Tak for dit besøg på Nature.com. Den browserversion, du bruger, har begrænset CSS-understøttelse. For at opnå de bedste resultater anbefaler vi at bruge en nyere version af din browser (eller at deaktivere kompatibilitetstilstand i Internet Explorer). I mellemtiden viser vi webstedet uden styling eller JavaScript for at sikre løbende support.
I dag er funktionelle stoffer med antibakterielle egenskaber mere populære. Imidlertid er omkostningseffektiv produktion af funktionelle stoffer med holdbar og ensartet ydeevne fortsat en udfordring. Polyvinylalkohol (PVA) blev brugt til at modificere polypropylen (PP) non-woven stof, og derefter blev sølvnanopartikler (AgNP'er) aflejret in situ for at producere PVA-modificeret AgNP'er-fyldt PP (benævnt AgNP'er). /PVA/PP) stof. Indkapsling af PP-fibre ved hjælp af PVA-belægning hjælper med at forbedre vedhæftningen af ladede Ag NP'er til PP-fibre betydeligt, og Ag/PVA/PP non-wovens udviser betydeligt forbedrede mekaniske egenskaber og resistens over for Escherichia coli (benævnt E. coli). Generelt har Ag/PVA/PP non-woven stof produceret ved en sølvammoniakkoncentration på 30 mM bedre mekaniske egenskaber, og den antibakterielle beskyttelsesrate mod E. coli når 99,99%. Stoffet bevarer stadig fremragende antibakteriel aktivitet efter 40 vaske og har potentiale til gentagen brug. Derudover har Ag/PVA/PP ikke-vævet stof brede anvendelsesmuligheder i industrien på grund af dets gode luftgennemtrængelighed og fugtgennemtrængelighed. Derudover har vi også udviklet en rulle-til-rulle-teknologi og udført indledende undersøgelser for at teste muligheden for denne metode.
Med den stigende økonomiske globalisering har store befolkningsbevægelser øget muligheden for virussmitte betydeligt, hvilket forklarer, hvorfor den nye coronavirus har en så stærk evne til at sprede sig over hele verden og er vanskelig at forhindre1,2,3. I denne forstand er der et presserende behov for at udvikle nye antibakterielle materialer, såsom polypropylen (PP) nonwovens, som medicinske beskyttelsesmaterialer. Polypropylen nonwoven stof har fordelene ved lav densitet, kemisk inertitet og lav pris4, men har ikke antibakteriel evne, kort levetid og lav beskyttelseseffektivitet. Derfor er det af stor betydning at give PP nonwoven materialer antibakterielle egenskaber.
Som et gammelt antibakterielt middel har sølv gennemgået fem udviklingsstadier: kolloid sølvopløsning, sølvsulfadiazin, sølvsalt, proteinsølv og nanosølv. Sølvnanopartikler anvendes i stigende grad inden for områder som medicin5,6, ledningsevne7,8,9, overfladeforstærket Ramanspredning10,11,12, katalytisk nedbrydning af farvestoffer13,14,15,16 osv. Især sølvnanopartikler (AgNP'er) har fordele i forhold til traditionelle antimikrobielle midler såsom metalsalte, kvaternære ammoniumforbindelser og triclosan på grund af deres nødvendige bakterielle resistens, stabilitet, lave omkostninger og miljømæssige acceptabilitet17,18,19. Derudover kan sølvnanopartikler med stort specifikt overfladeareal og høj antibakteriel aktivitet fastgøres til uldstoffer20, bomuldsstoffer21,22, polyesterstoffer og andre stoffer for at opnå kontrolleret, vedvarende frigivelse af antibakterielle sølvpartikler23,24. Det betyder, at det ved at indkapsle AgNP'er er muligt at skabe PP-stoffer med antibakteriel aktivitet. PP-nonwovens mangler imidlertid funktionelle grupper og har lav polaritet, hvilket ikke er befordrende for indkapslingen af AgNP'er. For at overvinde denne ulempe har nogle forskere forsøgt at aflejre Ag-nanopartikler på overfladen af PP-stoffer ved hjælp af forskellige modifikationsmetoder, herunder plasmasprøjtning26,27, strålingspodning28,29,30,31 og overfladebelægning32. For eksempel introducerede Goli et al. [33] en proteinbelægning på overfladen af PP-nonwoven stof, hvor aminosyrerne i periferien af proteinlaget kan tjene som ankerpunkter for bindingen af AgNP'er og derved opnå gode antibakterielle egenskaber. Li og kolleger34 fandt, at N-isopropylacrylamid og N-(3-aminopropyl)methacrylamidhydrochlorid, der blev co-podet ved ultraviolet (UV) ætsning, udviste stærk antimikrobiel aktivitet, selvom UV-ætsningsprocessen er kompleks og kan forringe de mekaniske egenskaber. fibre. Oliani et al. fremstillede Ag NP'er-PP gelfilm med fremragende antibakteriel aktivitet ved at forbehandle ren PP med gammabestråling; deres metode var dog også kompleks. Det er således fortsat en udfordring effektivt og nemt at producere genanvendelige polypropylen-nonwovens med den ønskede antimikrobielle aktivitet.
