研究人员在改性聚酰胺6复合树脂的抗菌和热稳定性方面取得新进展

近日，东华大学材料科学与工程学院、先进纤维材料全国重点实验室的相恒学副研究员作为通信作者，在《合成纤维》(Synthetic Fiber in China)期刊发表题为《改性石墨烯增强聚酰胺6复合树脂的抗菌和热稳定性》的研究成果。

研究团队采用氨基硅烷偶联剂(AEAPTMS)、丙烯酸、丙烯酰胺对氧化石墨烯(GO)进行改性，分别获得氨基化石墨烯(AGO)、羧基化石墨烯(CGO)、酰胺基化石墨烯(CAGO)，采用原位生长法制备改性石墨烯负载氧化亚铜(Cu2O)，并评估改性材料的再分散性和抗菌性能。基于此，研究人员进一步采用原位聚合法制备改性复合树脂(PA6/Cu2O-AGO)，研究改性前后复合树脂的分子质量及其分布和热稳定性，为制备改性PA6树脂提供了研究路径和理论基础。

该研究工作得到了科技部国家重点研发计划(2022YFB3804200)和南通市科技计划项目(MS22022028)的大力资助。

2025年6月17日知网平台在线公开发表

下图展示了Cu2O-AGO、Cu2O-CGO、Cu2O-CAGO的SEM图。Cu2O-AGO呈现出200~300 nm左右的球状，如图(a)所示。从图(b)可以看出，Cu2O-CGO为500 nm左右的不规则的颗粒，出现了明显的团聚现象，相较于氨基，由于羧基与铜离子作用力更强，可以吸附更多的铜离子最终导致团聚。Cu2O-CAGO在吸附到GO表面的同时，多余的颗粒倾向于团聚成400~600 nm的圆球，如图(c)所示。

下图是0.5 mg/mL GO、AGO、CGO、CAGO的水溶液超声不同时间后的照片，可以发现GO水溶液呈现棕褐色的均匀溶液，CGO超声30 min基本分散，存在少量絮状凝胶，CAGO溶液中存在较多凝胶。相较之下，AGO粉末超声5 min即可分散，10 min时可以分散成均匀的水溶液。由于羧基和酰胺基对石墨烯的接枝率较高，在辐照环境中聚合物分子链彼此交叉形成三维网络结构，导致再分散性变差。

东华大学的王瑞雪、江苏集萃先进纤维材料研究所有限公司的周家良等研究人员采用振荡法评估改性GO和Cu2O-改性GO的抗菌性能，如下图所示。AGO、CGO、CAGO对大肠埃希菌的抗菌率分别是27.2%、21.27%、36.48%，对枯草芽孢杆菌的抗菌率分别是48.09%、46.57%、93.39%。20 μg/mL的Cu2O-AGO、Cu2O-CGO、Cu2O-CAGO对大肠埃希菌的抗菌率均大于99.99%，对枯草芽孢杆菌的抗菌率分别是99.99%、98.43%、99.99%。Cu2O-AGO和Cu2O-CAGO改性材料由于呈现圆球状，较大的比表面积提供了更多接触细菌的可能性，因此具有更优异的抗菌效果。综合考虑改性材料的尺寸和再分散性，最终选择Cu2O-AGO进行接下来的聚合和纺丝试验。

下图为原位聚合法制备的PA6/Cu2O-GO和PA6/Cu2O-AGO复合树脂的GPC曲线和实物图。

与PA6/Cu2O-GO复合树脂相比，PA6/Cu2O-AGO复合树脂具有优异的热稳定性。由于Cu2O-AGO和PA6分子链间氢键作用力增强，复合树脂的结晶度增加，复合树脂的5%热失重温度由289.8 ℃提高到386.0 ℃，具体参见下图。

朱美芳院士团队在改性聚酰胺6复合树脂的抗菌和热稳定性方面取得了重要进展，再加上聚酰胺6本身拥有的优异力学性能和加工性能，这必将进一步拓宽聚酰胺6复合树脂在抗菌功能性和高温领域的应用。