Děkujeme za návštěvu webu Nature.com. Verze prohlížeče, kterou používáte, má omezenou podporu CSS. Pro dosažení nejlepších výsledků doporučujeme používat novější verzi prohlížeče (nebo vypnout režim kompatibility v prohlížeči Internet Explorer). Prozatím, abychom zajistili průběžnou podporu, zobrazujeme web bez stylů a JavaScriptu.
Dnes jsou funkční tkaniny s antibakteriálními vlastnostmi populárnější. Nákladově efektivní výroba funkčních tkanin s trvanlivým a konzistentním výkonem však zůstává výzvou. K modifikaci netkané textilie z polypropylenu (PP) byl použit polyvinylalkohol (PVA) a poté byly in situ naneseny nanočástice stříbra (AgNP), čímž se vytvořila tkanina z PVA/PP (označovaná jako AgNP) modifikovaného AgNP a naplněného AgNP. Zapouzdření PP vláken pomocí PVA povlaku pomáhá výrazně zlepšit adhezi naplněných Ag NP k PP vláknům a netkané textilie Ag/PVA/PP vykazují výrazně zlepšené mechanické vlastnosti a odolnost vůči Escherichia coli (označované jako E. coli). Obecně platí, že netkaná textilie Ag/PVA/PP vyrobená při koncentraci stříbra a amoniaku 30 mM má lepší mechanické vlastnosti a míra antibakteriální ochrany proti E. coli dosahuje 99,99 %. Tkanina si i po 40 praních zachovává vynikající antibakteriální aktivitu a má potenciál pro opakované použití. Kromě toho má netkaná textilie Ag/PVA/PP široké uplatnění v průmyslu díky své dobré propustnosti vzduchu a vlhkosti. Kromě toho jsme také vyvinuli technologii roll-to-roll a provedli předběžný průzkum, abychom otestovali proveditelnost této metody.
S prohlubující se ekonomickou globalizací značně zvýšily rozsáhlé pohyby obyvatelstva možnost přenosu viru, což dobře vysvětluje, proč má nový koronavirus tak silnou schopnost šířit se po celém světě a je obtížné mu předcházet1,2,3. V tomto smyslu existuje naléhavá potřeba vyvinout nové antibakteriální materiály, jako jsou netkané textilie z polypropylenu (PP), jako ochranné lékařské materiály. Netkaná textilie z polypropylenu má výhody nízké hustoty, chemické inertnosti a nízkých nákladů4, ale nemá antibakteriální schopnosti, krátkou životnost a nízkou ochrannou účinnost. Proto je velmi důležité dodat netkaným materiálům z PP antibakteriální vlastnosti.
Jakožto starověké antibakteriální činidlo prošlo stříbro pěti fázemi vývoje: koloidní roztok stříbra, sulfadiazin stříbra, sůl stříbra, proteinové stříbro a nanostříbro. Nanočástice stříbra se stále častěji používají v oblastech, jako je medicína5,6, vodivost7,8,9, povrchově zesílený Ramanův rozptyl10,11,12, katalytická degradace barviv13,14,15,16 atd. Zejména nanočástice stříbra (AgNP) mají oproti tradičním antimikrobiálním činidlům, jako jsou kovové soli, kvartérní amoniové sloučeniny a triclosan, výhody díky své požadované bakteriální rezistenci, stabilitě, nízkým nákladům a environmentální přijatelnosti17,18,19. Kromě toho lze nanočástice stříbra s velkým specifickým povrchem a vysokou antibakteriální aktivitou připojit k vlněným tkaninám20, bavlněným tkaninám21,22, polyesterovým tkaninám a dalším tkaninám, čímž se dosáhne řízeného, prodlouženého uvolňování antibakteriálních částic stříbra23,24. To znamená, že zapouzdřením AgNP je možné vytvářet PP tkaniny s antibakteriální aktivitou. PP netkané textilie však postrádají funkční skupiny a mají nízkou polaritu, což nevede k zapouzdření AgNP. Aby se tento nedostatek překonal, někteří vědci se pokusili nanést nanočástice Ag na povrch PP tkanin pomocí různých modifikačních metod, včetně plazmového stříkání26,27, radiačního roubování28,29,30,31 a povrchového povlakování32. Například Goli a kol. [33] zavedli proteinový povlak na povrch PP netkané textilie, přičemž aminokyseliny na okraji proteinové vrstvy mohou sloužit jako kotevní body pro vazbu AgNP, čímž se dosáhne dobrých antibakteriálních vlastností. Li a spolupracovníci34 zjistili, že N-isopropylakrylamid a N-(3-aminopropyl)methakrylamid hydrochlorid naroubované pomocí ultrafialového (UV) leptání vykazují silnou antimikrobiální aktivitu, ačkoli proces UV leptání je složitý a může degradovat mechanické vlastnosti vláken. . Oliani a kol. připravili gelové filmy Ag NPs-PP s vynikající antibakteriální aktivitou předběžnou úpravou čistého PP gama zářením; jejich metoda však byla také složitá. Efektivní a snadná výroba recyklovatelných polypropylenových netkaných textilií s požadovanou antimikrobiální aktivitou tedy zůstává výzvou.