I denne undersøgelse anvendes polyvinylalkohol, et miljøvenligt og billigt membranmateriale med god filmdannende evne, høj hydrofilicitet og fremragende fysisk og kemisk stabilitet, til at modificere polypropylenstoffer. Glukose anvendes som reduktionsmiddel36. En stigning i overfladeenergien af den modificerede PP fremmer den selektive aflejring af AgNP'er. Sammenlignet med rent PP-stof udviste det fremstillede Ag/PVA/PP-stof god genanvendelighed, fremragende antibakteriel aktivitet mod E. coli, gode mekaniske egenskaber selv efter 40 vaskecyklusser og betydelig åndbarhed, køns- og fugtgennemtrængelighed.
PP-nonwoven-stoffet med en specifik tyngdekraft på 25 g/m2 og en tykkelse på 0,18 mm blev leveret af Jiyuan Kang'an Sanitary Materials Co., Ltd. (Jiyuan, Kina) og skåret i ark på 5×5 cm2. Sølvnitrat (99,8%; AR) blev købt fra Xilong Scientific Co., Ltd. (Shantou, Kina). Glukose blev købt fra Fuzhou Neptune Fuyao Pharmaceutical Co., Ltd. (Fuzhou, Kina). Polyvinylalkohol (reagens af industriel kvalitet) blev købt fra Tianjin Sitong Chemical Factory (Tianjin, Kina). Deioniseret vand blev brugt som opløsningsmiddel eller skylning og blev fremstillet i vores laboratorium. Næringsagar og bouillon blev købt fra Beijing Aoboxing Biotechnology Co., Ltd. (Beijing, Kina). E. coli-stamme (ATCC 25922) blev købt fra Zhangzhou Bochuang Company (Zhangzhou, Kina).
Det resulterende PP-væv blev vasket med ultralyd i ethanol i 15 minutter. Den resulterende PVA blev tilsat vand og opvarmet ved 95 °C i 2 timer for at opnå en vandig opløsning. Derefter blev glukose opløst i 10 ml PVA-opløsning med en massefraktion på 0,1 %, 0,5 %, 1,0 % og 1,5 %. Det rensede polypropylen-non-woven-stof blev nedsænket i en PVA/glukoseopløsning og opvarmet ved 60 °C i 1 time. Efter opvarmningen er afsluttet, fjernes det PP-imprægnerede non-woven-stof fra PVA/glukoseopløsningen og tørres ved 60 °C i 0,5 time for at danne en PVA-film på overfladen af vævet, hvorved der opnås et PVA/PP-komposittekstil.
Sølvnitrat opløses i 10 ml vand under konstant omrøring ved stuetemperatur, og ammoniak tilsættes dråbevis, indtil opløsningen skifter farve fra klar til brun og klar igen for at opnå en sølvammoniakopløsning (5-90 mM). Placer PVA/PP-nonwovenstof i sølvammoniakopløsningen, og opvarm det ved 60 °C i 1 time for at danne Ag-nanopartikler in situ på stoffets overflade. Skyl det derefter med vand tre gange, og tør ved 60 °C i 0,5 time for at opnå et Ag/PVA/PP-kompositstof.
Efter indledende eksperimenter byggede vi rulle-til-rulle-udstyr i laboratoriet til storskalaproduktion af kompositstoffer. Valserne er lavet af PTFE for at undgå bivirkninger og kontaminering. Under denne proces kan imprægneringstiden og mængden af adsorberet opløsning styres ved at justere valsernes hastighed og afstanden mellem valserne for at opnå det ønskede Ag/PVA/PP-kompositstof.
Vævsoverflademorfologien blev undersøgt ved hjælp af et VEGA3-scanningselektronmikroskop (SEM; Japan Electronics, Japan) ved en accelerationsspænding på 5 kV. Krystalstrukturen af sølvnanopartikler blev analyseret ved røntgendiffraktion (XRD; Bruker, D8 Advanced, Tyskland; Cu Kα-stråling, λ = 0,15418 nm; spænding: 40 kV, strøm: 40 mA) i området 10-80°. 2θ. Et Fourier-transform infrarødt spektrometer (ATR-FTIR; Nicolet 170sx, Thermo Fisher Scientific Incorporation) blev brugt til at analysere de kemiske egenskaber af overflademodificeret polypropylenstof. PVA-modifikatorindholdet i Ag/PVA/PP-kompositstoffer blev målt ved termogravimetrisk analyse (TGA; Mettler Toledo, Schweiz) under en nitrogenstrøm. Induktivt koblet plasmamassespektrometri (ICP-MS, ELAN DRC II, Perkin-Elmer (Hong Kong) Co., Ltd.) blev anvendt til at bestemme sølvindholdet i Ag/PVA/PP-kompositstoffer.
