Благодарим ви, че посетихте Nature.com. Версията на браузъра, която използвате, има ограничена CSS поддръжка. За най-добри резултати препоръчваме да използвате по-нова версия на браузъра си (или да изключите режима на съвместимост в Internet Explorer). Междувременно, за да осигурим постоянна поддръжка, показваме сайта без стилизиране или JavaScript.
Днес функционалните тъкани с антибактериални свойства са по-популярни. Въпреки това, рентабилното производство на функционални тъкани с трайна и постоянна производителност остава предизвикателство. Поливинилов алкохол (PVA) беше използван за модифициране на нетъкан текстил от полипропилен (PP), след което сребърни наночастици (AgNPs) бяха отложени in situ, за да се получи PVA-модифицирана, заредена с AgNPs PP (наричана AgNPs). /PVA/PP) тъкан. Капсулирането на PP влакна с помощта на PVA покритие спомага за значително подобряване на адхезията на заредените Ag NPs към PP влакната, а Ag/PVA/PP нетъканите тъкани показват значително подобрени механични свойства и устойчивост на Escherichia coli (наричана E. coli). Като цяло, Ag/PVA/PP нетъканата тъкан, произведена при концентрация на сребърен амоняк 30 mM, има по-добри механични свойства, а степента на антибактериална защита срещу E. coli достига 99,99%. Тъканта все още запазва отлична антибактериална активност след 40 изпирания и има потенциал за многократна употреба. Освен това, Ag/PVA/PP нетъканата тъкан има широки перспективи за приложение в индустрията поради добрата си въздухопропускливост и влагопропускливост. Освен това, ние разработихме и технология „рол-на-рол“ и проведохме предварително проучване, за да тестваме осъществимостта на този метод.
С задълбочаването на икономическата глобализация, мащабните движения на населението значително увеличиха възможността за предаване на вируса, което добре обяснява защо новият коронавирус има толкова силна способност да се разпространява по света и е труден за предотвратяване1,2,3. В този смисъл съществува спешна необходимост от разработване на нови антибактериални материали, като например полипропиленови (PP) нетъкани текстилни материали, като медицински защитни материали. Полипропиленовите нетъкани текстилни материали имат предимствата на ниска плътност, химическа инертност и ниска цена4, но нямат антибактериални способности, кратък експлоатационен живот и ниска защитна ефективност. Следователно е от голямо значение да се придадат антибактериални свойства на PP нетъканите материали.
Като древен антибактериален агент, среброто е преминало през пет етапа на развитие: колоиден сребърен разтвор, сребърен сулфадиазин, сребърна сол, протеиново сребро и наносребро. Сребърните наночастици се използват все по-често в области като медицината5,6, проводимостта7,8,9, повърхностно-усиленото раманово разсейване10,11,12, каталитичното разграждане на багрила13,14,15,16 и др. По-специално, сребърните наночастици (AgNPs) имат предимства пред традиционните антимикробни агенти като метални соли, кватернерни амониеви съединения и триклозан, поради необходимата им бактериална устойчивост, стабилност, ниска цена и екологична приемливост17,18,19. В допълнение, сребърни наночастици с голяма специфична повърхност и висока антибактериална активност могат да бъдат прикрепени към вълнени тъкани20, памучни тъкани21,22, полиестерни тъкани и други тъкани, за да се постигне контролирано, продължително освобождаване на антибактериални сребърни частици23,24. Това означава, че чрез капсулиране на AgNPs е възможно да се създадат PP тъкани с антибактериална активност. Въпреки това, PP нетъканите текстилни материали нямат функционални групи и имат ниска полярност, което не е благоприятно за капсулирането на AgNPs. За да преодолеят този недостатък, някои изследователи са се опитали да отложат Ag наночастици върху повърхността на PP тъканите, използвайки различни методи за модификация, включително плазмено пръскане26,27, радиационно присаждане28,29,30,31 и повърхностно покритие32. Например, Goli et al. [33] въведоха протеиново покритие върху повърхността на PP нетъкан текстил, като аминокиселините в периферията на протеиновия слой могат да служат като точки за закрепване за свързването на AgNPs, като по този начин се постигат добри антибактериални свойства. Ли и колеги34 установиха, че N-изопропилакриламидът и N-(3-аминопропил)метакриламид хидрохлоридът, ко-присадени чрез ултравиолетово (UV) ецване, показват силна антимикробна активност, въпреки че процесът на UV ецване е сложен и може да влоши механичните свойства. . Oliani et al. приготвиха Ag NPs-PP гел филми с отлична антибактериална активност чрез предварителна обработка на чист PP с гама облъчване; техният метод обаче също беше сложен. Следователно, остава предизвикателство ефикасното и лесно производство на рециклируеми полипропиленови нетъкани текстилни материали с желаната антимикробна активност.
