Terima kasih telah mengunjungi Nature.com. Versi peramban yang Anda gunakan memiliki dukungan CSS yang terbatas. Untuk hasil terbaik, sebaiknya gunakan versi peramban yang lebih baru (atau nonaktifkan mode kompatibilitas di Internet Explorer). Sementara itu, untuk memastikan dukungan yang berkelanjutan, kami menampilkan situs ini tanpa gaya atau JavaScript.
Saat ini, kain fungsional dengan sifat antibakteri semakin populer. Namun, produksi kain fungsional yang hemat biaya dengan kinerja yang tahan lama dan konsisten tetap menjadi tantangan. Polivinil alkohol (PVA) digunakan untuk memodifikasi kain nonwoven polipropilena (PP), dan kemudian nanopartikel perak (AgNP) diendapkan secara in situ untuk menghasilkan PP bermuatan AgNP yang dimodifikasi PVA (disebut sebagai AgNP). /PVA/PP). Enkapsulasi serat PP menggunakan lapisan PVA membantu meningkatkan daya rekat Ag NP yang bermuatan ke serat PP secara signifikan, dan nonwoven Ag/PVA/PP menunjukkan sifat mekanis dan ketahanan yang jauh lebih baik terhadap Escherichia coli (disebut sebagai E. coli). Umumnya, kain nonwoven Ag/PVA/PP yang diproduksi pada konsentrasi amonia perak 30mM memiliki sifat mekanis yang lebih baik, dan tingkat perlindungan antibakteri terhadap E. coli mencapai 99,99%. Kain tersebut masih mempertahankan aktivitas antibakteri yang sangat baik setelah 40 kali pencucian dan berpotensi untuk digunakan berulang kali. Selain itu, kain non-woven Ag/PVA/PP memiliki prospek aplikasi yang luas di industri karena permeabilitas udara dan kelembapannya yang baik. Selain itu, kami juga telah mengembangkan teknologi roll-to-roll dan melakukan eksplorasi awal untuk menguji kelayakan metode ini.
Dengan semakin dalamnya globalisasi ekonomi, pergerakan penduduk dalam skala besar telah meningkatkan kemungkinan penularan virus secara signifikan, yang menjelaskan mengapa virus corona baru memiliki kemampuan yang begitu kuat untuk menyebar ke seluruh dunia dan sulit dicegah1,2,3. Dalam hal ini, terdapat kebutuhan mendesak untuk mengembangkan material antibakteri baru, seperti kain nonwoven polipropilena (PP), sebagai material pelindung medis. Kain nonwoven polipropilena memiliki keunggulan kepadatan rendah, kelembaman kimia, dan biaya rendah4, tetapi tidak memiliki kemampuan antibakteri, masa pakai yang singkat, dan efisiensi perlindungan yang rendah. Oleh karena itu, sangat penting untuk memberikan sifat antibakteri pada material nonwoven PP.
Sebagai agen antibakteri kuno, perak telah melalui lima tahap pengembangan: larutan perak koloid, perak sulfadiazin, garam perak, protein perak, dan nanoperak. Nanopartikel perak semakin banyak digunakan dalam bidang-bidang seperti kedokteran5,6, konduktivitas7,8,9, hamburan Raman yang ditingkatkan permukaan10,11,12, degradasi katalitik pewarna13,14,15,16, dll. Secara khusus, nanopartikel perak (AgNP) memiliki keunggulan dibandingkan agen antimikroba tradisional seperti garam logam, senyawa amonium kuarterner, dan triklosan karena ketahanan bakteri yang dibutuhkan, stabilitas, biaya rendah, dan penerimaan lingkungan17,18,19. Selain itu, nanopartikel perak dengan luas permukaan spesifik yang besar dan aktivitas antibakteri yang tinggi dapat ditempelkan pada kain wol20, kain katun21,22, kain poliester, dan kain lainnya untuk mencapai pelepasan partikel perak antibakteri yang terkendali dan berkelanjutan23,24. Ini berarti bahwa dengan mengenkapsulasi AgNP, dimungkinkan untuk membuat kain PP dengan aktivitas antibakteri. Namun, kain nonwoven PP kekurangan gugus fungsi dan memiliki polaritas rendah, yang tidak kondusif untuk enkapsulasi AgNP. Untuk mengatasi kelemahan ini, beberapa peneliti telah mencoba untuk mendepositkan nanopartikel Ag pada permukaan kain PP menggunakan berbagai metode modifikasi termasuk penyemprotan plasma26,27, pencangkokan radiasi28,29,30,31 dan pelapisan permukaan32. Misalnya, Goli et al. [33] memperkenalkan lapisan protein pada permukaan kain nonwoven PP, asam amino di pinggiran lapisan protein dapat berfungsi sebagai titik jangkar untuk pengikatan AgNP, sehingga mencapai sifat antibakteri yang baik. aktivitas. Li dan rekan kerja 34 menemukan bahwa N-isopropilakrilamida dan N-(3-aminopropil)metakrilamida hidroklorida yang dicangkok bersama dengan etsa ultraviolet (UV) menunjukkan aktivitas antimikroba yang kuat, meskipun proses etsa UV rumit dan dapat menurunkan sifat mekanis. serat. . Oliani dkk. menyiapkan film gel Ag NPs-PP dengan aktivitas antibakteri yang sangat baik melalui pra-perlakuan PP murni dengan iradiasi gamma; namun, metode mereka juga rumit. Oleh karena itu, masih menjadi tantangan untuk memproduksi kain nonwoven polipropilena daur ulang yang efisien dan mudah dengan aktivitas antimikroba yang diinginkan.
