天然橡胶胶乳接枝季鏻阳离子的合成及结构性能研究

本项目采用乳液聚合法将季鏻阳离子接枝在天然橡胶胶乳上制备了一种新型抗菌接枝物，重点研究接枝胶乳的合成、结构控制及长效抗菌活性。系统研究季鏻阳离子种类、反应物各组分用量、反应温度和反应时间等对接枝率、接枝效率和接枝胶乳组成结构的影响规律，探索接枝共聚反应机理，获得接枝胶乳的结构控制方法；深入研究接枝乳胶膜组成、结构形态、表面状态（荷电性、疏水性和吸附性等），有机阳离子形态分布与抗菌活性的内在关系，揭示接枝胶乳抗菌活性的产生机制；进一步探索接枝乳胶膜组成结构与稳定性（耐热性、耐光性和溶出性）、机械力学性能的相互关系及规律，构建综合性能优异的接枝胶乳关键结构模型。本项目研究处于学科前沿，其研究成果对于提高我国抗菌材料基础研究水平，丰富和发展抗菌橡胶材料及制品的理论与关键技术，推动我国化学化工、材料、物理、微生物学和分子生物学等学科发展具有重要意义。

本项目从分子设计角度出发，采用新方法制备了一种含不饱和键的季鏻阳离子，同时，针对小分子抗菌剂存在余毒及不具备长效性等缺点，进一步将这种季鏻阳离子与天然橡胶乳胶、氯化天然橡胶、环氧化天然橡胶接枝，制得新型非溶出型高分子抗菌剂，并运用红外光谱、核磁共振、原子发射光谱、元素分析、电子显微镜、热分析等现代技术对产物进行分析测试，采用抑菌圈法及烧瓶振荡法等对所得抗菌剂进行抗菌性能评价。研究结果表明：（1）已成功将有机磷化合物接枝于天然橡胶、氯化天然橡胶、环氧化天然橡胶制得新型高分子抗菌剂。核磁共振氢谱（1H-NMR），核磁共振磷谱（31P-NMR）、IR等均得到证实，这是国内首次将含磷抗菌基团接枝于天然橡胶及改性天然橡胶。（2）热分析等显示天然橡胶及改性天然橡胶接枝有机膦后，其热稳定性及与基体树脂的界面发生变化，熔体流动性变好，有利于其作为抗菌剂与其它树脂复合时的高温加工和后期复合，对其后续加工与应用都具有积极意义。（3）接枝改性材料及其与其它树脂复合母粒，对革兰氏阴性菌、阳性菌、真菌等均具有杀灭作用，对革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）的杀菌效果高达99%，优于革兰氏阴性菌（大肠杆菌）（为82.9%），且MTT细胞毒性测试显示抗菌材料的细胞毒性为0或1级，直接接触法观察到细胞与抗菌材料浸提液共培养时，细胞形态良好，数量呈递增趋势，说明抗菌材料属于非溶出型，不存在小分子有毒物质渗出，具有很高的生物安全性，可广泛地应用于生物医学等领域。（4）系统研究了“两步法”对环氧化天然橡胶进行开环和季鏻化改性的机理，深入探讨了橡胶分子链结构对改性的影响及可能存在的副反应等。（5）系统研究了季鏻阳离子接枝天然橡胶及其改性橡胶的抗菌机理，提出新型高聚物抗菌剂的抗菌过程是由于季鏻阳离子抗菌剂改变了菌体细胞壁的电荷生理环境，造成细菌内环境改变，新陈代谢紊乱，功能丧失，造成不可修复和逆转的生理损伤，从而达到杀菌的作用。本项目的研究结果对天然橡胶乃至各类橡胶制品的永久抗菌改性提供了新的思路和途径。（6）已经申报了3项发明专利，发表SCI论文4篇，核心期刊论文13篇，参加国内大型学术会议4次，培养硕士生4名（其中1名研究生荣获南粤优秀研究生称号，1名硕士生学位论文获广东省优秀论文），培养本科生12名（其中两人获暨南大学优秀本科生毕业论文）。现正在投稿3篇论文。