本發(fā)明屬于抗菌材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種交聯(lián)聚合物抗菌納米乳膠粒及其制備方法。

背景技術(shù)：

細(xì)菌感染在很多領(lǐng)域危害著人類的健康，尤其是醫(yī)療衛(wèi)生場所的設(shè)備及產(chǎn)品、食品加工、包裝及保存過程中、飲用水純化系統(tǒng)、美容場所的物品、家用設(shè)施等，都極易受到細(xì)菌的侵襲，可能給人們的生命健康帶來嚴(yán)重的威脅。因此，抗菌性材料的開發(fā)無論從學(xué)術(shù)層面來說，還是從工業(yè)生產(chǎn)角度來看，都具有廣闊的前景和重要的價(jià)值，人們也一直沒有停止對其的研究。最初人們主要研究小分子型抗菌劑，小分子型抗菌劑合成過程簡單，種類較多，但存在很多不足，例如對環(huán)境的毒性大、抗菌效果短暫，容易發(fā)生遷移而失去抗菌性，危害人類身體健康等，大大影響了抗菌性材料的廣泛使用。而高分子抗菌劑與小分子抗菌劑相比，具有諸多優(yōu)勢，例如不會揮發(fā)、性質(zhì)穩(wěn)定、抗菌作用持久、對環(huán)境危害小、不易滲入皮膚因而對人的健康傷害小等，受到了人們的青睞。

對于季銨（磷）鹽類抗菌劑的抗菌機(jī)理，研究者們一般認(rèn)為抗菌劑首先吸附在細(xì)菌的表面，之后穿過菌體的細(xì)胞壁與細(xì)胞膜結(jié)合，使細(xì)胞膜內(nèi)的各種物質(zhì)泄出，導(dǎo)致細(xì)菌死亡?？梢栽诰酆线^程中在聚合物鏈上引入具有抗菌性的有機(jī)/無機(jī)抗菌性物質(zhì)，也可以在聚合后通過基團(tuán)反應(yīng)向聚合物鏈上引入具有抗菌性的組分。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了一種交聯(lián)聚合物抗菌納米乳膠粒及其制備方法，相比現(xiàn)有乳液聚合，本發(fā)明不含有乳化劑。眾所周知，小分子乳化劑對于聚合物乳液的成膜性、耐水性、耐溶劑性、附著力等都有不利的影響，乳化劑隨著時(shí)間的遷移也會從乳膠粒上脫除，使乳液發(fā)生沉淀現(xiàn)象，而乳化劑的除去不僅需要繁瑣的步驟，也會導(dǎo)致聚合物乳液不再具有穩(wěn)定性，尤其是對于希望以乳液狀態(tài)直接使用的涂料、粘合劑等材料來說，更是大大增加了生產(chǎn)成本和難度；本發(fā)明乳液聚合在不加乳化劑情況下采用簡單的自由基聚合能夠得到具有單一分散性、潔凈、穩(wěn)定的抗菌乳膠粒，在保留聚合物本身的性能的同時(shí)還有利于工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種交聯(lián)聚合物抗菌納米乳液的制備方法，包括以下步驟，將苯乙烯、二乙烯基化合物加入季銨鹽單體水溶液中，超聲分散后，加入引發(fā)劑，除氧處理后在無氧環(huán)境下，于60～80℃反應(yīng)10～18小時(shí)，即可得到交聯(lián)聚合物抗菌納米乳液。

本發(fā)明還公開了一種交聯(lián)聚合物抗菌納米乳膠粒的制備方法，包括以下步驟，將苯乙烯、二乙烯基化合物加入季銨鹽單體水溶液中，超聲分散后，加入引發(fā)劑，除氧處理后在無氧環(huán)境下，于60～80℃反應(yīng)10～18小時(shí)，得到交聯(lián)聚合物抗菌納米乳液；將交聯(lián)聚合物抗菌納米乳液經(jīng)過分離、過濾、干燥處理得到交聯(lián)聚合物抗菌納米乳膠粒。

本發(fā)明還公開了根據(jù)上述制備方法制備的交聯(lián)聚合物抗菌納米乳液或者交聯(lián)聚合物抗菌納米乳膠粒；以及交聯(lián)聚合物抗菌納米乳膠?；蛘呓宦?lián)聚合物抗菌納米乳液在制備抗菌材料中的應(yīng)用。

上述技術(shù)方案中，以甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、溴己烷為原料制備季銨鹽單體；制備方法為將甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、溴己烷在溶劑存在下，于40～60℃反應(yīng)10～18小時(shí)；然后將反應(yīng)液于0～5℃沉淀，得到易于進(jìn)行自由基聚合的陽離子型甲基丙烯酸酯類季銨鹽單體(maqac6)。