Dalam penelitian ini, polivinil alkohol, bahan membran yang ramah lingkungan dan berbiaya rendah dengan kemampuan pembentukan film yang baik, hidrofilisitas tinggi, serta stabilitas fisik dan kimia yang sangat baik, digunakan untuk memodifikasi kain polipropilena. Glukosa digunakan sebagai agen pereduksi36. Peningkatan energi permukaan PP yang dimodifikasi mendorong deposisi selektif AgNP. Dibandingkan dengan kain PP murni, kain Ag/PVA/PP yang telah disiapkan menunjukkan kemampuan daur ulang yang baik, aktivitas antibakteri yang sangat baik terhadap E. coli, sifat mekanis yang baik bahkan setelah 40 siklus pencucian, serta permeabilitas udara, jenis kelamin, dan kelembapan yang signifikan.
Kain nonwoven PP dengan berat jenis 25 g/m2 dan ketebalan 0,18 mm disediakan oleh Jiyuan Kang'an Sanitary Materials Co., Ltd. (Jiyuan, Tiongkok) dan dipotong menjadi lembaran berukuran 5×5 cm2. Perak nitrat (99,8%; AR) dibeli dari Xilong Scientific Co., Ltd. (Shantou, Tiongkok). Glukosa dibeli dari Fuzhou Neptune Fuyao Pharmaceutical Co., Ltd. (Fuzhou, Tiongkok). Polivinil alkohol (reagen kelas industri) dibeli dari Tianjin Sitong Chemical Factory (Tianjin, Tiongkok). Air deionisasi digunakan sebagai pelarut atau bilasan dan disiapkan di laboratorium kami. Nutrient agar dan broth dibeli dari Beijing Aoboxing Biotechnology Co., Ltd. (Beijing, Tiongkok). Galur E. coli (ATCC 25922) dibeli dari Zhangzhou Bochuang Company (Zhangzhou, Tiongkok).
Jaringan PP yang dihasilkan dicuci dengan ultrasonografi dalam etanol selama 15 menit. PVA yang dihasilkan ditambahkan ke dalam air dan dipanaskan pada suhu 95°C selama 2 jam untuk mendapatkan larutan berair. Kemudian glukosa dilarutkan dalam 10 ml larutan PVA dengan fraksi massa 0,1%, 0,5%, 1,0%, dan 1,5%. Kain nonwoven polipropilena murni direndam dalam larutan PVA/glukosa dan dipanaskan pada suhu 60°C selama 1 jam. Setelah pemanasan selesai, kain nonwoven yang telah diimpregnasi PP dikeluarkan dari larutan PVA/glukosa dan dikeringkan pada suhu 60°C selama 0,5 jam untuk membentuk lapisan PVA pada permukaan kain, sehingga diperoleh tekstil komposit PVA/PP.
Perak nitrat dilarutkan dalam 10 ml air sambil terus diaduk pada suhu ruang, dan amonia ditambahkan tetes demi tetes hingga larutan berubah dari bening menjadi cokelat, lalu bening kembali untuk mendapatkan larutan perak amonia (5–90 mM). Masukkan kain nonwoven PVA/PP ke dalam larutan perak amonia dan panaskan pada suhu 60°C selama 1 jam untuk membentuk nanopartikel Ag in situ pada permukaan kain. Kemudian, bilas dengan air tiga kali dan keringkan pada suhu 60°C selama 0,5 jam untuk mendapatkan kain komposit Ag/PVA/PP.
Setelah percobaan awal, kami membangun peralatan rol-ke-rol di laboratorium untuk produksi kain komposit skala besar. Rol terbuat dari PTFE untuk menghindari reaksi negatif dan kontaminasi. Selama proses ini, waktu impregnasi dan jumlah larutan yang teradsorpsi dapat dikontrol dengan menyesuaikan kecepatan rol dan jarak antar rol untuk mendapatkan kain komposit Ag/PVA/PP yang diinginkan.
Morfologi permukaan jaringan dipelajari menggunakan mikroskop elektron pemindaian VEGA3 (SEM; Japan Electronics, Jepang) pada tegangan percepatan 5 kV. Struktur kristal nanopartikel perak dianalisis dengan difraksi sinar-X (XRD; Bruker, D8 Advanced, Jerman; radiasi Cu Kα, λ = 0,15418 nm; tegangan: 40 kV, arus: 40 mA) pada rentang 10–80°. 2θ. Spektrometer inframerah transformasi Fourier (ATR-FTIR; Nicolet 170sx, Thermo Fisher Scientific Incorporation) digunakan untuk menganalisis karakteristik kimia kain polipropilena yang dimodifikasi permukaannya. Kandungan pengubah PVA pada kain komposit Ag/PVA/PP diukur dengan analisis termogravimetri (TGA; Mettler Toledo, Swiss) di bawah aliran nitrogen. Spektrometri massa plasma berpasangan induktif (ICP-MS, ELAN DRC II, Perkin-Elmer (Hong Kong) Co., Ltd.) digunakan untuk menentukan kandungan perak pada kain komposit Ag/PVA/PP.