V této studii byl k modifikaci polypropylenových tkanin použit polyvinylalkohol, ekologický a levný membránový materiál s dobrou schopností tvorby filmu, vysokou hydrofilností a vynikající fyzikální a chemickou stabilitou. Jako redukční činidlo byla použita glukóza36. Zvýšení povrchové energie modifikovaného PP podporuje selektivní depozici AgNP. Ve srovnání s čistou PP tkaninou vykazovala připravená tkanina Ag/PVA/PP dobrou recyklovatelnost, vynikající antibakteriální aktivitu proti E. coli, dobré mechanické vlastnosti i po 40 pracích cyklech a významnou prodyšnost, propustnost vlhkosti a pružnost.
Netkaná PP textilie o měrné hmotnosti 25 g/m2 a tloušťce 0,18 mm byla dodána společností Jiyuan Kang'an Sanitary Materials Co., Ltd. (Jiyuan, Čína) a nařezána na listy o rozměrech 5×5 cm2. Dusičnan stříbrný (99,8 %; AR) byl zakoupen od společnosti Xilong Scientific Co., Ltd. (Shantou, Čína). Glukóza byla zakoupena od společnosti Fuzhou Neptune Fuyao Pharmaceutical Co., Ltd. (Fuzhou, Čína). Polyvinylalkohol (průmyslové činidlo) byl zakoupen od společnosti Tianjin Sitong Chemical Factory (Tianjin, Čína). Jako rozpouštědlo nebo oplachovací prostředek byla použita deionizovaná voda, která byla připravena v naší laboratoři. Živný agar a bujón byly zakoupeny od společnosti Beijing Aoboxing Biotechnology Co., Ltd. (Peking, Čína). Kmen E. coli (ATCC 25922) byl zakoupen od společnosti Zhangzhou Bochuang Company (Zhangzhou, Čína).
Výsledná PP tkanina byla promyta ultrazvukem v ethanolu po dobu 15 minut. Výsledný PVA byl přidán do vody a zahříván na 95 °C po dobu 2 hodin za vzniku vodného roztoku. Poté byla glukóza rozpuštěna v 10 ml roztoku PVA s hmotnostním podílem 0,1 %, 0,5 %, 1,0 % a 1,5 %. Vyčištěná polypropylenová netkaná textilie byla ponořena do roztoku PVA/glukózy a zahřívána na 60 °C po dobu 1 hodiny. Po dokončení zahřívání byla netkaná textilie impregnovaná PP vyjmuta z roztoku PVA/glukózy a sušena při 60 °C po dobu 0,5 hodiny za vzniku PVA filmu na povrchu tkaniny, čímž byla získána kompozitní textilie PVA/PP.
Dusičnan stříbrný se rozpustí v 10 ml vody za stálého míchání při pokojové teplotě a po kapkách se přidává amoniak, dokud se roztok nezmění z čirého na hnědý a znovu čirý, čímž se získá roztok amoniaku stříbrného (5–90 mM). Netkaná textilie PVA/PP se umístí do roztoku amoniaku stříbrného a zahřívá se na 60 °C po dobu 1 hodiny, aby se in situ na povrchu textilie vytvořily nanočástice Ag, poté se třikrát opláchne vodou a suší se při 60 °C po dobu 0,5 hodiny, čímž se získá kompozitní textilie Ag/PVA/PP.
Po předběžných experimentech jsme v laboratoři sestrojili zařízení pro velkovýrobu kompozitních tkanin typu roll-to-roll. Válce jsou vyrobeny z PTFE, aby se zabránilo nežádoucím reakcím a kontaminaci. Během tohoto procesu lze dobu impregnace a množství adsorbovaného roztoku řídit nastavením rychlosti válců a vzdálenosti mezi válci, abychom dosáhli požadované kompozitní tkaniny Ag/PVA/PP.
Morfologie povrchu tkáně byla studována pomocí rastrovacího elektronového mikroskopu VEGA3 (SEM; Japan Electronics, Japonsko) při urychlovacím napětí 5 kV. Krystalová struktura nanočástic stříbra byla analyzována rentgenovou difrakcí (XRD; Bruker, D8 Advanced, Německo; záření Cu Kα, λ = 0,15418 nm; napětí: 40 kV, proud: 40 mA) v rozsahu 10–80°. 2θ. Pro analýzu chemických vlastností povrchově modifikované polypropylenové tkaniny byl použit infračervený spektrometr s Fourierovou transformací (ATR-FTIR; Nicolet 170sx, Thermo Fisher Scientific Incorporation). Obsah modifikátoru PVA v kompozitních tkaninách Ag/PVA/PP byl měřen termogravimetrickou analýzou (TGA; Mettler Toledo, Švýcarsko) pod proudem dusíku. Pro stanovení obsahu stříbra v kompozitních tkaninách Ag/PVA/PP byla použita hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP-MS, ELAN DRC II, Perkin-Elmer (Hong Kong) Co., Ltd.).
