पुनर्चक्रण योग्य, धोने योग्य रोगाणुरोधी चांदी युक्त नॉनवोवन का ऑन-साइट रोल तैयार करना

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आजकल, जीवाणुरोधी गुणों वाले कार्यात्मक कपड़े ज़्यादा लोकप्रिय हैं। हालाँकि, टिकाऊ और निरंतर प्रदर्शन वाले कार्यात्मक कपड़ों का लागत-प्रभावी उत्पादन एक चुनौती बना हुआ है। पॉलीप्रोपाइलीन (पीपी) नॉनवॉवन कपड़े को संशोधित करने के लिए पॉलीविनाइल अल्कोहल (पीवीए) का उपयोग किया गया, और फिर पीवीए-संशोधित एजीएनपी-भारित पीपी (जिसे एजीएनपी कहा जाता है) बनाने के लिए सिल्वर नैनोकणों (एजीएनपी) को यथास्थान जमा किया गया। /पीवीए/पीपी) कपड़ा। पीवीए कोटिंग का उपयोग करके पीपी रेशों को एनकैप्सुलेट करने से पीपी रेशों पर लोडेड एजीएनपी के आसंजन में उल्लेखनीय सुधार होता है, और एजी/पीवीए/पीपी नॉनवॉवन कपड़े में उल्लेखनीय रूप से बेहतर यांत्रिक गुण और एस्चेरिचिया कोलाई (जिसे ई. कोलाई कहा जाता है) के प्रति प्रतिरोध प्रदर्शित होता है। आमतौर पर, 30 मिमी सिल्वर अमोनिया सांद्रता पर उत्पादित एजी/पीवीए/पीपी नॉनवॉवन कपड़े में बेहतर यांत्रिक गुण होते हैं, और ई. कोलाई के विरुद्ध जीवाणुरोधी सुरक्षा दर 99.99% तक पहुँच जाती है। 40 धुलाई के बाद भी कपड़े में उत्कृष्ट जीवाणुरोधी गतिविधि बनी रहती है और बार-बार उपयोग की क्षमता होती है। इसके अलावा, Ag/PVA/PP नॉन-वोवन फ़ैब्रिक की अच्छी वायु पारगम्यता और नमी पारगम्यता के कारण उद्योग में इसके व्यापक अनुप्रयोग की संभावनाएँ हैं। इसके अलावा, हमने एक रोल-टू-रोल तकनीक भी विकसित की है और इस पद्धति की व्यवहार्यता का परीक्षण करने के लिए प्रारंभिक अन्वेषण किया है।
आर्थिक वैश्वीकरण के गहराने के साथ, बड़े पैमाने पर जनसंख्या आंदोलनों ने वायरस संचरण की संभावना को बहुत बढ़ा दिया है, जो इस बात की अच्छी तरह व्याख्या करता है कि नए कोरोनावायरस में दुनिया भर में फैलने की इतनी प्रबल क्षमता क्यों है और इसे रोकना मुश्किल है1,2,3। इस अर्थ में, चिकित्सा सुरक्षा सामग्री के रूप में पॉलीप्रोपाइलीन (पीपी) नॉनवॉवन जैसे नए जीवाणुरोधी पदार्थों को विकसित करने की तत्काल आवश्यकता है। पॉलीप्रोपाइलीन नॉनवॉवन कपड़े में कम घनत्व, रासायनिक निष्क्रियता और कम लागत4 के लाभ हैं, लेकिन इनमें जीवाणुरोधी क्षमता, कम सेवा जीवन और कम सुरक्षा दक्षता नहीं होती है। इसलिए, पीपी नॉनवॉवन पदार्थों में जीवाणुरोधी गुण प्रदान करना अत्यंत महत्वपूर्ण है।
एक प्राचीन जीवाणुरोधी एजेंट के रूप में, चाँदी विकास के पाँच चरणों से गुज़री है: कोलाइडल सिल्वर घोल, सिल्वर सल्फाडायज़ीन, सिल्वर सॉल्ट, प्रोटीन सिल्वर और नैनोसिल्वर। चिकित्सा5,6, चालकता7,8,9, सतह-संवर्धित रमन प्रकीर्णन10,11,12, रंजकों का उत्प्रेरक क्षरण13,14,15,16 आदि क्षेत्रों में चाँदी के नैनोकणों का उपयोग तेज़ी से बढ़ रहा है। विशेष रूप से, चाँदी के नैनोकणों (AgNPs) में धातु लवण, चतुर्धातुक अमोनियम यौगिक और ट्राइक्लोसन जैसे पारंपरिक रोगाणुरोधी एजेंटों की तुलना में उनके आवश्यक जीवाणु प्रतिरोध, स्थिरता, कम लागत और पर्यावरणीय स्वीकार्यता17,18,19 के कारण लाभ हैं। इसके अलावा, बड़े विशिष्ट सतह क्षेत्र और उच्च जीवाणुरोधी गतिविधि वाले चाँदी के नैनोकणों को ऊनी कपड़ों20, सूती कपड़ों21,22, पॉलिएस्टर कपड़ों और अन्य कपड़ों से जोड़कर जीवाणुरोधी चाँदी के कणों23,24 का नियंत्रित और निरंतर उत्सर्जन प्राप्त किया जा सकता है। इसका मतलब यह है कि AgNPs को एनकैप्सुलेट करके, जीवाणुरोधी गतिविधि वाले पीपी कपड़े बनाना संभव है। हालांकि, पीपी नॉनवॉवन में कार्यात्मक समूहों की कमी होती है और इसकी ध्रुवता कम होती है, जो AgNPs के एनकैप्सुलेशन के लिए अनुकूल नहीं है। इस खामी को दूर करने के लिए, कुछ शोधकर्ताओं ने प्लाज्मा स्प्रेइंग26,27, रेडिएशन ग्राफ्टिंग28,29,30,31 और सतह कोटिंग32 सहित विभिन्न संशोधन विधियों का उपयोग करके पीपी कपड़ों की सतह पर Ag नैनोकणों को जमा करने का प्रयास किया है। उदाहरण के लिए, गोली एट अल। [33] ने