Permeabilitas udara dan laju transmisi uap air kain komposit Ag/PVA/PP (spesifikasi: 78×50 cm²) diukur oleh lembaga pengujian pihak ketiga (Tianfangbiao Standardization Certification and Testing Co., Ltd.) sesuai dengan GB/T. 5453-1997 dan GB/T 12704.2-2009. Sepuluh titik berbeda dipilih untuk pengujian setiap sampel, dan data yang diberikan oleh lembaga tersebut merupakan rata-rata dari sepuluh titik tersebut.
Aktivitas antibakteri kain komposit Ag/PVA/PP diukur sesuai dengan standar Cina GB/T 20944.1-2007 dan GB/T 20944.3- menggunakan metode difusi pelat agar (analisis kualitatif) dan metode labu goyang (analisis kuantitatif). . masing-masing pada tahun 2008. Aktivitas antibakteri kain komposit Ag/PVA/PP terhadap Escherichia coli ditentukan pada waktu pencucian yang berbeda. Untuk metode difusi pelat agar, kain komposit Ag/PVA/PP uji ditusuk ke dalam cakram (diameter: 8 mm) menggunakan tusukan dan ditempelkan pada cawan Petri agar yang diinokulasi dengan Escherichia coli (ATCC 25922). ; 3,4 × 108 CFU ml-1) dan kemudian diinkubasi pada suhu 37°C dan kelembapan relatif 56% selama kurang lebih 24 jam. Zona hambatan dianalisis secara vertikal dari pusat cakram ke lingkar dalam koloni di sekitarnya. Dengan menggunakan metode labu kocok, pelat datar berukuran 2 × 2 cm² dibuat dari kain komposit Ag/PVA/PP yang telah diuji dan diautoklaf dalam media kaldu pada suhu 121°C dan tekanan 0,1 MPa selama 30 menit. Setelah diautoklaf, sampel direndam dalam labu Erlenmeyer 5 mL yang berisi 70 mL larutan kultur kaldu (konsentrasi suspensi 1 × 105–4 × 105 CFU/mL) dan kemudian diinkubasi pada suhu osilasi 150 °C rpm dan 25°C selama 18 jam. Setelah dikocok, ambil sejumlah suspensi bakteri dan encerkan sepuluh kali lipat. Ambil jumlah suspensi bakteri encer yang dibutuhkan, sebarkan pada media agar, dan kultur pada suhu 37°C dan kelembapan relatif 56% selama 24 jam. Rumus untuk menghitung efektivitas antibakteri adalah: \(\frac{\mathrm{C}-\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\), di mana C dan A masing-masing adalah jumlah koloni setelah 24 jam. Dikultur pada kelompok kontrol dan jaringan komposit Ag/PVA/PP.
Ketahanan kain komposit Ag/PVA/PP dievaluasi dengan pencucian sesuai standar ISO 105-C10:2006.1A. Selama pencucian, kain komposit Ag/PVA/PP (30x40mm²) yang diuji direndam dalam larutan air yang mengandung deterjen komersial (5,0 g/L) dan dicuci dengan kecepatan tinggi 40±2 rpm dan 40±5 rpm/menit. °C sebanyak 10, 20, 30, 40, dan 50 siklus. Setelah pencucian, kain dibilas tiga kali dengan air dan dikeringkan pada suhu 50-60°C selama 30 menit. Perubahan kadar perak setelah pencucian diukur untuk menentukan tingkat aktivitas antibakterinya.
Gambar 1 menunjukkan diagram skematik fabrikasi kain komposit Ag/PVA/PP. Yaitu, bahan nonwoven PP direndam dalam larutan campuran PVA dan glukosa. Bahan nonwoven yang terimpregnasi PP dikeringkan untuk memperbaiki pengubah dan agen pereduksi untuk membentuk lapisan penyegel. Kain nonwoven polipropilena kering direndam dalam larutan amonia perak untuk mendepositkan nanopartikel perak in situ. Konsentrasi pengubah, rasio molar glukosa terhadap amonia perak, konsentrasi amonia perak dan suhu reaksi memengaruhi presipitasi NP Ag. merupakan faktor penting. Gambar 2a menunjukkan ketergantungan sudut kontak air kain Ag/PVA/PP pada konsentrasi pengubah. Ketika konsentrasi pengubah meningkat dari 0,5 wt.% menjadi 1,0 wt.%, sudut kontak kain Ag/PVA/PP menurun secara signifikan; ketika konsentrasi pengubah meningkat dari 1,0 wt.% menjadi 2,0 wt.%, praktis tidak berubah. Gambar 2 b menunjukkan gambar SEM serat PP murni dan kain Ag/PVA/PP yang disiapkan pada konsentrasi amonia perak 50 mM dan rasio molar glukosa terhadap amonia perak yang berbeda (1:1, 3:1, 5:1, dan 9:1). . gambar. ). Serat PP yang dihasilkan relatif halus. Setelah enkapsulasi dengan film PVA, beberapa serat direkatkan; Karena pengendapan nanopartikel perak, serat menjadi relatif kasar. Ketika rasio molar zat pereduksi terhadap glukosa meningkat, lapisan Ag NP yang diendapkan secara bertahap menebal, dan ketika rasio molar meningkat menjadi 5:1 dan 9:1, Ag NP cenderung membentuk agregat. Gambar makroskopis dan mikroskopis serat PP menjadi lebih seragam, terutama ketika rasio molar zat pereduksi terhadap glukosa adalah 5:1. Foto digital dari sampel yang sesuai yang diperoleh pada amonia perak 50 mM ditunjukkan pada Gambar S1.