Luftgennemtrængelighed og vanddampgennemtrængningshastighed for Ag/PVA/PP-kompositstof (specifikation: 78 × 50 cm2) blev målt af et tredjeparts testbureau (Tianfangbiao Standardization Certification and Testing Co., Ltd.) i overensstemmelse med GB/T. 5453-1997 og GB/T 12704.2-2009. For hver prøve udvælges ti forskellige punkter til testning, og de data, som bureauet leverer, er gennemsnittet af de ti punkter.
Den antibakterielle aktivitet af Ag/PVA/PP-kompositstof blev målt i overensstemmelse med de kinesiske standarder GB/T 20944.1-2007 og GB/T 20944.3- ved hjælp af henholdsvis agarpladediffusionsmetoden (kvalitativ analyse) og rystekolbemetoden (kvantitativ analyse) i 2008. Den antibakterielle aktivitet af Ag/PVA/PP-kompositstof mod Escherichia coli blev bestemt ved forskellige vasketider. Ved agarpladediffusionsmetoden stanses test-Ag/PVA/PP-kompositstoffet ind i en skive (diameter: 8 mm) ved hjælp af en stempel og fastgøres til en agarpetriskål inokuleret med Escherichia coli (ATCC 25922); 3,4 × 108 CFU ml-1) og inkuberes derefter ved 37 °C og 56 % relativ luftfugtighed i cirka 24 timer. Hæmningszonen blev analyseret vertikalt fra midten af skiven til den indre omkreds af de omgivende kolonier. Ved hjælp af rystekolbemetoden blev en 2 × 2 cm2 flad plade fremstillet af det testede Ag/PVA/PP-kompositstof og autoklaveret i et bouillonmiljø ved 121 °C og 0,1 MPa i 30 minutter. Efter autoklavering blev prøven nedsænket i en 5 ml Erlenmeyer-kolbe indeholdende 70 ml bouillonkulturopløsning (suspensionskoncentration 1 × 105–4 × 105 CFU/ml) og derefter inkuberet ved en oscillerende temperatur på 150 °C, rpm og 25 °C i 18 timer. Efter omrystning opsamles en vis mængde bakteriesuspension, og den fortyndes ti gange. Opsaml den nødvendige mængde fortyndet bakteriesuspension, fordel den på agarmedium og dyrk ved 37 °C og 56 % relativ luftfugtighed i 24 timer. Formlen til beregning af antibakteriel effektivitet er: \(\frac{\mathrm{C}-\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\), hvor C og A er antallet af kolonier efter 24 timer, henholdsvis. Dyrket i kontrolgruppe og Ag/PVA/PP kompositvæv.
Holdbarheden af Ag/PVA/PP-kompositstoffer blev evalueret ved vask i henhold til ISO 105-C10:2006.1A. Under vask nedsænkes teststoffet af Ag/PVA/PP-komposit (30x40mm2) i en vandig opløsning indeholdende kommercielt vaskemiddel (5,0g/L), og det vaskes ved 40±2 o/min og 40±5 o/min. høj hastighed. °C i 10, 20, 30, 40 og 50 cyklusser. Efter vask skylles stoffet tre gange med vand og tørres ved en temperatur på 50-60 °C i 30 minutter. Ændringen i sølvindhold efter vask blev målt for at bestemme graden af antibakteriel aktivitet.
Figur 1 viser et skematisk diagram over fremstillingen af Ag/PVA/PP-kompositstof. Det vil sige, at PP-non-woven-materiale nedsænkes i en blandet opløsning af PVA og glukose. Det PP-imprægnerede non-woven-materiale tørres for at fiksere modifikatoren og reduktionsmidlet til dannelse af et forseglende lag. Det tørrede polypropylen-non-woven-stof nedsænkes i en sølvammoniakopløsning for at aflejre sølvnanopartiklerne in situ. Modifikatorens koncentration, molforholdet mellem glukose og sølvammoniak, koncentrationen af sølvammoniak og reaktionstemperaturen påvirker udfældningen af Ag NP'er. Figur 2a viser afhængigheden af vandkontaktvinklen for Ag/PVA/PP-stoffet af modifikatorkoncentrationen. Når modifikatorkoncentrationen stiger fra 0,5 vægt% til 1,0 vægt%, falder kontaktvinklen for Ag/PVA/PP-stoffet betydeligt; når modifikatorkoncentrationen stiger fra 1,0 vægt% til 2,0 vægt%, ændres den praktisk talt ikke. Figur 2b viser SEM-billeder af rene PP-fibre og Ag/PVA/PP-stoffer fremstillet ved en koncentration af 50 mM sølvammoniak og forskellige molforhold mellem glukose og sølvammoniak (1:1, 3:1, 5:1 og 9:1). . billede. ). Den resulterende PP-fiber er relativt glat. Efter indkapsling med PVA-film limes nogle fibre sammen; på grund af aflejringen af sølvnanopartikler bliver fibrene relativt ru. Efterhånden som molforholdet mellem reduktionsmiddel og glukose stiger, fortykkes det aflejrede lag af Ag-nanopartikler gradvist, og efterhånden som molforholdet stiger til 5:1 og 9:1, har Ag-nanopartikler en tendens til at danne aggregater. Makroskopiske og mikroskopiske billeder af PP-fibre bliver mere ensartede, især når molforholdet mellem reduktionsmiddel og glukose er 5:1. Digitale fotografier af de tilsvarende prøver opnået ved 50 mM sølvammoniak er vist i figur S1.
