聚丙烯酸酯/胍盐抗菌乳液可控合成及对纤维素的抗菌改性

As the global population getting increase, temperature getting rising and environment getting polluted, the research and development of new antibacterial materials possessing non-toxic, odorless and good antimicrobial lasting performance have important practical significance for the promotion of human health, and improving the living and working environment. The unsaturated double bond is introduced into the chains of poly (hexamethylene guanidine hydrochloride) to obtain a monomer bearing the antibacterial group of guanidine via molecular design in this project. And the product monomer will be introduced to the shell layer of polyacrylate latex particles with core-shell structure through semi-continuous seed emulsion polymerization. Emulsion not only retain the good performance of polyacrylate emulsion, but also has a special antibacterial property. Electrostatic adsorption will be employed to immobilize latex particles on the surface of plant cellulose fiber for rendering cellulose fiber antibacterial. The method is simple and easy to industrialization, and modified cellulose will be applied in the field of papermaking and reinforcement of composite materials. The antibacterial synergy between antibacterial monomer and other monomers will be studied and the structure-activity relationship between the structure and performance of antimicrobial latex particles will be established by characterizing antimicrobial properties for emulsion. Meanwhile, a variety of research method will be employed to study the mechanism of action of the antimicrobial latex particles to the bacterial cells.

随着全球人口不断增加、气温变暖及环境污染，研究开发新型、高效、无毒无味和抗菌持久性好的抗菌材料，对增进人体健康，改善生活和工作环境有着重要的现实意义。本项目拟通过分子结构设计，将不饱和双键引入到聚六亚甲基盐酸胍分子链上而得到带有胍基抗菌官能团的单体。然后通过乳液粒子设计，采用半连续种子乳液聚合法将该单体引入到核壳型聚丙烯酸酯乳胶粒子的壳层制备带有较强正电性的核壳型水性聚丙烯酸酯/胍盐抗菌乳液。该乳液既保留聚丙烯酸酯乳液的优良性能，同时也具有特殊的抗菌、杀菌性，利用静电吸附将乳胶粒子固载在植物纤维素表面上，实现纤维素抗菌功能化改性，该法不仅简单易于工业化，而且改性后的纤维素有望应用于造纸、复合材料增强剂等领域。通过表征抗菌乳液的抗菌性能，研究抗菌单体与其他单体之间的抗菌协同作用，建立抗菌乳胶粒子的结构和性能之间的构效关系。同时，采用多种研究手段，研究抗菌乳胶粒子对细菌细胞的作用机理。

目前环境污染和可持续发展已成为各国关注的主题。环境的污染和恶化，打破了微生物和细菌的生态平衡，给各种病菌、细菌繁衍生存创造了条件。为增进人体健康，改善生活与工作环境，研究与开发新型、高效、无毒（低毒）、长效和可降解绿色环保抗菌材料是当前研究热点。本项目将抗菌、杀菌性单体引入到核壳型聚丙烯酸酯乳胶粒子的核层或壳层，既保留了聚丙烯酸酯乳液的优良性能，同时也赋予其特殊的抗菌、杀菌性，得到一种新型的水性聚丙烯酸酯/胍盐抗菌乳液。同时，利用静电吸附将带正电荷的抗菌乳胶粒子固载在带负电荷的植物纤维素表面上，制备具有长效抗菌性的纤维素材料。.研究发现，用预乳化半连续乳液聚合法制备出来的乳液颗粒外观形状较圆、大小均一、稳定性好，平均粒径为100-150 nm，粒度分布指数PDI为0.15-0.23，乳胶粒子呈现良好的单分散性。通过肉汤稀释法测定抗菌乳液（PA-co-Gs）对大肠杆菌（E.coli, ATCC 8739）、金黄色葡萄球菌（S.aureus, ATCC 6538）的最低抑菌浓度（MIC）范围均在1-16 ppm，最小MIC分别低至4 ppm和1 ppm；对E. coli 和S. aureus的最小杀菌浓度（MBC）范围在4-64 ppm，最小MBC分别低至8 ppm和4 ppm，表明该高分子抗菌剂对E. coli 和S. aureus具有优异的抗菌性能。对白色念珠菌（C. albicans, ATCC 10231）的MIC为10 ppm，表明该高分子抗菌剂对真菌同样具有优异的抗菌性能。抑菌圈法结果表明纯聚苯丙乳液不具有抗菌效果，引入阳离子抗菌功能单体GPHGH后得到的PA-co-Gs具有优异的抗菌性能且抗菌性能持久。四唑盐（MTT）比色法结果表明，PA-co-Gs对人肝癌细胞（SMMC-7721）、人膀胱癌细胞（T24）和人骨骼肌细胞（HSKMC）的生长同样具有不同程度的抑制作用，乳液对细胞作用24h后，SMMC-7721、T24和HSKMC细胞生长被抑制50％的IC50分别为13.99±0.084 ppm、14.97±0.028 ppm和16.19±0.026 ppm。最后，使用乳液对纤维素表面进行抗菌改性，并将改性后的纤维素抄成纸张，通过摇瓶法对该手抄纸的抗菌性能测试结果表明，乳胶粒子吸附量只有0.3wt%的样品纸，对E. coli生长抑制率就达到了99.99%。