Hvala vam što ste posjetili Nature.com. Verzija preglednika koju koristite ima ograničenu CSS podršku. Za najbolje rezultate, preporučujemo korištenje novije verzije vašeg preglednika (ili isključivanje načina kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bismo osigurali kontinuiranu podršku, prikazujemo stranicu bez stiliziranja ili JavaScripta.
Danas su funkcionalne tkanine s antibakterijskim svojstvima popularnije. Međutim, isplativa proizvodnja funkcionalnih tkanina s izdržljivim i konzistentnim performansama ostaje izazov. Polivinil alkohol (PVA) je korišten za modificiranje netkanog materijala od polipropilena (PP), a zatim su srebrne nanočestice (AgNP) deponovane in situ kako bi se proizvela PVA-modificirana PP (naziva se AgNPs) tkanina s AgNPs i dodanim AgNPs. /PVA/PP) tkanina. Kapsulacija PP vlakana korištenjem PVA premaza pomaže u značajnom poboljšanju prianjanja napunjenih Ag NPs na PP vlakna, a Ag/PVA/PP netkani materijali pokazuju značajno poboljšana mehanička svojstva i otpornost na Escherichia coli (naziva se E. coli). Općenito, Ag/PVA/PP netkani materijal proizveden pri koncentraciji srebro-amonijaka od 30 mM ima bolja mehanička svojstva, a stopa antibakterijske zaštite od E. coli dostiže 99,99%. Tkanina i dalje zadržava odličnu antibakterijsku aktivnost nakon 40 pranja i ima potencijal za ponovnu upotrebu. Osim toga, Ag/PVA/PP netkani materijal ima široke mogućnosti primjene u industriji zbog svoje dobre propusnosti zraka i vlage. Osim toga, razvili smo i tehnologiju "roll-to-roll" i proveli preliminarna istraživanja kako bismo testirali izvodljivost ove metode.
S produbljivanjem ekonomske globalizacije, velika kretanja stanovništva uveliko su povećala mogućnost prenošenja virusa, što dobro objašnjava zašto novi koronavirus ima tako snažnu sposobnost širenja svijetom i teško ga je spriječiti1,2,3. U tom smislu, postoji hitna potreba za razvojem novih antibakterijskih materijala, poput polipropilenskih (PP) netkanih materijala, kao medicinskih zaštitnih materijala. Polipropilenski netkani materijal ima prednosti niske gustoće, hemijske inertnosti i niske cijene4, ali nema antibakterijska svojstva, kratak vijek trajanja i nisku efikasnost zaštite. Stoga je od velike važnosti dati antibakterijska svojstva PP netkanim materijalima.
Kao drevno antibakterijsko sredstvo, srebro je prošlo kroz pet faza razvoja: koloidni rastvor srebra, srebro sulfadiazin, srebrna so, proteinsko srebro i nanosrebro. Nanočestice srebra se sve više koriste u oblastima kao što su medicina5,6, provodljivost7,8,9, površinski pojačano Ramanovo raspršenje10,11,12, katalitička razgradnja boja13,14,15,16 itd. Posebno, nanočestice srebra (AgNP) imaju prednosti u odnosu na tradicionalna antimikrobna sredstva kao što su metalne soli, kvaternarni amonijevi spojevi i triklosan zbog njihove potrebne bakterijske otpornosti, stabilnosti, niske cijene i ekološke prihvatljivosti17,18,19. Osim toga, nanočestice srebra sa velikom specifičnom površinom i visokom antibakterijskom aktivnošću mogu se pričvrstiti na vunene tkanine20, pamučne tkanine21,22, poliesterske tkanine i druge tkanine kako bi se postiglo kontrolirano, produženo oslobađanje antibakterijskih čestica srebra23,24. To znači da je inkapsulacijom AgNP-a moguće stvoriti PP tkanine sa antibakterijskom aktivnošću. Međutim, PP netkani materijali nemaju funkcionalne grupe i imaju nisku polarnost, što ne pogoduje enkapsulaciji AgNP-a. Kako bi prevazišli ovaj nedostatak, neki istraživači su pokušali nanijeti Ag nanočestice na površinu PP tkanina koristeći različite metode modifikacije, uključujući plazma prskanje26,27, kalemljenje zračenjem28,29,30,31 i površinsko premazivanje32. Na primjer, Goli i saradnici [33] uveli su proteinski premaz na površinu PP netkanog materijala, pri čemu aminokiseline na periferiji proteinskog sloja mogu poslužiti kao sidrišne tačke za vezivanje AgNP-a, čime se postižu dobra antibakterijska svojstva. Li i saradnici34 su otkrili da N-izopropilakrilamid i N-(3-aminopropil)metakrilamid hidrohlorid, ko-kalemljeni ultraljubičastim (UV) nagrizanjem, pokazuju snažnu antimikrobnu aktivnost, iako je proces UV nagrizanja složen i može degradirati mehanička svojstva. vlakana. . Oliani i saradnici su pripremili Ag NP-PP gel filmove sa odličnom antibakterijskom aktivnošću prethodnom obradom čistog PP gama zračenjem; međutim, njihova metoda je također bila složena. Stoga, ostaje izazov efikasno i jednostavno proizvoditi reciklirajuće netkane polipropilenske materijale sa željenom antimikrobnom aktivnošću.