上述技術(shù)方案中，所述引發(fā)劑為偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽（aibi）。

上述技術(shù)方案中，所述二乙烯基化合物為二乙烯基苯(dvb)，本發(fā)明采用季銨鹽單體(maqac6)與苯乙烯(st)以及二乙烯基苯(dvb)進(jìn)行自由基共聚合，接在聚合物鏈上的季銨鹽單體帶有陽離子基團(tuán)，降低了粒子之間發(fā)生團(tuán)聚的可能，可以制得粒徑較小、分布較均勻的乳膠粒，而二乙烯基苯的加入有助于獲得結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、不易受到外界環(huán)境破壞的膠乳，通過乳液聚合參數(shù)的限定，得到的交聯(lián)聚合物抗菌乳膠?？咕阅軆?yōu)異，對革蘭氏陰性菌大腸桿菌具有很好的抗菌性。

上述技術(shù)方案中，超聲分散為采用超聲波細(xì)胞粉碎儀超聲處理10～20分鐘；除氧處理為冷凍-抽氣-解凍處理；干燥、溶解、沉淀處理后靜置抽濾、真空干燥得到交聯(lián)聚合物抗菌納米乳膠粒。

上述技術(shù)方案中，季銨鹽單體的用量為苯乙烯質(zhì)量的1.5%~6.6%，優(yōu)選2.5%~4%，既可以使乳膠粒表面帶上電荷，不同乳膠粒因?yàn)閹в型N電荷而發(fā)生互斥作用，從而起到穩(wěn)定乳膠粒的效果，又避免了離子型單體的引入增加體系的離子強(qiáng)度，這使得粒子表面的電層受到壓縮，初期產(chǎn)生的乳膠粒子容易發(fā)生聚集，從而導(dǎo)致粒子的粒徑增大的問題，得到的乳膠粒子粒徑以及粒徑分布合理，取得了意想不到的技術(shù)效果。

上述技術(shù)方案中，二乙烯基苯用量為苯乙烯質(zhì)量的0.3%~1.9%，可以增加乳液穩(wěn)定性，又避免了聚合物鏈運(yùn)動受阻，粒子間容易發(fā)生團(tuán)聚，粒徑變大的問題。

本發(fā)明通過簡單的一步法以苯乙烯、季銨鹽單體maqac6以及二乙烯基苯為原料，在沒有乳化劑存在的情況下通過簡單的自由基共聚合制備得到粒徑分布均勻、粒徑小、穩(wěn)定性好的無皂抗菌納米乳液，聚合方法簡單易于放大進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)；經(jīng)過測試，該乳液具有優(yōu)異的抗菌性能。

本發(fā)明制備的制備抗菌性無皂納米乳液為高分子抗菌劑，相比于小分子抗菌劑，具有突出的優(yōu)點(diǎn)，如不易揮發(fā)、抗菌效果持久穩(wěn)定、不滲入皮膚、毒性小、安全性高等特點(diǎn)；陽離子型甲基丙烯酸酯類maqac6單體通過共聚接到聚合物鏈上，由于具有一定的親水性及離子基團(tuán)效應(yīng)，起到了穩(wěn)定聚合物膠乳、避免體系發(fā)生團(tuán)聚以及抗菌的多重作用。采用平板涂布法，以革蘭氏陰性菌大腸桿菌為實(shí)驗(yàn)菌種進(jìn)行了抗菌性測試，結(jié)果顯示聚合物的抗菌性良好。

附圖說明

圖1為季銨鹽單體maqac6的核磁譜圖；

圖2為交聯(lián)聚合物抗菌乳液透射電鏡圖；

圖3為交聯(lián)聚合物抗菌乳液透射電鏡圖。

具體實(shí)施方式

測試和表征

核磁共振氫譜（¹hnmr）使用bruker300mhz核磁共振儀進(jìn)行測試，以(cd3)2so或cdcl3作為溶劑，在室溫下測定。

乳膠粒的粒徑(dh)和粒徑分布(pdi)由malvernzetasizer3000hsa動態(tài)光散射儀(dls)在25℃下進(jìn)行測定，將制得的膠乳用去離子水進(jìn)行稀釋，將三次測定結(jié)果取平均值作為測試最終結(jié)果。

通過日立hitachih-7000透射電鏡(tem)對膠乳的形貌進(jìn)行觀察，加速電壓為120kv。制樣過程為：將稀釋的乳液滴加到銅網(wǎng)上，45s后用濾紙將銅網(wǎng)上的過量乳液吸去，重復(fù)操作兩次，之后放在室溫下烘干以待透射電鏡觀察。

