PBSA/植物源提取物抗菌復合材料的性能研究

宋潔 李勝港 葉智 韓家旋 韓玉英

(1.陜西科技大學化學與化工學院,陜西 西安,710021；2.西安長慶化工集團有限公司,陜西 西安,710018)

抗菌塑料是近年發展起來的一種具有特殊功能的新型環保材料,已應用于工業、農業、建筑、醫療、環保等領域[1-2]。另外,生物降解包裝材料也將從低端的購物袋、垃圾袋逐漸向精美的糖果、食品、化妝品等外包裝發展。因此,對塑料著色以提高其商品性能將成為必然。色素可分為天然色素與合成色素兩大類,天然色素[3]來源于天然植物、動物和微生物等,對人體無毒無害,且具有一定的生物活性,因此天然色素已成為色素發展的趨勢。五倍子的活性成分主要是鞣質(又稱單寧),是存在于植物體內的一種結構比較復雜的多元酚類化合物,對包括海洋污損菌在內的多種微生物具有抑制作用。茜草含多種羥基蒽醌衍生物,如茜草素、異茜草素、羥基茜草素、偽羥基茜草素、茜草酸、大黃素甲醚等,對金黃色與白色葡萄球菌、卡他球菌、肺炎球菌及流感桿菌均有一定抑制作用[4]。

以下從含有不同有效抗菌成分的五倍子、茜草中分別提取天然抗菌物質,并與聚丁二酸-己二酸丁二酯(PBSA)共混,制成PBSA/植物源提取物抗菌復合材料,研究分析其性能。希望制備出力學性能優異、同時具有生物可降解和抗菌活性的多功能高分子材料。

1 試驗部分

1.1 主要原料及儀器設備

五倍子,茜草,市售；丁二酸,1,4-丁二醇,己二酸,鈦酸丁酯,丙酮,無水乙醇,分析純,均為天津市河東區紅巖試劑廠；金黃色葡萄球菌,ATCC 6538,大腸桿菌,ATCC 25922,均為陜西科技大學生命學院。

核磁共振波譜儀,AVANCE400,傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR),VECTOR-22,均為德國Br uker公司；X射線衍射儀(XRD),D/Max-3c,日本Rigaku公司；偏光顯微鏡(POM),BK-POL,重慶奧特光學儀器有限公司；熱重分析儀(TG),TGA Q500,美國TA公司；萬能試驗機,XWW-10,承德市金建檢測儀器有限公司；生化培養箱,SPX-250BS-Ⅱ,上海新苗醫療器械制造有限公司；密煉機,SY-6212-A,東莞市世研精密儀器有限公司。

1.2 樣品制備

1.2.1 PBSA的合成

當前，國內從事建筑給排水工程管道施工的一線工作人員普遍專業知識匱乏，導致在實際操作中出現管道安裝質量低、施工效率低等問題。因此，在管道施工前，施工單位應以實際操作水平和職業道德素養為依據對一線操作人員進行嚴格的篩選。此外，施工單位應加強對施工人員專業技術的培訓，要邀請專業知識豐富、有經驗的人員來對員工進行定期培訓，以提升一線管道安裝工人的技術水平，保障給排水管道安裝和整個工程高質高效地進行。

核磁共振(1H NMR)分析:溶劑為氘代氯仿(CDCl3),內標為四甲基硅烷(T MS),分辨率為400 MHz；FTIR分析:以空氣為背景通道,波長為800～4 000 c m-1；XRD分析:40 k V,40 mA,掃描范圍為0～40°,速率6°/min,步長0.02°；POM分析:80℃下等溫結晶,400倍下觀察；TG分析:N2氣氛,以20℃/min從20℃升至500℃；力學性能按照GB/T 1040.5—2008測試；抗菌試驗按照QB/T 2591—2003測試。

1.2.2 提取工藝

茜草和五倍子提取工藝參數如表1所示。其中,料液比分別為五倍子與質量分數60%丙酮、茜草與質量分數25%乙醇的質量比。

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1.2.3 復合材料的制備

設定密煉機溫度110℃,轉速50 r/min。將PBSA與五倍子和茜草提取物分別按一定比例密煉10 min。將密煉好的復合材料制成薄膜。其中,質量分數1%五倍子與PBSA的復合材料記為PBSA/1%五倍子,質量分數1%茜草與PBSA的復合材料記為PBSA/1%茜草,依次類推。

1.3 測試與表征

將丁二酸、1,4-丁二醇、己二酸、鈦酸丁酯(催化劑)加入100 mL的三口燒瓶中,N2保護,以180 r/min轉速攪拌,180℃下脫水1～2 h。去掉N2保護,密封三口燒瓶,抽真空至-95 k Pa,從室溫升至220℃,聚合反應約4～5 h(反應物出現纏在攪拌棒上爬坡現象時停止反應)。待產物冷卻至室溫,用氯仿溶解。將溶液倒入酒精中析出2～3次,得到純化PBSA。

——萬科集團創始人王石近期接受采訪，表示自己從未想過會當商人，直到現在中國越來越需要商人了，才認為自己可以在其中扮演一個角色

2 結果與討論

2.1 PBSA的結構表征

2.1.1 PBSA的1H NMR分析

從圖3可以看出,PBSA有3個明顯的衍射峰。隨著五倍子、茜草含量增加,PBSA的衍射峰數量沒有發生變化,但是衍射峰呈現向右移動的趨勢,說明加入五倍子、茜草后,對PBSA的結晶行為產生了影響。

由圖4可知:當五倍子質量分數為1%時,PBSA復合材料的晶型和PBSA相比幾乎沒有變化；隨著五倍子含量繼續增加,大量的提取物聚集在PBSA表面,使得PBSA復合材料的結晶尺寸變小,五倍子起到了異相成核作用,由于多羥基化合物的相互作用,會在復合材料中出現團聚現象。茜草作為成核劑使得PBSA復合材料的結晶尺寸變小,隨著茜草含量增加,復合材料中也出現了團聚現象。