Ændringer i vandkontaktvinklen for Ag/PVA/PP-stof ved forskellige PVA-koncentrationer (a), SEM-billeder af Ag/PVA/PP-stof opnået ved en sølvammoniakkoncentration på 50 mM og forskellige molforhold mellem glukose og sølvammoniak [(b)); (1) PP-fiber, (2) PVA/PP-fiber, (3) molforhold 1:1, (4) molforhold 3:1, (5) molforhold 5:1, (6) molforhold 9:1], røntgendiffraktionsmønster (c) og SEM-billede (d) af Ag/PVA/PP-stof opnået ved sølvammoniakkoncentrationer: (1) 5 mM, (2) 10 mM, (3) 30 mM, (4) 50 mM, (5) 90 mM og (6) Ag/PP-30 mM. Reaktionstemperaturen er 60°C.
Figur 2c viser røntgendiffraktionsmønsteret for det resulterende Ag/PVA/PP-stof. Ud over diffraktionstoppen for PP-fiber 37 svarer fire diffraktionstoppe ved 2θ = ∼ 37,8°, 44,2°, 64,1° og 77,3° til (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0) og krystalplanet (3 1 1) for kubiske, fladecentrerede sølvnanopartikler. Efterhånden som sølvammoniakkoncentrationen stiger fra 5 til 90 mM, bliver XRD-mønstrene for Ag skarpere, hvilket stemmer overens med en efterfølgende stigning i krystalliniteten. Ifølge Scherrers formel blev kornstørrelserne for Ag-nanopartikler fremstillet med 10 mM, 30 mM og 50 mM sølvammoniak beregnet til henholdsvis 21,3 nm, 23,3 nm og 26,5 nm. Dette skyldes, at sølvammoniakkoncentrationen er den drivende kraft bag reduktionsreaktionen, der danner metallisk sølv. Med stigende koncentration af sølvammoniak øges kimdannelses- og væksthastigheden af Ag NP'er. Figur 2d viser SEM-billeder af Ag/PVA/PP-stoffer opnået ved forskellige koncentrationer af Ag-ammoniak. Ved en sølvammoniakkoncentration på 30 mM er det aflejrede lag af Ag NP'er relativt homogent. Men når sølvammoniakkoncentrationen er for høj, har ensartetheden af Ag NP-aflejringslaget en tendens til at falde, hvilket kan skyldes stærk agglomerering i Ag NP-aflejringslaget. Derudover har sølvnanopartikler på overfladen to former: sfæriske og skællede. Den sfæriske partikelstørrelse er ca. 20-80 nm, og den lamellære laterale størrelse er ca. 100-300 nm (figur S2). Aflejringslaget af Ag-nanopartikler på overfladen af umodificeret PP-stof er ujævnt. Derudover fremmer en forøgelse af temperaturen reduktionen af Ag NP'er (fig. S3), men en for høj reaktionstemperatur fremmer ikke den selektive udfældning af Ag NP'er.
Figur 3a viser skematisk forholdet mellem sølvammoniakkoncentrationen, mængden af aflejret sølv og den antibakterielle aktivitet af det fremstillede Ag/PVA/PP-stof. Figur 3b viser de antibakterielle mønstre af prøverne ved forskellige koncentrationer af sølvammoniak, hvilket direkte kan afspejle prøvernes antibakterielle status. Når sølvammoniakkoncentrationen steg fra 5 mM til 90 mM, steg mængden af sølvudfældning fra 13,67 g/kg til 481,81 g/kg. Derudover stiger den antibakterielle aktivitet mod E. coli først, efterhånden som mængden af sølvaflejring stiger, og forbliver derefter på et højt niveau. Specifikt, når sølvammoniakkoncentrationen er 30 mM, er aflejringsmængden af sølv i det resulterende Ag/PVA/PP-stof 67,62 g/kg, og den antibakterielle hastighed er 99,99%. Denne prøve bør vælges som repræsentant for efterfølgende strukturel karakterisering.