Perubahan sudut kontak air kain Ag/PVA/PP pada berbagai konsentrasi PVA (a), gambar SEM kain Ag/PVA/PP yang diperoleh pada konsentrasi amonia perak 50 mM dan berbagai rasio molar glukosa dan amonia perak [(b))); (1) serat PP, (2) serat PVA/PP, (3) rasio molar 1:1, (4) rasio molar 3:1, (5) rasio molar 5:1, (6) rasio molar 9:1], pola difraksi sinar-X (c) dan gambar SEM (d) kain Ag/PVA/PP yang diperoleh pada konsentrasi amonia perak: (1) 5 mM, (2) 10 mM, (3) 30 mM, (4) 50 mM, (5) 90 mM dan (6) Ag/PP-30 mM. Suhu reaksi adalah 60°C.
Pada Gambar 2c, pola difraksi sinar-X dari kain Ag/PVA/PP yang dihasilkan. Selain puncak difraksi serat PP 37, empat puncak difraksi pada 2θ = ∼ 37,8°, 44,2°, 64,1°, dan 77,3° bersesuaian dengan (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0), dan bidang kristal (3 1 1) nanopartikel perak berpusat muka kubik. Seiring dengan peningkatan konsentrasi perak amonia dari 5 menjadi 90 mM, pola XRD Ag menjadi lebih tajam, konsisten dengan peningkatan kristalinitas selanjutnya. Menurut rumus Scherrer, ukuran butir nanopartikel Ag yang dibuat dengan 10 mM, 30 mM, dan 50 mM amonia perak dihitung masing-masing sebesar 21,3 nm, 23,3 nm, dan 26,5 nm. Hal ini karena konsentrasi amonia perak merupakan gaya dorong di balik reaksi reduksi untuk membentuk perak metalik. Dengan meningkatnya konsentrasi amonia perak, laju nukleasi dan pertumbuhan NP Ag meningkat. Gambar 2d menunjukkan gambar SEM kain Ag/PVA/PP yang diperoleh pada berbagai konsentrasi amonia Ag. Pada konsentrasi amonia perak 30 mM, lapisan NP Ag yang diendapkan relatif homogen. Namun, ketika konsentrasi amonia perak terlalu tinggi, keseragaman lapisan deposisi NP Ag cenderung menurun, yang mungkin disebabkan oleh aglomerasi yang kuat pada lapisan deposisi NP Ag. Selain itu, nanopartikel perak di permukaan memiliki dua bentuk: bulat dan bersisik. Ukuran partikel bulat sekitar 20–80 nm, dan ukuran lateral lamelar sekitar 100–300 nm (Gambar S2). Lapisan deposisi nanopartikel Ag pada permukaan kain PP yang tidak dimodifikasi tidak merata. Selain itu, peningkatan suhu mendorong reduksi Ag NP (Gbr. S3), tetapi suhu reaksi yang terlalu tinggi tidak mendorong presipitasi selektif Ag NP.
Gambar 3a secara skematis menggambarkan hubungan antara konsentrasi amonia perak, jumlah perak yang terdeposisi, dan aktivitas antibakteri kain Ag/PVA/PP yang telah disiapkan. Gambar 3b menunjukkan pola antibakteri sampel pada berbagai konsentrasi amonia perak, yang secara langsung dapat mencerminkan status antibakteri sampel. Ketika konsentrasi amonia perak meningkat dari 5 mM menjadi 90 mM, jumlah presipitasi perak meningkat dari 13,67 g/kg menjadi 481,81 g/kg. Selain itu, seiring dengan peningkatan jumlah deposisi perak, aktivitas antibakteri terhadap E. coli awalnya meningkat dan kemudian tetap tinggi. Secara spesifik, ketika konsentrasi amonia perak adalah 30 mM, jumlah deposisi perak pada kain Ag/PVA/PP yang dihasilkan adalah 67,62 g/kg, dan laju antibakterinya adalah 99,99%. Sampel ini kemudian dipilih sebagai representatif untuk karakterisasi struktural selanjutnya.
