Grazas por visitar Nature.com. A versión do navegador que estás a usar ten compatibilidade limitada con CSS. Para obter mellores resultados, recomendámosche que uses unha versión máis recente do teu navegador (ou que desactives o modo de compatibilidade en Internet Explorer). Mentres tanto, para garantir a compatibilidade continua, mostramos o sitio sen estilos nin JavaScript.
Hoxe en día, os tecidos funcionais con propiedades antibacterianas son máis populares. Non obstante, a produción rendible de tecidos funcionais cun rendemento duradeiro e consistente segue a ser un desafío. O alcohol polivinílico (PVA) utilizouse para modificar o tecido non tecido de polipropileno (PP) e, a continuación, depositáronse nanopartículas de prata (AgNP) in situ para producir PP cargado con AgNP modificado con PVA (denominado AgNP). /PVA/PP) tecido. A encapsulación de fibras de PP mediante revestimento de PVA axuda a mellorar significativamente a adhesión das AgNP cargadas ás fibras de PP, e os tecidos non tecidos Ag/PVA/PP presentan propiedades mecánicas e resistencia a Escherichia coli (denominada E. coli) significativamente melloradas. En xeral, o tecido non tecido Ag/PVA/PP producido a unha concentración de amoníaco de prata de 30 mM ten mellores propiedades mecánicas e a taxa de protección antibacteriana contra E. coli alcanza o 99,99 %. O tecido aínda conserva unha excelente actividade antibacteriana despois de 40 lavados e ten o potencial de uso repetido. Ademais, o tecido non tecido Ag/PVA/PP ten amplas perspectivas de aplicación na industria debido á súa boa permeabilidade ao aire e á humidade. Ademais, tamén desenvolvemos unha tecnoloxía de rolo a rolo e realizamos unha exploración preliminar para probar a viabilidade deste método.
Coa profundación da globalización económica, os movementos de poboación a grande escala aumentaron considerablemente a posibilidade de transmisión do virus, o que explica ben por que o novo coronavirus ten unha capacidade tan forte para propagarse por todo o mundo e é difícil de previr1,2,3. Neste sentido, existe unha necesidade urxente de desenvolver novos materiais antibacterianos, como os tecidos non tecidos de polipropileno (PP), como materiais de protección médica. O tecido non tecido de polipropileno ten as vantaxes da baixa densidade, a inercia química e o baixo custo4, pero non ten capacidade antibacteriana, curta vida útil e baixa eficiencia de protección. Polo tanto, é de grande importancia conferir propiedades antibacterianas aos materiais non tecidos de PP.
Como axente antibacteriano antigo, a prata pasou por cinco etapas de desenvolvemento: solución de prata coloidal, sulfadiazina de prata, sal de prata, prata proteica e nanoprata. As nanopartículas de prata úsanse cada vez máis en campos como a medicina5,6, a condutividade7,8,9, a dispersión Raman mellorada na superficie10,11,12, a degradación catalítica de colorantes13,14,15,16 etc. En particular, as nanopartículas de prata (AgNP) teñen vantaxes sobre os axentes antimicrobianos tradicionais, como os sales metálicos, os compostos de amonio cuaternario e o triclosán, debido á súa resistencia bacteriana, estabilidade, baixo custo e aceptabilidade ambiental requiridas17,18,19. Ademais, as nanopartículas de prata con gran superficie específica e alta actividade antibacteriana pódense unir a tecidos de la20, tecidos de algodón21,22, tecidos de poliéster e outros tecidos para lograr unha liberación controlada e sostida de partículas de prata antibacterianas23,24. Isto significa que, ao encapsular AgNP, é posible crear tecidos de PP con actividade antibacteriana. Non obstante, os tecidos non tecidos de PP carecen de grupos funcionais e teñen baixa polaridade, o que non favorece a encapsulación de nanopartículas de Ag. Para superar este inconveniente, algúns investigadores intentaron depositar nanopartículas de Ag na superficie de tecidos de PP utilizando varios métodos de modificación, incluíndo a pulverización por plasma26,27, o enxerto por radiación28,29,30,31 e o revestimento superficial32. Por exemplo, Goli et al. [33] introduciron un revestimento proteico na superficie do tecido non tecido de PP, os aminoácidos na periferia da capa de proteína poden servir como puntos de ancoraxe para a unión das nanopartículas de Ag, conseguindo así boas propiedades antibacterianas. Li e os seus colaboradores34 descubriron que a N-isopropilacrilamida e o clorhidrato de N-(3-aminopropil)metacrilamida coenxertados por gravado ultravioleta (UV) presentaban unha forte actividade antimicrobiana, aínda que o proceso de gravado UV é complexo e pode degradar as propiedades mecánicas das fibras. Oliani et al. prepararon películas de xel de PP de nanopartículas de Ag con excelente actividade antibacteriana mediante o pretratamento de PP puro con irradiación gamma; con todo, o seu método tamén era complexo. Polo tanto, segue a ser un reto producir de forma eficiente e sinxela tecidos non tecidos de polipropileno reciclables coa actividade antimicrobiana desexada.