Propustnost vzduchu a rychlost přenosu vodní páry kompozitní tkaniny Ag/PVA/PP (specifikace: 78 × 50 cm2) byly měřeny nezávislou testovací agenturou (Tianfangbiao Standardization Certification and Testing Co., Ltd.) v souladu s normami GB/T. 5453-1997 a GB/T 12704.2-2009. Pro každý vzorek je vybráno deset různých bodů pro testování a data poskytnutá agenturou představují průměr z deseti bodů.
Antibakteriální aktivita kompozitní tkaniny Ag/PVA/PP byla měřena v souladu s čínskými normami GB/T 20944.1-2007 a GB/T 20944.3- za použití difuzní metody na agarové plotně (kvalitativní analýza) a metody třepací baňky (kvantitativní analýza) v roce 2008. Antibakteriální aktivita kompozitní tkaniny Ag/PVA/PP proti Escherichia coli byla stanovena při různých dobách praní. Pro difuzní metodu na agarové plotně se testovaná kompozitní tkanina Ag/PVA/PP vyrazí do disku (průměr: 8 mm) pomocí razníku a připevní se na agarovou Petriho misku inokulovanou Escherichia coli (ATCC 25922). (3,4 × 108 CFU ml-1) a poté se inkubuje při teplotě 37 °C a relativní vlhkosti 56 % po dobu přibližně 24 hodin. Zóna inhibice byla analyzována vertikálně od středu disku k vnitřnímu obvodu okolních kolonií. Metodou třepání v baňce byla z testované kompozitní tkaniny Ag/PVA/PP připravena plochá destička o rozměrech 2 × 2 cm2 a autoklávována v bujónovém prostředí při teplotě 121 °C a tlaku 0,1 MPa po dobu 30 minut. Po autoklávování byl vzorek ponořen do 5ml Erlenmeyerovy baňky obsahující 70 ml bujónového kultivačního roztoku (koncentrace suspenze 1 × 105–4 × 105 CFU/ml) a poté inkubován při oscilační teplotě 150 °C (ot/min) a 25 °C po dobu 18 hodin. Po protřepání bylo odebráno určité množství bakteriální suspenze a desetinásobně zředěno. Požadované množství zředěné bakteriální suspenze bylo odebráno, rozetřeno na agarovém médiu a kultivováno při teplotě 37 °C a relativní vlhkosti 56 % po dobu 24 hodin. Vzorec pro výpočet antibakteriální účinnosti je: \(\frac{\mathrm{C}-\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\), kde C a A jsou počet kolonií po 24 hodinách. Kultivováno v kontrolní skupině a kompozitní tkáni Ag/PVA/PP.
Trvanlivost kompozitních tkanin Ag/PVA/PP byla hodnocena praním dle normy ISO 105-C10:2006.1A. Během praní byla testovaná kompozitní tkanina Ag/PVA/PP (30x40mm2) ponořena do vodného roztoku obsahujícího komerční detergent (5,0g/l) a perena při 40±2 ot/min a 40±5 ot/min při vysoké rychlosti. °C, 10, 20, 30, 40 a 50 cyklů. Po praní byla tkanina třikrát opláchnuta vodou a sušena při teplotě 50-60 °C po dobu 30 minut. Pro stanovení stupně antibakteriální aktivity byla měřena změna obsahu stříbra po praní.
Obrázek 1 znázorňuje schematický diagram výroby kompozitní tkaniny Ag/PVA/PP. To znamená, že netkaná tkanina PP je ponořena do směsného roztoku PVA a glukózy. Netkaná tkanina impregnovaná PP se suší, aby se modifikátor a redukční činidlo fixovaly a vytvořily těsnicí vrstvu. Vysušená netkaná textilie z polypropylenu se ponoří do roztoku amoniaku stříbrného, aby se nanočástice stříbra usadily in situ. Důležitými faktory jsou koncentrace modifikátoru, molární poměr glukózy k amoniaku stříbrnému, koncentrace amoniaku stříbrného a reakční teplota. Obrázek 2a znázorňuje závislost kontaktního úhlu s vodou tkaniny Ag/PVA/PP na koncentraci modifikátoru. Když se koncentrace modifikátoru zvýší z 0,5 hmot.% na 1,0 hmot.%, kontaktní úhel tkaniny Ag/PVA/PP se výrazně sníží; když se koncentrace modifikátoru zvýší z 1,0 hmot.% na 2,0 hmot.%, prakticky se nemění. Obrázek 2b ukazuje SEM snímky čistých PP vláken a Ag/PVA/PP tkanin připravených při koncentraci amoniaku stříbrného 50 mM a různých molárních poměrech glukózy k amoniaku stříbrnému (1:1, 3:1, 5:1 a 9:1). Výsledné PP vlákno je relativně hladké. Po zapouzdření PVA fólií jsou některá vlákna slepena k sobě; V důsledku nanášení nanočástic stříbra se vlákna stávají relativně drsnými. S rostoucím molárním poměrem redukčního činidla ke glukóze se nanesená vrstva nanočástic stříbra postupně ztlušťuje a s rostoucím molárním poměrem na 5:1 a 9:1 mají nanočástice stříbra tendenci tvořit agregáty. Makroskopické a mikroskopické snímky PP vláken se stávají jednotnějšími, zejména když je molární poměr redukčního činidla ke glukóze 5:1. Digitální fotografie odpovídajících vzorků získaných při koncentraci amoniaku stříbrného 50 mM jsou znázorněny na obrázku S1.
