采用微波法合成胍盐类高分子抗菌剂及其在纸页中的应用

【摘要】：胍盐类抗菌剂是一类含有胍基的抗菌剂,具有广谱、高效的抗菌效果。将聚六亚甲基胍盐接枝到高分子造纸助剂上,能够避免因小分子胍盐流失而造成纸制品抗菌效果不持久的问题,扩大了胍盐类抗菌剂的应用。本文以聚六亚甲基盐酸胍为有效抗菌成分,分别用高分子造纸助剂壳聚糖和聚乙烯亚胺以微波辐射的加热方式进行接枝固载,制备出具有抗菌性能的高分子造纸助剂衍生物胍基化壳聚糖(CTS-G)和胍基化聚乙烯亚胺(PEI-G)。本文通过单因素法研究了合成实验的制备过程及优化条件,包括反应基团摩尔比、辐射时间、反应温度等对产物性质的影响。通过对比微波辐射和传统加热两种不同的反应方式对制备过程和产物性能的影响,发现微波辐射加热能够大大缩短制备胍基化抗菌剂的时间,提高反应效率。红外光谱的结果表明CTS-G/PEI-G具有明显的胍基特征峰,聚六亚甲基胍盐被成功接枝到对应的高分子上了。对壳聚糖反应前后的结构进行红外光谱和核磁共振谱分析,可证明PHGC已经接枝到壳聚糖分子上。与壳聚糖相比,扫描电镜下的胍基化壳聚糖表面变得不规整,呈现蓬松的形态,这表明胍盐壳聚糖的微观的物理结构发生了变化。本文使用抗菌剂胍基化壳聚糖进行抗菌过程和抗菌机理的探索。首先,采用倍比稀释法测得胍基化壳聚糖的最低抑菌浓度为150ppm。然后,采用UV吸收法和原子力显微镜表明胍盐类抗菌剂的杀菌机理主要是引起细菌的细胞膜破裂和细胞质流出。紫外吸收法动态表明,当CTS-G浓度大于150ppm时,OD260比值在短时间内达到1.35,意味着大部分细菌体的细胞膜很快破裂了。另外,经过CTS-G处理的细菌的AFM形貌图表明,当浓度大于150ppm,细胞胞腔出现塌陷,并且失去了规则的椭圆形状,这与UV的结果具有对应关系。抗菌剂的种类、添加量和添加方式(包括普通浆内添加法、预浸渍浆内添加法和纸张表面喷涂法)对成纸的抗菌效果和物理强度等性能都会产生影响。胍基类抗菌剂CTS-G和PEI-G都能够赋予纸页良好的抗菌效果,当添加量达到1.0%以上,其抗菌率均能达到90%以上。与此同时,胍基化聚乙烯亚胺具有增加纸张湿强度的功效,结合纸张抗菌性能的要求,得到最佳的添加方式为预浸渍浆内添加法,当添加量为1.2%时,即能达到100%的抗菌率,湿/干强度比达到21%。虽然纸张表面喷涂法因为喷涂不均匀影响了纸张强度性能,但是对于无需持久抗菌的纸来说是一种非常好的制备方式。