Neste estudo, utilízase alcohol polivinílico, un material de membrana respectuoso co medio ambiente e de baixo custo con boa capacidade de formación de película, alta hidrofilicidade e excelente estabilidade física e química, para modificar tecidos de polipropileno. A glicosa utilízase como axente redutor36. Un aumento da enerxía superficial do PP modificado promove a deposición selectiva de AgNPs. En comparación co tecido de PP puro, o tecido Ag/PVA/PP preparado mostrou boa reciclabilidade, excelente actividade antibacteriana contra E. coli, boas propiedades mecánicas mesmo despois de 40 ciclos de lavado e significativa transpirabilidade, permeabilidade á humidade e resistencia á humidade.
O tecido non tecido de PP cunha gravidade específica de 25 g/m2 e un grosor de 0,18 mm foi subministrado por Jiyuan Kang'an Sanitary Materials Co., Ltd. (Jiyuan, China) e cortado en láminas de 5 × 5 cm2. O nitrato de prata (99,8 %; AR) adquiriuse a Xilong Scientific Co., Ltd. (Shantou, China). A glicosa adquiriuse a Fuzhou Neptune Fuyao Pharmaceutical Co., Ltd. (Fuzhou, China). O alcohol polivinílico (reactivo de grao industrial) adquiriuse a Tianjin Sitong Chemical Factory (Tianjin, China). Utilizouse auga desionizada como disolvente ou enxague e preparouse no noso laboratorio. O ágar nutritivo e o caldo adquiriuse a Beijing Aoboxing Biotechnology Co., Ltd. (Pequín, China). A cepa de E. coli (ATCC 25922) adquiriuse a Zhangzhou Bochuang Company (Zhangzhou, China).
O tecido de PP resultante lavouse con ultrasóns en etanol durante 15 minutos. O PVA resultante engadiuse a auga e quentouse a 95 °C durante 2 horas para obter unha solución acuosa. Despois, disolveuse glicosa en 10 ml de solución de PVA cunha fracción de masa do 0,1 %, 0,5 %, 1,0 % e 1,5 %. O tecido non tecido de polipropileno purificado mergullouse nunha solución de PVA/glicosa e quentouse a 60 °C durante 1 hora. Unha vez completado o quentamento, o tecido non tecido impregnado en PP elimínase da solución de PVA/glicosa e sécase a 60 °C durante 0,5 h para formar unha película de PVA na superficie da banda, obtendo así un téxtil composto de PVA/PP.
O nitrato de prata disólvese en 10 ml de auga con axitación constante a temperatura ambiente e engádese amoníaco gota a gota ata que a solución cambie de transparente a marrón e logo transparente de novo para obter unha solución de amoníaco e prata (5–90 mM). Colocar tecido non tecido de PVA/PP na solución de amoníaco e prata e quéntase a 60 °C durante 1 hora para formar nanopartículas de Ag in situ na superficie do tecido, despois enxáugase con auga tres veces e sécase a 60 °C durante 0,5 h para obter tecido composto de Ag/PVA/PP.
Tras experimentos preliminares, construímos equipos de rolo a rolo no laboratorio para a produción a grande escala de tecidos compostos. Os rolos están feitos de PTFE para evitar reaccións adversas e contaminación. Durante este proceso, o tempo de impregnación e a cantidade de solución adsorbida pódense controlar axustando a velocidade dos rolos e a distancia entre os rolos para obter o tecido composto Ag/PVA/PP desexado.
A morfoloxía da superficie do tecido estudouse cun microscopio electrónico de varrido VEGA3 (SEM; Japan Electronics, Xapón) a unha tensión de aceleración de 5 kV. A estrutura cristalina das nanopartículas de prata analizouse mediante difracción de raios X (XRD; Bruker, D8 Advanced, Alemaña; radiación Cu Kα, λ = 0,15418 nm; tensión: 40 kV, corrente: 40 mA) no rango de 10–80°. 2θ. Utilizouse un espectrómetro de infravermellos de transformada de Fourier (ATR-FTIR; Nicolet 170sx, Thermo Fisher Scientific Incorporation) para analizar as características químicas do tecido de polipropileno modificado en superficie. O contido de modificador de PVA dos tecidos compostos Ag/PVA/PP mediuse mediante análise termogravimétrica (TGA; Mettler Toledo, Suíza) baixo unha corrente de nitróxeno. A espectrometría de masas con plasma acoplado indutivamente (ICP-MS, ELAN DRC II, Perkin-Elmer (Hong Kong) Co., Ltd.) empregouse para determinar o contido de prata dos tecidos compostos de Ag/PVA/PP.