U ovoj studiji, polivinil alkohol, ekološki prihvatljiv i jeftin membranski materijal sa dobrom sposobnošću formiranja filma, visokom hidrofilnošću i odličnom fizičkom i hemijskom stabilnošću, koristi se za modifikaciju polipropilenskih tkanina. Glukoza se koristi kao redukcijsko sredstvo36. Povećanje površinske energije modificiranog PP-a potiče selektivno taloženje AgNP-a. U poređenju sa čistom PP tkaninom, pripremljena Ag/PVA/PP tkanina pokazala je dobru reciklabilnost, odličnu antibakterijsku aktivnost protiv E. coli, dobra mehanička svojstva čak i nakon 40 ciklusa pranja, te značajnu prozračnost, propusnost vlage i spolja.
PP netkani materijal specifične težine 25 g/m2 i debljine 0,18 mm obezbijedila je kompanija Jiyuan Kang'an Sanitary Materials Co., Ltd. (Jiyuan, Kina) i izrezala ga je na listove dimenzija 5×5 cm2. Srebro nitrat (99,8%; AR) kupljen je od kompanije Xilong Scientific Co., Ltd. (Shantou, Kina). Glukoza je kupljena od kompanije Fuzhou Neptune Fuyao Pharmaceutical Co., Ltd. (Fuzhou, Kina). Polivinil alkohol (industrijski reagens) kupljen je od kompanije Tianjin Sitong Chemical Factory (Tianjin, Kina). Deionizovana voda je korištena kao rastvarač ili ispiranje i pripremljena je u našoj laboratoriji. Hranjivi agar i bujon kupljeni su od kompanije Beijing Aoboxing Biotechnology Co., Ltd. (Peking, Kina). Soj E. coli (ATCC 25922) kupljen je od kompanije Zhangzhou Bochuang Company (Zhangzhou, Kina).
Dobivena PP tkanina je isprana ultrazvukom u etanolu tokom 15 minuta. Dobiveni PVA je dodan u vodu i zagrijavan na 95°C tokom 2 sata da bi se dobio vodeni rastvor. Zatim je glukoza rastvorena u 10 ml PVA rastvora sa masenim udjelom od 0,1%, 0,5%, 1,0% i 1,5%. Pročišćena polipropilenska netkana tkanina je uronjena u PVA/glukozni rastvor i zagrijavana na 60°C tokom 1 sata. Nakon što je zagrijavanje završeno, PP-impregnirana netkana tkanina se uklanja iz PVA/glukoznog rastvora i suši na 60°C tokom 0,5 sati da bi se formirao PVA film na površini tkanine, čime se dobija PVA/PP kompozitni tekstil.
Srebro nitrat se rastvara u 10 ml vode uz stalno miješanje na sobnoj temperaturi i kap po kap se dodaje amonijak dok se rastvor ne promijeni iz bistre u smeđu i ponovo bistru boju, kako bi se dobio rastvor srebro-amonijaka (5–90 mM). Netkani materijal PVA/PP se stavi u rastvor srebro-amonijaka i zagrijava na 60°C tokom 1 sata kako bi se in situ formirale Ag nanočestice na površini tkanine, zatim se tri puta ispere vodom i suši na 60°C tokom 0,5 sati kako bi se dobila kompozitna tkanina Ag/PVA/PP.
Nakon preliminarnih eksperimenata, u laboratoriji smo izgradili opremu za proizvodnju kompozitnih tkanina velikih razmjera, tipa "roll-to-roll". Valjci su napravljeni od PTFE materijala kako bi se izbjegle neželjene reakcije i kontaminacija. Tokom ovog procesa, vrijeme impregnacije i količina adsorbovanog rastvora mogu se kontrolisati podešavanjem brzine valjaka i udaljenosti između valjaka kako bi se dobila željena kompozitna tkanina od Ag/PVA/PP materijala.
Morfologija površine tkiva proučavana je korištenjem VEGA3 skenirajućeg elektronskog mikroskopa (SEM; Japan Electronics, Japan) pri ubrzavajućem naponu od 5 kV. Kristalna struktura srebrnih nanočestica analizirana je rendgenskom difrakcijom (XRD; Bruker, D8 Advanced, Njemačka; Cu Kα zračenje, λ = 0,15418 nm; napon: 40 kV, struja: 40 mA) u rasponu od 10–80°. 2θ. Za analizu hemijskih karakteristika površinski modificirane polipropilenske tkanine korišten je infracrveni spektrometar s Fourierovom transformacijom (ATR-FTIR; Nicolet 170sx, Thermo Fisher Scientific Incorporation). Sadržaj PVA modifikatora u kompozitnim tkaninama Ag/PVA/PP mjeren je termogravimetrijskom analizom (TGA; Mettler Toledo, Švicarska) pod strujom dušika. Za određivanje sadržaja srebra u kompozitnim tkaninama Ag/PVA/PP korištena je masena spektrometrija s induktivno spregnutom plazmom (ICP-MS, ELAN DRC II, Perkin-Elmer (Hong Kong) Co., Ltd.).
