配合物沉淀法制备ZnO/Ag复合纳米抗菌剂及其在TPI橡胶和NL乳胶中的应用研究

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本文研究了配合物沉淀法制备ZnO/Ag复合纳米抗菌剂,考察了工艺参数对产物形貌、产率的影响,并对其抗菌性能进行了评价。以所得抗菌剂作为功能填料,采用双辊混炼法制备了抗菌反式-1,4-聚异戊二烯(TPI)橡胶,采用浸渍法制备了抗菌天然(NL)乳胶,并对其抗菌性能、力学性能及形变回复率进行了研究。1.以Zn(NO3)2,AgNO3为原料,NH3·H2O为配位剂,制得配合物溶液,加热使配合物部分水解后,再加入沉淀剂(NH4)2CO3,得到以Zn(OH)2及Zn5(OH)8(NO3)2·2NH3为核,Zn5(OH)6(CO3)2和Ag2CO3为壳的前驱体,煅烧得ZnO/Ag复合纳米抗菌剂。研究了原料添加顺序,前驱体煅烧温度,反应温度,反应时间,NH3·H2O及(NH4)2CO3用量等因素对产物产率和形貌的影响,并利用人工神经网络对其进行验证。在优选的前驱体制备条件下,通过添加表面活性剂制备了不同形貌的ZnO/Ag复合纳米抗菌剂。研究结果表明:在60℃下,控制Zn(NO3)2:AgNO3:NH3·H2O:(NH4)2CO3的物质的量之比为1:0.084:4.17:1.58,一步反应时间45 min,二步反应时间120 min,制得前驱体,先后经200℃及350℃两个阶段煅烧,得到粒径为5~15 nm,并由六方纤锌矿结构ZnO和立方结构Ag组成的ZnO/Ag复合纳米抗菌剂,产率可达84.24 %。人工神经网络预测数据与实验数据非常吻合,表明人工神经网络可用于合成工艺参数的预测。添加表面活性剂PEG-6000、PEG-400、CTAB/SDBS可分别制得短棒状或球形ZnO/Ag复合纳米抗菌剂。2.表面活性剂E80分散前、后的ZnO/Ag复合纳米抗菌剂对大肠埃希氏菌的最小抑菌浓度菌分别为250 mg/L和50 mg/L,对金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度分别为300 mg/L和50 mg/L,远小于HG/T 3794-2005《无机抗菌剂-性能及评价》所规定的800 mg/L。3. ZnO/Ag复合纳米抗菌剂的晶粒生长动力学研究结果表明:晶粒随煅烧温度升高而增大,晶粒生长指数为4.85 ,晶粒生长动力学常数是1.36×104nm4.85/min,晶粒生长活化能为172.29 kJ·mol-1,晶粒生长为扩散生长机制。4.分别以预分散处理前、后的ZnO/Ag复合纳米抗菌剂为功能填料,制备了抗菌TPI橡胶,考察其抗菌性能、力学性能及形变回复率,并与普通橡胶比较,结果表明:(1)普通TPI橡胶无抗菌性能。抗菌TPI橡胶对大肠埃希氏菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性能随抗菌剂添加量的增加而增强,当抗菌剂添加量为5 g(3.58 %)时,抗菌率≥99.00 %,符合卫生部消毒技术规范(2002)规定的强抗菌性能标准。添加未分散抗菌剂、经PVPK30、E80和752W分散预处理的ZnO/Ag复合纳米抗菌剂制得的TPI橡胶对大肠埃希氏菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别为99.02 %和97.44 %、99.34 %和99.34 %、99.67 %和99.34 %、99.34 %和99.34 %。(2)随抗菌剂添加量增加,抗菌TPI橡胶的拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度及形变回复率均呈先增加后下降的趋势,抗菌剂添加量为5 g (3.58 %)时上述性能达到最佳值,优于普通TPI橡胶。5.分别以未分散及经PVPK30、E80分散处理后的ZnO/Ag复合纳米抗菌剂为功能填料,制备了抗菌NL乳胶,考察其抗菌性能和力学性能,结果表明:(1)普通NL乳胶无抗菌性能,抗菌NL乳胶对大肠埃希氏菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性能随抗菌剂添加量的增加而增强,当抗菌剂添加量为0.5g(0.48%)时,抗菌率≥99.00 %,符合卫生部消毒技术规范(2002)规定的强抗菌性能标准。对抗菌剂填料进行分散预处理能够提高抗菌NL乳胶的抗菌性能。添加普通ZnO、未分散纳米抗菌剂、经PVPK30、E80分散预处理的纳米抗菌剂制得的NL乳胶对大肠埃希氏菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别为6.25%和9.47 %、97.43 %和98.11 %、99.26 %和99.24 %、99.26 %和99.62 %。(2)随抗菌剂添加量增加,抗菌NL乳胶的的拉伸性能和撕裂性均呈先增加后下降的趋势,抗菌剂添加量为0.5 g (0.48 %)时上述性能达到最佳值,优于普通NL乳胶。
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