A permeabilidade ao aire e a taxa de transmisión do vapor de auga do tecido composto Ag/PVA/PP (especificación: 78 × 50 cm2) foron medidas por unha axencia de probas externa (Tianfangbiao Standardization Certification and Testing Co., Ltd.) de acordo co GB/T. 5453-1997 e o GB/T 12704.2-2009. Para cada mostra, selecciónanse dez puntos diferentes para a proba, e os datos proporcionados pola axencia son a media dos dez puntos.
A actividade antibacteriana do tecido composto Ag/PVA/PP mediuse de acordo coas normas chinesas GB/T 20944.1-2007 e GB/T 20944.3 empregando o método de difusión en placa de ágar (análise cualitativa) e o método de matraz de axitación (análise cuantitativa), respectivamente, en 2008. A actividade antibacteriana do tecido composto Ag/PVA/PP contra Escherichia coli determinouse en diferentes tempos de lavado. Para o método de difusión en placa de ágar, o tecido composto Ag/PVA/PP de proba perfórase nun disco (diámetro: 8 mm) empregando un punzón e fíxase a unha placa de Petri de ágar inoculada con Escherichia coli (ATCC 25922); 3,4 × 108 UFC/ml e logo incubouse a 37 °C e 56 % de humidade relativa durante aproximadamente 24 horas. A zona de inhibición analizouse verticalmente desde o centro do disco ata a circunferencia interior das colonias circundantes. Usando o método do matraz de axitación, preparouse unha placa plana de 2 × 2 cm2 a partir do tecido composto Ag/PVA/PP probado e autoclavouse nun ambiente de caldo a 121 °C e 0,1 MPa durante 30 minutos. Despois da autoclavación, a mostra mergullouse nun matraz Erlenmeyer de 5 ml que contiña 70 ml de solución de cultivo en caldo (concentración de suspensión 1 × 105–4 × 105 UFC/ml) e logo incubouse a unha temperatura oscilante de 150 °C a rpm e 25 °C durante 18 horas. Despois de axitar, recolleuse unha certa cantidade de suspensión bacteriana e diluíuse dez veces. Recolleuse a cantidade necesaria de suspensión bacteriana diluída, espállase en medio ágar e cultívase a 37 °C e 56 % de humidade relativa durante 24 horas. A fórmula para calcular a eficacia antibacteriana é: \(\frac{\mathrm{C}-\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\), onde C e A son o número de colonias despois de 24 horas, respectivamente. Cultivadas no grupo de control e en tecido composto de Ag/PVA/PP.
A durabilidade dos tecidos compostos de Ag/PVA/PP avaliouse mediante lavado segundo a norma ISO 105-C10:2006.1A. Durante o lavado, mergúllese o tecido composto de Ag/PVA/PP de proba (30x40 mm2) nunha solución acuosa que conteña deterxente comercial (5,0 g/L) e lávese a 40 ± 2 rpm e 40 ± 5 rpm/min a alta velocidade. °C 10, 20, 30, 40 e 50 ciclos. Despois do lavado, o tecido enxáguese tres veces con auga e sécase a unha temperatura de 50-60 °C durante 30 minutos. Medíuse o cambio no contido de prata despois do lavado para determinar o grao de actividade antibacteriana.
A figura 1 mostra o diagrama esquemático da fabricación do tecido composto Ag/PVA/PP. É dicir, o material non tecido de PP mergúllase nunha solución mixta de PVA e glicosa. O material non tecido impregnado en PP sécase para fixar o modificador e o axente redutor para formar unha capa de selado. O tecido non tecido de polipropileno seco mergúllase nunha solución de amoníaco e prata para depositar as nanopartículas de prata in situ. A concentración do modificador, a proporción molar de glicosa a amoníaco e prata, a concentración de amoníaco e a temperatura de reacción afectan á precipitación de nanopartículas de Ag, que son factores importantes. A figura 2a mostra a dependencia do ángulo de contacto coa auga do tecido Ag/PVA/PP da concentración do modificador. Cando a concentración do modificador aumenta do 0,5 % en peso ao 1,0 % en peso, o ángulo de contacto do tecido Ag/PVA/PP diminúe significativamente; cando a concentración do modificador aumenta do 1,0 % en peso ao 2,0 % en peso, practicamente non cambia. A figura 2b mostra imaxes SEM de fibras de PP puras e tecidos Ag/PVA/PP preparados a unha concentración de amoníaco de prata de 50 mM e diferentes proporcións molares de glicosa a amoníaco de prata (1:1, 3:1, 5:1 e 9:1). . imaxe. ). A fibra de PP resultante é relativamente lisa. Despois do encapsulado con película de PVA, algunhas fibras péganse entre si; debido á deposición de nanopartículas de prata, as fibras vólvense relativamente rugosas. A medida que aumenta a proporción molar do axente redutor á glicosa, a capa depositada de nanopartículas de Ag engrosa gradualmente e, a medida que a proporción molar aumenta a 5:1 e 9:1, as nanopartículas de Ag tenden a formar agregados. As imaxes macroscópicas e microscópicas da fibra de PP vólvense máis uniformes, especialmente cando a proporción molar do axente redutor á glicosa é de 5:1. As fotografías dixitais das mostras correspondentes obtidas a 50 mM de amoníaco de prata móstranse na figura S1.