(a) Hubungan antara tingkat aktivitas antibakteri, jumlah lapisan Ag yang diaplikasikan, dan konsentrasi perak amonia; (b) Foto lempeng kultur bakteri yang diambil dengan kamera digital, yang menunjukkan sampel kosong dan sampel yang disiapkan menggunakan perak amonia 5 mM, 10 mM, 30 mM, 50 mM, dan 90 mM. Aktivitas antibakteri kain Ag/PVA/PP terhadap Escherichia coli
Gambar 4a menunjukkan spektrum FTIR/ATR PP, PVA/PP, Ag/PP, dan Ag/PVA/PP. Pita serapan serat PP murni pada 2950 cm-1 dan 2916 cm-1 disebabkan oleh vibrasi peregangan asimetris dari gugus –CH3 dan –CH2-, dan pada 2867 cm-1 dan 2837 cm-1 disebabkan oleh vibrasi peregangan simetris dari gugus –CH3 dan –CH2 –. –CH3 dan –CH2–. Pita serapan pada 1375 cm-1 dan 1456 cm-1 disebabkan oleh vibrasi pergeseran asimetris dan simetris dari –CH338,39. Spektrum FTIR serat Ag/PP serupa dengan serat PP. Selain pita serapan PP, puncak serapan baru pada 3360 cm-1 dari kain PVA/PP dan Ag/PVA/PP disebabkan oleh peregangan ikatan hidrogen dari gugus –OH. Hal ini menunjukkan bahwa PVA berhasil diaplikasikan pada permukaan serat polipropilena. Selain itu, puncak serapan hidroksil pada kain Ag/PVA/PP sedikit lebih lemah dibandingkan kain PVA/PP, yang mungkin disebabkan oleh koordinasi beberapa gugus hidroksil dengan perak.
Spektrum FT-IR (a), kurva TGA (b) dan spektrum pengukuran XPS (c) dari kain PP murni, kain PVA/PP dan kain Ag/PVA/PP, dan spektrum C 1s dari PP murni (d), kain PVA/PP (e) dan puncak Ag 3d (f) dari kain Ag/PVA/PP.
Pada Gambar 4c, spektrum XPS kain PP, PVA/PP, dan Ag/PVA/PP ditunjukkan. Sinyal O1s yang lemah pada serat polipropilena murni dapat dikaitkan dengan unsur oksigen yang teradsorpsi di permukaan; puncak C1s pada 284,6 eV dikaitkan dengan CH dan CC (lihat Gambar 4d). Dibandingkan dengan serat PP murni, kain PVA/PP (Gambar 4e) menunjukkan kinerja tinggi pada 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), dan 288,5 eV (H–C=O)38. Selain itu, spektrum O1s kain PVA/PP dapat didekati dengan dua puncak pada 532,3 eV dan 533,2 eV41 (Gambar S4). Puncak C1s ini bersesuaian dengan C–OH dan H–C=O (gugus hidroksil PVA dan gugus aldehida glukosa), yang konsisten dengan data FTIR. Kain nonwoven Ag/PVA/PP mempertahankan spektrum O1s C-OH (532,3 eV) dan HC=O (533,2 eV) (Gambar S5), yang terdiri dari 65,81% (persen atom) C, 22,89% O, dan 11,31% Ag (Gambar S4). Secara khusus, puncak Ag 3d5/2 dan Ag 3d3/2 pada 368,2 eV dan 374,2 eV (Gbr. 4f) selanjutnya membuktikan bahwa NP Ag didoping pada permukaan kain nonwoven PVA/PP42.
Kurva TGA (Gambar 4b) dari PP murni, kain Ag/PP, dan kain Ag/PVA/PP menunjukkan bahwa mereka mengalami proses dekomposisi termal yang serupa, dan pengendapan NP Ag menyebabkan sedikit peningkatan suhu degradasi termal serat PP. Serat PVA/PP (dari 480 °C (serat PP) menjadi 495 °C), mungkin karena pembentukan penghalang Ag43. Pada saat yang sama, jumlah residu sampel murni PP, Ag/PP, Ag/PVA/PP, Ag/PVA/PP-W50 dan Ag/PP-W50 setelah pemanasan pada 800 °C masing-masing adalah 1,32%, 16,26% dan 13,86%. % (akhiran W50 di sini mengacu pada 50 siklus pencucian). Sisa PP murni dikaitkan dengan pengotor, dan sisa sampel lainnya dikaitkan dengan Ag NPs, dan perbedaan jumlah residu sampel yang diinjeksi perak kemungkinan disebabkan oleh perbedaan jumlah nanopartikel perak yang diinjeksi. Selain itu, setelah kain Ag/PP dicuci 50 kali, kadar perak residu berkurang sebesar 94,65%, dan kadar perak residu kain Ag/PVA/PP berkurang sekitar 31,74%. Hal ini menunjukkan bahwa lapisan enkapsulasi PVA dapat secara efektif meningkatkan daya rekat AgNPs pada matriks PP.
