Gemini季铵盐的合成及其在羊毛织物上的应用

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传统的抗菌和抗静电整理方法是在不同的树脂基料中添加无机、有机或复配的抗菌剂和抗静电剂,以实现抗菌和抗静电的效果。由于这些功能填料在基料中缓慢释放或析出,随着时间的推移其抗菌及抗静电性能在逐渐减弱,同时析出的重金属离子如Ag+、Cu2+等对环境造成了一定的污染,使得该方法的发展受到较大限制。结构型抗菌剂和抗静电剂通常是将具有抗菌和抗静电的基团通过一定的化学反应,通过化学键将功能性基团连接在树脂基料高分子上,此高分子可作为基料的抗菌剂和抗静电剂。以此方法制备的抗菌剂和抗静电剂的功能持久性有所提升,但在使用时还需要将高分子基料处理在目标基材上,由于两者之间相互作用力弱使得牢度得不到保证,若能通过化学键将功能性基团直接连接在目标基材上,则能有效提高其抗菌性和抗静电性。  季铵盐类抗菌剂和抗静电剂的应用广泛。近年来对各类季铵盐的研究较多,包括高聚物抗菌剂、Gemini抗菌剂等,但对所合成季铵盐的应用性能的探索还较少。  本文合成了一种小分子的Gemini季铵盐IDMA,该季铵盐为白色固体,分子式为C24H38O4N2Br2,分子量578.4g/mol,极易溶于水,微溶于乙醇,不溶于丙酮、四氯化碳等非极性溶剂。通过实验合成季铵盐的反应条件为:反应温度50℃,溶剂为丙酮,原料甲基丙烯酸二甲氨乙酯(DMAEMA)与α,α-二氯对二甲苯(BbmBP)的物质的量之比为2:1。采用丙酮和四氯化碳清洗合成产物,抽滤烘干后称重,得产物的产率为94.6%。采用傅里叶-红外光谱、1H-NMR分析、质谱法和元素分析等分析测试技术对合成产物进行结构表征,确定合成产物的分子结构。  由于羊毛纤维的蛋白质分子中含有一定数量的二硫键(S-S),本文首先采用三(2-羧乙基)膦盐酸盐(TCEP)对羊毛织物进行前处理。TCEP是一种非常有效且温和的硫醇类还原剂,可以将蛋白质纤维中S-S还原为具有反应活性的巯基(S-H)。合成的Gemini季铵盐IDMA上含有烯基(C=C),可以与基材上的巯基通过点击化学进行反应,将IDMA分子直接接枝在羊毛蛋白质分子上。该方法反应快速可靠,不仅不用将季铵盐接枝在树脂基料上,大大简化了羊毛织物抗菌处理的流程,而且由于化学键合的作用使得抗菌持久性提高。实验结果表明:经 IDMA处理的羊毛织物对革兰氏阴性大肠杆菌的抑菌率值达到了94.9%,经5次标准水洗后,其抑菌率值为85.1%,仍然具有较好的抗菌效果。经IDMA处理后,羊毛织物在10000V电压放电下的静电荷半衰期由4.27s降为1.08s,说明羊毛织物的亲水性得到提高,具有一定的抗静电性能。实验结果还发现, IDMA分子上的C=C与羊毛蛋白质分子上的S-H发生反应,IDMA分子可将切断的S-S键重新连接,有效增强羊毛织物的物理机械性能。
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