Bedankt voor uw bezoek aan Nature.com. De browserversie die u gebruikt, biedt beperkte CSS-ondersteuning. Voor de beste resultaten raden we u aan een nieuwere versie van uw browser te gebruiken (of de compatibiliteitsmodus in Internet Explorer uit te schakelen). Om de ondersteuning te waarborgen, tonen we de site in de tussentijd zonder styling of JavaScript.
Tegenwoordig zijn functionele stoffen met antibacteriële eigenschappen populairder. De kosteneffectieve productie van functionele stoffen met duurzame en consistente prestaties blijft echter een uitdaging. Polyvinylalcohol (PVA) werd gebruikt om polypropyleen (PP) non-woven stof te modificeren, waarna zilvernanodeeltjes (AgNP's) in situ werden afgezet om PVA-gemodificeerde AgNP's-geladen PP (AgNP's) te produceren. /PVA/PP) stof. Encapsulatie van PP-vezels met behulp van PVA-coating helpt de hechting van geladen AgNP's aan PP-vezels aanzienlijk te verbeteren, en Ag/PVA/PP non-wovens vertonen aanzienlijk verbeterde mechanische eigenschappen en resistentie tegen Escherichia coli (E. coli). Over het algemeen heeft Ag/PVA/PP non-woven stof geproduceerd met een zilverammoniakconcentratie van 30 mM betere mechanische eigenschappen en bereikt de antibacteriële bescherming tegen E. coli 99,99%. De stof behoudt nog steeds een uitstekende antibacteriële activiteit na 40 wasbeurten en is geschikt voor herhaald gebruik. Bovendien heeft Ag/PVA/PP non-woven textiel brede toepassingsmogelijkheden in de industrie dankzij de goede lucht- en vochtdoorlatendheid. Daarnaast hebben we een rol-naar-rol-technologie ontwikkeld en een verkennend onderzoek uitgevoerd om de haalbaarheid van deze methode te testen.
Met de verdieping van de economische globalisering hebben grootschalige bevolkingsverplaatsingen de kans op virusoverdracht aanzienlijk vergroot, wat goed verklaart waarom het nieuwe coronavirus zich zo sterk over de wereld verspreidt en moeilijk te voorkomen is1,2,3. In die zin is er een dringende behoefte aan de ontwikkeling van nieuwe antibacteriële materialen, zoals polypropyleen (PP) non-wovens, als medische beschermingsmaterialen. Polypropyleen non-wovens hebben de voordelen van een lage dichtheid, chemische inertie en lage kosten4, maar hebben geen antibacteriële eigenschappen, een korte levensduur en een lage beschermingsefficiëntie. Daarom is het van groot belang om PP non-wovens antibacteriële eigenschappen te geven.
Als eeuwenoud antibacterieel middel heeft zilver vijf ontwikkelingsstadia doorlopen: colloïdaal zilveroplossing, zilversulfadiazine, zilverzout, proteïnezilver en nanozilver. Zilveren nanodeeltjes worden steeds vaker gebruikt in sectoren zoals de geneeskunde5,6, geleidbaarheid7,8,9, oppervlakteversterkte Raman-verstrooiing10,11,12, katalytische afbraak van kleurstoffen13,14,15,16, enz. Zilvernanodeeltjes (AgNP's) hebben met name voordelen ten opzichte van traditionele antimicrobiële middelen zoals metaalzouten, quaternaire ammoniumverbindingen en triclosan vanwege hun vereiste bacteriële resistentie, stabiliteit, lage kosten en milieuvriendelijkheid17,18,19. Bovendien kunnen zilvernanodeeltjes met een groot specifiek oppervlak en een hoge antibacteriële activiteit worden gehecht aan wollen stoffen20, katoenen stoffen21,22, polyester stoffen en andere stoffen om een gecontroleerde, langdurige afgifte van antibacteriële zilverdeeltjes23,24 te bereiken. Dit betekent dat door AgNP's in te kapselen, het mogelijk is om PP-stoffen te creëren met antibacteriële activiteit. PP-nonwovens missen echter functionele groepen en hebben een lage polariteit, wat niet bevorderlijk is voor de inkapseling van AgNP's. Om dit nadeel te overwinnen, hebben sommige onderzoekers geprobeerd om Ag-nanodeeltjes op het oppervlak van PP-stoffen af te zetten met behulp van verschillende modificatiemethoden, waaronder plasmaspuiten26,27, stralingsenten28,29,30,31 en oppervlaktecoating32. Goli et al. [33] introduceerden bijvoorbeeld een eiwitcoating op het oppervlak van PP-nonwoven stof, de aminozuren aan de periferie van de eiwitlaag kunnen dienen als ankerpunten voor de binding van AgNP's, waardoor goede antibacteriële eigenschappen worden bereikt. activiteit. Li en collega's34 ontdekten dat N-isopropylacrylamide en N-(3-aminopropyl)methacrylamidehydrochloride, co-geënt door ultraviolet (UV) etsen, een sterke antimicrobiële activiteit vertoonden, hoewel het UV-etsproces complex is en de mechanische eigenschappen kan aantasten. vezels. Oliani et al. bereidden Ag NPs-PP-gelfilms met uitstekende antibacteriële activiteit door zuiver PP voor te behandelen met gammastraling; hun methode was echter ook complex. Het blijft daarom een uitdaging om recyclebare polypropyleen non-wovens efficiënt en eenvoudig te produceren met de gewenste antimicrobiële activiteit.