Untuk mengevaluasi kenyamanan pemakaian, permeabilitas udara dan laju transmisi uap air dari kain polipropilena yang telah disiapkan diukur. Secara umum, kemampuan bernapas berkaitan dengan kenyamanan termal pengguna, terutama di lingkungan yang panas dan lembap44. Seperti ditunjukkan pada Gambar 5a, permeabilitas udara PP murni adalah 2050 mm/detik, dan setelah modifikasi PVA, angkanya menurun menjadi 856 mm/detik. Hal ini disebabkan oleh lapisan PVA yang terbentuk pada permukaan serat PP dan bagian tenunan yang membantu mengurangi celah antar serat. Setelah pengaplikasian Ag NP, permeabilitas udara kain PP meningkat karena konsumsi lapisan PVA saat pengaplikasian Ag NP. Selain itu, kemampuan bernapas kain Ag/PVA/PP cenderung menurun seiring dengan peningkatan konsentrasi perak amonia dari 10 menjadi 50 mmol. Hal ini mungkin disebabkan oleh fakta bahwa ketebalan endapan perak meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi perak amonia, yang membantu mengurangi jumlah pori-pori dan kemungkinan uap air melewatinya.
(a) Permeabilitas udara kain Ag/PVA/PP yang dibuat dengan berbagai konsentrasi amonia perak; (b) Transmisi uap air kain Ag/PVA/PP yang dibuat dengan berbagai konsentrasi amonia perak; (c) Berbagai pengubah Kurva tarik Kain Ag/PVA/PP yang diperoleh pada berbagai konsentrasi; (d) Kurva tarik kain Ag/PVA/PP yang diperoleh pada berbagai konsentrasi amonia perak (Kain Ag/PVA/PP yang diperoleh pada konsentrasi amonia perak 30 mM juga ditunjukkan) (Bandingkan kurva tarik kain PP setelah 40 siklus pencucian).
Tingkat transmisi uap air adalah indikator penting lainnya dari kenyamanan termal kain45. Ternyata permeabilitas kelembaban kain terutama dipengaruhi oleh kemampuan bernapas dan sifat permukaan. Artinya, permeabilitas udara terutama tergantung pada jumlah pori-pori; sifat permukaan memengaruhi permeabilitas kelembaban kelompok hidrofilik melalui adsorpsi-difusi-desorpsi molekul air. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5b, permeabilitas kelembaban serat PP murni adalah 4810 g/(m2·24h). Setelah penyegelan dengan lapisan PVA, jumlah lubang pada serat PP berkurang, tetapi permeabilitas kelembaban kain PVA/PP meningkat menjadi 5070 g/(m2·24 jam), karena permeabilitas kelembabannya terutama ditentukan oleh sifat permukaan. bukan pori-pori. Setelah pengendapan AgNP, permeabilitas kelembaban kain Ag/PVA/PP semakin meningkat. Secara khusus, permeabilitas kelembapan maksimum kain Ag/PVA/PP yang diperoleh pada konsentrasi amonia perak 30 mM adalah 10300 g/(m²·24 jam). Di sisi lain, perbedaan permeabilitas kelembapan kain Ag/PVA/PP yang diperoleh pada konsentrasi amonia perak yang berbeda dapat dikaitkan dengan perbedaan ketebalan lapisan deposisi perak dan jumlah pori-porinya.
Sifat mekanis kain sangat memengaruhi masa pakainya, terutama sebagai bahan yang dapat didaur ulang46. Gambar 5c menunjukkan kurva tegangan tarik kain Ag/PVA/PP. Kekuatan tarik PP murni hanya 2,23 MPa, sedangkan kekuatan tarik kain PVA/PP 1 wt% meningkat secara signifikan menjadi 4,56 MPa, yang menunjukkan bahwa enkapsulasi kain PVA PP membantu meningkatkan sifat mekanisnya secara signifikan. Kekuatan tarik dan perpanjangan putus kain PVA/PP meningkat dengan meningkatnya konsentrasi pengubah PVA karena film PVA dapat memecah tegangan dan memperkuat serat PP. Namun, ketika konsentrasi pengubah meningkat menjadi 1,5 wt.%, PVA yang lengket membuat kain polipropilena menjadi kaku, yang sangat memengaruhi kenyamanan pemakaian.
Bahasa Indonesia: Dibandingkan dengan kain PP dan PVA/PP murni, kekuatan tarik dan perpanjangan putus kain Ag/PVA/PP lebih ditingkatkan karena nanopartikel Ag yang terdistribusi secara merata pada permukaan serat PP dapat mendistribusikan beban47,48. Dapat dilihat bahwa kekuatan tarik serat Ag/PP lebih tinggi daripada PP murni, mencapai 3,36 MPa (Gbr. 5d), yang menegaskan efek kuat dan penguatan dari Ag NPs. Secara khusus, kain Ag/PVA/PP yang diproduksi pada konsentrasi amonia perak 30 mM (bukan 50 mM) menunjukkan kekuatan tarik dan perpanjangan putus maksimum, yang masih disebabkan oleh deposisi seragam Ag NPs serta deposisi seragam. Agregasi NPs perak dalam kondisi konsentrasi amonia perak yang tinggi. Selain itu, setelah 40 siklus pencucian, kekuatan tarik dan perpanjangan putus kain Ag/PVA/PP yang disiapkan pada konsentrasi amonia perak 30 mM menurun masing-masing sebesar 32,7% dan 26,8% (Gbr. 5d), yang mungkin terkait dengan hilangnya sedikit nanopartikel perak yang diendapkan setelahnya.