पीपी नॉनवॉवन कपड़े की सतह पर एक प्रोटीन कोटिंग पेश की, प्रोटीन परत की परिधि पर अमीनो एसिड AgNPs के बंधन के लिए लंगर बिंदु के रूप में काम कर सकते हैं ली और उनके सहकर्मियों ने पाया कि पराबैंगनी (यूवी) नक़्क़ाशी द्वारा सह-आर्द्रित एन-आइसोप्रोपाइलएक्रिलामाइड और एन-(3-एमिनोप्रोपाइल)मेथैक्रिलामाइड हाइड्रोक्लोराइड ने प्रबल रोगाणुरोधी गतिविधि प्रदर्शित की, हालाँकि यूवी नक़्क़ाशी प्रक्रिया जटिल है और रेशों के यांत्रिक गुणों को ख़राब कर सकती है। ओलियानी एट अल. ने शुद्ध पीपी को गामा विकिरण से पूर्व-उपचारित करके उत्कृष्ट जीवाणुरोधी गतिविधि वाली Ag NPs-PP जेल फ़िल्में तैयार कीं; हालाँकि, उनकी विधि भी जटिल थी। इस प्रकार, वांछित रोगाणुरोधी गतिविधि वाले पुनर्चक्रण योग्य पॉलीप्रोपाइलीन नॉनवॉवन का कुशलतापूर्वक और आसानी से उत्पादन करना एक चुनौती बनी हुई है।
इस अध्ययन में, पॉलीप्रोपाइलीन कपड़ों को संशोधित करने के लिए पॉलीविनाइल अल्कोहल का उपयोग किया गया है, जो एक पर्यावरण-अनुकूल और कम लागत वाली झिल्ली सामग्री है जिसमें अच्छी फिल्म-निर्माण क्षमता, उच्च जल-स्नेहीता और उत्कृष्ट भौतिक एवं रासायनिक स्थिरता होती है। ग्लूकोज का उपयोग एक अपचायक कारक के रूप में किया जाता है36। संशोधित पीपी की सतही ऊर्जा में वृद्धि AgNPs के चयनात्मक निक्षेपण को बढ़ावा देती है। शुद्ध पीपी कपड़े की तुलना में, तैयार Ag/PVA/PP कपड़े ने अच्छी पुनर्चक्रण क्षमता, ई. कोलाई के विरुद्ध उत्कृष्ट जीवाणुरोधी गतिविधि, 40 धुलाई चक्रों के बाद भी अच्छे यांत्रिक गुण, और उल्लेखनीय श्वसन क्षमता, लिंग और नमी पारगम्यता प्रदर्शित की।
25 ग्राम/मी2 के विशिष्ट गुरुत्व और 0.18 मिमी की मोटाई वाला पीपी नॉनवोवन कपड़ा जियुआन कांगआन सेनेटरी मटीरियल्स कंपनी लिमिटेड (जियुआन, चीन) द्वारा प्रदान किया गया था और 5×5 सेमी2 माप वाली शीटों में काटा गया था। सिल्वर नाइट्रेट (99.8%; एआर) ज़िलोंग साइंटिफिक कंपनी लिमिटेड (शान्तौ, चीन) से खरीदा गया था। ग्लूकोज फ़ूज़ौ नेप्च्यून फ़ूयाओ फार्मास्युटिकल कंपनी लिमिटेड (फ़ूज़ौ, चीन) से खरीदा गया था। पॉलीविनाइल अल्कोहल (औद्योगिक ग्रेड अभिकर्मक) तियानजिन सिटॉन्ग केमिकल फैक्ट्री (तियानजिन, चीन) से खरीदा गया था। विआयनीकृत पानी का उपयोग विलायक या कुल्ला के रूप में किया गया था और इसे हमारी प्रयोगशाला में तैयार किया गया था। पोषक तत्व अगर और शोरबा बीजिंग एओबॉक्सिंग बायोटेक्नोलॉजी कंपनी लिमिटेड (बीजिंग, चीन) से खरीदे गए थे। ई. कोली स्ट्रेन (एटीसीसी 25922) झांगझोउ बोचुआंग कंपनी (झांगझोउ, चीन) से खरीदा गया था।
परिणामी पीपी ऊतक को इथेनॉल में 15 मिनट तक अल्ट्रासाउंड से धोया गया। परिणामी पीवीए को पानी में मिलाकर 95°C पर 2 घंटे तक गर्म किया गया ताकि जलीय घोल प्राप्त हो सके। फिर, 0.1%, 0.5%, 1.0% और 1.5% द्रव्यमान अंश वाले 10 मिलीलीटर पीवीए घोल में ग्लूकोज घोला गया। शुद्ध पॉलीप्रोपाइलीन नॉनवॉवन कपड़े को पीवीए/ग्लूकोज घोल में डुबोया गया और 60°C पर 1 घंटे तक गर्म किया गया। गर्म करने के बाद, पीपी-संसेचित नॉनवॉवन कपड़े को पीवीए/ग्लूकोज घोल से निकालकर 60°C पर 0.5 घंटे तक सुखाया जाता है ताकि वेब की सतह पर पीवीए फिल्म बन जाए, जिससे एक पीवीए/पीपी मिश्रित कपड़ा प्राप्त होता है।
सिल्वर नाइट्रेट को कमरे के तापमान पर लगातार हिलाते हुए 10 मिली पानी में घोला जाता है और अमोनिया को बूंद-बूंद करके तब तक मिलाया जाता है जब तक कि घोल साफ से भूरा और फिर से साफ न हो जाए, जिससे सिल्वर अमोनिया घोल (5–90 mM) प्राप्त होता है। PVA/PP नॉनवॉवन कपड़े को सिल्वर अमोनिया घोल में रखें और कपड़े की सतह पर Ag नैनोकणों को यथास्थान बनाने के लिए इसे 60°C पर 1 घंटे तक गर्म करें, फिर इसे पानी से तीन बार धोएँ और 60°C पर 0.5 घंटे तक सुखाएँ, जिससे Ag/PVA/PP मिश्रित कपड़ा प्राप्त होता है।