В това проучване, поливинилов алкохол, екологично чист и евтин мембранен материал с добра филмообразуваща способност, висока хидрофилност и отлична физическа и химическа стабилност, е използван за модифициране на полипропиленови тъкани. Глюкозата се използва като редуциращ агент36. Увеличаването на повърхностната енергия на модифицирания PP насърчава селективното отлагане на AgNPs. В сравнение с чиста PP тъкан, приготвената Ag/PVA/PP тъкан показва добра рециклируемост, отлична антибактериална активност срещу E. coli, добри механични свойства дори след 40 цикъла на пране и значителна дишаемост, водоустойчивост и влагопропускливост.
Нетъканият PP текстил със специфично тегло 25 g/m2 и дебелина 0,18 mm е предоставен от Jiyuan Kang'an Sanitary Materials Co., Ltd. (Jiyuan, Китай) и е нарязан на листове с размери 5×5 cm2. Сребърен нитрат (99,8%; AR) е закупен от Xilong Scientific Co., Ltd. (Шантоу, Китай). Глюкозата е закупена от Fuzhou Neptune Fuyao Pharmaceutical Co., Ltd. (Фуджоу, Китай). Поливинилов алкохол (реагент с индустриален клас) е закупен от Tianjin Sitong Chemical Factory (Тиендзин, Китай). Дейонизирана вода е използвана като разтворител или изплакваща течност и е приготвена в нашата лаборатория. Хранителният агар и бульон са закупени от Beijing Aoboxing Biotechnology Co., Ltd. (Пекин, Китай). Щамът E. coli (ATCC 25922) е закупен от Zhangzhou Bochuang Company (Джанджоу, Китай).
Получената PP тъкан се промива с ултразвук в етанол в продължение на 15 минути. Полученият PVA се добавя към вода и се нагрява при 95°C в продължение на 2 часа, за да се получи воден разтвор. След това глюкозата се разтваря в 10 ml PVA разтвор с масова фракция от 0,1%, 0,5%, 1,0% и 1,5%. Пречистеният полипропиленов нетъкан текстил се потапя в PVA/глюкозен разтвор и се нагрява при 60°C в продължение на 1 час. След завършване на нагряването, импрегнираният с PP нетъкан текстил се изважда от PVA/глюкозния разтвор и се суши при 60°C в продължение на 0,5 часа, за да се образува PVA филм върху повърхността на тъканта, като по този начин се получава PVA/PP композитен текстил.
Сребърният нитрат се разтваря в 10 ml вода при постоянно разбъркване при стайна температура и се добавя амоняк на капки, докато разтворът се промени от бистър на кафяв и след това отново бистър, за да се получи разтвор на сребърен амоняк (5–90 mM). Нетъкан текстил PVA/PP се поставя в разтвор на сребърен амоняк и се нагрява при 60°C за 1 час, за да се образуват Ag наночастици in situ върху повърхността на текстила, след което се изплаква три пъти с вода и се суши при 60°C за 0,5 часа, за да се получи композитен текстил Ag/PVA/PP.
След предварителни експерименти, в лабораторията изградихме оборудване за ролково импрегниране за мащабно производство на композитни тъкани. Валците са изработени от PTFE, за да се избегнат нежелани реакции и замърсяване. По време на този процес времето за импрегниране и количеството на адсорбирания разтвор могат да се контролират чрез регулиране на скоростта на валците и разстоянието между валците, за да се получи желаната композитна тъкан Ag/PVA/PP.
Морфологията на повърхността на тъканта беше изследвана с помощта на сканиращ електронен микроскоп VEGA3 (SEM; Japan Electronics, Япония) при ускоряващо напрежение 5 kV. Кристалната структура на сребърните наночастици беше анализирана чрез рентгенова дифракция (XRD; Bruker, D8 Advanced, Германия; Cu Kα лъчение, λ = 0.15418 nm; напрежение: 40 kV, ток: 40 mA) в диапазона 10–80°. 2θ. За анализ на химичните характеристики на повърхностно модифицирана полипропиленова тъкан беше използван инфрачервен спектрометър с Фурие трансформация (ATR-FTIR; Nicolet 170sx, Thermo Fisher Scientific Incorporation). Съдържанието на PVA модификатор в композитните тъкани Ag/PVA/PP беше измерено чрез термогравиметричен анализ (TGA; Mettler Toledo, Швейцария) под азотен поток. За определяне на съдържанието на сребро в композитните тъкани Ag/PVA/PP беше използвана масспектрометрия с индуктивно свързана плазма (ICP-MS, ELAN DRC II, Perkin-Elmer (Hong Kong) Co., Ltd.).
