徐愛(ài)玲，王春梅

（南通大學(xué)紡織服裝學(xué)院，江蘇南通 226019）

隨著生活水平的提高，人們對(duì)于人身安全以及致病細(xì)菌的控制越來(lái)越重視，因此，阻燃抗菌劑的重要性日益突顯。氫氧化鎂具有阻燃性能好、無(wú)毒、抑煙等優(yōu)點(diǎn)，作為一種綠色環(huán)保的無(wú)機(jī)阻燃劑在國(guó)內(nèi)外日益受到重視，成為阻燃劑開(kāi)發(fā)研究的熱點(diǎn)[1]。此外，氫氧化鎂可以通過(guò)胞吞機(jī)理進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，破環(huán)細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境使細(xì)菌死亡，以達(dá)到抗菌效果[2]；氫氧化鎂作為一種無(wú)機(jī)抗菌劑還具有廣譜性、高耐熱性以及環(huán)境友好性等。

常見(jiàn)的氫氧化鎂制備方法有物理粉碎法、礦石煅燒水化法、液相沉淀法[3]。鄭水林等[4]采用介質(zhì)攪拌磨粉碎水鎂石制得2.29 μm的氫氧化鎂。高培偉等[5]采用菱鎂礦煅燒制得約0.05 mm的氫氧化鎂。吳湘鋒等[6]采用液相沉淀法制得粒徑約為2 μm的氫氧化鎂。液相沉淀法原料易得、操作簡(jiǎn)單，而且制得的氫氧化鎂粒徑較小，但是在溶液中容易形成膠體，并且膠體粒子之間極易發(fā)生團(tuán)聚。因此，本課題在液相沉淀法的基礎(chǔ)上，選擇合適的工藝條件，并加入有效的表面活性劑，使氫氧化鎂沉淀能夠穩(wěn)定地存在于溶液中，制備出超細(xì)、高分散的氫氧化鎂，優(yōu)化了制備工藝，并測(cè)試、分析了氫氧化鎂的表面形貌以及阻燃抗菌性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料及儀器

材料：六水合氯化鎂（分析純，汕頭市西隴化工廠有限公司），氫氧化鈉（分析純，西隴科學(xué)股份有限公司），無(wú)水乙醇（分析純，上海振興化工一廠），分散劑平平加O-25（工業(yè)級(jí)，中國(guó)醫(yī)藥上?；瘜W(xué)試劑公司），大腸桿菌ATCC 25922（批號(hào)A1016B，上海魯微科技有限公司），磷酸二氫鉀（分析純，上海山浦化工有限公司），磷酸二氫鈉（分析純，上海蘇懿化學(xué)試劑有限公司），營(yíng)養(yǎng)肉湯（工業(yè)級(jí)，杭州百思生物技術(shù)有限公司），營(yíng)養(yǎng)瓊脂（生物純，上海博微生物科技有限公司）。

儀器：EL303電子天平[梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司]，KS-300D超聲波清洗器（寧波科生儀器廠），HH·S11·1電熱恒溫水浴鍋（上海華聯(lián)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備公司恒昌儀器廠），101AB-1電熱恒溫鼓風(fēng)干燥器、SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵、SXJQ-1型數(shù)顯直流無(wú)極調(diào)速攪拌器（鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司），Nano Brook 90 Plus Zeta納米粒度儀（美國(guó)布魯克海文儀器公司），V-1200可見(jiàn)分光光度計(jì)（上海美譜達(dá)儀器有限公司），TG 209 F3 Tarsus熱重分析儀（德國(guó)NETZSCH公司），SW-CJ-1D單人凈化工作臺(tái)（上海蘇凈實(shí)業(yè)有限公司），SHP-160型智能生化培養(yǎng)箱（上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司），立式壓力蒸汽滅菌器（上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）。

1.2 氫氧化鎂的制備

工藝配方：六水合氯化鎂0.5 mol/L，氫氧化鈉0.25～1.25 mol/L，平平加O 0～2.18 g/L，乙醇與水體積比1∶0～0∶1，20～100 ℃，30～150 min。

工藝流程：配制氯化鎂溶液→加入平平加O→將含平平加O的氯化鎂溶液加入到氫氧化鈉溶液中→反應(yīng)→冷卻、陳化→過(guò)濾→洗滌→干燥→研磨→氫氧化鎂粉體。

