为主要成膜物质,设计涂料方案并研制成涂料。研究了不同方案下涂料的铅笔硬度、耐冲击和耐弯曲性能、耐溶剂性能等基础性能和抗细菌黏附性能。结果表明:P(4-VPPS-co-EA-co-BA)清漆在65℃下交联30min能够达到较好的铅笔硬度和力学性能。f(4-VPPS)为20%及以上时,P(4-VPPS-co-EA-co-BA)涂料表现出优秀的抗大肠杆菌黏附性能。
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