Cambios no ángulo de contacto coa auga do tecido Ag/PVA/PP a diferentes concentracións de PVA (a), imaxes SEM do tecido Ag/PVA/PP obtidas a unha concentración de amoníaco de prata de 50 mM e varias proporcións molares de glicosa e amoníaco de prata [(b))); (1) fibra de PP, (2) fibra de PVA/PP, (3) proporción molar 1:1, (4) proporción molar 3:1, (5) proporción molar 5:1, (6) proporción molar 9:1], patrón de difracción de raios X (c) e imaxe SEM (d) do tecido Ag/PVA/PP obtida a concentracións de amoníaco de prata: (1) 5 mM, (2) 10 mM, (3) 30 mM, (4) 50 mM, (5) 90 mM e (6) Ag/PP-30 mM. A temperatura de reacción é de 60 °C.
Na figura 2c móstrase o patrón de difracción de raios X do tecido Ag/PVA/PP resultante. Ademais do pico de difracción da fibra PP 37, catro picos de difracción a 2θ = ∼ 37,8°, 44,2°, 64,1° e 77,3° correspóndense con (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0), plano cristalino (3 1 1) de nanopartículas de prata cúbicas centradas nas caras. A medida que a concentración de amoníaco de prata aumenta de 5 a 90 mM, os patróns de XRD de Ag fanse máis nítidos, o que é coherente cun aumento posterior da cristalinidade. Segundo a fórmula de Scherrer, calculouse que os tamaños de gran das nanopartículas de Ag preparadas con amoníaco de prata de 10 mM, 30 mM e 50 mM eran de 21,3 nm, 23,3 nm e 26,5 nm, respectivamente. Isto débese a que a concentración de amoníaco e prata é a forza impulsora da reacción de redución para formar prata metálica. Co aumento da concentración de amoníaco e prata, a taxa de nucleación e crecemento das nanopartículas de Ag aumenta. A figura 2d mostra as imaxes SEM de tecidos de Ag/PVA/PP obtidas a diferentes concentracións de amoníaco e prata. Cunha concentración de amoníaco e prata de 30 mM, a capa depositada de nanopartículas de Ag é relativamente homoxénea. Non obstante, cando a concentración de amoníaco e prata é demasiado alta, a uniformidade da capa de deposición de nanopartículas de Ag tende a diminuír, o que pode deberse a unha forte aglomeración na capa de deposición de nanopartículas de Ag. Ademais, as nanopartículas de prata na superficie teñen dúas formas: esférica e escamosa. O tamaño das partículas esféricas é de aproximadamente 20–80 nm, e o tamaño lateral lamelar é de aproximadamente 100–300 nm (Figura S2). A capa de deposición de nanopartículas de Ag na superficie do tecido de PP non modificado é desigual. Ademais, o aumento da temperatura promove a redución das nanopartículas de Ag (Fig. S3), pero unha temperatura de reacción demasiado alta non promove a precipitación selectiva das nanopartículas de Ag.
A figura 3a representa esquematicamente a relación entre a concentración de amoníaco de prata, a cantidade de prata depositada e a actividade antibacteriana do tecido Ag/PVA/PP preparado. A figura 3b mostra os patróns antibacterianos das mostras a diferentes concentracións de amoníaco de prata, o que pode reflectir directamente o estado antibacteriano das mostras. Cando a concentración de amoníaco de prata aumentou de 5 mM a 90 mM, a cantidade de precipitación de prata aumentou de 13,67 g/kg a 481,81 g/kg. Ademais, a medida que aumenta a cantidade de deposición de prata, a actividade antibacteriana contra E. coli aumenta inicialmente e despois permanece nun nivel alto. Especificamente, cando a concentración de amoníaco de prata é de 30 mM, a cantidade de deposición de prata no tecido Ag/PVA/PP resultante é de 67,62 g/kg e a taxa antibacteriana é do 99,99 % e selecciona esta mostra como representativa para a posterior caracterización estrutural.