Změny kontaktního úhlu s vodou tkaniny Ag/PVA/PP při různých koncentracích PVA (a), SEM snímky tkaniny Ag/PVA/PP získané při koncentraci amoniaku stříbrného 50 mM a různých molárních poměrech glukózy a amoniaku stříbrného [(b))); (1) PP vlákno, (2) PVA/PP vlákno, (3) molární poměr 1:1, (4) molární poměr 3:1, (5) molární poměr 5:1, (6) molární poměr 9:1], rentgenový difrakční obrazec (c) a SEM snímek (d) tkaniny Ag/PVA/PP získané při koncentracích amoniaku stříbrného: (1) 5 mM, (2) 10 mM, (3) 30 mM, (4) 50 mM, (5) 90 mM a (6) Ag/PP - 30 mM. Reakční teplota je 60 °C.
Na Obr. 2c je znázorněn rentgenový difrakční obrazec výsledné tkaniny Ag/PVA/PP. Kromě difrakčního píku PP vlákna 37 odpovídají čtyři difrakční píky při 2θ = ∼ 37,8°, 44,2°, 64,1° a 77,3° rovinám (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0) a krystalové rovině (3 1 1) kubických plošně centrovaných nanočástic stříbra. S rostoucí koncentrací amoniaku stříbrného z 5 na 90 mM se rentgenové difrakční obrazce Ag ostřejší, což odpovídá následnému zvýšení krystalinity. Podle Scherrerova vzorce byly velikosti zrn nanočástic stříbra připravených s 10 mM, 30 mM a 50 mM amoniakem stříbrným vypočítány na 21,3 nm, 23,3 nm a 26,5 nm. Je to proto, že koncentrace amoniaku stříbrného je hnací silou redukční reakce za vzniku kovového stříbra. Se zvyšující se koncentrací amoniaku stříbrného se zvyšuje rychlost nukleace a růstu nanočástic stříbra (Ag NP). Obrázek 2d ukazuje SEM snímky tkanin Ag/PVA/PP získaných při různých koncentracích amoniaku stříbrného. Při koncentraci amoniaku stříbrného 30 mM je nanesená vrstva nanočástic stříbra relativně homogenní. Pokud je však koncentrace amoniaku stříbrného příliš vysoká, má rovnoměrnost nanesené vrstvy nanočástic stříbra tendenci se snižovat, což může být způsobeno silnou aglomerací v nanesené vrstvě nanočástic stříbra. Kromě toho mají nanočástice stříbra na povrchu dva tvary: kulovitý a šupinatý. Velikost kulovitých částic je přibližně 20–80 nm a lamelární laterální velikost je přibližně 100–300 nm (obrázek S2). Nanesená vrstva nanočástic stříbra na povrchu nemodifikované PP tkaniny je nerovnoměrná. Zvýšení teploty navíc podporuje redukci nanočástic stříbra (obr. S3), ale příliš vysoká reakční teplota nepodporuje selektivní precipitaci nanočástic stříbra.
Obrázek 3a schematicky znázorňuje vztah mezi koncentrací amoniaku stříbrného, množstvím usazeného stříbra a antibakteriální aktivitou připravené tkaniny Ag/PVA/PP. Obrázek 3b ukazuje antibakteriální vzorce vzorků při různých koncentracích amoniaku stříbrného, které mohou přímo odrážet antibakteriální stav vzorků. Když se koncentrace amoniaku stříbrného zvýšila z 5 mM na 90 mM, množství sráženého stříbra se zvýšilo z 13,67 g/kg na 481,81 g/kg. Kromě toho se s rostoucím množstvím usazeného stříbra zpočátku zvyšuje antibakteriální aktivita proti E. coli a poté zůstává na vysoké úrovni. Konkrétně, když je koncentrace amoniaku stříbrného 30 mM, je množství usazeného stříbra ve výsledné tkanině Ag/PVA/PP 67,62 g/kg a antibakteriální míra je 99,99 %, a tento vzorek byl vybrán jako reprezentativní pro následnou strukturní charakterizaci.
