[发明专利]一种季铵化聚倍半硅氧烷纳米球杂化抗菌材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种季铵化聚倍半硅氧烷纳米球杂化抗菌材料及其制备方法，该方法步骤如下：首先通过环氧基硅烷单体与N,N‑二甲基长链叔胺间的开环加成反应制得季氨化硅烷；然后以季氨化硅烷和甲基硅烷为硅源，以十二烷基磺酸钠/脂肪醇聚氧乙烯醚为复合乳化剂进行乳液聚合，制得一系列单(窄)分散的季氨化聚倍半硅氧烷纳米球杂化抗菌材料，可广泛用做纺织、皮革、玻璃、陶瓷等基质的抗菌涂层材料。本发明制备工艺简便，成本低，抗菌材料绿色环保，不易团聚，无二次污染，光谱杀菌效率高且具有持久的抗菌能力。

技术领域

本发明涉及聚合物纳米杂化材料制备技术领域，尤其涉及一种季铵化聚倍半硅氧烷纳米球杂化抗菌材料及其制备方法。

背景技术

细菌等微生物易在材料表面滋生并形成生物膜，给人们的生活、健康以及工业生产带来极大的威胁。因此，开发持久、高效且环境友好型抗菌材料显得尤为重要。

季铵盐类化合物(QAS)绿色环保、廉价易得，光谱杀菌效率高，已被广泛应用于实际生产和研究中。近年来，通过化学键合的方式将QAS引入聚合物中可有效阻止聚合物材料表面病原菌的滋生，提高化学稳定性，避免传统抗菌剂释放引起的环境问题。目前，该方面的研究已有一些报道。如将松香酸进行季铵化，再通过环氧开环反应将其化学键合在硅橡胶表面制得了抗菌硅橡胶新材料，该表面对葡萄球菌、埃希氏杆菌和绿脓杆菌均表现出良好的抗菌活性(Materials and Design,2020,189:108493)。同理，Zhaoshuang Li等也用类似方法制得了生物相容性的抗菌棉织物(International Journal of BiologicalMacromolecules,2020,150:1-8)。将天然壳聚糖先季氨化改性，再与聚乙烯醇通过电纺制得了抗菌性纳米纤止血材料(Carbohydrate Polymers,2020,232:115823)。其次，将QAS通过巯基-丙烯酸酯迈克尔加成反应制得季铵化交联胶束(QAS@CM)，然后在该胶束内原位生成纳米银进而制得了协同抗菌性优良的纳米复合材料(Ag@QAS@CM)(ChemicalEngineering Journal,2020,382:122976)。

现有的QAS聚合物抗菌材料多存在机械稳定性和热稳定性差等不足，因此，如何改善上述不足成为抗菌涂层材料制备的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种季铵化聚倍半硅氧烷纳米球杂化抗菌材料及其制备方法，解决现有技术中的季铵盐类化合物存在机械稳定性和热稳定性差、导致抗菌性能不佳的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种季铵化聚倍半硅氧烷纳米球杂化抗菌材料的制备方法，其特征在于：

包括如下步骤：

步骤一：将环氧基硅烷(KH560)、N,N-二甲基长链叔胺和异丙醇依次加入装有冷凝装置的三口烧瓶中，环氧基硅烷与N,N-二甲基长链叔胺的物质的量之比为1:1-1.2，异丙醇的用量为KH560和N,N-二甲基长链叔胺总质量的30％。升温至70℃，保温反应3h，反应结束，减压蒸馏除去异丙醇，得中间体季铵化硅烷单体(QNS)；

步骤二：将十二烷基磺酸钠/脂肪醇聚氧乙烯醚复合乳化剂、酸性催化剂和蒸馏水依次加入装有冷凝装置的三口烧瓶中，10-25℃下搅拌2h，然后开始滴加甲基硅烷，滴速为20滴/min，滴毕，再滴加步骤一制得的QNS，滴速为20滴/min，滴加完毕后继续保温反应8-12h，最后，经离心分离，洗涤、干燥、研磨，制得季铵化聚倍半硅氧烷纳米球杂化抗菌材料(QAPSQ)。

进一步的，步骤一中，N,N-二甲基长链叔胺选自N,N-二甲基正辛胺、N,N-二甲基癸胺、N,N-二甲基十一烷基胺或N,N-二甲基十二烷基胺中的一种。

进一步的，步骤二中，甲基硅烷可选自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷的一种。