प्रारंभिक प्रयोगों के बाद, हमने मिश्रित कपड़ों के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए प्रयोगशाला में रोल-टू-रोल उपकरण बनाए। प्रतिकूल प्रतिक्रियाओं और संदूषण से बचने के लिए रोलर्स PTFE से बने होते हैं। इस प्रक्रिया के दौरान, रोलर्स की गति और रोलर्स के बीच की दूरी को समायोजित करके, वांछित Ag/PVA/PP मिश्रित कपड़ा प्राप्त करने के लिए, संसेचन समय और अधिशोषित विलयन की मात्रा को नियंत्रित किया जा सकता है।
ऊतक सतह आकृति विज्ञान का अध्ययन 5 kV के त्वरित वोल्टेज पर एक VEGA3 स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM; जापान इलेक्ट्रॉनिक्स, जापान) का उपयोग करके किया गया था। चांदी के नैनोकणों की क्रिस्टल संरचना का विश्लेषण एक्स-रे विवर्तन (XRD; ब्रुकर, D8 एडवांस्ड, जर्मनी; Cu Kα विकिरण, λ = 0.15418 nm; वोल्टेज: 40 kV, धारा: 40 mA) द्वारा 10–80°.2θ की सीमा में किया गया था। सतह-संशोधित पॉलीप्रोपाइलीन कपड़े की रासायनिक विशेषताओं का विश्लेषण करने के लिए एक फूरियर ट्रांसफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोमीटर (ATR-FTIR; निकोलेट 170sx, थर्मो फिशर साइंटिफिक इंकॉर्पोरेशन) का उपयोग किया गया था। Ag/PVA/PP मिश्रित कपड़ों में PVA संशोधक सामग्री को नाइट्रोजन धारा के तहत थर्मोग्रैविमेट्रिक विश्लेषण (TGA; मेटलर टोलेडो, स्विट्जरलैंड) द्वारा मापा गया था। एजी/पीवीए/पीपी मिश्रित कपड़ों में चांदी की मात्रा निर्धारित करने के लिए इंडक्टिवली कपल्ड प्लाज्मा मास स्पेक्ट्रोमेट्री (आईसीपी-एमएस, एलान डीआरसी II, पर्किन-एल्मर (हांगकांग) कंपनी लिमिटेड) का उपयोग किया गया।
एजी/पीवीए/पीपी मिश्रित कपड़े (विनिर्देश: 78×50 सेमी2) की वायु पारगम्यता और जल वाष्प संचरण दर को एक तृतीय-पक्ष परीक्षण एजेंसी (तियानफैंगबियाओ मानकीकरण प्रमाणन एवं परीक्षण कंपनी लिमिटेड) द्वारा GB/T. 5453-1997 और GB/T 12704.2-2009 के अनुसार मापा गया। प्रत्येक नमूने के लिए, परीक्षण हेतु दस अलग-अलग बिंदु चुने गए, और एजेंसी द्वारा प्रदान किया गया डेटा उन दस बिंदुओं का औसत है।
एजी/पीवीए/पीपी कम्पोजिट कपड़े की जीवाणुरोधी गतिविधि को चीनी मानकों जीबी/टी 20944.1-2007 और जीबी/टी 20944.3 के अनुसार अगर प्लेट डिफ्यूजन विधि (गुणात्मक विश्लेषण) और शेक फ्लास्क विधि (मात्रात्मक विश्लेषण) का उपयोग करके मापा गया था। । क्रमशः 2008 में। एस्चेरिचिया कोली के खिलाफ एजी/पीवीए/पीपी कम्पोजिट कपड़े की जीवाणुरोधी गतिविधि को अलग-अलग धुलाई समय पर निर्धारित किया गया था। अगर प्लेट डिफ्यूजन विधि के लिए, परीक्षण एजी/पीवीए/पीपी कम्पोजिट कपड़े को एक पंच का उपयोग करके एक डिस्क (व्यास: 8 मिमी) में छिद्रित किया जाता है और एस्चेरिचिया कोली (एटीसीसी 25922) से संक्रमित अगर पेट्री डिश से जोड़ा जाता है। अवरोध के क्षेत्र का विश्लेषण डिस्क के केंद्र से आसपास की कॉलोनियों की आंतरिक परिधि तक लंबवत किया गया था। शेक फ्लास्क विधि का उपयोग करते हुए, परीक्षण किए गए Ag/PVA/PP मिश्रित कपड़े से 2 × 2 सेमी2 की एक सपाट प्लेट तैयार की गई और 30 मिनट के लिए 121°C और 0.1 MPa पर शोरबा वातावरण में ऑटोक्लेव किया गया। ऑटोक्लेविंग के बाद, नमूने को 5-एमएल एर्लेनमेयर फ्लास्क में डुबोया गया जिसमें 70 एमएल शोरबा संवर्धन घोल (निलंबन सांद्रता 1 × 105–4 × 105 CFU/mL) था और फिर 150 °C के दोलन तापमान पर इनक्यूबेट किया गया। आरपीएम और 18 घंटे के लिए 25°C। हिलाने के बाद, एक निश्चित मात्रा में जीवाणु निलंबन एकत्र करें और इसे दस गुना पतला करें जीवाणुरोधी प्रभावशीलता की गणना का सूत्र है: \(\frac{\mathrm{C}-\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\), जहाँ C और A क्रमशः 24 घंटे बाद कॉलोनियों की संख्या हैं। नियंत्रण समूह और Ag/PVA/PP मिश्रित ऊतक में संवर्धित।
Ag/PVA/PP मिश्रित कपड़ों के स्थायित्व का मूल्यांकन ISO 105-C10:2006.1A के अनुसार धुलाई द्वारा किया गया। धुलाई के दौरान, परीक्षण किए गए Ag/PVA/PP मिश्रित कपड़े (30x40 मिमी2) को व्यावसायिक डिटर्जेंट (5.0 ग्राम/लीटर) युक्त जलीय घोल में डुबोएँ और 40±2 rpm और 40±5 rpm/मिनट की उच्च गति पर 10, 20, 30, 40 और 50°C चक्रों में धोएँ। धुलाई के बाद, कपड़े को पानी से तीन बार धोया जाता है और 50-60°C के तापमान पर 30 मिनट तक सुखाया जाता है। जीवाणुरोधी गतिविधि की मात्रा निर्धारित करने के लिए धुलाई के बाद चांदी की मात्रा में परिवर्तन मापा गया।