(a) Forholdet mellem niveauet af antibakteriel aktivitet og mængden af påført Ag-lag og koncentrationen af sølvammoniak; (b) Fotografier af bakteriekulturplader taget med et digitalkamera, der viser blindprøver og prøver fremstillet ved hjælp af 5 mM, 10 mM, 30 mM, 50 mM og 90 mM sølvammoniak. Antibakteriel aktivitet af Ag/PVA/PP-stof mod Escherichia coli
Figur 4a viser FTIR/ATR-spektrene for PP, PVA/PP, Ag/PP og Ag/PVA/PP. Absorptionsbåndene for ren PP-fiber ved 2950 cm-1 og 2916 cm-1 skyldes den asymmetriske strækvibration af –CH3- og –CH2-grupperne, og ved 2867 cm-1 og 2837 cm-1 skyldes de den symmetriske strækvibration af –CH3- og –CH2-grupperne, –CH3 og –CH2–. Absorptionsbåndene ved 1375 cm-1 og 1456 cm-1 tilskrives asymmetriske og symmetriske forskydningsvibrationer af –CH338,39. FTIR-spektret for Ag/PP-fiber svarer til PP-fiberens. Ud over absorptionsbåndet for PP tilskrives den nye absorptionstop ved 3360 cm-1 for PVA/PP- og Ag/PVA/PP-stoffer strækningen af hydrogenbindingen i –OH-gruppen. Dette viser, at PVA med succes påføres overfladen af polypropylenfibre. Derudover er hydroxylabsorptionstoppen i Ag/PVA/PP-stof en smule svagere end i PVA/PP-stof, hvilket kan skyldes koordinationen af nogle hydroxylgrupper med sølv.
FT-IR-spektrum (a), TGA-kurve (b) og XPS-målespektrum (c) for ren PP, PVA/PP-stof og Ag/PVA/PP-stof, og C1s-spektrum for ren PP (d), PVA/PP PP-stof (e) og Ag 3D-top (f) for Ag/PVA/PP-stof.
Figur 4c viser XPS-spektrene for PP-, PVA/PP- og Ag/PVA/PP-stoffer. Det svage O1s-signal fra ren polypropylenfiber kan tilskrives iltelementet adsorberet på overfladen; C1s-toppen ved 284,6 eV tilskrives CH og CC (se figur 4d). Sammenlignet med ren PP-fiber viser PVA/PP-stof (figur 4e) høj ydeevne ved 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) og 288,5 eV (H–C=O)38. Derudover kan O1s-spektret for PVA/PP-stof tilnærmes ved to toppe ved 532,3 eV og 533,2 eV41 (fig. S4), disse C1s-toppe svarer til C–OH og H–C=O (hydroxylgrupper i PVA og aldehydglukosegruppe), hvilket er i overensstemmelse med FTIR-dataene. Ag/PVA/PP-non-woven-stoffet bevarer O1s-spektret for C-OH (532,3 eV) og HC=O (533,2 eV) (figur S5), bestående af 65,81% (atomprocent) C, 22,89% O og 11,31% Ag (fig. S4). Især toppene for Ag3d5/2 og Ag3d3/2 ved 368,2 eV og 374,2 eV (fig. 4f) beviser yderligere, at Ag NP'er er doterede på overfladen af PVA/PP42 non-woven-stof.
TGA-kurverne (fig. 4b) for ren PP, Ag/PP-stof og Ag/PVA/PP-stof viser, at de gennemgår lignende termiske nedbrydningsprocesser, og aflejringen af Ag NP'er fører til en lille stigning i den termiske nedbrydningstemperatur for PP-fibre (PVA/PP-fibre) (fra 480 °C (PP-fibre) til 495 °C), muligvis på grund af dannelsen af en Ag-barriere43. Samtidig var de resterende mængder af rene prøver af PP, Ag/PP, Ag/PVA/PP, Ag/PVA/PP-W50 og Ag/PP-W50 efter opvarmning ved 800 °C henholdsvis 1,32 %, 16,26 % og 13,86 %. %, henholdsvis 9,88 % og 2,12 % (suffikset W50 refererer her til 50 vaskecyklusser). Resten af ren PP tilskrives urenheder, og resten af de resterende prøver tilskrives Ag NP'er, og forskellen i den resterende mængde af prøver fyldt med sølv burde skyldes forskellige mængder af sølvnanopartikler fyldt på dem. Derudover blev det resterende sølvindhold reduceret med 94,65% efter vask af Ag/PP-stof 50 gange, og det resterende sølvindhold i Ag/PVA/PP-stof blev reduceret med ca. 31,74%. Dette viser, at PVA-indkapslingsbelægning effektivt kan forbedre AgNP'ers vedhæftning til PP-matrixen.