Gambar 6a dan b menunjukkan foto kamera digital kain Ag/PVA/PP dan kain Ag/PP setelah dicuci selama 0, 10, 20, 30, 40, dan 50 siklus pada konsentrasi amonia perak 30 mM. Kain Ag/PVA/PP abu-abu tua dan kain Ag/PP secara bertahap menjadi abu-abu muda setelah dicuci; dan perubahan warna yang pertama selama pencucian tampaknya tidak separah yang kedua. Selain itu, dibandingkan dengan kain Ag/PP, kandungan perak kain Ag/PVA/PP menurun relatif lambat setelah dicuci; setelah dicuci 20 kali atau lebih, yang pertama mempertahankan kandungan perak yang lebih tinggi daripada yang terakhir (Gbr. 6c). Ini menunjukkan bahwa enkapsulasi serat PP dengan lapisan PVA dapat secara signifikan meningkatkan adhesi NP Ag ke serat PP. Gambar 6d menunjukkan gambar SEM kain Ag/PVA/PP dan kain Ag/PP setelah dicuci selama 10, 40, dan 50 siklus. Kain Ag/PVA/PP mengalami lebih sedikit kehilangan Ag NPs selama pencucian daripada kain Ag/PP, lagi-lagi karena lapisan enkapsulasi PVA membantu meningkatkan daya rekat Ag NPs ke serat PP.
(a) Foto kain Ag/PP yang diambil dengan kamera digital (diambil pada konsentrasi amonia perak 30 mM) setelah dicuci selama 0, 10, 20, 30, 40 dan 50 siklus (1-6); (b) Foto kain Ag/PVA/PP yang diambil dengan kamera digital (diambil pada konsentrasi amonia perak 30 mM) setelah dicuci selama 0, 10, 20, 30, 40 dan 50 siklus (1-6); (c) Perubahan kandungan perak pada kedua kain tersebut selama siklus pencucian; (d) Gambar SEM kain Ag/PVA/PP (1-3) dan kain Ag/PP (4-6) setelah 10, 40 dan 50 siklus pencucian.
Gambar 7 menunjukkan aktivitas antibakteri dan foto kamera digital kain Ag/PVA/PP terhadap E. coli setelah 10, 20, 30, dan 40 siklus pencucian. Setelah 10 dan 20 kali pencucian, kinerja antibakteri kain Ag/PVA/PP tetap pada 99,99% dan 99,93%, menunjukkan aktivitas antibakteri yang sangat baik. Kadar antibakteri kain Ag/PVA/PP sedikit menurun setelah 30 dan 40 kali pencucian, yang disebabkan oleh hilangnya AgNPs setelah pencucian jangka panjang. Namun, tingkat antibakteri kain Ag/PP setelah 40 kali pencucian hanya 80,16%. Jelas bahwa efek antibakteri kain Ag/PP setelah 40 siklus pencucian jauh lebih rendah daripada kain Ag/PVA/PP.
(a) Tingkat aktivitas antibakteri terhadap E. coli. (b) Sebagai perbandingan, foto kain Ag/PVA/PP yang diambil dengan kamera digital setelah mencuci kain Ag/PP pada konsentrasi amonia perak 30 mM selama 10, 20, 30, 40 dan 40 siklus juga ditunjukkan.
Pada Gambar 8, secara skematis ditunjukkan fabrikasi kain Ag/PVA/PP skala besar menggunakan metode gulung-ke-gulung dua tahap. Larutan PVA/glukosa direndam dalam rangka rol selama beberapa waktu, kemudian dikeluarkan, dan diimpregnasi dengan larutan amonia perak dengan cara yang sama untuk menghasilkan kain Ag/PVA/PP (Gambar 8a). Kain Ag/PVA/PP yang dihasilkan tetap mempertahankan aktivitas antibakteri yang sangat baik meskipun dibiarkan selama 1 tahun. Untuk persiapan kain Ag/PVA/PP skala besar, kain nonwoven PP yang dihasilkan diimpregnasi dalam proses gulung kontinu, kemudian dilewatkan melalui larutan PVA/glukosa dan larutan amonia perak secara berurutan dan diproses dengan dua metode. Video terlampir. Waktu impregnasi dikontrol dengan mengatur kecepatan rol, dan jumlah larutan yang teradsorpsi dikontrol dengan mengatur jarak antar rol (Gbr. 8b), sehingga diperoleh kain nonwoven Ag/PVA/PP target berukuran besar (50 cm × 80 cm) dan rol pengumpul. Seluruh proses ini sederhana dan efisien, sehingga mendukung produksi skala besar.
Diagram skema produksi produk target berukuran besar (a) dan diagram skema proses gulungan untuk produksi bahan nonwoven Ag/PVA/PP (b).