Въздухопропускливостта и скоростта на пропускане на водни пари на композитната тъкан Ag/PVA/PP (спецификация: 78×50cm2) бяха измерени от независима агенция за изпитване (Tianfangbiao Standardization Certification and Testing Co., Ltd.) в съответствие с GB/T. 5453-1997 и GB/T 12704.2-2009. За всяка проба са избрани десет различни точки за изпитване, а данните, предоставени от агенцията, са средната стойност на десетте точки.
Антибактериалната активност на композитната тъкан Ag/PVA/PP беше измерена в съответствие с китайските стандарти GB/T 20944.1-2007 и GB/T 20944.3-, използвайки съответно метод на дифузия в агарова плоча (качествен анализ) и метод на разклащане в колба (количествен анализ) през 2008 г. Антибактериалната активност на композитната тъкан Ag/PVA/PP срещу Escherichia coli беше определена при различно време на измиване. За метода на дифузия в агарова плоча, тестовата композитна тъкан Ag/PVA/PP се пробива в диск (диаметър: 8 mm) с помощта на перфоратор и се прикрепя към агарова петриева паничка, инокулирана с Escherichia coli (ATCC 25922). ; 3.4 × 108 CFU ml-1), след което се инкубира при 37°C и 56% относителна влажност за приблизително 24 часа. Зоната на инхибиране беше анализирана вертикално от центъра на диска до вътрешната обиколка на околните колонии. Чрез метода на разклащане в колба, от тестваната композитна тъкан Ag/PVA/PP беше приготвена плоска плака с размери 2 × 2 cm2 и автоклавирана в хранителна среда при 121°C и 0,1 MPa в продължение на 30 минути. След автоклавиране, пробата беше потопена в 5-милилитрова Ерленмайерова колба, съдържаща 70 mL разтвор за хранителна среда (концентрация на суспензията 1 × 105–4 × 105 CFU/mL) и след това инкубирана при осцилираща температура от 150 °C (rpm) и 25°C в продължение на 18 часа. След разклащане, съберете определено количество бактериална суспензия и я разредете десетократно. Съберете необходимото количество разредена бактериална суспензия, разпределете го върху агарова среда и култивирайте при 37°C и 56% относителна влажност в продължение на 24 часа. Формулата за изчисляване на антибактериалната ефективност е: \(\frac{\mathrm{C}-\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\), където C и A са съответно броят на колониите след 24 часа. Култивирано в контролна група и композитна тъкан Ag/PVA/PP.
Устойчивостта на композитните тъкани Ag/PVA/PP беше оценена чрез изпиране съгласно ISO 105-C10:2006.1A. По време на изпиране, тестовата композитна тъкан Ag/PVA/PP (30x40mm2) се потапя във воден разтвор, съдържащ търговски препарат (5.0g/L), и се пере при 40±2 rpm и 40±5 rpm/min с висока скорост. °C, 10, 20, 30, 40 и 50 цикъла. След изпиране тъканта се изплаква три пъти с вода и се суши при температура 50-60°C в продължение на 30 минути. Промяната в съдържанието на сребро след изпиране беше измерена, за да се определи степента на антибактериална активност.
Фигура 1 показва схематична диаграма на производството на композитна тъкан Ag/PVA/PP. Тоест, нетъканият материал от PP се потапя в смесен разтвор от PVA и глюкоза. Импрегнираният с PP нетъкан материал се суши, за да се фиксират модификаторът и редукторът, за да се образува запечатващ слой. Изсушеният нетъкан текстил от полипропилен се потапя в разтвор на сребърен амоняк, за да се отложат сребърните наночастици in situ. Концентрацията на модификатора, моларното съотношение на глюкоза към сребърен амоняк, концентрацията на сребърен амоняк и температурата на реакцията влияят върху утаяването на Ag NPs. Фигура 2a показва зависимостта на ъгъла на контакт с вода на тъканта Ag/PVA/PP от концентрацията на модификатора. Когато концентрацията на модификатора се увеличи от 0,5 тегл.% до 1,0 тегл.%, ъгълът на контакт на тъканта Ag/PVA/PP намалява значително; когато концентрацията на модификатора се увеличи от 1,0 тегл.% до 2,0 тегл.%, той практически не се променя. Фигура 2b показва SEM изображения на чисти PP влакна и Ag/PVA/PP тъкани, приготвени при концентрация на сребърен амоняк 50 mM и различни моларни съотношения на глюкоза към сребърен амоняк (1:1, 3:1, 5:1 и 9:1). . изображение. ). Полученото PP влакно е относително гладко. След капсулиране с PVA филм, някои влакна са слепени заедно; Поради отлагането на сребърни наночастици, влакната стават относително грапави. С увеличаване на моларното съотношение на редуктора към глюкозата, отложеният слой от Ag NPs постепенно се удебелява и с увеличаване на моларното съотношение до 5:1 и 9:1, Ag NPs са склонни да образуват агрегати. Макроскопските и микроскопските изображения на PP влакната стават по-равномерни, особено когато моларното съотношение на редуктора към глюкозата е 5:1. Цифровите снимки на съответните проби, получени при 50 mM сребърен амоняк, са показани на Фигура S1.