圖2為PBSA的FTIR分析。圖2中,2 947 c m-1處為亞甲基伸縮振動峰,3 362 c m-1處為—OH伸縮振動峰,說明有羥基存在；1 724 c m-1處為C═O伸縮振動吸收峰,1 046 c m-1處為C—O—C伸縮振動吸收峰,說明有酯鍵存在。結合1H NMR譜圖分析可知,成功制備了PBSA。

2.2 復合材料的XRD分析

圖3為復合材料的XRD分析。

圖1為PBSA的1H NMR分析。從圖1可以看出,1.71(質子2)處峰和4.11(質子1)處峰分別是鏈段的1,4-丁二醇中2,3位的2個CH2上質子的化學位移和1,4位的2個CH2上質子的化學位移。2.62(質子3)處峰是鏈段的1,4-丁二酸上中間2個CH2上質子的化學位移,而2.37(質子4)和1.55(質子5)處峰是鏈段中1,6-己二酸中2,5位和3,4位的CH2上質子的化學位移。1H NMR譜圖證明了所得聚合物是預期產物PBSA。

2.3 復合材料的POM分析

圖7為復合材料的力學性能。

2.1.2 PBSA的FTIR分析

古今完器，造物所忌，而得亦有不可易者。康節講易，伊川謂其好聽，而朱子又有與圣門不同之說，蓋康節得易之數而易之理不得也。朱子謂子美夔州已后之詩自出規模，橫逆已甚；李、杜、陳、黃得詩之辭而詩之理不得也；先儒又謂六經已后無文，蓋班、馬、韓、蘇得文之法而文之理不得也，惟周程張朱之學可以無間然。孔子自以為不試故藝而子貢又謂孔子天縱將圣又多能也。是則康節之數，子美之詩，太史公之文又豈足為吾道君子之累哉？［3］卷六《送潘應昌提學山東序》，5葉

2.4 復合材料的TG分析

圖5和圖6分別為PBSA/五倍子和PBSA/茜草復合材料的TG分析。表2是復合材料熱性能參數,其中T1和T2分別為質量損失5%和50%時的溫度。由圖5、圖6和表2可知:加入五倍子、茜草后,復合材料均在110℃時即有質量損失。隨著五倍子含量增加,PBSA/五倍子復合材料的T1和T2均先升高后下降。五倍子質量分數5%時復合材料熱性能最佳,茜草質量分數5%～7%時復合材料熱性能最佳。

表2 復合材料熱性能參數 ℃

2.5 復合材料的力學性能分析

圖4為復合材料的POM照片。

由圖7可知:隨著五倍子含量增加,PBSA/五倍子復合材料的拉伸強度下降,斷裂伸長率先上升后下降。隨著茜草含量增加,PBSA/茜草復合材料的拉伸強度和斷裂伸長率均先上升后下降。

這在西王以前是不可能的事情，一開始西王籃球俱樂部請了一位大學還沒有畢業的學生當新聞官，所以跟媒體鬧出了諸多業余矛盾，比如說在賽季前誓師會的時候，這位新聞官竟然把來自濟南的一車媒體記者，在寒風中晾在鄒平荒野上一個多小時。到后來人們才知道，他是要更換所乘大巴的“山東高速”車貼，怕老板看到還沒換成山東西王不高興呢。

為了驗證算法的性能，分別仿真了本文算法與對比算法在不同信源數時的檢測性能，以及DOA估計的分辨率和估計精度.在仿真實驗中，設信號頻率為2GHz，天線數為10，M=3，N=5，c為光速，取c=3×108m/s，噪聲為加性高斯白噪聲.對比算法為文獻[9]和文獻[13].文獻[9]和文獻[13]是經典的采用虛擬陣列的空域平滑算法，文獻[9]利用連續虛擬陣列進行空域平滑DOA估計，是現有大多數文獻所采用的算法模型，具有一般代表性，文獻[13]將內插技術引入到基于虛擬陣列的DOA估計中，采用迭代檢測算法，增加了虛擬陣列孔徑，估計精度和分辨率得到了提升.

陸九淵心學理論和社會工作增能理論兩種理論，一古一今、一中一西，看似不相關，實則有著微妙的聯系。通過對這兩種理論進行比較，可以為西方社會工作理論的本土化和中國本土化社會工作理論的建構提供一些啟示。

2.6 復合材料的抗菌性能分析

圖8是復合材料的抗菌率。

從圖8可以看出,隨著五倍子、茜草含量增加,復合材料的抗菌率均增加,培養皿中菌落數量明顯減少。原因是五倍子的鞣質對蛋白有凝固作用,進而抑制細菌的生長；茜草的蒽醌類化合物,可抑制菌體糖和糖代謝過程中中間產物的氧化和脫氫,并與DNA結合,抑制蛋白質和核酸形成。從圖8還可以看出,PBSA/五倍子復合材料的抗菌率大于PBSA/茜草復合材料。

3 結論

a) 加入五倍子、茜草使得PBSA復合材料的球晶尺寸均減小。當五倍子質量分數5%時,PBSA/五倍子復合材料熱性能最佳；當茜草質量分數5%～7%時,PBSA/茜草復合材料熱性能最佳。

b) 隨著五倍子含量增加,PBSA/五倍子復合材料的拉伸強度下降,斷裂伸長率則先升高后下降；隨著茜草含量增加,PBSA/茜草復合材料的拉伸強度和斷裂伸長率均先上升后下降。五倍子、茜草均賦予了復合材料抗菌性能。