For at evaluere bærekomforten blev luftgennemtrængelighed og vanddamptransmissionshastighed for det fremstillede polypropylenstof målt. Generelt er åndbarhed relateret til brugerens termiske komfort, især i varme og fugtige miljøer44. Som vist i figur 5a er luftgennemtrængelighed for ren PP 2050 mm/s, og efter modifikation af PVA falder den til 856 mm/s. Dette skyldes, at PVA-filmen, der er dannet på overfladen af PP-fiberen og den vævede del, hjælper med at reducere mellemrummene mellem fibrene. Efter påføring af Ag NP'er øges luftgennemtrængeligheden for PP-stoffet på grund af forbruget af PVA-belægning ved påføring af Ag NP'er. Derudover har åndbarheden af Ag/PVA/PP-stoffer en tendens til at falde, når sølvammoniakkoncentrationen stiger fra 10 til 50 mmol. Dette kan skyldes, at tykkelsen af sølvaflejringen stiger med stigende sølvammoniakkoncentration, hvilket hjælper med at reducere antallet af porer og sandsynligheden for, at vanddamp passerer gennem dem.
(a) Luftgennemtrængelighed af Ag/PVA/PP-stoffer fremstillet med forskellige koncentrationer af sølvammoniak; (b) Vanddamptransmission af Ag/PVA/PP-stoffer fremstillet med forskellige koncentrationer af sølvammoniak; (c) Forskellige modifikatorer Trækkurve for Ag-stof/PVA/PP opnået ved forskellige koncentrationer; (d) Trækkurve for Ag/PVA/PP-stof opnået ved forskellige koncentrationer af sølvammoniak (Ag/PVA/PP-stof opnået ved 30 mM sølvammoniakkoncentration er også vist) (Sammenlign trækkurverne for PP-stoffer efter 40 vaskecyklusser).
Vanddamptransmissionshastigheden er en anden vigtig indikator for et stofs termiske komfort45. Det viser sig, at stoffers fugtgennemtrængelighed primært påvirkes af åndbarhed og overfladeegenskaber. Det vil sige, at luftgennemtrængelighed primært afhænger af antallet af porer; overfladeegenskaber påvirker fugtgennemtrængeligheden af hydrofile grupper gennem adsorption-diffusion-desorption af vandmolekyler. Som vist i figur 5b er fugtgennemtrængeligheden af ren PP-fiber 4810 g/(m2·24t). Efter forsegling med PVA-belægning falder antallet af huller i PP-fiberen, men fugtgennemtrængeligheden af PVA/PP-stoffet stiger til 5070 g/(m2·24t), da dets fugtgennemtrængelighed primært bestemmes af overfladeegenskaberne, ikke porerne. Efter aflejring af AgNP'er blev fugtgennemtrængeligheden af Ag/PVA/PP-stof yderligere forøget. Især er den maksimale fugtgennemtrængelighed af Ag/PVA/PP-stof opnået ved en sølvammoniakkoncentration på 30 mM 10300 g/(m2·24t). Samtidig kan forskellig fugtgennemtrængelighed af Ag/PVA/PP-stoffer opnået ved forskellige koncentrationer af sølvammoniak være forbundet med forskelle i tykkelsen af sølvaflejringslaget og antallet af dets porer.
Stoffers mekaniske egenskaber påvirker deres levetid i høj grad, især som genanvendelige materialer46. Figur 5c viser trækspændingskurven for Ag/PVA/PP-stof. Trækstyrken for ren PP er kun 2,23 MPa, mens trækstyrken for 1 vægt% PVA/PP-stof øges betydeligt til 4,56 MPa, hvilket indikerer, at indkapslingen af PVA/PP-stof bidrager til at forbedre dets mekaniske egenskaber betydeligt. Trækstyrken og brudforlængelsen for PVA/PP-stof stiger med stigende koncentration af PVA-modifikator, fordi PVA-filmen kan bryde spændingen og styrke PP-fiberen. Men når modifikatorkoncentrationen stiger til 1,5 vægt%, gør klæbrig PVA polypropylenstoffet stift, hvilket alvorligt påvirker bærekomforten.
Sammenlignet med rene PP- og PVA/PP-stoffer forbedres trækstyrken og brudforlængelsen af Ag/PVA/PP-stoffer yderligere, fordi Ag-nanopartikler, der er ensartet fordelt på overfladen af PP-fibre, kan fordele belastningen47,48. Det kan ses, at trækstyrken af Ag/PP-fibre er højere end for ren PP og når 3,36 MPa (fig. 5d), hvilket bekræfter den stærke og styrkende effekt af Ag NP'er. Især Ag/PVA/PP-stoffet produceret ved en sølvammoniakkoncentration på 30 mM (i stedet for 50 mM) udviser maksimal trækstyrke og brudforlængelse, hvilket stadig skyldes den ensartede aflejring af Ag NP'er såvel som den ensartede aflejring. Aggregering af sølv NP'er under forhold med høj koncentration af sølvammoniak. Derudover faldt trækstyrken og brudforlængelsen af Ag/PVA/PP-stof fremstillet ved en sølvammoniakkoncentration på 30 mM efter 40 vaskecyklusser med henholdsvis 32,7 % og 26,8 % (fig. 5d), hvilket kan være forbundet med et lille tab af sølvnanopartikler aflejret efter dette.