(a) Relación entre o nivel de actividade antibacteriana e a cantidade de capa de Ag aplicada e a concentración de amoníaco de prata; (b) Fotografías de placas de cultivo bacteriano tomadas cunha cámara dixital que mostran mostras en branco e mostras preparadas con amoníaco de prata de 5 mM, 10 mM, 30 mM, 50 mM e 90 mM. Actividade antibacteriana do tecido Ag/PVA/PP contra Escherichia coli
A figura 4a mostra os espectros FTIR/ATR de PP, PVA/PP, Ag/PP e Ag/PVA/PP. As bandas de absorción da fibra de PP pura a 2950 cm-1 e 2916 cm-1 débense á vibración de estiramento asimétrica dos grupos –CH3 e –CH2-, e a 2867 cm-1 e 2837 cm-1 débense á vibración de estiramento simétrica dos grupos –CH3 e –CH2 –, –CH3 e –CH2–. As bandas de absorción a 1375 cm-1 e 1456 cm-1 atribúense a vibracións de desprazamento asimétricas e simétricas de –CH338.39. O espectro FTIR da fibra Ag/PP é similar ao da fibra PP. Ademais da banda de absorción do PP, o novo pico de absorción a 3360 cm-1 dos tecidos PVA/PP e Ag/PVA/PP atribúese ao estiramento da ponte de hidróxeno do grupo –OH. Isto demostra que o PVA se aplica con éxito á superficie da fibra de polipropileno. Ademais, o pico de absorción de hidroxilo do tecido Ag/PVA/PP é lixeiramente máis débil que o do tecido PVA/PP, o que pode deberse á coordinación dalgúns grupos hidroxilo coa prata.
Espectro FT-IR (a), curva TGA (b) e espectro de medición XPS (c) de PP puro, tecido PVA/PP e tecido Ag/PVA/PP, e espectro C 1s de PP puro (d), tecido PVA/PP e PP (e) e pico Ag 3d (f) de tecido Ag/PVA/PP.
Na figura 4c móstranse os espectros XPS de tecidos de PP, PVA/PP e Ag/PVA/PP. O débil sinal de O 1s da fibra de polipropileno puro pódese atribuír ao elemento osíxeno adsorbido na superficie; o pico de C 1s a 284,6 eV atribúese a CH e CC (véxase a figura 4d). En comparación coa fibra de PP pura, o tecido PVA/PP (figura 4e) mostra un alto rendemento a 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) e 288,5 eV (H–C=O)38. Ademais, o espectro O 1s do tecido PVA/PP pódese aproximar mediante dous picos a 532,3 eV e 533,2 eV41 (Fig. S4), que corresponden a C–OH e H–C=O (grupos hidroxilo do PVA e grupo aldehído glicosa), o que é consistente cos datos de FTIR. O tecido non tecido Ag/PVA/PP mantén o espectro O 1s de C-OH (532,3 eV) e HC=O (533,2 eV) (Figura S5), que consiste nun 65,81 % (porcentaxe atómica) de C, un 22,89 % de O e un 11,31 % de Ag (Fig. S4). En particular, os picos de Ag 3d5/2 e Ag 3d3/2 a 368,2 eV e 374,2 eV (Fig. 4f) demostran aínda máis que as nanopartículas de Ag están dopadas na superficie do tecido non tecido PVA/PP42.
As curvas TGA (Fig. 4b) do PP puro, tecido Ag/PP e tecido Ag/PVA/PP mostran que sofren procesos de descomposición térmica similares, e a deposición de nanopartículas de Ag leva a un lixeiro aumento na temperatura de degradación térmica das fibras de PP. Fibras PVA/PP (de 480 °C (fibras de PP) a 495 °C), posiblemente debido á formación dunha barreira de Ag43. Ao mesmo tempo, as cantidades residuais de mostras puras de PP, Ag/PP, Ag/PVA/PP, Ag/PVA/PP-W50 e Ag/PP-W50 despois do quecemento a 800 °C foron do 1,32 %, 16,26 % e 13,86 %, respectivamente, 9,88 % e 2,12 % (o sufixo W50 aquí refírese a 50 ciclos de lavado). O resto de PP puro atribúese a impurezas e o resto das mostras restantes a nanopartículas de prata. A diferenza na cantidade residual de mostras cargadas con prata debería deberse ás diferentes cantidades de nanopartículas de prata cargadas nelas. Ademais, despois de lavar o tecido Ag/PP 50 veces, o contido de prata residual reduciuse nun 94,65 % e o contido de prata residual do tecido Ag/PVA/PP reduciuse aproximadamente nun 31,74 %. Isto demostra que o revestimento encapsulante de PVA pode mellorar eficazmente a adhesión das nanopartículas de prata á matriz de PP.
Para avaliar a comodidade de uso, mediuse a permeabilidade ao aire e a taxa de transmisión do vapor de auga do tecido de polipropileno preparado. En xeral, a transpirabilidade está relacionada coa comodidade térmica do usuario, especialmente en ambientes cálidos e húmidos44. Como se mostra na Figura 5a, a permeabilidade ao aire do PP puro é de 2050 mm/s e, despois da modificación do PVA, diminúe a 856 mm/s. Isto débese a que a película de PVA formada na superficie da fibra de PP e a parte tecida axuda a reducir os ocos entre as fibras. Despois de aplicar nanopartículas de prata (Ag NPs), a permeabilidade ao aire do tecido de PP aumenta debido ao consumo de revestimento de PVA ao aplicar nanopartículas de prata. Ademais, a transpirabilidade dos tecidos Ag/PVA/PP tende a diminuír a medida que a concentración de amoníaco de prata aumenta de 10 a 50 mmol. Isto pode deberse ao feito de que o grosor do depósito de prata aumenta ao aumentar a concentración de amoníaco de prata, o que axuda a reducir o número de poros e a probabilidade de que o vapor de auga pase a través deles.