實(shí)施例一

合成季銨鹽單體maqac6

季銨鹽單體二甲基己基(2-甲基丙烯酰氧乙基)溴化銨((2-methacryloyloxyethyl)dimethylhexylammoniumchloride)(maqac6)的合成步驟如下：將5ml的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(dmaema)、4.6ml的溴己烷(c6h13br)和10ml的乙腈加入到裝有冷凝管、磁力攪拌子的50ml的單口燒瓶中，放于事先設(shè)置好溫度（50℃）的油浴鍋中，反應(yīng)15h。反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)液逐滴加入到大量的乙醚中，在冰箱中靜置一夜，抽濾得到白色晶狀固體，將其放入25℃的真空烘箱中干燥，最終得到白色固體粉末maqac6。

陽離子型甲基丙烯酸酯類季銨鹽單體maqac6是通過單體dmaema上的叔胺與溴己烷發(fā)生季銨化反應(yīng)來制備的。對單體進(jìn)行了核磁分析，結(jié)果如圖1所示。每一個(gè)特征峰均能找到相應(yīng)的歸屬，其中化學(xué)位移為0.89ppm(peaki)處氫的特征峰對應(yīng)于己基上的末端甲基，化學(xué)位移為1.30ppm(peakh)、1.71ppm(peakg)和3.45ppm(peakf)處的特征峰分別對應(yīng)于己基上與端甲基距離近的三個(gè)亞甲基，與氮原子距離較近的亞甲基，與氮原子相連的亞甲基，化學(xué)位移1.93ppm(peakb)處的氫原子特征峰屬于與碳碳雙鍵相連的甲基峰，3.49ppm(peake)處的峰屬于與氮原子相連的兩個(gè)甲基的峰?；瘜W(xué)位移為4.18和4.68ppm(peakd和c)處的峰分別屬于原dmaema分子上與氮原子相連的亞甲基上氫原子。

自由基共聚制備抗菌性交聯(lián)聚合物乳膠粒

稱取季銨鹽單體maqac6，加入裝有4.5ml水的安瓿瓶中，超聲下使其溶解。移取苯乙烯(st)、二乙烯基苯（dvb）于安瓿瓶中，將混合液置于超聲波細(xì)胞粉碎儀（寧波新芝生物科技有限公司）分散15分鐘，超聲分散后混合液呈現(xiàn)乳液狀態(tài)，加入aibi引發(fā)劑31.2mg，對混合液進(jìn)行三次冷凍-抽氣-解凍操作，以除去溶解于混合液中的氧氣，之后熔融封管，將安瓿瓶置于事先設(shè)置好溫度（70℃）的油浴鍋中。反應(yīng)15h后，停止反應(yīng)，將其放入冰水浴中淬滅反應(yīng)，得到無皂聚合物抗菌納米乳液；把得到的納米乳液進(jìn)行離心分離、過濾、干燥即可得到交聯(lián)聚合物抗菌乳膠粒。

之后打開安瓿瓶口，取出少量反應(yīng)液保存，以備后續(xù)透射電鏡觀察。再取出少量反應(yīng)液溶于(cd3)2so中，用核磁檢測是否還存在未反應(yīng)的單體。將部分反應(yīng)液進(jìn)行冷凍干燥，用四氫呋喃和n,n-二甲基甲酰胺混合溶劑進(jìn)行溶解，之后滴入正己烷中進(jìn)行沉淀，靜置后抽濾，得到的固體物質(zhì)放在真空烘箱中常溫下進(jìn)行干燥，最終得到固體產(chǎn)物。用核磁檢測后，若無單體特征峰，則單體全部轉(zhuǎn)化，若存在單體特征峰，則轉(zhuǎn)化率可以通過重量法來確定。