Propusnost zraka i brzina prenosa vodene pare kompozitne tkanine Ag/PVA/PP (specifikacija: 78×50cm2) izmjerila je nezavisna agencija za testiranje (Tianfangbiao Standardization Certification and Testing Co., Ltd.) u skladu sa GB/T. 5453-1997 i GB/T 12704.2-2009. Za svaki uzorak odabrano je deset različitih tačaka za testiranje, a podaci koje je dostavila agencija predstavljaju prosjek deset tačaka.
Antibakterijska aktivnost Ag/PVA/PP kompozitne tkanine mjerena je u skladu s kineskim standardima GB/T 20944.1-2007 i GB/T 20944.3- korištenjem metode difuzije na agar ploči (kvalitativna analiza) i metode protresanja u tikvici (kvantitativna analiza) 2008. godine. Antibakterijska aktivnost Ag/PVA/PP kompozitne tkanine protiv Escherichia coli određena je pri različitim vremenima pranja. Za metodu difuzije na agar ploči, testna Ag/PVA/PP kompozitna tkanina se utiskuje u disk (prečnika: 8 mm) pomoću bušilice i pričvršćuje na agar Petrijevu zdjelicu inokuliranu sa Escherichia coli (ATCC 25922). ; 3,4 × 108 CFU ml-1) a zatim inkubira na 37°C i 56% relativne vlažnosti tokom približno 24 sata. Zona inhibicije analizirana je vertikalno od središta diska do unutrašnjeg oboda okolnih kolonija. Korištenjem metode protresanja u erlenmajerici, pripremljena je ravna ploča dimenzija 2 × 2 cm2 od testirane Ag/PVA/PP kompozitne tkanine i autoklavirana u bujonu na 121°C i 0,1 MPa tokom 30 minuta. Nakon autoklaviranja, uzorak je uronjen u Erlenmeyerovu tikvicu od 5 mL koja sadrži 70 mL rastvora bujona za kulturu (koncentracija suspenzije 1 × 105–4 × 105 CFU/mL), a zatim inkubiran na oscilirajućoj temperaturi od 150 °C o/min i 25°C tokom 18 sati. Nakon protresanja, sakupiti određenu količinu bakterijske suspenzije i razrijediti je deset puta. Sakupiti potrebnu količinu razrijeđene bakterijske suspenzije, rasporediti je po agar-agar podlozi i kultivirati na 37°C i 56% relativne vlažnosti tokom 24 sata. Formula za izračunavanje antibakterijske efikasnosti je: \(\frac{\mathrm{C}-\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\), gdje su C i A broj kolonija nakon 24 sata, respektivno. Kultivirano u kontrolnoj grupi i kompozitnom tkivu Ag/PVA/PP.
Trajnost Ag/PVA/PP kompozitnih tkanina procijenjena je pranjem prema ISO 105-C10:2006.1A. Tokom pranja, testna Ag/PVA/PP kompozitna tkanina (30x40mm2) uronjena je u vodeni rastvor koji sadrži komercijalni deterdžent (5,0 g/L) i oprana je brzinom od 40±2 o/min i 40±5 o/min pri velikoj brzini, °C, u ciklusima od 10, 20, 30, 40 i 50. Nakon pranja, tkanina se ispire tri puta vodom i suši na temperaturi od 50-60°C tokom 30 minuta. Promjena sadržaja srebra nakon pranja mjerena je kako bi se odredio stepen antibakterijske aktivnosti.
Slika 1 prikazuje shematski dijagram izrade Ag/PVA/PP kompozitne tkanine. To jest, PP netkani materijal je uronjen u miješani rastvor PVA i glukoze. PP-impregnirani netkani materijal se suši kako bi se fiksirali modifikator i redukcijsko sredstvo te formirao zaptivni sloj. Osušeni polipropilenski netkani materijal se uranja u rastvor srebro-amonijaka kako bi se srebrne nanočestice taložile in situ. Koncentracija modifikatora, molarni odnos glukoze i srebro-amonijaka, koncentracija srebro-amonijaka i temperatura reakcije utiču na taloženje Ag NP. Slika 2a prikazuje zavisnost kontaktnog ugla vode Ag/PVA/PP tkanine od koncentracije modifikatora. Kada se koncentracija modifikatora poveća sa 0,5 težinskih% na 1,0 težinskih%, kontaktni ugao Ag/PVA/PP tkanine značajno se smanjuje; kada se koncentracija modifikatora poveća sa 1,0 težinskih% na 2,0 težinskih%, praktično se ne mijenja. Slika 2b prikazuje SEM snimke čistih PP vlakana i Ag/PVA/PP tkanina pripremljenih pri koncentraciji srebro-amonijaka od 50 mM i različitim molarnim omjerima glukoze i srebro-amonijaka (1:1, 3:1, 5:1 i 9:1). Dobivena PP vlakna su relativno glatka. Nakon enkapsulacije PVA filmom, neka vlakna su slijepljena; Zbog taloženja srebrnih nanočestica, vlakna postaju relativno hrapava. Kako se molarni omjer redukcijskog sredstva i glukoze povećava, naneseni sloj Ag NP postepeno se zadebljava, a kako se molarni omjer povećava na 5:1 i 9:1, Ag NP imaju tendenciju formiranja agregata. Makroskopske i mikroskopske slike PP vlakana postaju ujednačenije, posebno kada je molarni omjer redukcijskog sredstva i glukoze 5:1. Digitalne fotografije odgovarajućih uzoraka dobivenih pri koncentraciji srebro-amonijaka od 50 mM prikazane su na slici S1.