In deze studie wordt polyvinylalcohol, een milieuvriendelijk en goedkoop membraanmateriaal met een goed filmvormend vermogen, hoge hydrofiliteit en uitstekende fysische en chemische stabiliteit, gebruikt om polypropyleenweefsels te modificeren. Glucose wordt gebruikt als reductiemiddel36. Een verhoging van de oppervlakte-energie van het gemodificeerde PP bevordert de selectieve afzetting van AgNP's. Vergeleken met puur PP-weefsel vertoonde het geprepareerde Ag/PVA/PP-weefsel een goede recyclebaarheid, uitstekende antibacteriële activiteit tegen E. coli, goede mechanische eigenschappen, zelfs na 40 wasbeurten, en een aanzienlijk ademend vermogen, een goede vochtdoorlaatbaarheid en een goede slijm- en vochtdoorlaatbaarheid.
Het PP-nonwoven materiaal met een soortelijk gewicht van 25 g/m² en een dikte van 0,18 mm werd geleverd door Jiyuan Kang'an Sanitary Materials Co., Ltd. (Jiyuan, China) en gesneden in platen van 5 × 5 cm². Zilvernitraat (99,8%; AR) werd gekocht bij Xilong Scientific Co., Ltd. (Shantou, China). Glucose werd gekocht bij Fuzhou Neptune Fuyao Pharmaceutical Co., Ltd. (Fuzhou, China). Polyvinylalcohol (reagens van industriële kwaliteit) werd gekocht bij Tianjin Sitong Chemical Factory (Tianjin, China). Gedemineraliseerd water werd gebruikt als oplosmiddel of spoeling en werd bereid in ons laboratorium. Voedingsagar en bouillon werden gekocht bij Beijing Aoboxing Biotechnology Co., Ltd. (Beijing, China). De E. coli-stam (ATCC 25922) werd gekocht bij Zhangzhou Bochuang Company (Zhangzhou, China).
Het resulterende PP-weefsel werd 15 minuten met ultrageluid in ethanol gewassen. De resulterende PVA werd aan water toegevoegd en gedurende 2 uur bij 95 °C verwarmd om een waterige oplossing te verkrijgen. Vervolgens werd glucose opgelost in 10 ml PVA-oplossing met een massafractie van 0,1%, 0,5%, 1,0% en 1,5%. Het gezuiverde polypropyleen non-woven materiaal werd ondergedompeld in een PVA/glucose-oplossing en gedurende 1 uur bij 60 °C verwarmd. Nadat het verwarmen is voltooid, wordt het met PP geïmpregneerde non-woven materiaal uit de PVA/glucose-oplossing gehaald en gedurende 0,5 uur bij 60 °C gedroogd om een PVA-film op het oppervlak van het web te vormen, waardoor een PVA/PP-composiettextiel ontstaat.
