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《中北大学》 2007年
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季铵化聚乙烯亚胺的制备、固载化及抗菌与缓蚀特性

张昕  
【摘要】: 本文以聚乙烯亚胺(PEI)为原料,采用叔胺化与季铵化两步高分子反应过程,制备了季铵化的聚乙烯亚胺(QPEI),考察了各种反应条件对反应的影响规律;通过紫外吸收光谱与红外光谱对产物的化学结构进行了表征。研究结果表明,使用环氧丙烷,可绿色化地实现PEI大分子伯胺、仲胺基的叔胺化,该叔胺化反应为放热反应,升高温度使叔胺化程度降低,故需在低温下进行反应(3℃);以氯化苄为季铵化试剂,在50℃下30h内可使90%以上的叔胺基实现季铵化,从而使PEI大分子链中的总N原子数实现50%的季铵化度。 将制备的QPEI应用于杀菌实验中;以大肠杆菌(E.coli)为致病菌体,重点研究了高分子季铵盐QPEI的抗菌活性;采用平板活菌记数法考察了季铵化度及pH值等因素对其抗菌性能的影响规律;并采用TTC-脱氢酶活性与β-半乳糖苷酶活性两种酶活性测定法,研究了QPEI的抗菌机理。研究结果表明,QPEI具有很强的抗菌能力,对浓度为109 CFU/mL的菌悬液,在药剂量为15mg/L、接触时间为4min的条件下,抗菌率可达100%;QPEI的阳离子度对其抗菌性能影响很大,阳离子度越高,抗菌性能越好;在一定的pH值范围内,pH值越高,抗菌性能越好。TTC-脱氢酶活性测定与β-半乳糖苷酶活性测定结果表明,QPEI的抗菌机理是基于杀菌过程,而不只是抑菌作用。 将制备的QPEI应用于缓蚀实验中,采用静态挂片失重法与电化学极化曲线测定法,研究了在硫酸溶液中QPEI对低碳钢的缓蚀性能与缓蚀机理,并使用扫描电镜对缓蚀样片表面膜层进行了分析。实验结果表明,QPEI对低碳钢具有优良的缓蚀作用,在0.5mol/L的硫酸介质中,QPEI的浓度仅为5mg/L,A3钢片的腐蚀时间为72h时,缓蚀率高达91%;QPEI可同时抑制阴极过程与阳极过程,其缓蚀作用属混合型;在吸附成膜与聚合物成膜的协同作用下,QPEI在碳钢表面会形成致密的膜层,因此QPEI兼具有吸附型与成膜型缓蚀剂的双重功能;它在钢板表面的吸附行为符合Langmuir单分子层吸附等温式。 以硅胶为载体,以γ-氯丙基三甲氧基硅烷(CP-TMS)作为偶联剂,将PEI接枝在硅胶上。以环氧丙烷作为叔胺化试剂、氯化苄作为季铵化试剂将接枝在硅胶上的PEI季铵化,制备了硅胶接枝的聚乙烯亚铵季铵盐水不溶抗菌材料(QPEI/SiO2)。通过红外光谱对产物的化学结构进行了表征;并以大肠杆菌为致病菌体,重点研究了QPEI/SiO2的抗菌性能,采用平板活菌计数法考察了季铵化度对QPEI/SiO2抗菌性能的影响规律;采用β-半乳糖苷酶及TTC-脱氢酶活性测定法,探索了QPEI/SiO2的抗菌机理。研究结果表明,水不溶抗菌材料QPEI/SiO2具有较强的抗菌能力,对浓度为109 CFU/mL的菌悬液,在药剂量为15g/L、接触时间为10min的条件下,抗菌率可接近100%;且随季铵化度的增大,其抗菌性能也增强;QPEI/SiO2的抗菌机理类似于QPEI;是基于杀菌过程,而不只是抑菌作用。与小分子消毒剂相比,水不溶高分子抗菌材料不仅由于抗菌基团集中在高分子链上从而形成高浓度消毒剂区,使杀菌效率高、消毒时间短;而且由于高分子抗菌剂固载到不溶性载体上,可有效地避免水体的二次污染。
【学位授予单位】:中北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O633.22

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