Kain nonwoven PVA/PP yang mengandung perak diproduksi menggunakan teknologi deposisi fase cair in-situ sederhana yang dikombinasikan dengan metode gulung-ke-gulung. Dibandingkan dengan kain PP dan kain PVA/PP, sifat mekanis kain nonwoven Ag/PVA/PP yang telah disiapkan meningkat secara signifikan karena lapisan penyegel PVA dapat meningkatkan daya rekat NP Ag ke serat PP secara signifikan. Selain itu, jumlah muatan PVA dan kandungan NP perak dalam kain nonwoven Ag/PVA/PP dapat dikontrol dengan baik dengan menyesuaikan konsentrasi larutan PVA/glukosa dan larutan amonia perak. Secara khusus, kain nonwoven Ag/PVA/PP yang disiapkan menggunakan larutan amonia perak 30 mM menunjukkan sifat mekanis terbaik dan mempertahankan aktivitas antibakteri yang sangat baik terhadap E. coli bahkan setelah 40 siklus pencucian, menunjukkan potensi anti-fouling yang baik. Bahan nonwoven PP. Dibandingkan dengan data literatur lainnya, kain yang kami peroleh dengan menggunakan metode yang lebih sederhana menunjukkan ketahanan yang lebih baik terhadap pencucian. Selain itu, kain nonwoven Ag/PVA/PP yang dihasilkan memiliki permeabilitas kelembapan yang ideal dan kenyamanan pemakaian, yang dapat memfasilitasi penerapannya dalam aplikasi industri.
Sertakan semua data yang diperoleh atau dianalisis selama penelitian ini (dan berkas informasi pendukungnya).
Russell, SM dkk. Biosensor untuk melawan badai sitokin COVID-19: tantangan ke depan. ACS Sens. 5, 1506–1513 (2020).
Zaeem S, Chong JH, Shankaranarayanan V dan Harkey A. COVID-19 dan respons multi-organ. pertanyaan terkini. jantung. 45, 100618 (2020).
Zhang R, dkk. Estimasi jumlah kasus virus corona pada tahun 2019 di Tiongkok disesuaikan berdasarkan stadium dan wilayah endemis. front. medicine. 14, 199–209 (2020).
Gao J. dkk. Bahan komposit kain polipropilena nonwoven yang fleksibel, superhidrofobik, dan sangat konduktif untuk perlindungan interferensi elektromagnetik. Jurnal Teknik Kimia. 364, 493–502 (2019).
Raihan M. dkk. Pengembangan film nanokomposit poliakrilonitril/perak multifungsi: aktivitas antibakteri, aktivitas katalitik, konduktivitas, perlindungan UV, dan sensor SERS aktif. J. Matt. resource. technologies. 9, 9380–9394 (2020).
Dawadi S, Katuwal S, Gupta A, Lamichane U, dan Parajuli N. Penelitian terkini tentang nanopartikel perak: sintesis, karakterisasi, dan aplikasi. J. Nanomaterials. 2021, 6687290 (2021).
Deng Da, Chen Zhi, Hu Yong, Ma Jian, Tong YDN Proses sederhana untuk menyiapkan tinta konduktif berbasis perak dan mengaplikasikannya pada permukaan selektif frekuensi. Nanotechnology 31, 105705–105705 (2019).
Hao, Y. dkk. Polimer hiperbercabang memungkinkan penggunaan nanopartikel perak sebagai stabilisator untuk pencetakan inkjet sirkuit fleksibel. R. Shuker. Kimia. 43, 2797–2803 (2019).
Keller P dan Kawasaki HJML Jaringan urat daun konduktif yang diproduksi melalui perakitan mandiri nanopartikel perak untuk aplikasi potensial dalam sensor fleksibel. Matt. Wright. 284, 128937.1-128937.4 (2020).
Li, J. dkk. Nanosfer dan susunan silika berhiaskan nanopartikel perak sebagai substrat potensial untuk hamburan Raman yang ditingkatkan permukaannya. ASU Omega 6, 32879–32887 (2021).
Liu, X. dkk. Sensor hamburan Raman fleksibel berskala besar yang ditingkatkan permukaannya (SERS) dengan stabilitas dan keseragaman sinyal yang tinggi. ACS Application Matt. Interfaces 12, 45332–45341 (2020).
Sandeep, KG dkk. Heterostruktur hierarkis nanorod fullerene yang dihiasi nanopartikel perak (Ag-FNR) berfungsi sebagai substrat SERS independen partikel tunggal yang efektif. fisika. Kimia. Kimia. fisika. 27, 18873–18878 (2018).
Emam, HE dan Ahmed, HB. Studi perbandingan nanostruktur agar homometalik dan heterometalik selama degradasi dengan katalis pewarna. Internasionalitas. J. Biol. Molekul besar. 138, 450–461 (2019).
Emam, HE, Mikhail, MM, El-Sherbiny, S., Nagy, KS, dan Ahmed, HB. Nanokatalisis yang bergantung pada logam untuk reduksi polutan aromatik. Rabu. sains. polusi. sumber daya. internasionalitas. 27, 6459–6475 (2020).
Ahmed HB dan Emam HE Nanostruktur inti-cangkang tiga (Ag-Au-Pd) tumbuh dari biji pada suhu ruangan untuk potensi pemurnian air. polimer. uji. 89, 106720 (2020).
Waktu posting: 26-Nov-2023