Zilvernitraat wordt opgelost in 10 ml water onder constant roeren bij kamertemperatuur. Voeg druppelsgewijs ammoniak toe totdat de oplossing van helder naar bruin en vervolgens weer helder verandert. Dit resulteert in een zilverammoniakoplossing (5–90 mM). Plaats de PVA/PP-nonwoven stof in een zilverammoniakoplossing en verwarm deze gedurende 1 uur bij 60 °C om ter plaatse Ag-nanodeeltjes op het oppervlak van de stof te vormen. Spoel de stof vervolgens driemaal met water en droog deze gedurende 0,5 uur bij 60 °C om een Ag/PVA/PP-composietstof te verkrijgen.
Na voorbereidende experimenten hebben we in het laboratorium een rol-naar-rol-installatie gebouwd voor grootschalige productie van composietstoffen. De rollen zijn gemaakt van PTFE om ongewenste reacties en contaminatie te voorkomen. Tijdens dit proces kunnen de impregnatietijd en de hoeveelheid geadsorbeerde oplossing worden geregeld door de snelheid van de rollen en de afstand tussen de rollen aan te passen om de gewenste Ag/PVA/PP-composietstof te verkrijgen.
De morfologie van het weefseloppervlak werd bestudeerd met een VEGA3-scanelektronenmicroscoop (SEM; Japan Electronics, Japan) bij een versnellingsspanning van 5 kV. De kristalstructuur van zilvernanodeeltjes werd geanalyseerd met röntgendiffractie (XRD; Bruker, D8 Advanced, Duitsland; Cu Kα-straling, λ = 0,15418 nm; spanning: 40 kV, stroom: 40 mA) in het bereik van 10–80°. 2θ. Een Fourier-transformatie-infraroodspectrometer (ATR-FTIR; Nicolet 170sx, Thermo Fisher Scientific Incorporation) werd gebruikt om de chemische eigenschappen van oppervlaktegemodificeerd polypropyleenweefsel te analyseren. Het PVA-modifiergehalte van Ag/PVA/PP-composietweefsels werd gemeten met thermogravimetrische analyse (TGA; Mettler Toledo, Zwitserland) onder een stikstofstroom. Inductief gekoppelde plasmamassaspectrometrie (ICP-MS, ELAN DRC II, Perkin-Elmer (Hong Kong) Co., Ltd.) werd gebruikt om het zilvergehalte van Ag/PVA/PP-composietstoffen te bepalen.
De luchtdoorlatendheid en waterdampdoorlaatbaarheid van Ag/PVA/PP-composietstof (specificatie: 78 × 50 cm²) werden gemeten door een onafhankelijk testbureau (Tianfangbiao Standardization Certification and Testing Co., Ltd.) in overeenstemming met GB/T. 5453-1997 en GB/T 12704.2-2009. Voor elk monster werden tien verschillende punten geselecteerd voor de test. De door het bureau verstrekte gegevens vormen het gemiddelde van deze tien punten.
De antibacteriële activiteit van Ag/PVA/PP-composietweefsel werd gemeten volgens de Chinese normen GB/T 20944.1-2007 en GB/T 20944.3- met behulp van de agarplaatdiffusiemethode (kwalitatieve analyse) en de schudflesmethode (kwantitatieve analyse). . respectievelijk in 2008. De antibacteriële activiteit van Ag/PVA/PP-composietweefsel tegen Escherichia coli werd bepaald bij verschillende wastijden. Voor de agarplaatdiffusiemethode wordt het te testen Ag/PVA/PP-composietweefsel met een pons in een schijf (diameter: 8 mm) geponst en bevestigd aan een agar-petrischaal geënt met Escherichia coli (ATCC 25922). ; 3,4 × 108 CFU ml-1) en vervolgens gedurende ongeveer 24 uur geïncubeerd bij 37 °C en 56% relatieve vochtigheid. De inhibitiezone werd verticaal geanalyseerd vanaf het midden van de schijf tot aan de binnenomtrek van de omringende kolonies. Met behulp van de schudflesmethode werd een vlakke plaat van 2 × 2 cm² bereid uit het geteste Ag/PVA/PP-composietmateriaal en gedurende 30 minuten geautoclaveerd in een bouillonomgeving bij 121 °C en 0,1 MPa. Na het autoclaveren werd het monster ondergedompeld in een erlenmeyer van 5 ml met 70 ml bouilloncultuuroplossing (suspensieconcentratie 1 × 105–4 × 105 CFU/ml) en vervolgens 18 uur geïncubeerd bij een oscillerende temperatuur van 150 °C/min en 25 °C. Na het schudden werd een bepaalde hoeveelheid bacteriesuspensie verzameld en verdun deze tien keer. Verzamel de benodigde hoeveelheid verdunde bacteriesuspensie, verspreid deze over agarmedium en kweek gedurende 24 uur bij 37 °C en 56% relatieve vochtigheid. De formule voor het berekenen van de antibacteriële effectiviteit is: \(\frac{\mathrm{C}-\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\), waarbij C en A respectievelijk het aantal kolonies na 24 uur zijn. Gekweekt in een controlegroep en Ag/PVA/PP-composietweefsel.