Промени в ъгъла на контакт с вода на Ag/PVA/PP тъкан при различни концентрации на PVA (a), SEM изображения на Ag/PVA/PP тъкан, получени при концентрация на сребърен амоняк 50 mM и различни моларни съотношения на глюкоза и сребърен амоняк [(b))); (1) PP влакно, (2) PVA/PP влакно, (3) моларно съотношение 1:1, (4) моларно съотношение 3:1, (5) моларно съотношение 5:1, (6) моларно съотношение 9:1], рентгенова дифракционна картина (c) и SEM изображение (d) на Ag/PVA/PP тъкан, получена при концентрации на сребърен амоняк: (1) 5 mM, (2) 10 mM, (3) 30 mM, (4) 50 mM, (5) 90 mM и (6) Ag/PP - 30 mM. Температурата на реакцията е 60°C.
На Фиг. 2в е показана рентгеноструктурният анализ на получената Ag/PVA/PP тъкан. В допълнение към дифракционния пик на PP влакното 37, четири дифракционни пика при 2θ = ∼ 37.8°, 44.2°, 64.1° и 77.3° съответстват на (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0), кристалната равнина (3 1 1) на кубични гранецентрирани сребърни наночастици. С увеличаване на концентрацията на сребърен амоняк от 5 до 90 mM, рентгеноструктурният анализ на Ag става по-остър, което е в съответствие с последващото увеличаване на кристалността. Според формулата на Шерер, размерите на зърната на Ag наночастиците, приготвени с 10 mM, 30 mM и 50 mM сребърен амоняк, са изчислени съответно на 21.3 nm, 23.3 nm и 26.5 nm. Това е така, защото концентрацията на сребърен амоняк е движещата сила зад редукционната реакция за образуване на метално сребро. С увеличаване на концентрацията на сребърен амоняк, скоростта на зародишообразуване и растеж на Ag NPs се увеличава. Фигура 2d показва SEM изображения на Ag/PVA/PP тъкани, получени при различни концентрации на Ag амоняк. При концентрация на сребърен амоняк от 30 mM, отложеният слой Ag NPs е относително хомогенен. Когато обаче концентрацията на сребърен амоняк е твърде висока, еднородността на отложения слой Ag NPs има тенденция да намалява, което може да се дължи на силна агломерация в отложения слой Ag NPs. Освен това, сребърните наночастици на повърхността имат две форми: сферична и люспеста. Размерът на сферичните частици е приблизително 20–80 nm, а ламеларният страничен размер е приблизително 100–300 nm (Фигура S2). Отложеният слой от Ag наночастици върху повърхността на немодифицирана PP тъкан е неравномерен. Освен това, повишаването на температурата насърчава редукцията на Ag NPs (Фиг. S3), но твърде високата температура на реакцията не насърчава селективното утаяване на Ag NPs.
Фигура 3а схематично изобразява връзката между концентрацията на сребърен амоняк, количеството отложено сребро и антибактериалната активност на приготвената Ag/PVA/PP тъкан. Фигура 3b показва антибактериалните модели на пробите при различни концентрации на сребърен амоняк, което може директно да отразява антибактериалния статус на пробите. Когато концентрацията на сребърен амоняк се увеличи от 5 mM до 90 mM, количеството на утаеното сребро се увеличи от 13,67 g/kg до 481,81 g/kg. Освен това, с увеличаване на количеството отложено сребро, антибактериалната активност срещу E. coli първоначално се увеличава и след това остава на високо ниво. По-конкретно, когато концентрацията на сребърен амоняк е 30 mM, количеството отложено сребро в получената Ag/PVA/PP тъкан е 67,62 g/kg, а антибактериалната степен е 99,99% и тази проба е избрана като представителна за последващо структурно характеризиране.