Promjene u kontaktnom uglu vode Ag/PVA/PP tkanine pri različitim koncentracijama PVA (a), SEM slike Ag/PVA/PP tkanine dobijene pri koncentraciji srebro-amonijaka od 50 mM i različitim molarnim omjerima glukoze i srebro-amonijaka [(b))); (1) PP vlakno, (2) PVA/PP vlakno, (3) molarni omjer 1:1, (4) molarni omjer 3:1, (5) molarni omjer 5:1, (6) molarni omjer 9:1], rendgenski difrakcijski uzorak (c) i SEM slika (d) Ag/PVA/PP tkanine dobijene pri koncentracijama srebro-amonijaka: (1) 5 mM, (2) 10 mM, (3) 30 mM, (4) 50 mM, (5) 90 mM i (6) Ag/PP-30 mM. Temperatura reakcije je 60°C.
Na Sl. 2c prikazan je rendgenski difraktogram rezultirajuće Ag/PVA/PP tkanine. Pored difrakcijskog vrha PP vlakna 37, četiri difrakcijska vrha na 2θ = ∼ 37,8°, 44,2°, 64,1° i 77,3° odgovaraju (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0), kristalnoj ravni (3 1 1) kubičnih plošno centriranih srebrnih nanočestica. Kako se koncentracija srebro-amonijaka povećava od 5 do 90 mM, rendgenski difraktogrami Ag postaju oštriji, što je u skladu s naknadnim povećanjem kristalnosti. Prema Scherrerovoj formuli, veličine zrna Ag nanočestica pripremljenih sa 10 mM, 30 mM i 50 mM srebro-amonijaka izračunate su na 21,3 nm, 23,3 nm i 26,5 nm, respektivno. To je zato što je koncentracija srebro-amonijaka pokretačka snaga iza reakcije redukcije za formiranje metalnog srebra. S povećanjem koncentracije srebro-amonijaka, brzina nukleacije i rasta Ag NP se povećava. Slika 2d prikazuje SEM slike Ag/PVA/PP tkanina dobijenih pri različitim koncentracijama Ag amonijaka. Pri koncentraciji srebro-amonijaka od 30 mM, deponovani sloj Ag NP je relativno homogen. Međutim, kada je koncentracija srebro-amonijaka previsoka, ujednačenost sloja taloženja Ag NP ima tendenciju smanjenja, što može biti posljedica jake aglomeracije u sloju taloženja Ag NP. Osim toga, nanočestice srebra na površini imaju dva oblika: sferni i ljuskavi. Veličina sfernih čestica je približno 20–80 nm, a lamelarna lateralna veličina je približno 100–300 nm (Slika S2). Sloj taloženja Ag nanočestica na površini nemodificirane PP tkanine je neravnomjeran. Osim toga, povećanje temperature potiče redukciju Ag NP (Slika S3), ali previsoka temperatura reakcije ne potiče selektivno taloženje Ag NP.
Slika 3a shematski prikazuje odnos između koncentracije srebro-amonijaka, količine istaloženog srebra i antibakterijske aktivnosti pripremljene Ag/PVA/PP tkanine. Slika 3b prikazuje antibakterijske obrasce uzoraka pri različitim koncentracijama srebro-amonijaka, što može direktno odražavati antibakterijski status uzoraka. Kada se koncentracija srebro-amonijaka povećala sa 5 mM na 90 mM, količina taloženog srebra povećala se sa 13,67 g/kg na 481,81 g/kg. Osim toga, kako se količina taloženog srebra povećava, antibakterijska aktivnost protiv E. coli se u početku povećava, a zatim ostaje na visokom nivou. Konkretno, kada je koncentracija srebro-amonijaka 30 mM, količina taloženog srebra u rezultirajućoj Ag/PVA/PP tkanini iznosi 67,62 g/kg, a antibakterijska stopa je 99,99%, te je ovaj uzorak odabran kao reprezentativan za naknadnu strukturnu karakterizaciju.