De duurzaamheid van Ag/PVA/PP-composietstoffen werd geëvalueerd door te wassen volgens ISO 105-C10:2006.1A. Dompel de teststof (30 x 40 mm²) van Ag/PVA/PP-composiet onder in een waterige oplossing met een gangbaar wasmiddel (5,0 g/l) en was deze met een snelheid van 40 ± 2 tpm en 40 ± 5 tpm/min. op hoge snelheid. Wascycli van 10, 20, 30, 40 en 50 °C. Na het wassen werd de stof driemaal gespoeld met water en 30 minuten gedroogd bij een temperatuur van 50-60 °C. De verandering in zilvergehalte na het wassen werd gemeten om de mate van antibacteriële activiteit te bepalen.
Figuur 1 toont het schema van de productie van Ag/PVA/PP-composietweefsel. Dat wil zeggen dat het PP-nonwoven materiaal wordt ondergedompeld in een gemengde oplossing van PVA en glucose. Het met PP geïmpregneerde nonwoven materiaal wordt gedroogd om de modifier en het reductiemiddel te fixeren en zo een afsluitende laag te vormen. Het gedroogde polypropyleen nonwoven materiaal wordt ondergedompeld in een zilverammoniakoplossing om de zilvernanodeeltjes ter plaatse af te zetten. De concentratie van de modifier, de molaire verhouding van glucose tot zilverammoniak, de zilverammoniakconcentratie en de reactietemperatuur beïnvloeden de precipitatie van Ag-nanodeeltjes. Dit zijn belangrijke factoren. Figuur 2a toont de afhankelijkheid van de watercontacthoek van het Ag/PVA/PP-weefsel van de modifierconcentratie. Wanneer de modifierconcentratie stijgt van 0,5 gew.% naar 1,0 gew.%, neemt de contacthoek van het Ag/PVA/PP-weefsel aanzienlijk af; wanneer de modifierconcentratie stijgt van 1,0 gew.% naar 2,0 gew.%, verandert deze praktisch niet. Figuur 2b toont SEM-beelden van zuivere PP-vezels en Ag/PVA/PP-stoffen, bereid met een zilverammoniakconcentratie van 50 mM en verschillende molaire verhoudingen van glucose tot zilverammoniak (1:1, 3:1, 5:1 en 9:1). . afbeelding. ). De resulterende PP-vezel is relatief glad. Na inkapseling met PVA-folie worden sommige vezels aan elkaar gelijmd; Door de afzetting van zilvernanodeeltjes worden de vezels relatief ruw. Naarmate de molaire verhouding van het reductiemiddel tot glucose toeneemt, wordt de afgezette laag Ag-nanodeeltjes geleidelijk dikker en naarmate de molaire verhouding toeneemt tot 5:1 en 9:1, hebben Ag-nanodeeltjes de neiging om aggregaten te vormen. Macroscopische en microscopische beelden van PP-vezels worden uniformer, vooral wanneer de molaire verhouding van reductiemiddel tot glucose 5:1 is. Digitale foto's van de overeenkomstige monsters, verkregen met 50 mM zilverammoniak, worden getoond in Figuur S1.
Veranderingen in de watercontacthoek van Ag/PVA/PP-stof bij verschillende PVA-concentraties (a), SEM-afbeeldingen van Ag/PVA/PP-stof verkregen bij een zilverammoniakconcentratie van 50 mM en verschillende molaire verhoudingen van glucose en zilverammoniak [(b))) ; (1) PP-vezel, (2) PVA/PP-vezel, (3) molaire verhouding 1:1, (4) molaire verhouding 3:1, (5) molaire verhouding 5:1, (6) molaire verhouding 9:1], röntgendiffractiepatroon (c) en SEM-afbeelding (d) van Ag/PVA/PP-stof verkregen bij zilverammoniakconcentraties: (1) 5 mM, (2) 10 mM, (3) 30 mM, (4) 50 mM, (5) 90 mM en (6) Ag/PP-30 mM. De reactietemperatuur is 60°C.