(a) Permeabilidade ao aire de tecidos Ag/PVA/PP preparados con diferentes concentracións de amoníaco de prata; (b) Transmisión de vapor de auga de tecidos Ag/PVA/PP preparados con diferentes concentracións de amoníaco de prata; (c) Varios modificadores Curva de tracción de tecido Ag/PVA/PP obtida a diferentes concentracións; (d) Curva de tracción de tecido Ag/PVA/PP obtida a diferentes concentracións de amoníaco de prata (tamén se mostra o tecido Ag/PVA/PP obtido a unha concentración de amoníaco de prata de 30 mM) (Compare as curvas de tracción de tecidos PP despois de 40 ciclos de lavado).
A taxa de transmisión do vapor de auga é outro indicador importante do confort térmico dun tecido45. Resulta que a permeabilidade á humidade dos tecidos está influenciada principalmente pola transpirabilidade e as propiedades superficiais. É dicir, a permeabilidade ao aire depende principalmente do número de poros; as propiedades superficiais afectan á permeabilidade á humidade dos grupos hidrófilos a través da adsorción-difusión-desorción de moléculas de auga. Como se mostra na Figura 5b, a permeabilidade á humidade da fibra de PP pura é de 4810 g/(m2·24h). Despois do selado con revestimento de PVA, o número de buratos na fibra de PP diminúe, pero a permeabilidade á humidade do tecido PVA/PP aumenta a 5070 g/(m2·24h), xa que a súa permeabilidade á humidade está determinada principalmente polas propiedades superficiais, non polos poros. Despois da deposición de AgNPs, a permeabilidade á humidade do tecido Ag/PVA/PP aumentou aínda máis. En particular, a permeabilidade máxima á humidade do tecido Ag/PVA/PP obtida a unha concentración de amoníaco de prata de 30 mM é de 10300 g/(m2·24h). Ao mesmo tempo, a diferente permeabilidade á humidade dos tecidos de Ag/PVA/PP obtidos a diferentes concentracións de amoníaco e prata pode estar asociada con diferenzas no grosor da capa de deposición de prata e no número dos seus poros.
As propiedades mecánicas dos tecidos inflúen fortemente na súa vida útil, especialmente como materiais reciclables46. A figura 5c mostra a curva de tensión á tracción do tecido Ag/PVA/PP. A resistencia á tracción do PP puro é de só 2,23 MPa, mentres que a resistencia á tracción do tecido PVA/PP ao 1 % en peso aumenta significativamente ata os 4,56 MPa, o que indica que o encapsulamento do tecido PVA/PP axuda a mellorar significativamente as súas propiedades mecánicas. A resistencia á tracción e o alongamento á rotura do tecido PVA/PP aumentan ao aumentar a concentración do modificador de PVA porque a película de PVA pode romper a tensión e fortalecer a fibra de PP. Non obstante, cando a concentración do modificador aumenta ao 1,5 % en peso, o PVA pegañento fai que o tecido de polipropileno sexa ríxido, o que afecta seriamente a comodidade de uso.
En comparación cos tecidos de PP puro e PVA/PP, a resistencia á tracción e o alongamento na rotura dos tecidos de Ag/PVA/PP melloran aínda máis porque as nanopartículas de Ag distribuídas uniformemente na superficie das fibras de PP poden distribuír a carga47,48. Pódese observar que a resistencia á tracción da fibra de Ag/PP é maior que a do PP puro, alcanzando os 3,36 MPa (Fig. 5d), o que confirma o efecto forte e fortalecedor das nanopartículas de Ag. En particular, o tecido de Ag/PVA/PP producido cunha concentración de amoníaco e prata de 30 mM (en lugar de 50 mM) presenta unha resistencia á tracción e un alongamento na rotura máximos, o que aínda se debe á deposición uniforme das nanopartículas de Ag, así como á deposición uniforme. Agregación de nanopartículas de prata en condicións de alta concentración de amoníaco e prata. Ademais, despois de 40 ciclos de lavado, a resistencia á tracción e o alongamento á rotura do tecido Ag/PVA/PP preparado a unha concentración de amoníaco de prata de 30 mM diminuíron un 32,7 % e un 26,8 %, respectivamente (Fig. 5d), o que pode estar asociado a unha pequena perda de nanopartículas de prata depositadas despois disto.