(a) Vztah mezi úrovní antibakteriální aktivity a množstvím nanesené vrstvy stříbra a koncentrací amoniaku stříbrného; (b) Fotografie bakteriálních kultivačních ploten pořízené digitálním fotoaparátem zobrazující slepé vzorky a vzorky připravené s použitím 5 mM, 10 mM, 30 mM, 50 mM a 90 mM amoniaku stříbrného. Antibakteriální aktivita tkaniny Ag/PVA/PP proti Escherichia coli
Obrázek 4a ukazuje FTIR/ATR spektra PP, PVA/PP, Ag/PP a Ag/PVA/PP. Absorpční pásy čistého PP vlákna při 2950 cm-1 a 2916 cm-1 jsou způsobeny asymetrickou vibrací valenčních skupin –CH3 a –CH2- a při 2867 cm-1 a 2837 cm-1 jsou způsobeny symetrickou vibrací valenčních skupin –CH3 a –CH2 –, –CH3 a –CH2–. Absorpční pásy při 1375 cm–1 a 1456 cm–1 jsou připisovány asymetrickým a symetrickým vibracím posunu –CH338,39. FTIR spektrum vlákna Ag/PP je podobné spektru PP vlákna. Kromě absorpčního pásu PP je nový absorpční pík při 3360 cm-1 tkanin PVA/PP a Ag/PVA/PP připisován valenčnímu roztahování vodíkové vazby skupiny –OH. To ukazuje, že PVA se úspěšně aplikuje na povrch polypropylenového vlákna. Kromě toho je pík absorpce hydroxylových skupin u tkaniny Ag/PVA/PP o něco slabší než u tkaniny PVA/PP, což může být způsobeno koordinací některých hydroxylových skupin se stříbrem.
FT-IR spektrum (a), TGA křivka (b) a XPS spektrum (c) čistého PP, PVA/PP tkaniny a Ag/PVA/PP tkaniny a C 1s spektrum čistého PP (d), PVA/PP PP tkaniny (e) a Ag 3d pík (f) Ag/PVA/PP tkaniny.
Na Obr. 4c jsou znázorněna XPS spektra tkanin PP, PVA/PP a Ag/PVA/PP. Slabý signál O 1s čistého polypropylenového vlákna lze připsat kyslíku adsorbovanému na povrchu; pík C 1s při 284,6 eV je připisován CH a CC (viz Obrázek 4d). Ve srovnání s čistým PP vláknem vykazuje tkanina PVA/PP (Obr. 4e) vysoký výkon při 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) a 288,5 eV (H–C=O)38. Kromě toho lze O 1s spektrum PVA/PP tkaniny aproximovat dvěma píky při 532,3 eV a 533,2 eV41 (obr. S4), tyto píky C 1s odpovídají C–OH a H–C=O (hydroxylové skupiny PVA a aldehyd-glukózová skupina), což je v souladu s daty FTIR. Netkaná textilie Ag/PVA/PP si zachovává O 1s spektrum C-OH (532,3 eV) a HC=O (533,2 eV) (obrázek S5), které se skládá z 65,81 % (atomových procent) C, 22,89 % O a 11,31 % Ag (obr. S4). Zejména píky Ag 3d5/2 a Ag 3d3/2 při 368,2 eV a 374,2 eV (obr. 4f) dále dokazují, že nanočástice Ag jsou dopovány na povrchu netkané textilie PVA/PP42.
TGA křivky (obr. 4b) čistého PP, tkaniny Ag/PP a tkaniny Ag/PVA/PP ukazují, že procházejí podobnými procesy tepelného rozkladu a depozice nanočástic stříbra vede k mírnému zvýšení teploty tepelné degradace PP vláken a PVA/PP vláken (ze 480 °C (PP vlákna) na 495 °C), pravděpodobně v důsledku tvorby stříbrné bariéry43. Současně zbytková množství čistých vzorků PP, Ag/PP, Ag/PVA/PP, Ag/PVA/PP-W50 a Ag/PP-W50 po zahřátí na 800 °C byla 1,32 %, 16,26 % a 13,86 %, respektive 9,88 % a 2,12 % (přípona W50 zde označuje 50 pracích cyklů). Zbytek čistého PP je připisován nečistotám a zbytek zbývajících vzorků nanočásticím stříbra Ag. Rozdíl v zbytkovém množství vzorků s obsahem stříbra by měl být způsoben různým množstvím nanočástic stříbra, které jsou na nich naneseny. Kromě toho se po 50násobném promytí tkaniny Ag/PP zbytkový obsah stříbra snížil o 94,65 % a zbytkový obsah stříbra v tkanině Ag/PVA/PP se snížil přibližně o 31,74 %. To ukazuje, že zapouzdřovací povlak PVA může účinně zlepšit adhezi nanočástic Ag k matrici PP.