(a) Връзка между нивото на антибактериална активност и количеството на нанесения сребърен слой и концентрацията на сребърен амоняк; (b) Снимки на бактериални културални плаки, направени с цифров фотоапарат, показващи празни проби и проби, приготвени с 5 mM, 10 mM, 30 mM, 50 mM и 90 mM сребърен амоняк. Антибактериална активност на Ag/PVA/PP тъкан срещу Escherichia coli
Фигура 4а показва FTIR/ATR спектрите на PP, PVA/PP, Ag/PP и Ag/PVA/PP. Абсорбционните ленти на чисти PP влакна при 2950 cm-1 и 2916 cm-1 се дължат на асиметричното трептене на разтягане на групите –CH3 и –CH2-, а при 2867 cm-1 и 2837 cm-1 се дължат на симетричното трептене на разтягане на групите –CH3 и –CH2 –. –CH3 и –CH2–. Абсорбционните ленти при 1375 cm–1 и 1456 cm–1 се дължат на асиметрични и симетрични трептения на изместване на –CH338.39. FTIR спектърът на Ag/PP влакната е подобен на този на PP влакната. В допълнение към абсорбционната лента на PP, новият абсорбционен пик при 3360 cm-1 на PVA/PP и Ag/PVA/PP тъканите се дължи на разтягането на водородната връзка на –OH групата. Това показва, че PVA се нанася успешно върху повърхността на полипропиленовите влакна. Освен това, пикът на хидроксилна абсорбция на Ag/PVA/PP тъканта е малко по-слаб от този на PVA/PP тъканта, което може да се дължи на координацията на някои хидроксилни групи със среброто.
FT-IR спектър (a), TGA крива (b) и XPS спектър на измерване (c) на чист PP, PVA/PP тъкан и Ag/PVA/PP тъкан, и C 1s спектър на чист PP (d), PVA/PP PP тъкан (e) и Ag 3d пик (f) на Ag/PVA/PP тъкан.
На Фиг. 4в са показани XPS спектрите на PP, PVA/PP и Ag/PVA/PP тъкани. Слабият O 1s сигнал на чисто полипропиленово влакно може да се отдаде на кислородния елемент, адсорбиран върху повърхността; C 1s пикът при 284.6 eV се дължи на CH и CC (виж Фигура 4d). В сравнение с чисто PP влакно, PVA/PP тъканта (Фиг. 4e) показва висока производителност при 284.6 eV (C–C/C–H), 285.6 eV (C–O–H), 284.6 eV (C–C/C–H), 285.6 eV (C–O–H) и 288.5 eV (H–C=O)38. В допълнение, O 1s спектърът на PVA/PP тъканта може да бъде апроксимиран с два пика при 532.3 eV и 533.2 eV41 (фиг. S4), като тези C 1s пикове съответстват на C–OH и H–C=O (хидроксилни групи на PVA и алдехидна глюкозна група), което е в съответствие с FTIR данните. Нетъканата тъкан Ag/PVA/PP запазва O 1s спектъра на C-OH (532.3 eV) и HC=O (533.2 eV) (фиг. S5), състоящ се от 65.81% (атомен процент) C, 22.89% O и 11.31% Ag (фиг. S4). В частност, пиковете на Ag 3d5/2 и Ag 3d3/2 при 368.2 eV и 374.2 eV (фиг. 4f) допълнително доказват, че Ag NPs са легирани върху повърхността на нетъкан текстил PVA/PP42.
TGA кривите (фиг. 4b) на чист PP, Ag/PP тъкан и Ag/PVA/PP тъкан показват, че те претърпяват сходни процеси на термично разлагане, а отлагането на Ag NPs води до леко повишаване на температурата на термично разграждане на PP влакна и PVA/PP влакна (от 480 °C (PP влакна) до 495 °C), вероятно поради образуването на Ag бариера43. В същото време, остатъчните количества на чисти проби от PP, Ag/PP, Ag/PVA/PP, Ag/PVA/PP-W50 и Ag/PP-W50 след нагряване при 800°C са съответно 1,32%, 16,26% и 13,86%, 9,88% и 2,12% (наставката W50 тук се отнася до 50 цикъла на пране). Останалата част от чистия PP се дължи на примеси, а останалата част от останалите проби - на Ag NPs, като разликата в остатъчното количество на пробите, заредени със сребро, би трябвало да се дължи на различни количества сребърни наночастици, заредени върху тях. Освен това, след 50-кратно измиване на Ag/PP тъканта, остатъчното съдържание на сребро е намалено с 94,65%, а остатъчното съдържание на сребро в Ag/PVA/PP тъканта е намалено с около 31,74%. Това показва, че PVA капсулиращото покритие може ефективно да подобри адхезията на Ag NPs към PP матрицата.