चित्र 1 में Ag/PVA/PP मिश्रित कपड़े के निर्माण का योजनाबद्ध आरेख दिखाया गया है। अर्थात्, PP नॉनवॉवन सामग्री को PVA और ग्लूकोज़ के मिश्रित घोल में डुबोया जाता है। PP-संसेचित नॉनवॉवन सामग्री को संशोधक और अपचायक को स्थिर करने के लिए सुखाया जाता है ताकि एक सीलिंग परत बन सके। सूखे पॉलीप्रोपाइलीन नॉनवॉवन कपड़े को सिल्वर अमोनिया के घोल में डुबोया जाता है ताकि सिल्वर नैनोकणों को यथास्थान जमा किया जा सके। संशोधक की सांद्रता, ग्लूकोज़ और सिल्वर अमोनिया का मोलर अनुपात, सिल्वर अमोनिया की सांद्रता और अभिक्रिया तापमान Ag NPs के अवक्षेपण को प्रभावित करते हैं। ये महत्वपूर्ण कारक हैं। चित्र 2a, Ag/PVA/PP कपड़े के जल संपर्क कोण की संशोधक सांद्रता पर निर्भरता को दर्शाता है। जब संशोधक सांद्रता 0.5 wt.% से बढ़कर 1.0 wt.% हो जाती है, तो Ag/PVA/PP कपड़े का संपर्क कोण काफ़ी कम हो जाता है; जब संशोधक सांद्रता 1.0 wt.% से बढ़कर 2.0 wt.% हो जाती है, तो इसमें व्यावहारिक रूप से कोई परिवर्तन नहीं होता है। चित्र 2 बी शुद्ध पीपी फाइबर और एजी/पीवीए/पीपी कपड़ों की एसईएम छवियों को 50 एमएम सिल्वर अमोनिया सांद्रता और ग्लूकोज से सिल्वर अमोनिया के विभिन्न मोलर अनुपात (1:1, 3:1, 5:1, और 9:1) पर तैयार करता है। । छवि। )। परिणामी पीपी फाइबर अपेक्षाकृत चिकना होता है। पीवीए फिल्म के साथ एनकैप्सुलेशन के बाद, कुछ फाइबर एक साथ चिपक जाते हैं; चांदी के नैनोकणों के जमाव के कारण, फाइबर अपेक्षाकृत खुरदरे हो जाते हैं। जैसे-जैसे ग्लूकोज में कम करने वाले एजेंट का मोलर अनुपात बढ़ता है, एजी एनपी की जमा परत धीरे-धीरे मोटी होती जाती है, और जैसे-जैसे मोलर अनुपात 5:1 और 9:1 तक बढ़ता है, एजी एनपी समुच्चय बनाने लगते हैं। पीपी फाइबर की मैक्रोस्कोपिक और माइक्रोस्कोपिक छवियां अधिक समान हो जाती हैं
विभिन्न पीवीए सांद्रता पर एजी/पीवीए/पीपी कपड़े के पानी के संपर्क कोण में परिवर्तन (ए), 50 एमएम की सिल्वर अमोनिया सांद्रता और ग्लूकोज और सिल्वर अमोनिया के विभिन्न मोलर अनुपातों पर प्राप्त एजी/पीवीए/पीपी कपड़े की एसईएम छवियां [(बी))); (1) पीपी फाइबर, (2) पीवीए/पीपी फाइबर, (3) मोलर अनुपात 1:1, (4) मोलर अनुपात 3:1, (5) मोलर अनुपात 5:1, (6) मोलर अनुपात 9:1], सिल्वर अमोनिया सांद्रता पर प्राप्त एजी/पीवीए/पीपी कपड़े का एक्स-रे विवर्तन पैटर्न (सी) और एसईएम छवि (डी): (1) 5 एमएम, (2) 10 एमएम, (3) 30 एमएम, (4) 50 एमएम
चित्र में, चित्र 2c परिणामी Ag/PVA/PP कपड़े के एक्स-रे विवर्तन पैटर्न को दर्शाता है। PP फाइबर 37 के विवर्तन शिखर के अलावा, 2θ = ∼ 37.8°, 44.2°, 64.1° और 77.3° पर चार विवर्तन शिखर घन फलक-केंद्रित सिल्वर नैनोकणों के (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0), क्रिस्टल तल (3 1 1) के अनुरूप हैं। जैसे-जैसे सिल्वर अमोनिया की सांद्रता 5 से 90 mM तक बढ़ती है, Ag के XRD पैटर्न स्पष्ट होते जाते हैं, जो क्रिस्टलीयता में अनुवर्ती वृद्धि के अनुरूप होते हैं। शेरर के सूत्र के अनुसार, 10 mM, 30 mM और 50 mM सिल्वर अमोनिया से तैयार Ag नैनोकणों के कण आकार क्रमशः 21.3 nm, 23.3 nm और 26.5 nm परिकलित किए गए। ऐसा इसलिए है क्योंकि सिल्वर अमोनिया की सांद्रता धात्विक सिल्वर बनाने के लिए अपचयन अभिक्रिया के पीछे प्रेरक शक्ति होती है। सिल्वर अमोनिया की सांद्रता बढ़ने के साथ, Ag NPs के न्यूक्लिएशन और वृद्धि की दर बढ़ जाती है। चित्र 2d, Ag अमोनिया की विभिन्न सांद्रताओं पर प्राप्त Ag/PVA/PP कपड़ों की SEM छवियों को दर्शाता है। 