Pro vyhodnocení komfortu nošení byla měřena propustnost vzduchu a rychlost přenosu vodní páry připravené polypropylenové tkaniny. Obecně řečeno, prodyšnost souvisí s tepelným komfortem uživatele, zejména v horkém a vlhkém prostředí44. Jak je znázorněno na obrázku 5a, propustnost vzduchu čistého PP je 2050 mm/s a po modifikaci PVA klesá na 856 mm/s. Je to proto, že PVA film vytvořený na povrchu PP vláken a tkané části pomáhá zmenšit mezery mezi vlákny. Po aplikaci Ag NP se propustnost vzduchu PP tkaniny zvyšuje v důsledku spotřeby PVA povlaku při aplikaci Ag NP. Kromě toho má prodyšnost tkanin Ag/PVA/PP tendenci klesat se zvyšující se koncentrací amoniaku stříbrného z 10 na 50 mmol. To může být způsobeno tím, že tloušťka stříbrné usazeniny se zvyšuje se zvyšující se koncentrací amoniaku stříbrného, což pomáhá snižovat počet pórů a pravděpodobnost průchodu vodní páry jimi.
(a) Propustnost vzduchu pro tkaniny Ag/PVA/PP připravené s různými koncentracemi amoniaku stříbrného; (b) Propustnost vodní páry pro tkaniny Ag/PVA/PP připravené s různými koncentracemi amoniaku stříbrného; (c) Různé modifikátory Tahová křivka tkaniny Ag/PVA/PP získané při různých koncentracích; (d) Tahová křivka tkaniny Ag/PVA/PP získané při různých koncentracích amoniaku stříbrného (znázorněna je také tkanina Ag/PVA/PP získaná při koncentraci amoniaku stříbrného 30 mM) (Porovnejte tahové křivky tkanin PP po 40 pracích cyklech).
Rychlost propustnosti vodní páry je dalším důležitým ukazatelem tepelného komfortu tkaniny45. Ukazuje se, že propustnost vlhkosti tkanin je ovlivněna hlavně prodyšností a povrchovými vlastnostmi. To znamená, že propustnost vzduchu závisí hlavně na počtu pórů; povrchové vlastnosti ovlivňují propustnost vlhkosti hydrofilních skupin prostřednictvím adsorpce-difuze-desorpce molekul vody. Jak je znázorněno na obrázku 5b, propustnost vlhkosti čistého PP vlákna je 4810 g/(m2·24h). Po utěsnění PVA povlakem se počet otvorů v PP vlákně snižuje, ale propustnost vlhkosti tkaniny PVA/PP se zvyšuje na 5070 g/(m2·24h), protože její propustnost vlhkosti je určena hlavně povrchovými vlastnostmi, nikoli póry. Po nanesení AgNP se propustnost vlhkosti tkaniny Ag/PVA/PP dále zvýšila. Zejména maximální propustnost vlhkosti tkaniny Ag/PVA/PP získaná při koncentraci amoniaku stříbrného 30 mM je 10300 g/(m2·24h). Zároveň může být rozdílná propustnost vlhkosti u tkanin Ag/PVA/PP získaných při různých koncentracích amoniaku stříbrného spojena s rozdíly v tloušťce nanesené vrstvy stříbra a v počtu jejích pórů.
Mechanické vlastnosti tkanin silně ovlivňují jejich životnost, zejména pokud se jedná o recyklovatelné materiály46. Obrázek 5c ukazuje křivku tahového napětí tkaniny Ag/PVA/PP. Pevnost v tahu čistého PP je pouze 2,23 MPa, zatímco pevnost v tahu tkaniny PVA/PP s 1 hmotnostním % se výrazně zvyšuje na 4,56 MPa, což naznačuje, že zapouzdření tkaniny PVA PP pomáhá výrazně zlepšit její mechanické vlastnosti. Pevnost v tahu a prodloužení při přetržení tkaniny PVA/PP se zvyšují se zvyšující se koncentrací modifikátoru PVA, protože film PVA může přerušit napětí a zpevnit PP vlákno. Když se však koncentrace modifikátoru zvýší na 1,5 hmotnostního %, lepkavý PVA způsobí, že polypropylenová tkanina ztuhne, což vážně ovlivňuje pohodlí při nošení.
Ve srovnání s čistými PP a PVA/PP tkaninami se pevnost v tahu a prodloužení při přetržení Ag/PVA/PP tkanin dále zlepšují, protože nanočástice stříbra rovnoměrně rozložené na povrchu PP vláken dokáží rozložit zatížení47,48. Je vidět, že pevnost v tahu Ag/PP vláken je vyšší než u čistého PP a dosahuje 3,36 MPa (obr. 5d), což potvrzuje silný a zpevňující účinek nanočástic stříbra. Zejména tkanina Ag/PVA/PP vyrobená při koncentraci amoniaku stříbra 30 mM (namísto 50 mM) vykazuje maximální pevnost v tahu a prodloužení při přetržení, což je stále způsobeno rovnoměrným nanášením nanočástic stříbra a také rovnoměrným nanášením. Agregace nanočástic stříbra za podmínek vysoké koncentrace amoniaku stříbra. Kromě toho se po 40 pracích cyklech snížila pevnost v tahu a prodloužení při přetržení tkaniny Ag/PVA/PP připravené při koncentraci stříbra a amoniaku 30 mM o 32,7 %, respektive 26,8 % (obr. 5d), což může souviset s malou ztrátou nanočástic stříbra, které se následně usadily.
