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在阳离子抗菌剂中,最悠久、最常用的结构为季铵(膦)盐抗菌剂。目前已广泛用于医疗卫生,食品工业,及日常生活等各个领域。本文以溴乙烷(EB)、溴己烷(HB)、溴十二烷(DB)和甲基丙烯酸二甲胺基乙酯(DMAEA)为原料,制备N,N-二甲基,N-烷基甲基丙烯酰氧乙基溴化铵(烷基-乙基、已基、十二烷基)(DMAEA-RB),产物提纯后用IR、1H-NMR表征其结构。将此三种含有不同链长烷基的强亲水性季铵盐功能单体与阴离子单体丙烯酸(AA)和非离子单体丙烯酰胺(AM)共聚,制备高吸水性抗菌材料。用傅立叶红外光谱(FTIR)、热重分析法(TG)、差示扫描量热法(DSC)等对树脂结构、吸水性能和热稳定性进行了研究,并用平板涂布计数法探讨了树脂对大肠杆菌(E.coli),金黄色葡萄球菌(S.hyicus)的抗菌性能。主要内容如下：
1.介绍了高吸水树脂的概况、抗菌剂的分类、抗菌高分子的制备、抗菌性能的测试方法以及抗菌性吸水树脂的发展趋势,并提出将阳离子单体和阴离子单体采用反相悬浮聚合法,合成具有特殊吸水性能的抗菌材料,利用不同强亲水基团的协同效应来改善抗菌材料的吸水性能,获得综合性能良好的高吸水性抗菌材料。
2.考察了单体浓度、中和度、单体配比、引发剂及交联剂等因素对树脂吸水性能的影响。结果表明,相同条件下用K2S2O8引发合成的树脂P[AA-AM-(DMAEA-RB)](R-ethyl/hexyl/dodecyl),其最大吸去离子水倍率分别为1035mL/g、782mL/g、497.9mL/g,吸0.9wt％NaCl溶液倍率分别为114mL/g、87mL/g、60mL/g：用K282O8-NaHSO3引发合成的P[AA-AM-(DMAEA-HB)],其最大吸去离子水倍率为1440mL/g,吸0.9wt％NaCl溶液倍率为118mL/g。
3.用茶袋称重法研究了P[AA-AM-(DMAEA-EB)]在不同盐溶液中的吸液性能,研究发现,离子强度、螯合作用、-N+(R4)Br-的离解是限制树脂吸液率的重要因素。因分子链上-COOH、-COONa、-N+(R4)Br三种基团的协同作用,P[AA-AM-(DMAEA-EB)]的吸水率随pH值的增大,分别在酸性和碱性区域各存在一个溶胀最高点,而P[AA-AM]却只在弱酸性区存在一个溶胀最高点。
4.粒径为125～250μm的颗粒状树脂P[AA-AM-(DMAEA-RB)]具有较高的吸水速率和优良的保水性,吸水速率顺序为P[AA-AM-(DMAEA-DB)]>P[AA-AM-(DMAEA-HB)]>P[AA-AM-(DMAEA-EB)],前5min,其吸水过程主要由高分子链段松弛控制。树脂水凝胶的TG-DTA测试发现,树脂主要靠其三维空间网络作用吸附贮存大量的自由水。对三种微球树脂进行DSC测试,虽然其共聚组成不均一,但都只表现出一个玻璃化温度,且树脂在200℃以下具有良好的热稳定性,满足加工应用的要求。
5.在无菌0.9wt％NaCl溶液中,用K2S2O8引发合成的P[AA-AM-(DMAEA-RB)]树脂分别对E.coli、S.hyicus进行抗菌活性测试,并对P[AA-AM-(DMAEA-DB)]进行死菌吸附测试,同时对R1N(CH3)2R2]+Br-型季铵盐的抗菌机理作出解释。结果表明,P[AA-AM-(DMAEA-DB)]对死菌存在不可逆的吸附过程。整体上,P[AA-AM-(DMAEA-RB)]对E.coli、S.hyicus的抗菌活性表现为P[AA-AM-(DMAEA-DB)]>P[AA-AM-(DMAEA-HB)]>P[AA-AM-(DMAEA-EB)],且P[AA-AM-(DMAEA-RB)]对E.coli表现出的抗菌活性优于S.hyicus。当P[AA-AM-(DMAEA-RB)]与菌液接触时,随着接触时间增长,P[AA-AM-(DMAEA-DB)]的抗菌性增强,接触液上层的活菌个数N(t)逐渐减少,其抗菌性随DMAEA-DB含量增加,抗菌性也逐渐增大。而P[AA-AM-(DMAEA-EB)]、P[AA-AM-(DMAEA-HB)]的接触液上层活菌个数N(t)在30min后有上升趋势,并且当n(DMAEA-RB)>2％(R-ethyl/hexyl)时,接触液上层的活菌数增加。不同引发剂用量所得聚合物的分子及交联程度不同,只有聚合物分子量、交联密度适当时,才能得到较好的抗菌效果。