Figuur 2c toont het röntgendiffractiepatroon van de resulterende Ag/PVA/PP-stof. Naast de diffractiepiek van PP-vezel 37 komen er vier diffractiepieken bij 2θ = ∼ 37,8°, 44,2°, 64,1° en 77,3° overeen met (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0), kristalvlak (3 1 1) van kubische, vlakgecentreerde zilvernanodeeltjes. Naarmate de zilverammoniaconcentratie toeneemt van 5 naar 90 mM, worden de röntgendiffractiepatronen van Ag scherper, wat overeenkomt met een daaropvolgende toename van de kristalliniteit. Volgens de formule van Scherrer werden de korrelgroottes van Ag-nanodeeltjes bereid met 10 mM, 30 mM en 50 mM zilverammonia berekend op respectievelijk 21,3 nm, 23,3 nm en 26,5 nm. Dit komt doordat de zilverammoniakconcentratie de drijvende kracht is achter de reductiereactie om metallisch zilver te vormen. Met toenemende concentratie zilverammoniak neemt de nucleatie- en groeisnelheid van Ag-nanodeeltjes toe. Figuur 2d toont de SEM-beelden van Ag/PVA/PP-stoffen verkregen bij verschillende concentraties Ag-ammoniak. Bij een zilverammoniakconcentratie van 30 mM is de afgezette laag Ag-nanodeeltjes relatief homogeen. Wanneer de zilverammoniakconcentratie echter te hoog is, neigt de uniformiteit van de Ag-nanodeeltjesafzettingslaag af te nemen, wat mogelijk te wijten is aan sterke agglomeratie in de Ag-nanodeeltjesafzettingslaag. Bovendien hebben zilvernanodeeltjes op het oppervlak twee vormen: bolvormig en geschubd. De bolvormige deeltjesgrootte is ongeveer 20–80 nm en de lamellaire laterale grootte is ongeveer 100–300 nm (Figuur S2). De afzettingslaag van Ag-nanodeeltjes op het oppervlak van ongemodificeerd PP-weefsel is ongelijk. Bovendien bevordert het verhogen van de temperatuur de reductie van Ag NPs (Fig. S3), maar een te hoge reactietemperatuur bevordert niet de selectieve precipitatie van Ag NPs.
Figuur 3a geeft schematisch de relatie weer tussen de zilverammoniakconcentratie, de hoeveelheid afgezette zilver en de antibacteriële activiteit van het geprepareerde Ag/PVA/PP-weefsel. Figuur 3b toont de antibacteriële patronen van de monsters bij verschillende concentraties zilverammoniak, die direct de antibacteriële status van de monsters kunnen weerspiegelen. Bij een toename van de zilverammoniakconcentratie van 5 mM naar 90 mM nam de hoeveelheid zilverneerslag toe van 13,67 g/kg naar 481,81 g/kg. Bovendien neemt de antibacteriële activiteit tegen E. coli aanvankelijk toe naarmate de hoeveelheid zilverafzetting toeneemt, maar blijft deze vervolgens hoog. Wanneer de zilverammoniakconcentratie 30 mM bedraagt, bedraagt de afgezette hoeveelheid zilver in het resulterende Ag/PVA/PP-weefsel 67,62 g/kg en bedraagt de antibacteriële werking 99,99%. Dit monster wordt vervolgens geselecteerd als representatief voor verdere structurele karakterisering.