Obrázky 6a a b ukazují fotografie tkaniny Ag/PVA/PP a tkaniny Ag/PP pořízené digitálním fotoaparátem po 0, 10, 20, 30, 40 a 50 cyklech praní při koncentraci amoniaku stříbrného 30 mM. Tmavě šedá tkanina Ag/PVA/PP a tkanina Ag/PP se po praní postupně mění na světle šedou; a změna barvy první během praní se nezdá být tak závažná jako u druhé. Navíc ve srovnání s tkaninou Ag/PP se obsah stříbra v tkanině Ag/PVA/PP po praní snižoval relativně pomalu; po 20 a více praních si první z nich zachovala vyšší obsah stříbra než druhá (obr. 6c). To naznačuje, že zapouzdření PP vláken povlakem PVA může výrazně zlepšit adhezi nanočástic Ag k PP vláknům. Obrázek 6d ukazuje snímky SEM tkaniny Ag/PVA/PP a tkaniny Ag/PP po 10, 40 a 50 cyklech praní. U tkanin Ag/PVA/PP dochází během praní k menší ztrátě nanočástic Ag než u tkanin Ag/PP, a to opět proto, že zapouzdřovací povlak PVA pomáhá zlepšit přilnavost nanočástic Ag k vláknům PP.
(a) Fotografie tkaniny Ag/PP pořízené digitálním fotoaparátem (pořízené při koncentraci amoniaku stříbrného 30 mM) po praní po dobu 0, 10, 20, 30, 40 a 50 cyklů (1-6); (b) Fotografie tkanin Ag/PVA/PP pořízené digitálním fotoaparátem (pořízené při koncentraci amoniaku stříbrného 30 mM) po praní po dobu 0, 10, 20, 30, 40 a 50 cyklů (1-6); (c) Změny obsahu stříbra v obou tkaninách napříč pracími cykly; (d) SEM snímky tkaniny Ag/PVA/PP (1-3) a tkaniny Ag/PP (4-6) po 10, 40 a 50 pracích cyklech.
Obrázek 7 ukazuje antibakteriální aktivitu a fotografie pořízené digitálním fotoaparátem u tkanin Ag/PVA/PP proti E. coli po 10, 20, 30 a 40 pracích cyklech. Po 10 a 20 praních zůstala antibakteriální účinnost tkanin Ag/PVA/PP na 99,99 % a 99,93 %, což prokazuje vynikající antibakteriální aktivitu. Antibakteriální úroveň tkaniny Ag/PVA/PP se po 30 a 40 praních mírně snížila, což bylo způsobeno ztrátou nanočástic Ag po dlouhodobém praní. Antibakteriální účinnost tkaniny Ag/PP po 40 praních je však pouze 80,16 %. Je zřejmé, že antibakteriální účinek tkaniny Ag/PP je po 40 pracích cyklech mnohem menší než u tkaniny Ag/PVA/PP.
(a) Úroveň antibakteriální aktivity proti E. coli. (b) Pro srovnání jsou také uvedeny fotografie tkaniny Ag/PVA/PP pořízené digitálním fotoaparátem po praní tkaniny Ag/PP při koncentraci amoniaku stříbrného 30 mM po dobu 10, 20, 30, 40 a 40 cyklů.
Na obr. 8 je schematicky znázorněna výroba velkoobjemové Ag/PVA/PP tkaniny s použitím dvoustupňové cesty z role na válec. To znamená, že roztok PVA/glukózy byl po určitou dobu namočen v rámu válce, poté vyjmut a stejným způsobem impregnován roztokem amoniaku stříbrného za vzniku Ag/PVA/PP tkaniny. (Obr. 8a). Výsledná Ag/PVA/PP tkanina si stále zachovává vynikající antibakteriální aktivitu, i když byla ponechána 1 rok. Pro velkoobjemovou přípravu Ag/PVA/PP tkanin byly výsledné PP netkané textilie impregnovány v kontinuálním procesu válcování a poté postupně procházely roztokem PVA/glukózy a roztokem amoniaku stříbrného a zpracovány dvěma metodami. Přiložená videa. Doba impregnace je řízena nastavením rychlosti válce a množství adsorbovaného roztoku je řízeno nastavením vzdálenosti mezi válci (Obr. 8b), čímž se získá cílová Ag/PVA/PP netkaná textilie velké velikosti (50 cm × 80 cm). ) a sběrný válec. Celý proces je jednoduchý a efektivní, což je příznivé pro velkovýrobu.
Schéma výroby velkoformátových terčových produktů (a) a schematické znázornění procesu válcování pro výrobu netkaných materiálů Ag/PVA/PP (b).