(a) Odnos između nivoa antibakterijske aktivnosti i količine nanesenog sloja srebra i koncentracije srebro-amonijaka; (b) Fotografije ploča za bakterijske kulture snimljene digitalnim fotoaparatom koje prikazuju slijepe uzorke i uzorke pripremljene korištenjem 5 mM, 10 mM, 30 mM, 50 mM i 90 mM srebro-amonijaka. Antibakterijska aktivnost Ag/PVA/PP tkanine protiv Escherichia coli
Slika 4a prikazuje FTIR/ATR spektre PP, PVA/PP, Ag/PP i Ag/PVA/PP. Apsorpcijske trake čistog PP vlakna na 2950 cm-1 i 2916 cm-1 posljedica su asimetrične vibracije istezanja –CH3 i –CH2- grupa, a na 2867 cm-1 i 2837 cm-1 posljedica su simetrične vibracije istezanja –CH3 i –CH2 grupa –. –CH3 i –CH2–. Apsorpcijske trake na 1375 cm–1 i 1456 cm–1 pripisuju se asimetričnim i simetričnim vibracijama pomaka –CH338.39. FTIR spektar Ag/PP vlakna sličan je spektru PP vlakana. Pored apsorpcijske trake PP, novi apsorpcijski vrh na 3360 cm-1 PVA/PP i Ag/PVA/PP tkanina pripisuje se istezanju vodikove veze –OH grupe. Ovo pokazuje da se PVA uspješno nanosi na površinu polipropilenskih vlakana. Osim toga, vrh apsorpcije hidroksila kod Ag/PVA/PP tkanine je nešto slabiji nego kod PVA/PP tkanine, što može biti posljedica koordinacije nekih hidroksilnih grupa sa srebrom.
FT-IR spektar (a), TGA krivulja (b) i XPS mjerni spektar (c) čistog PP, PVA/PP tkanine i Ag/PVA/PP tkanine, te C 1s spektar čistog PP (d), PVA/PP PP tkanine (e) i Ag 3d vrha (f) Ag/PVA/PP tkanine.
Na Sl. 4c prikazani su XPS spektri PP, PVA/PP i Ag/PVA/PP tkanina. Slab O 1s signal čistog polipropilenskog vlakna može se pripisati elementu kisika adsorbiranom na površini; C 1s vrh na 284,6 eV pripisuje se CH i CC (vidi Sliku 4d). U poređenju sa čistim PP vlaknima, PVA/PP tkanina (Sl. 4e) pokazuje visoke performanse na 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) i 288,5 eV (H–C=O)38. Osim toga, O 1s spektar PVA/PP tkanine može se aproksimirati s dva vrha na 532,3 eV i 533,2 eV41 (slika S4), pri čemu ovi C 1s vrhovi odgovaraju C–OH i H–C=O (hidroksilne grupe PVA i aldehidno-glukozna grupa), što je u skladu s FTIR podacima. Ag/PVA/PP netkana tkanina zadržava O 1s spektar C-OH (532,3 eV) i HC=O (533,2 eV) (slika S5), koji se sastoji od 65,81% (atomski postotak) C, 22,89% O i 11,31% Ag (slika S4). Posebno, vrhovi Ag 3d5/2 i Ag 3d3/2 na 368,2 eV i 374,2 eV (Sl. 4f) dodatno dokazuju da su Ag NP dopirane na površini PVA/PP42 netkanog materijala.
TGA krivulje (Sl. 4b) čistog PP, Ag/PP tkanine i Ag/PVA/PP tkanine pokazuju da prolaze kroz slične procese termičke razgradnje, a taloženje Ag NP dovodi do blagog povećanja temperature termičke razgradnje PP vlakana (sa 480 °C (PP vlakna) na 495 °C), moguće zbog formiranja Ag barijere43. Istovremeno, preostale količine čistih uzoraka PP, Ag/PP, Ag/PVA/PP, Ag/PVA/PP-W50 i Ag/PP-W50 nakon zagrijavanja na 800 °C bile su 1,32%, 16,26% i 13,86%, respektivno 9,88% i 2,12% (sufiks W50 ovdje se odnosi na 50 ciklusa pranja). Ostatak čistog PP pripisuje se nečistoćama, a ostatak preostalih uzoraka Ag NP, te bi razlika u preostaloj količini uzoraka napunjenih srebrom trebala biti posljedica različitih količina srebrnih nanočestica nanesenih na njih. Osim toga, nakon 50 pranja Ag/PP tkanine, preostali sadržaj srebra smanjen je za 94,65%, a preostali sadržaj srebra u Ag/PVA/PP tkanini smanjen je za oko 31,74%. Ovo pokazuje da PVA enkapsulirajući premaz može efikasno poboljšati prianjanje AgNP na PP matricu.
