松香基季铵盐改性抗菌硅橡胶的制备研究开题报告

1. 研究目的与意义

目的：近年来随着科学技术及医疗事业的蓬勃发展，对于生物医用材料的需求也迅猛增长，同时对生物医用材料的使用特性也提出了更高的要求。由于生物医用硅橡胶材料愈加精细的功能及分类，逐渐形成系列的制品，如牙齿软衬材料、导尿管，及人工乳房等。但是由于硅橡胶中单体分子呈螺旋状，导致主链上的硅氧键极性降低或抵消，而非极性的侧链基团处于螺旋结构的外侧，使整个分子极性很低，表现出极强的疏水性。而生物医用硅橡胶材料在使用过程中通常与人体组织直接接触，极强的疏水性导致细菌在材料表面附着引发感染。因此对生物医用硅橡胶材料的抗菌性能改造，降低医疗过程中引发细菌感染的可能性成为当前研究的热点。

意义：医用材料与人体组织内部接触过程中，细菌易通过各种途径入侵，引发感染。而生物医用硅橡胶材料应具备良好的抗菌性能，可以有效降低医疗过程中细菌感染的概率。因此随着人们生活水平的不断提高，环境保护意识的不断加强及石油资源的逐渐枯竭，在满足工业生产要求的前提下，采用天然可再生的亲水化合物及杀菌剂对硅橡胶进行抗菌性能改造也将成为研究的热点。松香作为我国资源十分丰富的生物质资源，年产量居世界首位，以其为原料通过化学修饰得到的系列衍生物在香精香料、医药及化工等领域得到了广泛的应用。松香中的主要成分为具有氢化菲环结构的树脂酸混合物，具有多个手性中心和良好的生物活性。利用松香树脂酸的氢化菲环结构及羧基通过化学修饰引入系列的取代基和官能团，可以制备出具有良好抗菌活性的松香基季铵盐。松香基季铵盐不仅表现出良好的杀菌性能，同时兼具低毒以及良好的生物相容性等特点，利用其作为杀菌剂在硅橡胶表面抗菌性能改造具有广阔的应用前景。此外以我国丰富的松香资源为原料，利用活性基团引入技术及自由基聚合技术将松香基季铵盐修饰于硅橡胶表面，形成具有抗细菌粘附和杀菌性能的功能性抗菌涂层，提升了硅橡胶材料的使用性能，也提供了松香高质化应用的新思路。

2. 国内外研究现状分析

Ding 等利用金属离子催化开环反应合成一系列具有不同阳离子聚碳酸酯和聚乙二醇嵌段共聚物，并通过活性聚多巴胺涂层将其接枝于硅橡胶表面，涂层后度随着聚合物浓度的增加而增加。改性后的材料对金黄色葡萄球菌表现出优异的抑菌性能。除此之外，聚合物涂层不引起显著的溶血现象，并且没有观察到血蛋白吸附或血小板粘附，具有良好的生物相容性。Li 等合成一种新型的季铵盐硅烷（QAS）抗菌共聚物可以简单有效的接枝于硅橡胶表面，于市面上常用的季铵盐单体试剂（DTPAC）相比对于微生物具有更好的抗菌效力和耐久性。Yang 等利用脂肪族碳酸酯开环聚合反应，引入多巴胺，聚乙二醇以及不同侧链的季铵盐，然后化学接枝于硅橡胶表面。改性后的材料亲水性显著提升，同时对金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌表现出一定抑菌性能，对于金黄色葡萄球菌抑制率更是高达99%，对于蛋白质的吸附也大大的降低。 Zhou等将季铵化的聚乙烯亚胺甲基丙烯酸酯化学接枝于硅橡胶材料表面，通过小白鼠体内实验测定其抑菌性能，发现其对耐甲氧西林葡萄球菌和耐万古霉素粪肠球菌抑制率高达98.88%和94.51%。Rong 等采用聚磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯将季氨化的壳聚糖接枝于硅橡胶表面，改性后材料将浮游细菌以及气溶胶细菌的生长繁殖降低了两个数量级，同时对于正常哺乳动物的细胞无毒具有良好的生物相容性。

3. 研究的基本内容与计划

一.研究内容：

1以马来海松酸为原料通过与n-n二甲基氨基乙基以及溴乙烷的反应合成季铵盐单体，再与3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷反应，合成就有交联活性的季铵盐化合物。采用1h nmr、13c nmr、lc-ms、ft-ir对化合物进行了鉴定。

2将单体涂覆与硅橡胶表面，对材料表面进行表征鉴定。

4. 研究创新点

松香因具有产量大、可再生、可生物降解等优势，且自身含有稳定的刚性结构，从而具有替代石化芳环原料成为制备功能性高分子材料的潜力。因此，松香改性高分子材料成为国内外研究的热点。松香具有氢化菲环骨架强刚性结构，含有易化学改性的共轭双键和羧基活性官能团，通过化学反应可将松香分子引入高分子材料中，或通过接枝、聚合等改性方式添加到有机硅、聚酯、聚氨酯等高分子侧链或主链上。松香及其衍生物多脂环稠合强刚性结构添加到环氧树脂、聚酯、聚氨酯等高分子材料中，有机结合松香固有特性，提高分子链刚性，增强分子间相互作用力等，有机结合了松香防腐、防潮、绝缘等优良物理化学性能，已在电子电器、医疗卫生、汽车、涂料等行业广泛应用。因此松香具有替代石油基酯环族和芳香族石油化合物原料成为改善硅橡胶机械力学性能差的潜力；可提高松香深加工利用率，增加松香于高分子材料中应用的途径