As figuras 6a e b mostran fotografías dixitais de tecido Ag/PVA/PP e tecido Ag/PP despois de lavar durante 0, 10, 20, 30, 40 e 50 ciclos a unha concentración de amoníaco de prata de 30 mM. O tecido Ag/PVA/PP gris escuro e o tecido Ag/PP vólvense gradualmente gris claro despois do lavado; e o cambio de cor do primeiro durante o lavado non parece ser tan grave como o do segundo. Ademais, en comparación co tecido Ag/PP, o contido de prata do tecido Ag/PVA/PP diminuíu relativamente lentamente despois do lavado; despois de lavalo 20 ou máis veces, o primeiro mantivo un contido de prata máis alto que o segundo (Fig. 6c). Isto indica que encapsular fibras de PP cun revestimento de PVA pode mellorar significativamente a adhesión das nanopartículas de Ag ás fibras de PP. A figura 6d mostra as imaxes SEM do tecido Ag/PVA/PP e do tecido Ag/PP despois de lavar durante 10, 40 e 50 ciclos. Os tecidos de Ag/PVA/PP experimentan menos perda de nanopartículas de Ag durante o lavado que os tecidos de Ag/PP, de novo porque o revestimento encapsulante de PVA axuda a mellorar a adhesión das nanopartículas de Ag ás fibras de PP.
(a) Fotografías de tecido Ag/PP tomadas cunha cámara dixital (tomadas a unha concentración de amoníaco de prata de 30 mM) despois de lavalos durante 0, 10, 20, 30, 40 e 50 ciclos (1-6); (b) Fotografías de tecidos Ag/PVA/PP tomadas cunha cámara dixital (tomadas a unha concentración de amoníaco de prata de 30 mM) despois de lavalos durante 0, 10, 20, 30, 40 e 50 ciclos (1-6); (c) Cambios no contido de prata dos dous tecidos entre os ciclos de lavado; (d) Imaxes SEM de tecido Ag/PVA/PP (1-3) e tecido Ag/PP (4-6) despois de 10, 40 e 50 ciclos de lavado.
A figura 7 mostra a actividade antibacteriana e as fotografías tomadas con cámara dixital dos tecidos Ag/PVA/PP contra a E. coli despois de 10, 20, 30 e 40 ciclos de lavado. Despois de 10 e 20 lavados, o rendemento antibacteriano dos tecidos Ag/PVA/PP mantívose no 99,99 % e o 99,93 %, o que demostra unha excelente actividade antibacteriana. O nivel antibacteriano do tecido Ag/PVA/PP diminuíu lixeiramente despois de 30 e 40 lavados, o que se debeu á perda de AgNP despois dun lavado a longo prazo. Non obstante, a taxa antibacteriana do tecido Ag/PP despois de 40 lavados é só do 80,16 %. É obvio que o efecto antibacteriano do tecido Ag/PP despois de 40 ciclos de lavado é moito menor que o do tecido Ag/PVA/PP.
(a) Nivel de actividade antibacteriana contra a E. coli. (b) A modo de comparación, tamén se mostran fotografías do tecido Ag/PVA/PP tomadas cunha cámara dixital despois de lavar o tecido Ag/PP a unha concentración de amoníaco de prata de 30 mM durante 10, 20, 30, 40 e 40 ciclos.
Na figura 8 móstrase esquematicamente a fabricación de tecido Ag/PVA/PP a grande escala usando unha ruta de rolo a rolo en dúas etapas. É dicir, a solución de PVA/glicosa mergullouse no marco do rolo durante un certo período de tempo, logo retirouse e logo impregnouse cunha solución de amoníaco e prata do mesmo xeito para obter o tecido Ag/PVA/PP. (Fig. 8a). O tecido Ag/PVA/PP resultante aínda conserva unha excelente actividade antibacteriana mesmo se se deixa durante 1 ano. Para a preparación a grande escala de tecidos Ag/PVA/PP, os non tecidos de PP resultantes impregnáronse nun proceso de rolo continuo e logo pasáronse secuencialmente por unha solución de PVA/glicosa e unha solución de amoníaco e prata e procesáronse. dous métodos. Vídeos adxuntos. O tempo de impregnación contrólase axustando a velocidade do rolo e a cantidade de solución adsorbida contrólase axustando a distancia entre os rolos (Fig. 8b), obtendo así o tecido non tecido Ag/PVA/PP obxectivo de gran tamaño (50 cm × 80 cm) e o rolo de recollida. Todo o proceso é sinxelo e eficiente, o que favorece a produción a grande escala.
Diagrama esquemático da produción de produtos obxectivo de gran tamaño (a) e diagrama esquemático do proceso de rolo para a produción de materiais non tecidos de Ag/PVA/PP (b).