1.3 測(cè)試

粒徑：使用納米粒度儀測(cè)試，測(cè)3次取平均值。

分散性：通過(guò)氫氧化鎂在有機(jī)溶劑中的吸光度進(jìn)行表征。固體懸浮液的吸光度與顆粒表面、溶劑的親和力有關(guān)[7]。稱(chēng)取0.5 g氫氧化鎂溶解在20 mL無(wú)水乙醇中，靜置2 h使穩(wěn)定分散，取上層清液測(cè)500 nm處的吸光度，平行測(cè)試3次，取平均值。

熱穩(wěn)定性[8]：在氮?dú)夥諊率褂脽嶂胤治鰞x測(cè)試，40～800℃，升溫速率20℃/min。

表面形貌：采用掃描電子顯微鏡觀察。

抗菌性：以大腸桿菌ATCC 25922為測(cè)試菌種，參照GB/T 20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評(píng)價(jià)第3部分：振蕩法》進(jìn)行測(cè)試。抑菌率計(jì)算公式如下：

式中：Wb為標(biāo)準(zhǔn)空白樣的活菌濃度；Wa為抗菌試樣的活菌濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 氫氧化鎂制備工藝優(yōu)化

2.1.1 原料配比

由表1可以看出，氯化鎂和氫氧化鈉物質(zhì)的量比為1.0∶2.0時(shí)粒徑最小，而此時(shí)吸光度最大。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式，配比為1.0∶2.0時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后溶液中沒(méi)有過(guò)多的OH-和Mg2+，如果溶液中存在過(guò)多的OH-和Mg2+會(huì)導(dǎo)致溶液的離子積變大，飽和度過(guò)高，分散性能變差。所以氯化鎂與氫氧化鈉物質(zhì)的量比選擇1.0∶2.0。

冠心病組膽紅素、HDL濃度低于非冠心病組，血尿酸水平、TC、LDL高于非冠心病組；均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。兩組比較上TG無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。表明高TBIL、IBIL、DBIL、HDL為冠心病的保護(hù)因素，UA、LDL、TC為冠心病危險(xiǎn)因素；見(jiàn)表2。

表1 原料配比對(duì)氫氧化鎂粒徑以及吸光度的影響

2.1.2 平平加O用量

平平加O用量對(duì)氫氧化鎂粒徑以及吸光度的影響見(jiàn)表2。

表2 平平加O用量對(duì)氫氧化鎂粒徑以及吸光度的影響

由表2可以看出，隨著平平加O用量的增加，粒徑先減小后增大，當(dāng)平平加O用量在0.87 g/L時(shí)粒徑達(dá)到最小，而吸光度隨著分散劑用量的增加先增大后減小。反應(yīng)中，平平加O包覆于氫氧化鎂表面，抑制了鎂離子在已生成的氫氧化鎂顆粒表面的生長(zhǎng)，使得氫氧化鎂粒徑趨于穩(wěn)定，且隔離了粒子間的相互吸引，抑制了團(tuán)聚[9]。包覆程度越高，團(tuán)聚的趨勢(shì)越弱，粒徑越小，分散性能越好，而當(dāng)平平加O用量超過(guò)0.87 g/L時(shí)，粒徑變大，吸光度減小。因?yàn)橄嗤a(chǎn)量的氫氧化鎂比表面積相同，當(dāng)平平加O用量到達(dá)一定數(shù)值時(shí)，可以將氫氧化鎂顆粒剛好包覆，此時(shí)分散效果最好；若使用過(guò)量的平平加O，會(huì)影響分散劑在氫氧化鎂表面的包覆效果，從而使制備的氫氧化鎂粒徑變大，分散性能降低。所以，平平加O的較佳用量為0.87 g/L。

2.1.3 乙醇與水體積比

由表3可知，隨著乙醇用量的減少，氫氧化鎂的粒徑逐漸變??；當(dāng)乙醇與水體積比為1∶5時(shí)粒徑最小，而后增大。乙醇作為一種極性的有機(jī)溶劑可以抑制氫氧化鎂粉體的團(tuán)聚，但乙醇過(guò)多會(huì)使氫氧化鎂粒子分散性變差，并且團(tuán)聚嚴(yán)重。乙醇越多，吸光度越低，氫氧化鎂的分散性能越差，乙醇與水體積比為1∶5時(shí)粒徑最小，且吸光度相對(duì)較大，所以乙醇和水的較佳體積比為1∶5。