За да се оцени комфортът при носене, бяха измерени въздухопропускливостта и скоростта на пропускане на водни пари на подготвената полипропиленова тъкан. Най-общо казано, дишането е свързано с топлинния комфорт на потребителя, особено в гореща и влажна среда44. Както е показано на Фигура 5а, въздухопропускливостта на чистия PP е 2050 mm/s, а след модификация на PVA тя намалява до 856 mm/s. Това е така, защото PVA филмът, образуван върху повърхността на PP влакното и тъканата част, помага за намаляване на пролуките между влакната. След нанасяне на Ag NPs, въздухопропускливостта на PP тъканта се увеличава поради консумацията на PVA покритие при нанасяне на Ag NPs. Освен това, дишането на Ag/PVA/PP тъканите има тенденция да намалява с увеличаване на концентрацията на сребърен амоняк от 10 до 50 mmol. Това може да се дължи на факта, че дебелината на сребърния слой се увеличава с увеличаване на концентрацията на сребърен амоняк, което помага за намаляване на броя на порите и вероятността за преминаване на водни пари през тях.
(a) Въздухопропускливост на Ag/PVA/PP тъкани, приготвени с различни концентрации на сребърен амоняк; (b) Пропускливост на водни пари на Ag/PVA/PP тъкани, приготвени с различни концентрации на сребърен амоняк; (c) Различни модификатори Крива на опън на Ag/PVA/PP тъкан, получена при различни концентрации; (d) Крива на опън на Ag/PVA/PP тъкан, получена при различни концентрации на сребърен амоняк (Показана е и Ag/PVA/PP тъкан, получена при концентрация на сребърен амоняк 30 mM) (Сравнете кривите на опън на PP тъкани след 40 цикъла на пране).
Скоростта на пропускане на водни пари е друг важен показател за топлинния комфорт на тъканта45. Оказва се, че влагопропускливостта на тъканите се влияе главно от дишането и повърхностните свойства. Тоест, въздухопропускливостта зависи главно от броя на порите; повърхностните свойства влияят на влагопропускливостта на хидрофилните групи чрез адсорбция-дифузия-десорбция на водните молекули. Както е показано на Фигура 5b, влагопропускливостта на чисто PP влакно е 4810 g/(m2·24h). След запечатване с PVA покритие, броят на дупките в PP влакното намалява, но влагопропускливостта на PVA/PP тъканта се увеличава до 5070 g/(m2·24h), тъй като нейната влагопропускливост се определя главно от повърхностните свойства, а не от порите. След отлагане на AgNPs, влагопропускливостта на Ag/PVA/PP тъканта се увеличава допълнително. По-специално, максималната влагопропускливост на Ag/PVA/PP тъканта, получена при концентрация на сребърен амоняк от 30 mM, е 10300 g/(m2·24h). В същото време, различната влагопропускливост на Ag/PVA/PP тъкани, получени при различни концентрации на сребърен амоняк, може да е свързана с разлики в дебелината на слоя от сребърно отлагане и броя на неговите пори.
Механичните свойства на тъканите силно влияят на техния експлоатационен живот, особено като рециклируеми материали46. Фигура 5в показва кривата на опънно напрежение на Ag/PVA/PP тъкан. Якостта на опън на чист PP е само 2,23 MPa, докато якостта на опън на 1 тегл.% PVA/PP тъкан се увеличава значително до 4,56 MPa, което показва, че капсулирането на PVA PP тъканта спомага за значително подобряване на нейните механични свойства. Якостта на опън и удължението при скъсване на PVA/PP тъканта се увеличават с увеличаване на концентрацията на PVA модификатор, тъй като PVA филмът може да разкъса напрежението и да укрепи PP влакната. Когато обаче концентрацията на модификатора се увеличи до 1,5 тегл.%, лепкавият PVA прави полипропиленова тъкан твърда, което сериозно влияе върху комфорта при носене.
В сравнение с чистите PP и PVA/PP тъкани, якостта на опън и удължението при скъсване от Ag/PVA/PP тъкани са допълнително подобрени, тъй като Ag наночастиците, равномерно разпределени по повърхността на PP влакната, могат да разпределят натоварването47,48. Може да се види, че якостта на опън на Ag/PP влакната е по-висока от тази на чистия PP, достигайки 3,36 MPa (фиг. 5d), което потвърждава силния и укрепващ ефект на Ag NPs. По-специално, Ag/PVA/PP тъканта, произведена при концентрация на сребърен амоняк от 30 mM (вместо 50 mM), показва максимална якост на опън и удължение при скъсване, което все още се дължи на равномерното отлагане на Ag NPs, както и на равномерното отлагане. Агрегация на сребърни NPs при условия на висока концентрация на сребърен амоняк. Освен това, след 40 цикъла на пране, якостта на опън и удължението при скъсване на Ag/PVA/PP тъкан, приготвена при концентрация на сребърен амоняк 30 mM, намаляват съответно с 32,7% и 26,8% (фиг. 5d), което може да е свързано с малка загуба на сребърни наночастици, отложени след това.