Os tecidos non tecidos de PVA/PP que conteñen prata prodúcense mediante unha tecnoloxía sinxela de deposición en fase líquida in situ combinada coa ruta de rolo a rolo. En comparación co tecido PP e o tecido PVA/PP, as propiedades mecánicas do tecido non tecido Ag/PVA/PP preparado melloran significativamente porque a capa de selado de PVA pode mellorar significativamente a adhesión das nanopartículas de Ag ás fibras de PP. Ademais, a cantidade de carga de PVA e o contido de nanopartículas de prata no tecido non tecido Ag/PVA/PP pódense controlar ben axustando as concentracións da solución de PVA/glicosa e da solución de amoníaco de prata. En particular, o tecido non tecido Ag/PVA/PP preparado cunha solución de amoníaco de prata de 30 mM mostrou as mellores propiedades mecánicas e mantivo unha excelente actividade antibacteriana contra E. coli mesmo despois de 40 ciclos de lavado, mostrando un bo potencial antiincrustante. Material non tecido de PP. En comparación con outros datos da literatura, os tecidos obtidos por nós utilizando métodos máis sinxelos mostraron unha mellor resistencia ao lavado. Ademais, o tecido non tecido Ag/PVA/PP resultante ten unha permeabilidade á humidade e unha comodidade de uso ideais, o que pode facilitar a súa aplicación en aplicacións industriais.
Inclúa todos os datos obtidos ou analizados durante este estudo (e os seus arquivos de información complementaria).
Russell, SM et al. Biosensores para combater a tormenta de citocinas da COVID-19: desafíos futuros. ACS Sens. 5, 1506–1513 (2020).
Zaeem S, Chong JH, Shankaranarayanan V e Harkey A. COVID-19 e respostas multiorgánicas. current. question. heart. 45, 100618 (2020).
Zhang R, et al. As estimacións do número de casos de coronavirus en 2019 na China axústanse por estadio e rexións endémicas. front. medicine. 14, 199–209 (2020).
Gao J. et al. Material composto de tecido non tecido de polipropileno flexible, superhidrófobo e altamente condutor para a protección contra interferencias electromagnéticas. Chemical. engineer. J. 364, 493–502 (2019).
Raihan M. et al. Desenvolvemento de películas nanocompostas multifuncionais de poliacrilonitrilo/prata: actividade antibacteriana, actividade catalítica, condutividade, protección UV e sensores SERS activos. J. Matt. resource. technologies. 9, 9380–9394 (2020).
Dawadi S, Katuwal S, Gupta A, Lamichane U e Parajuli N. Investigación actual sobre nanopartículas de prata: síntese, caracterización e aplicacións. J. Nanomaterials. 2021, 6687290 (2021).
Deng Da, Chen Zhi, Hu Yong, Ma Jian, Tong YDN Un proceso sinxelo para preparar tinta condutora a base de prata e aplicala a superficies selectivas en frecuencia. Nanotechnology 31, 105705–105705 (2019).
Hao, Y. et al. Os polímeros hiperramificados permiten o uso de nanopartículas de prata como estabilizadores para a impresión por inxección de tinta de circuítos flexibles. R. Shuker. Chemical. 43, 2797–2803 (2019).
Keller P e Kawasaki HJML Redes de veas foliares condutoras producidas por autoensamblaxe de nanopartículas de prata para posibles aplicacións en sensores flexibles. Matt. Wright. 284, 128937.1-128937.4 (2020).
Li, J. et al. Nanosferas e matrices de sílice decoradas con nanopartículas de prata como posibles substratos para a dispersión Raman mellorada na superficie. ASU Omega 6, 32879–32887 (2021).
Liu, X. et al. Sensor de dispersión Raman (SERS) mellorado en superficie flexible a grande escala con alta estabilidade e uniformidade do sinal. ACS Application Matt. Interfaces 12, 45332–45341 (2020).
Sandeep, KG et al. Unha heteroestrutura xerárquica de nanobastóns de fulereno decorados con nanopartículas de prata (Ag-FNR) serve como un substrato SERS independente dunha soa partícula eficaz. Física. Química. Química. Física. 27, 18873–18878 (2018).
Emam, HE e Ahmed, HB Estudo comparativo de nanoestruturas homometálicas e heterometálicas baseadas en ágar durante a degradación catalizada por colorantes. internacionalidade. J. Biol. Moléculas grandes. 138, 450–461 (2019).
Emam, HE, Mikhail, MM, El-Sherbiny, S., Nagy, KS e Ahmed, HB Nanocatálise dependente de metais para a redución de contaminantes aromáticos. Mércores. A ciencia. Contaminar. Recurso. Internacionalidade. 27, 6459–6475 (2020).
Ahmed HB e Emam HE Nanoestruturas de triplo núcleo-casca (Ag-Au-Pd) cultivadas a partir de sementes a temperatura ambiente para a posible purificación de auga. Polymer. Test. 89, 106720 (2020).
Data de publicación: 26 de novembro de 2023