[发明专利]一种具有抗菌性能的双子季铵盐聚氨酯涂层材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有抗菌性能的双子季铵盐聚氨酯涂层材料的制备方法，主要是先通过仲胺与酰氯的亲核取代反应合成含双键的二叔胺单体，然后利用巯基‑双键的迈克尔加成反应将双羟基进入到二叔胺单体中，得到双羟基二叔胺单体，再加入卤代烷烃或卤代含氟烷烃将双羟基二叔胺中的两个叔胺季铵化，得到双子季铵盐二醇单体，接着通过双子季铵盐二醇与聚氨酯预聚体的加成聚合反应将其以扩链剂的形式在分子的水平上引入到聚氨酯中，最后通过扩链反应得到具有抗菌性能的双子季铵盐聚氨酯涂层材料。所公开的双子季铵盐聚氨酯涂层材料具有良好的生物相容性、成膜性和抗菌性能，可广泛应用于生物医用、皮革涂饰剂、食品包装和水处理等领域。

技术领域

本发明涉及抗菌高分子材料研究领域，具体涉及一种具有抗菌性能的双子季铵盐聚氨酯涂层材料。

背景技术

一直以来，广泛存在于自然界的细菌、真菌等微生物所造成的生物污损影响着人类生产和生活的各行各业，如医疗设备、航海、食品包装和储存、皮革和纺织制品和水净化处理等，不仅给经济造成重大的损失，而且还会给生命造成严重的威胁。据统计，美国每年医治因梭状芽孢杆菌感染所引起腹泻的病人的费用就高达7.96亿美元，全年花费在医疗相关感染上的费用更是在280亿～450亿美元之间，其中约60 %的感染是因医疗设备被细菌、真菌等微生物污染而引起的，全球因感染而死亡的人数约占总死亡人数的20 %。对航海行业来说，黏附在船体表面的藻类和细菌、真菌等微生物，在腐蚀船体的同时增加了船体重量、增大了船体表面的粗糙程度，导致船体的使用寿命缩短、油耗量增加和温室气体排放加剧。通过分析评估发现，美国海军舰队每年因藻类和细菌、真菌等微生物黏附所造成的经济损失在18亿～26亿美元之间。而如果使用抗菌防污涂层，阻止藻类、细菌和真菌等微生物对船体的黏附，每年能够减少排放360万吨二氧化硫、3.8亿吨二氧化碳和节省600亿美元。此外，在食品行业，细菌、真菌等微生物会使食品腐败、变质；在皮革和纺织行业，细菌和真菌等微生物会使原料皮腐烂、成革和纺织品在存储和使用过程中发生霉变；在水净化方面，因为水中含有各种微生物，所以对水尤其是饮用水进行抗菌、灭菌处理也是必不可少的。由于细菌、真菌等微生物所造成的生物污损巨大的危害性，因此关于抗菌材料的研发一直以来都是全世界关注的焦点。

聚氨酯是主链含有重复的氨基甲酸酯基团（—NH-COO—）的杂链聚合物，全名聚氨基甲酸酯。常用的聚氨酯是由二异氰酸酯与大分子二元醇和扩链剂通过聚加成反应制备而成，是一种软段与硬段相互交替形成的嵌段共聚物，其中二异氰酸酯和扩链剂构成聚氨酯的硬段部分，常用的二异氰酸酯有六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和萘二异氰酸酯等，常用的扩链剂有1,4-丁二醇、乙二胺和肼等小分子二元醇和二元胺。大分子二元醇构成了聚氨酯的软段部分，常用的大分子二元醇有聚四氢呋喃二醇为代表的聚醚二醇和以聚碳酸酯二醇为代表的聚酯二醇，可以通过调节软硬段的比例和种类，有目的地改变聚氨酯的许多理化性质，如模量、玻璃化温度、弹性、亲疏水性和抗张强度等。聚氨酯材料分子结构可设计性强和性能可调控范围广等特点是其能被应用于众多不同领域的基础。同时聚氨酯因具有良好的生物相容性和优异的物理机械性能等特点，而获得了“理想的生物材料”的美誉，并被广泛用于制造各种医疗设备，如导管、人造器官、药物控制释放和血管假体等。此外，聚氨酯又具有优良的成膜性能、耐干擦性能、柔韧性能、黏附性能、与其它树脂和颜料有较好的相容性，经常作为涂料中的主要成分—成膜物质被应用于众多行业中，如航海、皮革和纺织、食品包装和储存等领域。