Фигури 6a и b показват снимки с цифров фотоапарат на Ag/PVA/PP тъкан и Ag/PP тъкан след изпиране в продължение на 0, 10, 20, 30, 40 и 50 цикъла при концентрация на сребърен амоняк 30 mM. Тъмносивата Ag/PVA/PP тъкан и Ag/PP тъкан постепенно стават светлосиви след изпиране; и промяната на цвета на първата по време на изпиране не изглежда толкова сериозна, колкото тази на втората. Освен това, в сравнение с Ag/PP тъканта, съдържанието на сребро в Ag/PVA/PP тъканта намалява сравнително бавно след изпиране; след 20 или повече изпирания, първата запазва по-високо съдържание на сребро от втората (фиг. 6c). Това показва, че капсулирането на PP влакна с PVA покритие може значително да подобри адхезията на Ag NPs към PP влакната. Фигура 6d показва SEM изображения на Ag/PVA/PP тъкан и Ag/PP тъкан след изпиране в продължение на 10, 40 и 50 цикъла. Ag/PVA/PP тъканите претърпяват по-малка загуба на Ag NPs по време на пране, отколкото Ag/PP тъканите, отново защото PVA капсулиращото покритие спомага за подобряване на адхезията на Ag NPs към PP влакната.
(a) Снимки на Ag/PP тъкан, направени с цифров фотоапарат (заснети при концентрация на сребърен амоняк 30 mM) след пране в продължение на 0, 10, 20, 30, 40 и 50 цикъла (1-6); (b) Ag/PVA/PP снимки на тъкани, направени с цифров фотоапарат (заснети при концентрация на сребърен амоняк 30 mM) след пране в продължение на 0, 10, 20, 30, 40 и 50 цикъла (1-6); (c) Промени в съдържанието на сребро в двете тъкани в различните цикли на пране; (d) SEM изображения на Ag/PVA/PP тъкан (1-3) и Ag/PP тъкан (4-6) след 10, 40 и 50 цикъла на пране.
Фигура 7 показва антибактериалната активност и снимки, направени с цифров фотоапарат, на Ag/PVA/PP тъкани срещу E. coli след 10, 20, 30 и 40 цикъла на пране. След 10 и 20 пранета, антибактериалната ефективност на Ag/PVA/PP тъканите се запазва на 99,99% и 99,93%, което демонстрира отлична антибактериална активност. Антибактериалното ниво на Ag/PVA/PP тъканта леко намалява след 30 и 40 цикъла на пране, което се дължи на загубата на AgNPs след продължително пране. Въпреки това, антибактериалната активност на Ag/PP тъканта след 40 пранета е само 80,16%. Очевидно е, че антибактериалният ефект на Ag/PP тъканта след 40 цикъла на пране е много по-малък от този на Ag/PVA/PP тъканта.
(а) Ниво на антибактериална активност срещу E. coli. (б) За сравнение са показани и снимки на Ag/PVA/PP тъканта, направени с цифров фотоапарат след изпиране на Ag/PP тъканта при концентрация на сребърен амоняк 30 mM за 10, 20, 30, 40 и 40 цикъла.
На Фиг. 8 е схематично показано производството на голямомащабен Ag/PVA/PP плат, използвайки двуетапен маршрут от ролка на ролка. Тоест, разтворът PVA/глюкоза се накисва в рамката на ролката за определен период от време, след което се изважда и импрегнира със сребърно-амонячен разтвор по същия начин, за да се получи Ag/PVA/PP плат. (Фиг. 8а). Полученият Ag/PVA/PP плат запазва отлична антибактериална активност, дори ако се остави за 1 година. За мащабно производство на Ag/PVA/PP платове, получените PP нетъкани текстилни материали се импрегнират в непрекъснат процес на валцоване и след това се прекарват последователно през PVA/глюкозен разтвор и сребърно-амонячен разтвор и се обработват по два метода. Прикачени видеоклипове. Времето за импрегниране се контролира чрез регулиране на скоростта на ролката, а количеството на адсорбирания разтвор се контролира чрез регулиране на разстоянието между ролките (Фиг. 8б), като по този начин се получава целевият Ag/PVA/PP нетъкан плат с голям размер (50 см × 80 см). ) и събирателен валяк. Целият процес е прост и ефикасен, което е благоприятно за мащабно производство.
Схематична диаграма на производството на едрогабаритни целеви продукти (а) и схематична диаграма на ролковия процес за производство на нетъкани материали Ag/PVA/PP (б).