Figur 6a og b viser digitalkamerafotografier af Ag/PVA/PP-stof og Ag/PP-stof efter vask i 0, 10, 20, 30, 40 og 50 cyklusser ved en sølvammoniakkoncentration på 30 mM. Mørkegråt Ag/PVA/PP-stof og Ag/PP-stof bliver gradvist lysegråt efter vask; og farveændringen for det første stof under vask synes ikke at være så alvorlig som for det andet. Derudover faldt sølvindholdet i Ag/PVA/PP-stof relativt langsomt efter vask sammenlignet med Ag/PP-stof; efter vask 20 eller flere gange bevarede førstnævnte et højere sølvindhold end sidstnævnte (fig. 6c). Dette indikerer, at indkapsling af PP-fibre med PVA-belægning kan forbedre vedhæftningen af Ag NP'er til PP-fibre betydeligt. Figur 6d viser SEM-billeder af Ag/PVA/PP-stof og Ag/PP-stof efter vask i 10, 40 og 50 cyklusser. Ag/PVA/PP-stoffer oplever mindre tab af Ag NP'er under vask end Ag/PP-stoffer, igen fordi PVA-indkapslingen hjælper med at forbedre vedhæftningen af Ag NP'er til PP-fibre.
(a) Fotografier af Ag/PP-stof taget med et digitalkamera (taget ved 30 mM sølvammoniakkoncentration) efter vask i 0, 10, 20, 30, 40 og 50 cyklusser (1-6); (b) Ag/PVA/PP-fotografier af stoffer taget med et digitalkamera (taget ved 30 mM sølvammoniakkoncentration) efter vask i 0, 10, 20, 30, 40 og 50 cyklusser (1-6); (c) Ændringer i sølvindholdet i de to stoffer på tværs af vaskecyklusser; (d) SEM-billeder af Ag/PVA/PP-stof (1-3) og Ag/PP-stof (4-6) efter 10, 40 og 50 vaskecyklusser.
Figur 7 viser den antibakterielle aktivitet og digitalkamerafotografier af Ag/PVA/PP-stoffer mod E. coli efter 10, 20, 30 og 40 vaske. Efter 10 og 20 vaske forblev den antibakterielle ydeevne af Ag/PVA/PP-stoffer på 99,99 % og 99,93 %, hvilket viser fremragende antibakteriel aktivitet. Det antibakterielle niveau af Ag/PVA/PP-stof faldt en smule efter 30 og 40 vask, hvilket skyldtes tabet af AgNP'er efter langvarig vask. Den antibakterielle rate af Ag/PP-stof efter 40 vaske er dog kun 80,16 %. Det er tydeligt, at den antibakterielle effekt af Ag/PP-stof efter 40 vaske er meget mindre end den for Ag/PVA/PP-stof.
(a) Niveau af antibakteriel aktivitet mod E. coli. (b) Til sammenligning vises også fotografier af Ag/PVA/PP-stoffet taget med et digitalkamera efter vask af Ag/PP-stoffet ved 30 mM sølvammoniakkoncentration i 10, 20, 30, 40 og 40 cyklusser.
I figur 8 vises skematisk fremstillingen af storskala Ag/PVA/PP-stof ved hjælp af en totrins rulle-til-rulle-rute. Det vil sige, at PVA/glukoseopløsningen blev gennemblødt i rullerammen i en vis periode, derefter taget ud og derefter imprægneret med sølvammoniakopløsning på samme måde for at opnå Ag/PVA/PP-stof. (figur 8a). Det resulterende Ag/PVA/PP-stof bevarer stadig fremragende antibakteriel aktivitet, selv efter at det blev efterladt i 1 år. Til storskalaforberedelse af Ag/PVA/PP-stoffer blev de resulterende PP-nonwovens imprægneret i en kontinuerlig valseproces og derefter ført gennem en PVA/glukoseopløsning og en sølvammoniakopløsning sekventielt og forarbejdet. Vedhæftede videoer. Imprægneringstiden styres ved at justere valsens hastighed, og mængden af adsorberet opløsning styres ved at justere afstanden mellem valserne (figur 8b), hvorved det ønskede Ag/PVA/PP-nonwoven-stof af stor størrelse (50 cm × 80 cm) og opsamlingsvalsen opnås. Hele processen er enkel og effektiv, hvilket er befordrende for storskalaproduktion.
Skematisk diagram over produktionen af store målprodukter (a) og skematisk diagram over valseprocessen til produktion af Ag/PVA/PP nonwoven-materialer (b).