30 mM सिल्वर अमोनिया सांद्रता पर, Ag NPs की निक्षेपित परत अपेक्षाकृत समरूप होती है। हालाँकि, जब सिल्वर अमोनिया सांद्रता बहुत अधिक होती है, तो Ag NP निक्षेपण परत की एकरूपता कम होने लगती है, जो Ag NP निक्षेपण परत में मजबूत समूहन के कारण हो सकता है। इसके अलावा, सतह पर सिल्वर नैनोकणों के दो आकार होते हैं: गोलाकार और शल्कदार। गोलाकार कण का आकार लगभग 20-80 nm होता है, और लैमेलर पार्श्व का आकार लगभग 100-300 nm होता है (चित्र S2)। असंशोधित PP कपड़े की सतह पर Ag नैनोकणों की निक्षेपण परत असमान होती है। इसके अलावा, तापमान में वृद्धि से Ag NPs की कमी को बढ़ावा मिलता है (चित्र S3), लेकिन बहुत अधिक प्रतिक्रिया तापमान Ag NPs के चयनात्मक अवक्षेपण को बढ़ावा नहीं देता है।
चित्र 3a सिल्वर अमोनिया सांद्रता, निक्षेपित सिल्वर की मात्रा और तैयार Ag/PVA/PP कपड़े की जीवाणुरोधी गतिविधि के बीच संबंधों को योजनाबद्ध रूप से दर्शाता है। चित्र 3b सिल्वर अमोनिया की विभिन्न सांद्रताओं पर नमूनों के जीवाणुरोधी पैटर्न को दर्शाता है, जो सीधे नमूनों की जीवाणुरोधी स्थिति को दर्शा सकता है। जब सिल्वर अमोनिया सांद्रता 5 mM से बढ़कर 90 mM हो गई, तो सिल्वर अवक्षेपण की मात्रा 13.67 ग्राम/किग्रा से बढ़कर 481.81 ग्राम/किग्रा हो गई। इसके अलावा, जैसे-जैसे सिल्वर निक्षेपण की मात्रा बढ़ती है, E. कोलाई के विरुद्ध जीवाणुरोधी गतिविधि शुरू में बढ़ती है और फिर उच्च स्तर पर बनी रहती है। विशेष रूप से, जब सिल्वर अमोनिया सांद्रता 30 mM होती है, तो परिणामी Ag/PVA/PP कपड़े में सिल्वर की निक्षेपण मात्रा 67.62 ग्राम/किग्रा होती है
(क) जीवाणुरोधी क्रियाशीलता के स्तर और लगाई गई Ag परत की मात्रा तथा सिल्वर अमोनिया की सांद्रता के बीच संबंध; (ख) डिजिटल कैमरे से लिए गए जीवाणु संवर्धन प्लेटों के चित्र, जिनमें रिक्त नमूने और 5 mM, 10 mM, 30 mM, 50 mM और 90 mM सिल्वर अमोनिया से तैयार नमूने दिखाई दे रहे हैं। एस्चेरिचिया कोलाई के विरुद्ध Ag/PVA/PP कपड़े की जीवाणुरोधी क्रियाशीलता
चित्र 4a में PP, PVA/PP, Ag/PP और Ag/PVA/PP के FTIR/ATR स्पेक्ट्रम दर्शाए गए हैं। 2950 cm-1 और 2916 cm-1 पर शुद्ध PP रेशे के अवशोषण बैंड –CH3 और –CH2- समूहों के असममित खिंचाव कंपन के कारण हैं, और 2867 cm-1 और 2837 cm-1 पर ये –CH3 और –CH2 समूहों – –CH3 और –CH2– के सममित खिंचाव कंपन के कारण हैं। 1375 cm–1 और 1456 cm–1 पर अवशोषण बैंड –CH338.39 के असममित और सममित विस्थापन कंपन के कारण हैं। Ag/PP रेशे का FTIR स्पेक्ट्रम PP रेशे के समान है। पीपी के अवशोषण बैंड के अलावा, पीवीए/पीपी और एजी/पीवीए/पीपी कपड़ों के 3360 सेमी-1 पर नए अवशोषण शिखर का श्रेय –OH समूह के हाइड्रोजन बंध के खिंचाव को दिया जाता है। यह दर्शाता है कि पीवीए पॉलीप्रोपाइलीन फाइबर की सतह पर सफलतापूर्वक लगाया जाता है। इसके अलावा, एजी/पीवीए/पीपी कपड़े का हाइड्रॉक्सिल अवशोषण शिखर पीवीए/पीपी कपड़े की तुलना में थोड़ा कमज़ोर होता है, जो संभवतः कुछ हाइड्रॉक्सिल समूहों के सिल्वर के साथ समन्वय के कारण होता है।
शुद्ध पीपी, पीवीए/पीपी कपड़े और एजी/पीवीए/पीपी कपड़े का एफटी-आईआर स्पेक्ट्रम (ए), टीजीए वक्र (बी) और एक्सपीएस माप स्पेक्ट्रम (सी), और शुद्ध पीपी (डी), पीवीए/पीपी पीपी कपड़े (ई) और एजी/पीवीए/पीपी कपड़े का एजी 3डी शिखर (एफ) का सी 1एस स्पेक्ट्रम।
चित्र 4c में PP, PVA/PP, और Ag/PVA/PP कपड़ों के XPS स्पेक्ट्रा दर्शाए गए हैं। शुद्ध पॉलीप्रोपाइलीन फाइबर का कमज़ोर O 1s सिग्नल सतह पर अधिशोषित ऑक्सीजन तत्व के कारण हो सकता है; 284.6 eV पर C 1s का शिखर CH और CC के कारण है (चित्र 4d देखें)। शुद्ध PP फाइबर की तुलना में, PVA/PP कपड़ा (चित्र 4e) 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) और 288.5 eV (H–C=O)38 पर उच्च प्रदर्शन प्रदर्शित करता है। इसके अलावा, PVA/PP कपड़े के O 1s स्पेक्ट्रम को 532.3 eV और 533.2 eV41 (चित्र S4) पर दो चोटियों द्वारा अनुमानित किया जा सकता है। ये C 1s चोटियाँ C–OH और H–C=O (PVA के हाइड्रॉक्सिल समूह और एल्डिहाइड ग्लूकोज़ समूह) के अनुरूप हैं, जो FTIR डेटा के अनुरूप है। Ag/PVA/PP नॉनवॉवन कपड़े में C-OH (532.3 eV) और HC=O (533.2 eV) (चित्र S5) का O 1s स्पेक्ट्रम बना रहता है, जिसमें 65.81% (परमाणु प्रतिशत) C, 22.89% O और 11.31% Ag (चित्र S4) होते हैं। विशेष रूप से, 368.2 eV और 374.2 eV (चित्र 4f) पर Ag 3d5/2 और Ag 3d3/2 के शिखर यह साबित करते हैं कि Ag NPs को PVA/PP42 नॉनवॉवन कपड़े की सतह पर डोप किया जाता है।
