一种功能化二氧化钛抗菌水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术涉及功能高分子材料技术领域，且公开了一种功能化二氧化钛抗菌水凝胶及制备方法，通过化学合成方式在二氧化钛表面化学接枝含有N

【技术实现步骤摘要】
一种功能化二氧化钛抗菌水凝胶及其制备方法


[0001]本专利技术属于功能高分子材料
，具体涉及一种功能化二氧化钛抗菌水凝胶及其制备方法。

技术介绍

[0002]水凝胶是一种亲水的三维网络结构聚合物，可以在水中溶胀并保持大量体积的水，同时保持其结构不溶解。它可以通过共价键、氢键、范德华力相互作用或物理缠结使聚合物链交联而形成。由于水合作用，高分子链中的亲水性基团将水分子束缚在水凝胶三维网络结构中，从而赋予水凝胶良好的保水性能，与海绵不同，即使其遭受外力水也难以从水凝胶网络中挤压出来。作为一种高吸水高保水材料，水凝胶已被广泛应用于医药、农业、药物输送系统、密闭封装、煤炭脱水、人造雪、食品添加剂、药品、生物医学应用、组织工程学和再生药物、诊断、伤口敷料、分离生物分子或细胞、调节生物粘附的阻隔材料、生物传感器等诸多领域。
[0003]羧甲基纤维素是一种亲水的高分子聚合物，羧甲基纤维素因其原料价格低廉，易于合成，适用性强，无毒性和生物相适应性而备受关注。然而，以羧甲基纤维素为基体的水凝胶抗菌性能差，限制了羧甲基纤维素水凝胶的进一步应用。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种功能化二氧化钛抗菌水凝胶及其制备方法，解决了羧甲基纤维素水凝胶抗菌性能差的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种功能化二氧化钛抗菌水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)将羧甲基纤维素溶于NaOH溶液中，然后加入壳聚糖
‑
卤胺
‑
季铵盐功能化二氧化钛，搅拌均匀，得混合物；
[0008](2)保温反应：接着向步骤(1)中所得混合物加入环氧氯丙烷，搅拌均匀，进行保温反应，得反应产物；
[0009](3)后处理：随后将步骤(2)中所得反应产物洗涤、干燥后，即得功能化二氧化钛抗菌水凝胶。
[0010]优选的，按重量份计，物质的用量如下：
[0011]羧甲基纤维素20～30份；
[0012]环氧氯丙烷5～10份；
[0013]壳聚糖
‑
卤胺
‑
季铵盐功能化二氧化钛5～10份；
[0014]NaOH溶液100份。
[0015]优选的，步骤(1)中所述搅拌温度为20～40℃，步骤(2)中保温反应温度为55～65℃，时间为2～4h。
[0016]优选的，所述壳聚糖
‑
卤胺
‑
季铵盐功能化二氧化钛的制备方法，包括以下步骤：
[0017]S1、将羟基化钠米二氧化钛加入3
‑
缩水甘油丙基三甲氧基硅烷中，搅拌反应，制得环氧化纳米二氧化钛；
[0018]S2、环氧化加成反应：将步骤S1中所得环氧化纳米二氧化钛加入4
‑
二甲氨基丁胺中，分散均匀后进行环氧加成反应，反应完成后，进行过滤、洗涤、纯化处理，制得二甲氨基功能化二氧化钛；
[0019]S3、季铵化反应：将步骤S2中所得二甲氨基功能化二氧化钛加入乙醇中，分散均匀后再加入环氧氯丙烷和三乙醇胺，进行季铵化反应，反应完成后进行过滤、洗涤处理，制得环氧基季铵盐功能化二氧化钛；
[0020]S4、卤胺化反应：将步骤S3中所得环氧基季铵盐功能化二氧化钛加入次氯酸钠溶液，进行卤胺化反应，反应完成后进行过滤、洗涤处理，制得环氧基卤胺
‑
季铵盐功能化二氧化钛；
[0021]S5、接枝壳聚糖：将步骤S4中所得环氧基卤胺
‑
季铵盐功能化二氧化钛加入到浸泡于氢氧化钠的壳聚糖溶液中，开始搅拌反应，反应完成后进行冷却、抽滤、洗涤、干燥处理，即得壳聚糖
‑
卤胺
‑
季铵盐功能化二氧化钛。
[0022]优选的，所述步骤S1中3
‑
缩水甘油丙基三甲氧基硅烷和羟基化纳米二氧化钛的质量比为10：25～30，搅拌反应温度为60～80℃，反应时间为6～8h。
[0023]优选的，所述步骤S2中环氧化二氧化钛和4
‑
二甲氨基丁胺的质量比为10：25～60，环氧加成反应温度为20～45℃，反应时间为18～36h。
[0024]优选的，所述步骤S3中二甲氨基功能化二氧化钛、环氧氯丙烷和三乙醇胺的质量比为100：350～500：12～20，季铵化反应温度为40～70℃，反应时间为12～24h。
[0025]优选的，所述步骤S4中的卤胺化反应温度为20～40℃，处理时间为3～6h，次氯酸钠浓度为5～10％。