表3 乙醇與水體積比對(duì)氫氧化鎂粒徑以及吸光度的影響

2.1.4 反應(yīng)溫度

由表4可知，隨著反應(yīng)溫度的升高，氫氧化鎂的粒徑先減小后增大，80℃時(shí)粒徑最??；吸光度則隨著反應(yīng)溫度的升高而增大，80℃時(shí)達(dá)到最大，而后減小。這是因?yàn)闇囟容^低時(shí)，反應(yīng)體系黏度較大，分散性能較差，易發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致粒徑增大；溫度升高，反應(yīng)體系黏度減小，分散性能增加，在一定程度上抑制了氫氧化鎂顆粒間的團(tuán)聚，從而使粒徑減小[10]。但平平加O包覆是放熱反應(yīng)，溫度過(guò)高使得分散劑無(wú)法很好地包覆氫氧化鎂，從而使氫氧化鎂的粒徑增大，分散性能變差。故反應(yīng)溫度選擇80℃為宜。

表4 反應(yīng)溫度對(duì)氫氧化鎂粒徑以及分散性的影響

2.1.5 反應(yīng)時(shí)間

表5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)氫氧化鎂粒徑以及吸光度的影響

2.2 氫氧化鎂性能

2.2.1 熱穩(wěn)定性

由圖1中的分解溫度以及3個(gè)階段的失重率可知，氫氧化鎂具有較好的熱穩(wěn)定性。

圖1 氫氧化鎂TG圖譜

氫氧化鎂作為阻燃劑的阻燃機(jī)理主要體現(xiàn)在分解吸熱、釋放水分、隔絕氧氣等方面。熱解方程如下：

由圖1A可知，改性氫氧化鎂從40℃開(kāi)始失重，但失重不明顯，受熱損失的是自身的結(jié)晶水；當(dāng)溫度為357.5℃時(shí)失重驟然增大；當(dāng)溫度為381.9℃時(shí)幾乎不再失重（失重16.67%）。由圖1B可知，未改性氫氧化鎂也是從40℃開(kāi)始失重，但失重不明顯；當(dāng)溫度為332.5℃時(shí)失重驟然增大；當(dāng)溫度為377.5℃時(shí)幾乎不再失重（失重23.62%）。比較圖1A、圖1B發(fā)現(xiàn)，改性氫氧化鎂的分解溫度高于未改性氫氧化鎂，失重率低于未改性氫氧化鎂。這是因?yàn)槠狡郊覱的熱穩(wěn)定性好，被平平加O包覆的氫氧化鎂分解速率變慢，可以更好地發(fā)揮阻燃作用。

2.2.2 掃描電鏡

由圖2可知，改性氫氧化鎂顆粒相對(duì)較小，大顆粒比較少，團(tuán)聚趨勢(shì)比較弱，因?yàn)闅溲趸V顆粒表面被平平加O包覆，減少了顆粒間的吸引，抑制了團(tuán)聚，使得氫氧化鎂顆粒相對(duì)較小。未改性氫氧化鎂大顆粒較多，顆粒間分布不均勻，團(tuán)聚嚴(yán)重。

圖2 氫氧化鎂SEM圖（×2 000）

2.2.3 抗菌效果

經(jīng)計(jì)算，未改性氫氧化鎂的抑菌率為98.86%，改性氫氧化鎂的抑菌率為99.99%。氫氧化鎂為中強(qiáng)堿，細(xì)菌與粉末狀的氫氧化鎂直接接觸時(shí)，氫氧化鎂顆粒因胞吞作用進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，在細(xì)胞體內(nèi)釋放大量的OH-，破壞細(xì)胞體內(nèi)正常的中性環(huán)境，引起核酸和蛋白質(zhì)化學(xué)變性，導(dǎo)致細(xì)菌死亡。改性氫氧化鎂分散性較好，能更加充分地與細(xì)菌接觸，所以抗菌效果更好（圖3）。

圖3 氫氧化鎂粉末的抗菌效果

3 結(jié)論

（1）超細(xì)氫氧化鎂的優(yōu)化制備工藝：氯化鎂與氫氧化鈉物質(zhì)的量比1.0∶2.0，平平加O用量0.87 g/L，乙醇和水體積比1∶5，80℃反應(yīng)120 min。在此工藝條件下制得的氫氧化鎂粒徑為124.35 nm，在介質(zhì)中能很好地分散，有效地解決了易聚集的問(wèn)題。

（2）平平加O改性的氫氧化鎂團(tuán)聚趨勢(shì)較弱，顆粒較小，具有更好的阻燃以及抗菌效果。