采用季銨鹽單體與苯乙烯單體共聚，制備無皂聚合物乳液，季銨鹽單體接到聚合鏈上，由于在水中的離子化，使乳膠粒表面帶上電荷，不同乳膠粒因?yàn)閹в型N電荷而發(fā)生互斥作用，從而起到穩(wěn)定乳膠粒的效果。同時(shí)在共聚體系中加入交聯(lián)劑dvb，使聚合物形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以使乳膠粒具有更穩(wěn)定牢固的結(jié)構(gòu)。從實(shí)際應(yīng)用角度來看，交聯(lián)劑可以有效提高聚合物的耐熱性、耐溶劑性、耐磨性以及力學(xué)強(qiáng)度，為聚合物材料的應(yīng)用打開更廣闊的前景。表1為季銨鹽單體的用量對乳液聚合結(jié)果的影響，從中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)不加季銨鹽單體時(shí)，加交聯(lián)劑的聚苯乙烯乳液出現(xiàn)團(tuán)聚結(jié)塊；而加入7mg季銨鹽單體時(shí)，形成了粒徑較小的乳液，這正說明了離子型單體的加入提高了乳膠粒的穩(wěn)定性，使粒子粒徑減??；但是增加季銨鹽單體的量，粒徑并沒有一直減小，反而出現(xiàn)粒徑增加的趨勢；從粒徑分布來看，與粒徑的變化基本一致，加入7mg季銨鹽單體時(shí)粒徑分布指數(shù)（pdi）最低，反映了此用量下乳膠粒子粒徑最為均一。

表1季銨鹽單體的用量對乳液聚合結(jié)果的影響

二乙烯基苯的加入使乳膠粒具有更為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，但是形成的網(wǎng)狀聚合物鏈的運(yùn)動較線型鏈容易受阻，這也有可能給聚合體系帶來不穩(wěn)定性。表2為二乙烯基苯對聚合結(jié)果的影響，從中可以看出，二乙烯基苯的用量的確影響著聚合行為。當(dāng)季銨鹽用量為0.014g時(shí)，隨著二乙烯基苯用量的增加，乳液粒徑持續(xù)增大，這些結(jié)果說明了交聯(lián)劑的加入使聚合物鏈運(yùn)動受阻，粒子間容易發(fā)生團(tuán)聚，粒徑變大，粒徑分布也變寬，使聚合體系變得穩(wěn)定。為了進(jìn)一步觀察粒子的形貌，對其進(jìn)行了透射電鏡表征，結(jié)果如圖2、圖3所示，圖2為表2中1號產(chǎn)品，粒子平均粒徑約為120nm，分布比較均一，與dls測的的數(shù)值（133nm）也較吻合；圖3為表2中4號產(chǎn)品，粒徑明顯分布不均，很好地說明了交聯(lián)劑用量的影響。

表2二乙烯基苯對聚合結(jié)果的影響

抗菌性測試

產(chǎn)品抗菌測試所選用的細(xì)菌型號為大腸桿菌mg1655。在實(shí)驗(yàn)之前，將細(xì)菌于lb培養(yǎng)基中培養(yǎng)至指數(shù)增長期，經(jīng)過離心重懸處理，用無菌pbs將細(xì)菌稀釋至1×10⁵cell/ml備用。隨后將不同樣品溶液與菌液1:1混勻，（以無菌水與菌液的1：1混合液為對照組）置于37℃的恒溫?fù)u床反應(yīng)1小時(shí)，之后各取適當(dāng)量的菌液涂布于預(yù)先制備好的瓊脂板上，最后于37℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)18小時(shí)后觀察各個(gè)瓊脂板上的菌落數(shù)。各個(gè)樣品的殺菌率用以下公式計(jì)算：殺菌率(%)=1-樣品組菌落數(shù)/對照組菌落數(shù)。

以大腸桿菌為實(shí)驗(yàn)菌種，通過計(jì)數(shù)最終存活的細(xì)菌數(shù)量表征不同樣品的抗菌性，表1中3號樣品、4號樣品殺菌效率可達(dá)99.8%以上；說明本發(fā)明季銨鹽單體制得的乳液具有很好的抗菌性。

本發(fā)明采用一鍋法操作，構(gòu)建了親油性單體苯乙烯、陽離子型甲基丙烯酸酯類季銨鹽單體maqac6以及二乙烯基苯參與的自由基共聚體系，以簡單高效的方法成功制備了具有抗菌性的無皂交聯(lián)聚合物納米乳液。通過限定季銨鹽單體、二乙烯基苯用量，獲得技術(shù)效果優(yōu)異的乳液體系聚合結(jié)果，能夠獲得粒徑較小，分布較窄的無皂納米乳膠粒（126nm~276nm），避免了季銨鹽單體用量過多會使乳膠粒粒徑增大，而交聯(lián)劑的加入使得乳液穩(wěn)定性下降的問題。交聯(lián)聚合物抗菌乳液不需要后處理，可以直接用于抗菌，且驗(yàn)證了加入季銨鹽單體制備的無皂乳液，對大腸桿菌表現(xiàn)出良好的抗菌性，這一研究成果對于如何制備可直接使用的無皂納米抗菌乳液無疑具有積極的意義，在應(yīng)用于抗菌性涂料等方面具有令人期待的潛能。