शुद्ध पीपी, एजी/पीपी कपड़े और एजी/पीवीए/पीपी कपड़े के टीजीए वक्र (चित्र 4बी) से पता चलता है कि वे समान तापीय अपघटन प्रक्रियाओं से गुजरते हैं और एजी एनपी के जमाव से पीपी फाइबर पीवीए/पीपी फाइबर के तापीय क्षरण तापमान में मामूली वृद्धि होती है (480 डिग्री सेल्सियस (पीपी फाइबर) से 495 डिग्री सेल्सियस तक), संभवतः एजी अवरोध43 के निर्माण के कारण। वहीं, 800 डिग्री सेल्सियस पर गर्म करने के बाद पीपी, एजी/पीपी, एजी/पीवीए/पीपी, एजी/पीवीए/पीपी-डब्ल्यू50 और एजी/पीपी-डब्ल्यू50 के शुद्ध नमूनों की अवशिष्ट मात्रा क्रमशः 1.32%, 16.26% और 13.86% थी शुद्ध पीपी का शेष भाग अशुद्धियों के कारण है, और शेष नमूनों का शेष भाग Ag NPs के कारण है, और चांदी से भरे नमूनों की अवशिष्ट मात्रा में अंतर उन पर भरे गए चांदी के नैनोकणों की अलग-अलग मात्रा के कारण होना चाहिए। इसके अलावा, Ag/PP कपड़े को 50 बार धोने के बाद, अवशिष्ट चांदी की मात्रा 94.65% कम हो गई, और Ag/PVA/PP कपड़े की अवशिष्ट चांदी की मात्रा लगभग 31.74% कम हो गई। इससे पता चलता है कि PVA एनकैप्सुलेटिंग कोटिंग, PP मैट्रिक्स पर AgNPs के आसंजन को प्रभावी ढंग से बेहतर बना सकती है।
पहनने में आराम का मूल्यांकन करने के लिए, तैयार पॉलीप्रोपाइलीन कपड़े की वायु पारगम्यता और जल वाष्प संचरण दर को मापा गया। सामान्यतः, श्वसन क्षमता उपयोगकर्ता के तापीय आराम से संबंधित होती है, विशेष रूप से गर्म और आर्द्र वातावरण में44। जैसा कि चित्र 5a में दिखाया गया है, शुद्ध पीपी की वायु पारगम्यता 2050 मिमी/सेकंड है, और पीवीए के संशोधन के बाद यह घटकर 856 मिमी/सेकंड हो जाती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि पीपी रेशे और बुने हुए भाग की सतह पर बनी पीवीए फिल्म रेशों के बीच के अंतराल को कम करने में मदद करती है। Ag NPs लगाने के बाद, Ag NPs लगाने पर PVA कोटिंग की खपत के कारण पीपी कपड़े की वायु पारगम्यता बढ़ जाती है। इसके अलावा, सिल्वर अमोनिया की सांद्रता 10 से 50 mmol तक बढ़ने पर Ag/PVA/PP कपड़ों की श्वसन क्षमता कम हो जाती है। ऐसा इस तथ्य के कारण हो सकता है कि सिल्वर अमोनिया की सांद्रता बढ़ने के साथ सिल्वर जमाव की मोटाई बढ़ जाती है, जिससे छिद्रों की संख्या और उनसे होकर जल वाष्प के गुजरने की संभावना कम हो जाती है।
(क) सिल्वर अमोनिया की विभिन्न सांद्रताओं के साथ तैयार किए गए Ag/PVA/PP कपड़ों की वायु पारगम्यता; (ख) सिल्वर अमोनिया की विभिन्न सांद्रताओं के साथ तैयार किए गए Ag/PVA/PP कपड़ों का जल वाष्प संचरण; (ग) विभिन्न संशोधक विभिन्न सांद्रताओं पर प्राप्त Ag फैब्रिक/PVA/PP का तन्य वक्र; (घ) सिल्वर अमोनिया की विभिन्न सांद्रताओं पर प्राप्त किए गए Ag/PVA/PP कपड़े का तन्य वक्र (30 mM सिल्वर अमोनिया सांद्रता पर प्राप्त Ag/PVA/PP कपड़े को भी दिखाया गया है) (40 धुलाई चक्रों के बाद पीपी कपड़ों के तन्य वक्रों की तुलना करें)।
जल वाष्प संचरण की दर एक कपड़े के थर्मल आराम का एक और महत्वपूर्ण संकेतक है45। यह पता चला है कि कपड़ों की नमी पारगम्यता मुख्य रूप से सांस लेने और सतह के गुणों से प्रभावित होती है। यही है, हवा की पारगम्यता मुख्य रूप से छिद्रों की संख्या पर निर्भर करती है; सतह के गुण जल के अणुओं के अवशोषण-विसरण-विलोपन के माध्यम से हाइड्रोफिलिक समूहों की नमी पारगम्यता को प्रभावित करते हैं। जैसा कि चित्रा 5 बी में दिखाया गया है, शुद्ध पीपी फाइबर की नमी पारगम्यता 4810 ग्राम / (एम 2 · 24 घंटे) है। पीवीए कोटिंग के साथ सील करने के बाद, पीपी फाइबर में छिद्रों की संख्या कम हो जाती है, लेकिन पीवीए / पीपी कपड़े की नमी पारगम्यता 5070 ग्राम / (एम 2 · 24 घंटे) तक बढ़ जाती है, क्योंकि इसकी नमी पारगम्यता मुख्य रूप से सतह के गुणों से निर्धारित होती है, छिद्रों से नहीं। विशेष रूप से, 30 mM सिल्वर अमोनिया सांद्रता पर प्राप्त Ag/PVA/PP कपड़े की अधिकतम नमी पारगम्यता 10300 g/(m2·24h) है। साथ ही, सिल्वर अमोनिया की विभिन्न सांद्रताओं पर प्राप्त Ag/PVA/PP कपड़ों की अलग-अलग नमी पारगम्यता, सिल्वर जमाव परत की मोटाई और उसके छिद्रों की संख्या में अंतर से जुड़ी हो सकती है।