Netkané textilie z PVA/PP s obsahem stříbra se vyrábějí jednoduchou technologií nanášení v kapalné fázi in situ v kombinaci s postupem roll-to-roll. Ve srovnání s PP textilií a PVA/PP textilií jsou mechanické vlastnosti připravené netkané textilie z Ag/PVA/PP výrazně zlepšeny, protože těsnicí vrstva PVA může výrazně zlepšit adhezi nanočástic stříbra k PP vláknům. Kromě toho lze množství PVA a obsah nanočástic stříbra v netkané textilii z Ag/PVA/PP dobře regulovat úpravou koncentrací roztoku PVA/glukózy a roztoku amoniaku stříbrného. Zejména netkaná textilie z Ag/PVA/PP připravená s použitím 30 mM roztoku amoniaku stříbrného vykazovala nejlepší mechanické vlastnosti a zachovala si vynikající antibakteriální aktivitu proti E. coli i po 40 pracích cyklech, což vykazuje dobrý potenciál proti znečištění. PP netkaný materiál. Ve srovnání s jinými literárními údaji vykazovaly textilie, které jsme získali jednoduššími metodami, lepší odolnost vůči praní. Výsledná netkaná textilie z Ag/PVA/PP má navíc ideální propustnost vlhkosti a pohodlí při nošení, což může usnadnit její použití v průmyslových aplikacích.
Uveďte všechna data získaná nebo analyzovaná během této studie (a jejich podpůrné informační soubory).
Russell, SM a kol. Biosenzory pro boj s cytokinovou bouří COVID-19: výzvy do budoucna. ACS Sens. 5, 1506–1513 (2020).
Zaeem S, Chong JH, Shankaranayanan V a Harkey A. COVID-19 a multiorgánové reakce. current. question. heart. 45, 100618 (2020).
Zhang R a kol. Odhady počtu případů koronaviru v roce 2019 v Číně jsou upraveny podle stádia a endemických oblastí. front. medicine. 14, 199–209 (2020).
Gao J. a kol. Flexibilní, superhydrofobní a vysoce vodivý netkaný polypropylenový kompozitní materiál pro ochranu před elektromagnetickým rušením. Chemical engineer. J. 364, 493–502 (2019).
Raihan M. a kol. Vývoj multifunkčních nanokompozitních filmů z polyakrylonitrilu/stříbra: antibakteriální aktivita, katalytická aktivita, vodivost, UV ochrana a aktivní SERS senzory. J. Matt. resource. technologies. 9, 9380–9394 (2020).
Dawadi S, Katuwal S, Gupta A, Lamichane U a Parajuli N. Současný výzkum nanočástic stříbra: syntéza, charakterizace a aplikace. J. Nanomaterials. 2021, 6687290 (2021).
Deng Da, Chen Zhi, Hu Yong, Ma Jian, Tong YDN. Jednoduchý postup pro přípravu vodivého inkoustu na bázi stříbra a jeho nanášení na frekvenčně selektivní povrchy. Nanotechnologie 31, 105705–105705 (2019).
Hao, Y. a kol. Hyperrozvětvené polymery umožňují použití nanočástic stříbra jako stabilizátorů pro inkoustový tisk flexibilních obvodů. R. Shuker. Chemical. 43, 2797–2803 (2019).
Keller P a Kawasaki HJML Vodivé sítě listových žilek vytvořené samouspořádáním nanočástic stříbra pro potenciální aplikace ve flexibilních senzorech. Matt. Wright. 284, 128937.1-128937.4 (2020).
Li, J. a kol. Nanokuličky a pole oxidu křemičitého dekorované nanočásticemi stříbra jako potenciální substráty pro povrchově zesílený Ramanův rozptyl. ASU Omega 6, 32879–32887 (2021).
Liu, X. a kol. Velkorozměrný flexibilní povrchově vylepšený Ramanův rozptylový senzor (SERS) s vysokou stabilitou a uniformitou signálu. ACS Application Matt. Interfaces 12, 45332–45341 (2020).
Sandeep, KG a kol. Hierarchická heterostruktura fullerenových nanotyčinek zdobených stříbrnými nanočásticemi (Ag-FNR) slouží jako efektivní substrát SERS nezávislý na jednotlivých částicích. fyzika. Chemická. Chemická. fyzika. 27, 18873–18878 (2018).
Emam, HE a Ahmed, HB Srovnávací studie homometalických a heterometalických nanostruktur na bázi agaru během degradace katalyzované barvivem. Internationality. J. Biol. Large molecules. 138, 450–461 (2019).
Emam, HE, Mikhail, MM, El-Sherbiny, S., Nagy, KS a Ahmed, HB Nanokatalýza závislá na kovech pro redukci aromatických znečišťujících látek. Wednesday. the science. pollutant. resource. internationality. 27, 6459–6475 (2020).
Ahmed HB a Emam HE Trojité nanostruktury s jádrem a obalem (Ag-Au-Pd) vypěstované ze semen při pokojové teplotě pro potenciální čištění vody. polymer. test. 89, 106720 (2020).
Čas zveřejnění: 26. listopadu 2023