Za procjenu udobnosti nošenja, izmjerene su propusnost zraka i brzina prijenosa vodene pare pripremljene polipropilenske tkanine. Općenito govoreći, prozračnost je povezana s toplinskom udobnošću korisnika, posebno u vrućim i vlažnim okruženjima44. Kao što je prikazano na slici 5a, propusnost zraka čistog PP-a iznosi 2050 mm/s, a nakon modifikacije PVA-a smanjuje se na 856 mm/s. To je zato što PVA film formiran na površini PP vlakana i tkanog dijela pomaže u smanjenju praznina između vlakana. Nakon nanošenja Ag NP-a, propusnost zraka PP tkanine se povećava zbog potrošnje PVA premaza pri nanošenju Ag NP-a. Osim toga, prozračnost Ag/PVA/PP tkanina ima tendenciju smanjenja kako se koncentracija srebro-amonijaka povećava od 10 do 50 mmol. To može biti zbog činjenice da se debljina sloja srebra povećava s povećanjem koncentracije srebro-amonijaka, što pomaže u smanjenju broja pora i vjerojatnosti prolaska vodene pare kroz njih.
(a) Propusnost zraka Ag/PVA/PP tkanina pripremljenih s različitim koncentracijama srebro-amonijaka; (b) Propusnost vodene pare Ag/PVA/PP tkanina pripremljenih s različitim koncentracijama srebro-amonijaka; (c) Različiti modifikatori Zatezna krivulja Ag Fabric/PVA/PP dobivena pri različitim koncentracijama; (d) Zatezna krivulja Ag/PVA/PP tkanine dobivene pri različitim koncentracijama srebro-amonijaka (prikazana je i Ag/PVA/PP tkanina dobivena pri koncentraciji srebro-amonijaka od 30 mM) (Uporedite zatezne krivulje PP tkanina nakon 40 ciklusa pranja).
Brzina prenosa vodene pare je još jedan važan pokazatelj termičke udobnosti tkanine45. Ispostavilo se da na propusnost vlage tkanina uglavnom utiču prozračnost i površinska svojstva. To jest, propusnost zraka uglavnom zavisi od broja pora; površinska svojstva utiču na propusnost vlage hidrofilnih grupa putem adsorpcije-difuzije-desorpcije molekula vode. Kao što je prikazano na slici 5b, propusnost vlage čistog PP vlakna je 4810 g/(m2·24h). Nakon zatvaranja PVA premazom, broj rupa u PP vlaknu se smanjuje, ali propusnost vlage PVA/PP tkanine se povećava na 5070 g/(m2·24h), budući da je njena propusnost vlage uglavnom određena površinskim svojstvima, a ne porama. Nakon taloženja AgNP-a, propusnost vlage Ag/PVA/PP tkanine se dodatno povećala. Konkretno, maksimalna propusnost vlage Ag/PVA/PP tkanine dobijena pri koncentraciji srebro-amonijaka od 30 mM iznosi 10300 g/(m2·24h). Istovremeno, različita propusnost vlage Ag/PVA/PP tkanina dobijenih pri različitim koncentracijama srebro-amonijaka može biti povezana s razlikama u debljini sloja nanesenog srebra i broju njegovih pora.
Mehanička svojstva tkanina snažno utječu na njihov vijek trajanja, posebno kao reciklabilnih materijala46. Slika 5c prikazuje krivulju zateznog napona Ag/PVA/PP tkanine. Zatezna čvrstoća čistog PP-a iznosi samo 2,23 MPa, dok je zatezna čvrstoća 1 tež.% PVA/PP tkanine značajno povećana na 4,56 MPa, što ukazuje na to da enkapsulacija PVA PP tkanine pomaže u značajnom poboljšanju njenih mehaničkih svojstava. Zatezna čvrstoća i izduženje pri prekidu PVA/PP tkanine povećavaju se s povećanjem koncentracije PVA modifikatora jer PVA film može prekinuti napon i ojačati PP vlakna. Međutim, kada se koncentracija modifikatora poveća na 1,5 tež.%, ljepljivi PVA čini polipropilensku tkaninu krutom, što ozbiljno utječe na udobnost nošenja.
U poređenju sa čistim PP i PVA/PP tkaninama, zatezna čvrstoća i izduženje pri prekidu Ag/PVA/PP tkanina su dodatno poboljšani jer Ag nanočestice ravnomjerno raspoređene na površini PP vlakana mogu rasporediti opterećenje47,48. Može se vidjeti da je zatezna čvrstoća Ag/PP vlakana veća od one kod čistog PP-a, dostižući 3,36 MPa (slika 5d), što potvrđuje snažan i ojačavajući učinak Ag NP. Konkretno, Ag/PVA/PP tkanina proizvedena pri koncentraciji srebro-amonijaka od 30 mM (umjesto 50 mM) pokazuje maksimalnu zateznu čvrstoću i izduženje pri prekidu, što je i dalje posljedica ravnomjernog taloženja Ag NP, kao i ravnomjernog taloženja. Agregacija srebro-amonijaka u uslovima visoke koncentracije srebro-amonijaka. Osim toga, nakon 40 ciklusa pranja, zatezna čvrstoća i prekidno izduženje Ag/PVA/PP tkanine pripremljene pri koncentraciji srebro-amonijaka od 30 mM smanjili su se za 32,7% odnosno 26,8% (slika 5d), što može biti povezano s malim gubitkom srebrnih nanočestica deponovanih nakon toga.