कपड़ों के यांत्रिक गुण उनके सेवा जीवन को दृढ़ता से प्रभावित करते हैं, विशेष रूप से पुनर्चक्रण योग्य सामग्रियों के रूप में46। चित्र 5c Ag/PVA/PP कपड़े के तन्य प्रतिबल वक्र को दर्शाता है। शुद्ध PP की तन्य शक्ति केवल 2.23 MPa है, जबकि 1 wt% PVA/PP कपड़े की तन्य शक्ति उल्लेखनीय रूप से बढ़कर 4.56 MPa हो जाती है, जो दर्शाता है कि PVA PP कपड़े का एनकैप्सुलेशन इसके यांत्रिक गुणों को उल्लेखनीय रूप से बेहतर बनाने में मदद करता है। PVA/PP कपड़े की तन्य शक्ति और टूटने पर बढ़ाव, PVA संशोधक की बढ़ती सांद्रता के साथ बढ़ता है क्योंकि PVA फिल्म प्रतिबल को तोड़ सकती है और PP फाइबर को मजबूत कर सकती है। हालाँकि, जब संशोधक सांद्रता 1.5 wt.% तक बढ़ जाती है, तो चिपचिपा PVA पॉलीप्रोपाइलीन कपड़े को कठोर बना देता है
शुद्ध पीपी और पीवीए/पीपी कपड़ों की तुलना में, एजी/पीवीए/पीपी कपड़ों की टूटने पर तन्य शक्ति और बढ़ाव में और सुधार होता है क्योंकि पीपी फाइबर की सतह पर समान रूप से वितरित एजी नैनोकण लोड को वितरित कर सकते हैं47,48। यह देखा जा सकता है कि एजी/पीपी फाइबर की तन्य शक्ति शुद्ध पीपी की तुलना में अधिक है, जो 3.36 एमपीए (छवि 5डी) तक पहुंचती है, जो एजी एनपी के मजबूत और मजबूत प्रभाव की पुष्टि करती है। विशेष रूप से, 30 एमएम (50 एमएम के बजाय) की सिल्वर अमोनिया सांद्रता पर उत्पादित एजी/पीवीए/पीपी फैब्रिक टूटने पर अधिकतम तन्य शक्ति और बढ़ाव प्रदर्शित करता है, जो अभी भी एजी एनपी के समान जमाव के साथ-साथ समान जमाव के कारण है। इसके अलावा, 40 धुलाई चक्रों के बाद, 30 mM सिल्वर अमोनिया सांद्रता पर तैयार Ag/PVA/PP कपड़े की तन्य शक्ति और टूटने पर बढ़ाव में क्रमशः 32.7% और 26.8% की कमी आई (चित्र 5d), जो इसके बाद जमा हुए सिल्वर नैनोकणों की थोड़ी सी हानि से जुड़ा हो सकता है।
चित्र 6a और b, 30 mM सिल्वर अमोनिया सांद्रता पर 0, 10, 20, 30, 40, और 50 चक्रों तक धोने के बाद Ag/PVA/PP कपड़े और Ag/PP कपड़े की डिजिटल कैमरा तस्वीरें दिखाते हैं। गहरे स्लेटी रंग के Ag/PVA/PP कपड़े और Ag/PP कपड़े धोने के बाद धीरे-धीरे हल्के स्लेटी रंग के हो जाते हैं; और धोने के दौरान पहले वाले के रंग में परिवर्तन दूसरे वाले की तुलना में उतना गंभीर नहीं लगता है। इसके अलावा, Ag/PP कपड़े की तुलना में, Ag/PVA/PP कपड़े में चांदी की मात्रा धोने के बाद अपेक्षाकृत धीरे-धीरे कम हुई; 20 या अधिक बार धोने के बाद, पहले वाले में बाद वाले की तुलना में चांदी की मात्रा अधिक रही (चित्र 6c)। यह दर्शाता है कि PVA कोटिंग के साथ PP रेशों को संपुटित करने से Ag NPs का PP रेशों से आसंजन काफी बेहतर हो सकता है। चित्र 6d, 10, 40, और 50 चक्रों तक धोने के बाद Ag/PVA/PP कपड़े और Ag/PP कपड़े की SEM छवियों को दिखाता है। Ag/PVA/PP कपड़ों में धुलाई के दौरान Ag/PP कपड़ों की तुलना में Ag NPs की कम हानि होती है, क्योंकि PVA आवरण कोटिंग, PP रेशों पर Ag NPs के आसंजन को बेहतर बनाने में मदद करती है।
(क) 0, 10, 20, 30, 40 और 50 चक्रों (1-6) में धोने के बाद डिजिटल कैमरे से लिए गए Ag/PP कपड़े के फोटोग्राफ (30 mM सिल्वर अमोनिया सांद्रता पर लिए गए); (ख) 0, 10, 20, 30, 40 और 50 चक्रों (1-6) में धोने के बाद डिजिटल कैमरे से लिए गए Ag/PVA/PP कपड़े के फोटोग्राफ (30 mM सिल्वर अमोनिया सांद्रता पर लिए गए); (ग) धुलाई चक्रों के दौरान दोनों कपड़ों में सिल्वर की मात्रा में परिवर्तन; (घ) 10, 40 और 50 धुलाई चक्रों के बाद Ag/PVA/PP कपड़े (1-3) और Ag/PP कपड़े (4-6) के SEM चित्र।