(a) Verband tussen de mate van antibacteriële activiteit en de hoeveelheid aangebrachte Ag-laag en de concentratie zilverammoniak; (b) Foto's van bacteriekweekplaten, genomen met een digitale camera, met blanco monsters en monsters bereid met 5 mM, 10 mM, 30 mM, 50 mM en 90 mM zilverammoniak. Antibacteriële activiteit van Ag/PVA/PP-weefsel tegen Escherichia coli
Figuur 4a toont de FTIR/ATR-spectra van PP, PVA/PP, Ag/PP en Ag/PVA/PP. De absorptiebanden van zuivere PP-vezels bij 2950 cm-1 en 2916 cm-1 worden veroorzaakt door de asymmetrische rekvibratie van de –CH3- en –CH2-groepen, en bij 2867 cm-1 en 2837 cm-1 door de symmetrische rekvibratie van de –CH3- en –CH2-groepen –CH3 en –CH2–. De absorptiebanden bij 1375 cm-1 en 1456 cm-1 worden toegeschreven aan asymmetrische en symmetrische verschuivingsvibraties van –CH338.39. Het FTIR-spectrum van Ag/PP-vezels is vergelijkbaar met dat van PP-vezels. Naast de absorptieband van PP wordt de nieuwe absorptiepiek bij 3360 cm-1 van PVA/PP- en Ag/PVA/PP-weefsels toegeschreven aan het uitrekken van de waterstofbinding van de –OH-groep. Dit toont aan dat PVA succesvol wordt toegepast op het oppervlak van polypropyleenvezels. Bovendien is de hydroxylabsorptiepiek van Ag/PVA/PP-stof iets zwakker dan die van PVA/PP-stof, wat mogelijk te wijten is aan de coördinatie van sommige hydroxylgroepen met zilver.
FT-IR-spectrum (a), TGA-curve (b) en XPS-meetspectrum (c) van zuiver PP, PVA/PP-stof en Ag/PVA/PP-stof, en C 1s-spectrum van zuiver PP (d), PVA/PP-stof (e) en Ag 3d-piek (f) van Ag/PVA/PP-stof.
In figuur 4c worden de XPS-spectra van PP-, PVA/PP- en Ag/PVA/PP-stoffen weergegeven. Het zwakke O₂s-signaal van zuivere polypropyleenvezels kan worden toegeschreven aan het zuurstofelement dat aan het oppervlak is geadsorbeerd; de C₂s-piek bij 284,6 eV wordt toegeschreven aan CH en CC (zie figuur 4d). Vergeleken met zuivere PP-vezels vertoont PVA/PP-stof (figuur 4e) hoge prestaties bij 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) en 288,5 eV (H–C=O)38. Bovendien kan het O₂-spectrum van PVA/PP-stof worden benaderd door twee pieken bij 532,3 eV en 533,2 eV41 (Fig. S4). Deze C₂-pieken corresponderen met C–OH en H–C=O (hydroxylgroepen van PVA en aldehyde-glucosegroep), wat consistent is met de FTIR-gegevens. De Ag/PVA/PP-nonwoven stof behoudt het O₂-spectrum van C-OH (532,3 eV) en HC=O (533,2 eV) (Fig. S5), bestaande uit 65,81% (atoompercentage) C, 22,89% O en 11,31% Ag (Fig. S4). In het bijzonder bewijzen de pieken van Ag 3d5/2 en Ag 3d3/2 bij 368,2 eV en 374,2 eV (Figuur 4f) verder dat Ag NP's op het oppervlak van PVA/PP42-non-woven stof zijn gedoteerd.
De TGA-curven (Fig. 4b) van zuiver PP, Ag/PP-weefsel en Ag/PVA/PP-weefsel laten zien dat ze vergelijkbare thermische ontledingsprocessen ondergaan, en de afzetting van Ag-NP's leidt tot een lichte stijging van de thermische degradatietemperatuur van PP-vezels (van 480 °C (PP-vezels) tot 495 °C), mogelijk als gevolg van de vorming van een Ag-barrière43. Tegelijkertijd waren de resthoeveelheden van zuivere monsters van PP, Ag/PP, Ag/PVA/PP, Ag/PVA/PP-W50 en Ag/PP-W50 na verhitting tot 800 °C respectievelijk 1,32%, 16,26% en 13,86%. % respectievelijk 9,88% en 2,12% (het achtervoegsel W50 verwijst hier naar 50 wasbeurten). De rest van het pure PP wordt toegeschreven aan onzuiverheden, en de rest van de resterende monsters aan Ag-nanodeeltjes. Het verschil in de resterende hoeveelheid van de met zilver beladen monsters zou te wijten moeten zijn aan verschillende hoeveelheden zilvernanodeeltjes die erop zijn geladen. Bovendien was het resterende zilvergehalte na 50 keer wassen van Ag/PP-stof met 94,65% verminderd, en het resterende zilvergehalte van Ag/PVA/PP-stof met ongeveer 31,74%. Dit toont aan dat een PVA-inkapselende coating de hechting van AgNP's aan de PP-matrix effectief kan verbeteren.