Slike 6a i b prikazuju fotografije Ag/PVA/PP tkanine i Ag/PP tkanine snimljene digitalnim fotoaparatom nakon pranja tokom 0, 10, 20, 30, 40 i 50 ciklusa pri koncentraciji srebro-amonijaka od 30 mM. Tamnosiva Ag/PVA/PP tkanina i Ag/PP tkanina postepeno postaju svijetlosiva nakon pranja; a promjena boje prve tokom pranja ne čini se tako ozbiljnom kao kod druge. Osim toga, u poređenju sa Ag/PP tkaninom, sadržaj srebra u Ag/PVA/PP tkanini se relativno sporo smanjivao nakon pranja; nakon 20 ili više pranja, prva je zadržala veći sadržaj srebra od druge (slika 6c). Ovo ukazuje na to da inkapsulacija PP vlakana PVA premazom može značajno poboljšati prianjanje Ag NP na PP vlakna. Slika 6d prikazuje SEM snimke Ag/PVA/PP tkanine i Ag/PP tkanine nakon pranja tokom 10, 40 i 50 ciklusa. Ag/PVA/PP tkanine imaju manji gubitak Ag NP tokom pranja u odnosu na Ag/PP tkanine, opet zato što PVA enkapsulirajući premaz pomaže u poboljšanju prianjanja Ag NP na PP vlakna.
(a) Fotografije Ag/PP tkanine snimljene digitalnim fotoaparatom (snimljene pri koncentraciji srebro-amonijaka od 30 mM) nakon ciklusa pranja 0, 10, 20, 30, 40 i 50 (1-6); (b) Ag/PVA/PP fotografije tkanina snimljene digitalnim fotoaparatom (snimljene pri koncentraciji srebro-amonijaka od 30 mM) nakon ciklusa pranja 0, 10, 20, 30, 40 i 50 (1-6); (c) Promjene u sadržaju srebra u dvije tkanine tokom ciklusa pranja; (d) SEM slike Ag/PVA/PP tkanine (1-3) i Ag/PP tkanine (4-6) nakon 10, 40 i 50 ciklusa pranja.
Slika 7 prikazuje antibakterijsku aktivnost i fotografije snimljene digitalnim fotoaparatom Ag/PVA/PP tkanina protiv E. coli nakon 10, 20, 30 i 40 ciklusa pranja. Nakon 10 i 20 pranja, antibakterijska učinkovitost Ag/PVA/PP tkanina ostala je na 99,99% i 99,93%, što pokazuje izvrsnu antibakterijsku aktivnost. Antibakterijski nivo Ag/PVA/PP tkanine neznatno se smanjio nakon 30 i 40 pranja, što je bilo zbog gubitka AgNP-a nakon dugotrajnog pranja. Međutim, antibakterijska stopa Ag/PP tkanine nakon 40 pranja iznosi samo 80,16%. Očigledno je da je antibakterijski učinak Ag/PP tkanine nakon 40 ciklusa pranja mnogo manji od učinka Ag/PVA/PP tkanine.
(a) Nivo antibakterijske aktivnosti protiv E. coli. (b) Radi poređenja, prikazane su i fotografije Ag/PVA/PP tkanine snimljene digitalnim fotoaparatom nakon pranja Ag/PP tkanine pri koncentraciji srebro-amonijaka od 30 mM tokom 10, 20, 30, 40 i 40 ciklusa.
Na Sl. 8 shematski je prikazana izrada Ag/PVA/PP tkanine velikih razmjera korištenjem dvostepenog postupka od rolne do rolne. To jest, rastvor PVA/glukoze je natopljen u okviru rolne određeni vremenski period, zatim izvađen i impregniran rastvorom srebro-amonijaka na isti način da bi se dobila Ag/PVA/PP tkanina. (Sl. 8a). Dobivena Ag/PVA/PP tkanina i dalje zadržava odličnu antibakterijsku aktivnost čak i ako se ostavi 1 godinu. Za pripremu Ag/PVA/PP tkanina velikih razmjera, dobijeni PP netkani tekstili su impregnirani u kontinuiranom procesu valjanja, a zatim su sekvencijalno propušteni kroz rastvor PVA/glukoze i rastvor srebro-amonijaka i obrađeni na dva načina. Priloženi video snimci. Vrijeme impregnacije se kontroliše podešavanjem brzine valjka, a količina adsorbovanog rastvora se kontroliše podešavanjem udaljenosti između valjaka (Sl. 8b), čime se dobija ciljani Ag/PVA/PP netkani tekstil velikih dimenzija (50 cm × 80 cm). ) i valjak za sakupljanje. Cijeli proces je jednostavan i efikasan, što pogoduje proizvodnji velikih razmjera.
Shematski dijagram proizvodnje velikih ciljnih proizvoda (a) i shematski dijagram procesa valjanja za proizvodnju Ag/PVA/PP netkanih materijala (b).