चित्र 7 में 10, 20, 30 और 40 धुलाई चक्रों के बाद Ag/PVA/PP कपड़ों की E. कोलाई के विरुद्ध जीवाणुरोधी गतिविधि और डिजिटल कैमरा तस्वीरें दिखाई गई हैं। 10 और 20 धुलाई के बाद, Ag/PVA/PP कपड़ों का जीवाणुरोधी प्रदर्शन 99.99% और 99.93% पर रहा, जो उत्कृष्ट जीवाणुरोधी गतिविधि को दर्शाता है। 30 और 40 बार धोने के बाद Ag/PVA/PP कपड़े का जीवाणुरोधी स्तर थोड़ा कम हो गया, जो लंबे समय तक धोने के बाद AgNPs की हानि के कारण था। हालांकि, 40 धुलाई के बाद Ag/PP कपड़े की जीवाणुरोधी दर केवल 80.16% है। यह स्पष्ट है कि 40 धुलाई चक्रों के बाद Ag/PP कपड़े का जीवाणुरोधी प्रभाव Ag/PVA/PP कपड़े की तुलना में बहुत कम है।
(क) ई. कोली के विरुद्ध जीवाणुरोधी गतिविधि का स्तर। (ख) तुलना के लिए, 10, 20, 30, 40 और 40 चक्रों के लिए 30 मिमी सिल्वर अमोनिया सांद्रता पर एजी/पीवीए/पीपी कपड़े को धोने के बाद डिजिटल कैमरे से ली गई एजी/पी.वी.ए./पी.पी. कपड़े की तस्वीरें भी दिखाई गई हैं।
चित्र 8 में, दो-चरणीय रोल-टू-रोल पद्धति का उपयोग करके बड़े पैमाने पर Ag/PVA/PP कपड़े के निर्माण को योजनाबद्ध रूप से दर्शाया गया है। अर्थात्, PVA/ग्लूकोज विलयन को एक निश्चित अवधि के लिए रोल फ्रेम में भिगोया गया, फिर बाहर निकाला गया, और फिर उसी तरह सिल्वर अमोनिया विलयन में संसेचित किया गया जिससे Ag/PVA/PP कपड़ा प्राप्त हुआ। (चित्र 8a)। परिणामी Ag/PVA/PP कपड़े में 1 वर्ष तक रखे रहने पर भी उत्कृष्ट जीवाणुरोधी गतिविधि बनी रहती है। Ag/PVA/PP कपड़ों को बड़े पैमाने पर तैयार करने के लिए, परिणामी PP नॉनवॉवन को एक सतत रोल प्रक्रिया में संसेचित किया गया और फिर क्रमिक रूप से PVA/ग्लूकोज विलयन और सिल्वर अमोनिया विलयन में से गुजारा गया और संसाधित किया गया। रोलर की गति को समायोजित करके संसेचन समय को नियंत्रित किया जाता है, और रोलर्स (चित्र 8b) के बीच की दूरी को समायोजित करके अधिशोषित विलयन की मात्रा को नियंत्रित किया जाता है, जिससे बड़े आकार (50 सेमी × 80 सेमी) का लक्ष्य Ag/PVA/PP गैर-बुना कपड़ा और संग्रह रोलर प्राप्त होता है। पूरी प्रक्रिया सरल और कुशल है, जो बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए अनुकूल है।
बड़े आकार के लक्ष्य उत्पादों के उत्पादन का योजनाबद्ध आरेख (ए) और एजी/पीवीए/पीपी नॉनवॉवन सामग्री के उत्पादन के लिए रोल प्रक्रिया का योजनाबद्ध आरेख (बी)।
सिल्वर युक्त PVA/PP नॉनवॉवन का उत्पादन एक सरल इन-सीटू लिक्विड फेज़ डिपोजिशन तकनीक और रोल-टू-रोल तकनीक का उपयोग करके किया जाता है। PP फ़ैब्रिक और PVA/PP फ़ैब्रिक की तुलना में, तैयार Ag/PVA/PP नॉनवॉवन फ़ैब्रिक के यांत्रिक गुणों में काफ़ी सुधार होता है क्योंकि PVA सीलिंग परत PP रेशों पर Ag NPs के आसंजन को काफ़ी बेहतर बना सकती है। इसके अलावा, PVA की लोडिंग मात्रा और Ag/PVA/PP नॉनवॉवन फ़ैब्रिक में सिल्वर NPs की मात्रा को PVA/ग्लूकोज सॉल्यूशन और सिल्वर अमोनिया सॉल्यूशन की सांद्रता को समायोजित करके अच्छी तरह से नियंत्रित किया जा सकता है। विशेष रूप से, 30 mM सिल्वर अमोनिया सॉल्यूशन का उपयोग करके तैयार Ag/PVA/PP नॉनवॉवन फ़ैब्रिक ने सर्वोत्तम यांत्रिक गुण प्रदर्शित किए और 40 धुलाई चक्रों के बाद भी E. कोलाई के विरुद्ध उत्कृष्ट जीवाणुरोधी गतिविधि बनाए रखी, जिससे अच्छी एंटी-फ़ाउलिंग क्षमता प्रदर्शित हुई। PP नॉन-वॉवन सामग्री। अन्य साहित्यिक आँकड़ों की तुलना में, हमारे द्वारा सरल विधियों का उपयोग करके प्राप्त फ़ैब्रिक ने धुलाई के प्रति बेहतर प्रतिरोध प्रदर्शित किया। इसके अलावा, परिणामी Ag/PVA/PP नॉनवोवन कपड़े में आदर्श नमी पारगम्यता और पहनने में आरामदायकता होती है, जो औद्योगिक अनुप्रयोगों में इसके अनुप्रयोग को सुविधाजनक बना सकती है।
इस अध्ययन के दौरान प्राप्त या विश्लेषित सभी डेटा (और उनकी सहायक सूचना फ़ाइलें) शामिल करें।
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