Нетъканите текстилни материали, съдържащи сребро PVA/PP, се произвеждат с помощта на проста технология за течнофазно отлагане in situ, комбинирана с метода roll-to-roll. В сравнение с PP тъканите и PVA/PP тъканите, механичните свойства на приготвения нетъкан текстил Ag/PVA/PP са значително подобрени, тъй като запечатващият слой PVA може значително да подобри адхезията на Ag NPs към PP влакната. Освен това, количеството на зареден PVA и съдържанието на сребърни NPs в нетъкания текстил Ag/PVA/PP могат да бъдат добре контролирани чрез регулиране на концентрациите на PVA/глюкозен разтвор и разтвор на сребърен амоняк. По-специално, нетъканият текстил Ag/PVA/PP, приготвен с 30 mM разтвор на сребърен амоняк, показа най-добри механични свойства и запази отлична антибактериална активност срещу E. coli дори след 40 цикъла на пране, показвайки добър потенциал против замърсяване. PP нетъкан материал. В сравнение с други литературни данни, тъканите, получени от нас с помощта на по-прости методи, показаха по-добра устойчивост на пране. Освен това, полученият нетъкан текстил Ag/PVA/PP има идеална влагопропускливост и комфорт при носене, което може да улесни приложението му в промишлени приложения.
Включете всички данни, получени или анализирани по време на това проучване (и файловете с необходимата информация).
Ръсел, С. М. и др. Биосензори за борба с цитокинова буря от COVID-19: предстоящи предизвикателства. ACS Sens. 5, 1506–1513 (2020).
Zaeem S, Chong JH, Shankaranayanan V и Harkey A. COVID-19 и мултиорганни отговори. current. question. heart. 45, 100618 (2020).
Zhang R и др. Оценките за броя на случаите на коронавирус през 2019 г. в Китай са коригирани по стадий и ендемични региони. front. medicine. 14, 199–209 (2020).
Gao J. et al. Гъвкав, суперхидрофобен и високопроводим нетъкан полипропиленов композитен материал за защита от електромагнитни смущения. Chemical engineer. J. 364, 493–502 (2019).
Райхан М. и др. Разработване на многофункционални полиакрилонитрилни/сребърни нанокомпозитни филми: антибактериална активност, каталитична активност, проводимост, UV защита и активни SERS сензори. J. Matt. resource. technologies. 9, 9380–9394 (2020).
Давади С, Катувал С, Гупта А, Ламичане У и Параджули Н. Съвременни изследвания върху сребърни наночастици: синтез, характеризиране и приложения. J. Nanomaterials. 2021, 6687290 (2021).
Deng Da, Chen Zhi, Hu Yong, Ma Jian, Tong YDN. Прост процес за приготвяне на проводимо мастило на основата на сребро и нанасянето му върху честотно-селективни повърхности. Nanotechnology 31, 105705–105705 (2019).
Hao, Y. et al. Хиперразклонените полимери позволяват използването на сребърни наночастици като стабилизатори за мастилено-струен печат на гъвкави схеми. R. Shuker. Chemical. 43, 2797–2803 (2019).
Keller P и Kawasaki HJML Проводими мрежи от листни жилки, получени чрез самосглобяване на сребърни наночастици за потенциални приложения в гъвкави сензори. Matt. Wright. 284, 128937.1-128937.4 (2020).
Li, J. et al. Силициеви наносфери и масиви, декорирани със сребърни наночастици, като потенциални субстрати за повърхностно усилено Раманово разсейване. ASU Omega 6, 32879–32887 (2021).
Liu, X. и др. Голям гъвкав повърхностно усилен сензор за раманово разсейване (SERS) с висока стабилност и еднородност на сигнала. ACS Application Matt. Interfaces 12, 45332–45341 (2020).
Sandeep, KG et al. Йерархична хетероструктура от фулеренови нанопръчки, декорирани със сребърни наночастици (Ag-FNRs), служи като ефективен независим SERS субстрат с една частица. physics. Chemical. Chemical. physics. 27, 18873–18878 (2018).
Емам, Х.Е. и Ахмед, Х.Б. Сравнително изследване на хомометални и хетерометални агар-базирани наноструктури по време на багрилно-катализирано разграждане. Международност. J. Biol. Големи молекули. 138, 450–461 (2019).
Емам, Х.Е., Михаил, М.М., Ел-Шербини, С., Наги, К.С. и Ахмед, Х.Б. Металозависима нанокатализа за намаляване на ароматни замърсители. Сряда. науката. замърсявам. ресурс. международност. 27, 6459–6475 (2020).
Ахмед Х.Б. и Емам Х.Е. Тройни наноструктури с ядро-обвивка (Ag-Au-Pd), отгледани от семена при стайна температура за потенциално пречистване на вода. полимерен тест. 89, 106720 (2020).
Време на публикуване: 26 ноември 2023 г.