Netkani PVA/PP materijali koji sadrže srebro proizvode se korištenjem jednostavne tehnologije taloženja u tečnoj fazi in situ u kombinaciji s postupkom "roll-to-roll". U poređenju s PP tkaninom i PVA/PP tkaninom, mehanička svojstva pripremljenog Ag/PVA/PP netkanog materijala su značajno poboljšana jer PVA zaptivni sloj može značajno poboljšati prianjanje Ag NP na PP vlakna. Osim toga, količina PVA i sadržaj srebrnih NP u netkanom materijalu Ag/PVA/PP mogu se dobro kontrolirati podešavanjem koncentracija rastvora PVA/glukoze i rastvora srebro-amonijaka. Konkretno, Ag/PVA/PP netkani materijal pripremljen korištenjem 30 mM rastvora srebro-amonijaka pokazao je najbolja mehanička svojstva i zadržao odličnu antibakterijsku aktivnost protiv E. coli čak i nakon 40 ciklusa pranja, pokazujući dobar potencijal protiv obraštanja. PP netkani materijal. U poređenju s drugim podacima iz literature, tkanine koje smo dobili korištenjem jednostavnijih metoda pokazale su bolju otpornost na pranje. Osim toga, rezultirajući Ag/PVA/PP netkani materijal ima idealnu propusnost vlage i udobnost nošenja, što može olakšati njegovu primjenu u industrijskim primjenama.
Uključite sve podatke dobijene ili analizirane tokom ove studije (i njihove prateće datoteke).
Russell, SM i dr. Biosenzori za borbu protiv citokinske oluje COVID-19: izazovi koji predstoje. ACS Sens. 5, 1506–1513 (2020).
Zaeem S, Chong JH, Shankaranayanan V i Harkey A. COVID-19 i multiorganski odgovori. trenutno. pitanje. srce. 45, 100618 (2020).
Zhang R, et al. Procjene broja slučajeva koronavirusa u Kini u 2019. godini prilagođene su prema stadiju i endemskim regijama. front. medicine. 14, 199–209 (2020).
Gao J. i dr. Fleksibilni, superhidrofobni i visoko provodljivi netkani kompozitni materijal od polipropilena za zaštitu od elektromagnetnih smetnji. Chemical engineer. J. 364, 493–502 (2019).
Raihan M. i dr. Razvoj multifunkcionalnih poliakrilonitril/srebro nanokompozitnih filmova: antibakterijska aktivnost, katalitička aktivnost, provodljivost, UV zaštita i aktivni SERS senzori. J. Matt. resource. technologies. 9, 9380–9394 (2020).
Dawadi S, Katuwal S, Gupta A, Lamichane U i Parajuli N. Trenutna istraživanja srebrnih nanočestica: sinteza, karakterizacija i primjena. J. Nanomaterials. 2021, 6687290 (2021).
Deng Da, Chen Zhi, Hu Yong, Ma Jian, Tong YDN Jednostavan postupak za pripremu provodljive tinte na bazi srebra i njeno nanošenje na frekvencijski selektivne površine. Nanotehnologija 31, 105705–105705 (2019).
Hao, Y. i dr. Hiperrazgranati polimeri omogućavaju upotrebu srebrnih nanočestica kao stabilizatora za inkjet štampanje fleksibilnih kola. R. Shuker. Chemical. 43, 2797–2803 (2019).
Keller P i Kawasaki HJML Provodljive mreže lisnih vena proizvedene samosastavljanjem srebrnih nanočestica za potencijalne primjene u fleksibilnim senzorima. Matt. Wright. 284, 128937.1-128937.4 (2020).
Li, J. i dr. Nanosfere i nizovi silicijevog dioksida ukrašeni nanočesticama srebra kao potencijalni supstrati za površinski pojačano Ramanovo raspršenje. ASU Omega 6, 32879–32887 (2021).
Liu, X. i dr. Veliki senzor Ramanovog raspršenja s fleksibilnom površinom (SERS) s visokom stabilnošću i ujednačenošću signala. ACS Application Matt. Interfaces 12, 45332–45341 (2020).
Sandeep, KG i dr. Hijerarhijska heterostruktura fulerenskih nanoštapića ukrašenih srebrnim nanočesticama (Ag-FNR) služi kao efikasna SERS podloga nezavisna od pojedinačnih čestica. fizika. Hemijska. Hemijska. fizika. 27, 18873–18878 (2018).
Emam, HE i Ahmed, HB Komparativna studija homometalnih i heterometalnih nanostruktura na bazi agara tokom degradacije katalizirane bojom. Međunarodnost. J. Biol. Velike molekule. 138, 450–461 (2019).
Emam, HE, Mikhail, MM, El-Sherbiny, S., Nagy, KS i Ahmed, HB Nanokataliza zavisna od metala za smanjenje aromatičnih zagađivača. Srijeda. nauka. zagađivati. resurs. međunarodnost. 27, 6459–6475 (2020).
Ahmed HB i Emam HE Nanostrukture s trostrukim jezgrom i ljuskom (Ag-Au-Pd) uzgojene iz sjemena na sobnoj temperaturi za potencijalno pročišćavanje vode. polimer. test. 89, 106720 (2020).
Vrijeme objave: 26. novembar 2023.