Sølvholdige PVA/PP nonwovens produceres ved hjælp af en simpel in situ flydende faseaflejringsteknologi kombineret med rulle-til-rulle-ruten. Sammenlignet med PP-stof og PVA/PP-stof forbedres de mekaniske egenskaber af det fremstillede Ag/PVA/PP nonwoven-stof betydeligt, fordi PVA-forseglingslaget kan forbedre vedhæftningen af Ag NP'er til PP-fibre betydeligt. Derudover kan mængden af PVA og indholdet af sølv NP'er i Ag/PVA/PP nonwoven-stoffet kontrolleres godt ved at justere koncentrationerne af PVA/glukoseopløsning og sølvammoniakopløsning. Især Ag/PVA/PP nonwoven-stof fremstillet ved hjælp af 30 mM sølvammoniakopløsning viste de bedste mekaniske egenskaber og bevarede fremragende antibakteriel aktivitet mod E. coli, selv efter 40 vaskecyklusser, hvilket viste et godt antifouling-potentiale. PP nonwoven-materiale. Sammenlignet med andre litteraturdata viste de stoffer, vi opnåede ved hjælp af enklere metoder, bedre vaskebestandighed. Derudover har det resulterende Ag/PVA/PP nonwoven-stof ideel fugtgennemtrængelighed og bærekomfort, hvilket kan lette dets anvendelse i industrielle applikationer.
Inkluder alle data, der er indhentet eller analyseret i løbet af denne undersøgelse (og deres understøttende informationsfiler).
Russell, SM et al. Biosensorer til bekæmpelse af COVID-19 cytokinstormen: kommende udfordringer. ACS Sens. 5, 1506–1513 (2020).
Zaeem S, Chong JH, Shankaranarayanan V og Harkey A. COVID-19 og multiorganresponser. aktuelt. spørgsmål. hjerte. 45, 100618 (2020).
Zhang R m.fl. Skøn over antallet af coronavirustilfælde i Kina i 2019 er justeret efter stadium og endemiske regioner. front. medicine. 14, 199–209 (2020).
Gao J. et al. Fleksibelt, superhydrofobt og stærkt ledende ikke-vævet polypropylenstofkompositmateriale til beskyttelse mod elektromagnetisk interferens. Chemical. engineer. J. 364, 493–502 (2019).
Raihan M. et al. Udvikling af multifunktionelle polyacrylonitril/sølv-nanokompositfilm: antibakteriel aktivitet, katalytisk aktivitet, ledningsevne, UV-beskyttelse og aktive SERS-sensorer. J. Matt. resource. technologies. 9, 9380–9394 (2020).
Dawadi S, Katuwal S, Gupta A, Lamichane U og Parajuli N. Aktuel forskning i sølvnanopartikler: syntese, karakterisering og anvendelser. J. Nanomaterials. 2021, 6687290 (2021).
Deng Da, Chen Zhi, Hu Yong, Ma Jian, Tong YDN En simpel proces til fremstilling af sølvbaseret ledende blæk og påføring af det på frekvensselektive overflader. Nanotechnology 31, 105705–105705 (2019).
Hao, Y. et al. Hyperforgrenede polymerer muliggør brugen af sølvnanopartikler som stabilisatorer til inkjetprintning af fleksible kredsløb. R. Shuker. Chemical. 43, 2797–2803 (2019).
Keller P og Kawasaki HJML Ledende bladvenetværk produceret ved selvsamling af sølvnanopartikler til potentielle anvendelser i fleksible sensorer. Matt. Wright. 284, 128937.1-128937.4 (2020).
Li, J. et al. Silica-nanosfærer og -arrays dekoreret med sølvnanopartikler som potentielle substrater til overfladeforstærket Raman-spredning. ASU Omega 6, 32879–32887 (2021).
Liu, X. et al. Storskala fleksibel overfladeforstærket Raman-spredningssensor (SERS) med høj signalstabilitet og ensartethed. ACS Application Matt. Interfaces 12, 45332–45341 (2020).
Sandeep, KG et al. En hierarkisk heterostruktur af fulleren-nanostave dekoreret med sølvnanopartikler (Ag-FNR'er) fungerer som et effektivt SERS-substrat med uafhængige enkeltpartikler. fysik. Kemisk. Kemisk. fysik. 27, 18873–18878 (2018).
Emam, HE og Ahmed, HB. Sammenlignende undersøgelse af homometalliske og heterometalliske agarbaserede nanostrukturer under farvestofkatalyseret nedbrydning. Internationalitet. J. Biol. Large molecules. 138, 450–461 (2019).
Emam, HE, Mikhail, MM, El-Sherbiny, S., Nagy, KS og Ahmed, HB Metalafhængig nanokatalyse til reduktion af aromatiske forurenende stoffer. Onsdag. videnskaben. forurener. ressource. internationalitet. 27, 6459–6475 (2020).
Ahmed HB og Emam HE Triple core-shell (Ag-Au-Pd) nanostrukturer dyrket fra frø ved stuetemperatur til potentiel vandrensning. polymer. test. 89, 106720 (2020).
Opslagstidspunkt: 26. november 2023