[0026]优选的，所述步骤S5中环氧基卤胺
‑
季铵盐功能化二氧化钛和壳聚糖的质量比为40～70：100，氢氧化钠溶液浓度为0.4mol/L，浸泡时间为12h；搅拌反应温度为60℃，搅拌时间为1～2h。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0028](1)本专利技术提供的一种功能化二氧化钛抗菌水凝胶，通过羟基化纳米二氧化钛修饰的环氧基团与4
‑
二甲氨基丁胺的氨基进行环氧加成反应，得到二甲氨基功能化二氧化钛；然后二氧化钛修饰的二甲氨基，在三乙醇胺的催化作用下，与环氧氯丙烷的氯原子发生季铵化反应，得到含有亚氨基的环氧基季铵盐功能化二氧化钛；接着在次氯酸钠氛围中，二氧化钛引入的氨基发生卤胺化反应，生成N
‑
Cl卤胺键，在碱性条件下，壳聚糖中的C6‑
OH与二氧化钛表面的环氧基发生开环反应，从而在二氧化钛表面化学接枝含有N
‑
Cl卤胺键的季铵盐与壳聚糖，并在交联剂环氧氯丙烷的作用下，与羧甲基纤维素发生交联得到抗菌功能化二氧化钛水凝胶。
[0029](2)本专利技术提供的一种功能化二氧化钛抗菌水凝胶，通过化学接枝的方式，将卤胺
‑
季铵盐分子、壳聚糖连接至纳米二氧化钛表面，再通过交联剂与羧甲基纤维素钠进行交联，形成三维网络结构，使功能化纳米二氧化钛在水凝胶中具有很好的相容性和分散性，解决了纳米二氧化钛团聚性的问题，分散均匀的纳米二氧化钛对水凝胶具有更好的抗菌效果，并且提升了水凝胶的力学性能。
[0030](3)本专利技术提供的一种功能化二氧化钛抗菌水凝胶，在二氧化钛表面接枝的卤胺
‑
季铵盐分子、壳聚糖具有优异的抗菌活性和抗菌广谱性，对金黄色葡萄链球菌等细菌和微生物具有很强的抑制和杀灭功能。通过用带有正电荷的卤胺
‑
季铵盐与壳聚糖进行接枝，高的表面电荷使壳聚糖更容易对细菌细胞壁产生破坏作用，带有正电荷的季铵盐同时极大地削弱壳聚糖分子间的氢键，提高了壳聚糖衍生物的亲水性。将季铵盐小分子与高分子的壳聚糖进行接枝，能克服小分子化合物的一些缺点，使抗菌基团集中在载体表面，使得浓度变大，杀菌时间缩短，杀菌效果提高，使其比小分子抗菌剂有更好的抗菌性。通过引入卤胺
‑
季铵盐、壳聚糖与纳米二氧化钛，利用有机、无机协同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功能化二氧化钛抗菌水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将羧甲基纤维素溶于NaOH溶液中，然后加入壳聚糖
‑
卤胺
‑
季铵盐功能化二氧化钛，搅拌均匀，得混合物；(2)保温反应：接着向步骤(1)中所得混合物加入环氧氯丙烷，搅拌均匀，进行保温反应，得反应产物；(3)后处理：随后将步骤(2)中所得反应产物洗涤、干燥后，即得功能化二氧化钛抗菌水凝胶。2.根据权利要求1所述的一种功能化二氧化钛抗菌水凝胶的制备方法，其特征在于，按重量份计，物质的用量如下：羧甲基纤维素20～30份；环氧氯丙烷5～10份；壳聚糖
‑
卤胺
‑
季铵盐功能化二氧化钛5～10份；NaOH溶液100份。3.根据权利要求1所述的一种功能化二氧化钛抗菌水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述搅拌温度为20～40℃，步骤(2)中保温反应温度为55～65℃，时间为2～4h。4.一种根据权利要求3所述的一种功能化二氧化钛抗菌水凝胶的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖
‑
卤胺
‑
季铵盐功能化二氧化钛的制备方法，包括以下步骤：S1、将羟基化钠米二氧化钛加入3
‑
缩水甘油丙基三甲氧基硅烷中，搅拌反应，制得环氧化纳米二氧化钛；S2、环氧化加成反应：将步骤S1中所得环氧化纳米二氧化钛加入4
‑
二甲氨基丁胺中，分散均匀后进行环氧加成反应，反应完成后，进行过滤、洗涤、纯化处理，制得二甲氨基功能化二氧化钛；S3、季铵化反应：将步骤S2中所得二甲氨基功能化二氧化钛加入乙醇中，分散均匀后再加入环氧氯丙烷和三乙醇胺，进行季铵化反应，反应完成后进行过滤、洗涤处理，制得环氧基季铵盐功能化二氧化钛；S4、卤胺化反应：将步骤S3中所得环氧基季铵盐功能化二氧化钛加入次氯酸钠溶液，进行卤胺化反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，龙杰，吴苏州，陈俊孚，
申请(专利权)人：深圳市华创汇能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：