ZnO-Ag納米復(fù)合無機抗菌劑的制備、性能及在PVC中的應(yīng)用研究.pdf

1、本文研究了ZnO/Ag納米復(fù)合抗菌劑的制備工藝、抗菌性能及其在PVC中的應(yīng)用。 1.采用兩步液相沉沉淀法，以ZnSO4、AgNO3為原材料，NH4HCO3為沉淀劑，制備出復(fù)合前驅(qū)體，經(jīng)離心、干燥、煅燒，得到ZnO/Ag納米復(fù)合抗菌劑。采用透射電鏡(TEM)、X射線衍射儀(XRD)、激光粒度分布儀及熱失重分析儀(TG-DTG)等對產(chǎn)物的形貌、結(jié)構(gòu)、顆粒分散情況及前驅(qū)體的熱分解過程進行了表征。研究了合成溫度、反應(yīng)時間對抗菌劑前驅(qū)體及

2、最終產(chǎn)物形貌的影響規(guī)律，同時探討了干燥方式、沉淀劑滴加速度及洗滌方式對抗菌劑形貌的影響規(guī)律。根據(jù)不同升溫速率下的TG-DTG數(shù)據(jù)，結(jié)合常見的固體熱分解動力學(xué)方程，確定出適合該熱分解反應(yīng)的動力學(xué)機理模型，計算出反應(yīng)的活化能和指前因子，確定了該煅燒過程的升溫速率，分別研究了空氣、真空氣氛下煅燒溫度、保溫時間對最終產(chǎn)物形貌的影響規(guī)律，并對不同煅燒氣氛下所得產(chǎn)物進行了結(jié)構(gòu)分析。獲得了ZnO/Ag納米復(fù)合抗菌劑(含銀量10％)的最佳制備工藝：

3、 (1)前驅(qū)體合成工藝：反應(yīng)全程使用機械攪拌，以3mL/min的滴速依次向ZnSO4中滴加NH4HCO3和AgNO3，反應(yīng)溫度為20℃～25℃(一般室溫即可)，ZnSO4、AgNO3與NH4HCO3的反應(yīng)時間為2～3h。 (2)前驅(qū)體的后處理工藝：采用離心洗滌方式，蒸餾水洗滌兩次，乙醇洗滌兩次，然后放置于30℃真空干燥箱中干燥12小時。 (3)前驅(qū)體的煅燒工藝：空氣或真空氣氛煅燒，升溫速率為10K/min，煅燒溫度為

4、400～450℃，保溫時間為3～4h。 在上述研究的基礎(chǔ)上，改變AgNO3的加入量，制備得到含銀量5％、15％的系列ZnO/Ag納米復(fù)合抗菌劑，為ZnO/Ag納米復(fù)合抗菌劑的工業(yè)化生產(chǎn)提供了科學(xué)依據(jù)。 2.委托權(quán)威機構(gòu)對ZnO/Ag系列納米復(fù)合抗菌劑的抗菌性能進行檢測，結(jié)果表明： (1)含銀量為5％的ZnO/Ag納米復(fù)合抗菌劑的抗菌性能：真空煅燒抗菌劑對大腸埃希氏菌抗菌率達(dá)99.98％，對金黃色葡萄球菌抗菌率達(dá)9

5、9.96％；空氣煅燒抗菌劑對大腸埃希氏菌抗菌率達(dá)99.98％，對金黃色葡萄球菌抗菌率達(dá)99.93％。 (2)含銀量為10％的ZnO/Ag納米復(fù)合抗菌劑的抗菌性能：真空煅燒抗菌劑對大腸埃希氏菌和金黃色葡萄球菌最小抑菌濃度均為50mg/L；空氣煅燒抗菌劑對大腸埃希氏菌和金黃色葡萄球菌最小抑菌濃度均為50mg/L。 (3)含銀量為15％的ZnO/Ag納米復(fù)合抗菌劑的抗菌性能：真空煅燒抗菌劑對大腸埃希氏菌抗菌率達(dá)99.98％，對

6、金黃色葡萄球菌抗菌率達(dá)99.96％；空氣煅燒抗菌劑對大腸埃希氏菌抗菌率達(dá)99.98％，對金黃色葡萄球菌抗菌率達(dá)99.95％。 初步研究了ZnO/Ag納米復(fù)合抗菌劑的抗菌機理，提出了該抗菌劑的抗菌過程是金屬粒子接觸抗菌機理、金屬離子溶出抗菌機理及光催化氧化抗菌機理協(xié)同作用的結(jié)果。 3.將改性后的ZnO/Ag納米抗菌劑與PVC配料均勻混合，采用熔融共混法制備抗菌PVC材料。用鈦酸酯偶聯(lián)劑對ZnO/Ag納米復(fù)合抗菌劑進行表面改

7、性處理，通過沉降試驗、激光粒度分布測試及透射電鏡測試，表征了改性前后納米粒子的形貌及分散狀態(tài)；通過掃描電子顯微鏡觀察了抗菌PVC的表面形貌及抗菌劑的存在狀態(tài)，并與普通PVC的表面形貌作對比；根據(jù)消毒技術(shù)規(guī)范2.1.8.3的奎因?qū)嶒?，采用抗菌率檢測抗菌PVC樣品的抗菌性能；按GB/T1040-92標(biāo)準(zhǔn)分別考察了不同抗菌劑添加量試樣的力學(xué)性能。測試結(jié)果表明： (1)經(jīng)鈦酸酯偶聯(lián)劑改性后的ZnO/Ag納米抗菌劑沉降率由94％減小到0.

8、4％，分散桐容性得到明顯改善。改性后的產(chǎn)物粒徑分布在20～40nm，且團聚程度大為減小； (2)SEM照片顯示抗菌劑粒子在PVC中呈納米狀態(tài)分散，可以較好發(fā)揮納米ZnO/Ag的抗菌性能，對抗菌PVC材料來說，ZnO/Ag納米顆粒不僅起到抗菌的功效，還具有彌散強化的作用。 (3)PVC添加ZnO/Ag納米復(fù)合抗菌劑后，對大腸桿菌的殺滅作用達(dá)99％以上，且抗菌性能隨抗菌劑添加量的增加而增強。 (4)抗菌PVC的拉伸強