聚合物Janus微球的合成及其在抗菌涂料中应用研究

The purpose of this project is preparing a novel effective and environment-friendly antibacterial coating. Firstly, based on designing polymerization process and optimizing technology conditions, the polymer Janus particles will be synthesized in large amounts. Then, the polymer composite antibacterial emulsion with Janus particles and the polymer Janus particles containing antibacterial constitutional units will be synthesized and characterized by SEM, TEM, DLS, IR, XRD and XPS. Secondly, using the polymer composite antibacterial emulsion with Janus particles and the polymer Janus particles containing antibacterial constitutional units as film forming matter, the antibacterial coating will be prepared with combining porous inorganic pigments and fillers. Its antibacterial activity and basic performance of coatings will be measured. Thirdly, the relationship between morphology, performance of polymer Janus particles and monomer structure, forming polymer chain and aggregation process of functional chains will be investigated. The relationship between antibacterial activity and topographic characteristics will be investigated. It will be useful to enlarge application of polymer Janus particles. In summary, with exploring novel technology for synthesizing polymer Janus particles in large amounts, it will enlarge application of polymer Janus particles. It also will be useful to synthesize novel smart materials.

本课题以制备高效且环境友好的抗菌涂料为目标，首先，设计聚合反应过程、优化合成工艺条件，实现聚合物Janus微球的大量合成，进一步合成具有抗菌活性的聚合物Janus微球复合乳液与结构型抗菌聚合物Janus微球，采用SEM、TEM、DLS、IR、XRD、XPS等对其结构形貌与性质进行分析表征。其次，以聚合物Janus微球复合乳液与结构型抗菌聚合物Janus微球为成膜物，与多孔无机颜填料进行有效结合，制备抗菌性涂料，并检测成膜物与涂层的抗菌活性与涂料基本性能，从而获得高效且环境友好的新型抗菌涂料。第三，探讨单体类型、共聚物链形成及聚集过程与Janus微球形貌性能之间的关系；探讨结构形貌与抗菌活性之间的关系。为实现聚合物Janus微球的大量合成奠定基础，拓宽聚合物Janus微球在抗菌涂料等诸多领域的应用，为新型智能材料的合成提供可借鉴的新思路、新方法。

本课题以制备高效且环境友好的抗菌涂料为主要目标，首先，设计合成了一系列具有抗菌活性的聚合物Janus微球复合乳液与结构型抗菌聚合物Janus微球，采用SEM、TEM、DLS、FT-IR、XRD、XPS等对其结构形貌与性质进行分析表征。成功开发了一锅无皂乳液聚合法合成聚合物Janus抗菌微球的技术、通过悬浮聚合和界面聚合相结合的方式合成聚合物Janus抗菌微球的技术。发现精确调控亲/疏水性单体比例可有效控制聚合物Janus微球形貌；发现通过调节反应介质中亲水/亲油溶剂的比例，可实现聚合物的溶剂诱导相分离，从而实现形貌可调控的各向异性纳米/微米粒子的一锅法合成。将所制备的聚合物Janus抗菌微球应用于涂料、油墨、染料后，赋予其抗菌活性。研究成果使聚合物Janus微球方便快捷，并拓宽聚合物Janus微球在抗菌涂料等诸多领域的应用。其次，通过可逆加成-断裂链转移自由基聚合（RAFT）反应，成功合成了具有抗菌活性的季铵盐型嵌段共聚物多孔材料与季盐型嵌段共聚物纳米自聚体。研究成果使聚合物抗菌活性的大小可以根据需要进行调整。第三，通过将具有抗菌活性的季铵盐分别与抗菌活性聚维酮碘、抗菌活性希夫碱金属配合物相结合，成功合成了具有优异的协同抗菌性能的双活性中心抗菌材料，使其抗菌性能表现出广谱性与长效性。另外，以天然高分子为结构诱导剂，成功合成了无机Janus复合材料，不但使其具有吸附分离功能，还赋予其抗菌性能，有望应用于环境治理与农业领域。总之，本项目获得了简单有效的制备聚合物Janus抗菌微球的方法与技术，开发了环境友好型抗菌涂料；创新性地提出聚合物Janus抗菌微球的形成机理。为不同环境的抗菌需求提供了相适应的抗菌涂料；为新型智能材料的合成提供可借鉴的新思路、新方法。