Om het draagcomfort te evalueren, werden de luchtdoorlaatbaarheid en de waterdampdoorlaatbaarheid van de geprepareerde polypropyleenstof gemeten. Over het algemeen hangt ademend vermogen samen met het thermisch comfort van de gebruiker, vooral in warme en vochtige omgevingen44. Zoals weergegeven in figuur 5a, is de luchtdoorlaatbaarheid van puur PP 2050 mm/s, en na modificatie van PVA neemt deze af tot 856 mm/s. Dit komt doordat de PVA-film die zich vormt op het oppervlak van de PP-vezel en het geweven deel helpt de openingen tussen de vezels te verkleinen. Na het aanbrengen van Ag NP's neemt de luchtdoorlaatbaarheid van de PP-stof toe vanwege het verbruik van PVA-coating bij het aanbrengen van Ag NP's. Bovendien neemt het ademend vermogen van Ag/PVA/PP-stoffen af naarmate de zilverammoniakconcentratie toeneemt van 10 tot 50 mmol. Dit kan te wijten zijn aan het feit dat de dikte van de zilverafzetting toeneemt met een toenemende zilverammoniakconcentratie, wat helpt het aantal poriën en de kans dat er waterdamp doorheen stroomt te verminderen.
(a) Luchtdoorlatendheid van Ag/PVA/PP-stoffen bereid met verschillende concentraties zilverammoniak; (b) Waterdampdoorlaatbaarheid van Ag/PVA/PP-stoffen bereid met verschillende concentraties zilverammoniak; (c) Verschillende modificatoren Treksterktecurve van Ag-stof/PVA/PP verkregen bij verschillende concentraties; (d) Treksterktecurve van Ag/PVA/PP-stof verkregen bij verschillende concentraties zilverammoniak (Ag/PVA/PP-stof verkregen bij een zilverammoniakconcentratie van 30 mM wordt ook weergegeven) (Vergelijk de treksterktecurves van PP-stoffen na 40 wasbeurten).
De snelheid van waterdampdoorlaatbaarheid is een andere belangrijke indicator van het thermisch comfort van een stof45. Het blijkt dat de vochtdoorlaatbaarheid van stoffen voornamelijk wordt beïnvloed door ademend vermogen en oppervlakte-eigenschappen. Dat wil zeggen, luchtdoorlaatbaarheid hangt voornamelijk af van het aantal poriën; oppervlakte-eigenschappen beïnvloeden de vochtdoorlaatbaarheid van hydrofiele groepen door adsorptie-diffusie-desorptie van watermoleculen. Zoals weergegeven in Figuur 5b, is de vochtdoorlaatbaarheid van pure PP-vezels 4810 g/(m2·24h). Na afdichting met PVA-coating neemt het aantal gaten in de PP-vezel af, maar neemt de vochtdoorlaatbaarheid van de PVA/PP-stof toe tot 5070 g/(m2·24h), omdat de vochtdoorlaatbaarheid voornamelijk wordt bepaald door de oppervlakte-eigenschappen, niet door poriën. Na afzetting van AgNP's nam de vochtdoorlaatbaarheid van Ag/PVA/PP-stof verder toe. De maximale vochtdoorlaatbaarheid van Ag/PVA/PP-weefsel, verkregen bij een zilverammoniakconcentratie van 30 mM, bedraagt 10300 g/(m²·24h). Tegelijkertijd kan de verschillende vochtdoorlaatbaarheid van Ag/PVA/PP-weefsels, verkregen bij verschillende zilverammoniakconcentraties, verband houden met verschillen in de dikte van de zilverafzettingslaag en het aantal poriën.
De mechanische eigenschappen van stoffen hebben een sterke invloed op hun levensduur, vooral als recyclebaar materiaal46. Figuur 5c toont de trekspanningscurve van Ag/PVA/PP-stof. De treksterkte van puur PP is slechts 2,23 MPa, terwijl de treksterkte van 1 wt% PVA/PP-stof aanzienlijk toeneemt tot 4,56 MPa. Dit geeft aan dat de inkapseling van PVA/PP-stof de mechanische eigenschappen aanzienlijk verbetert. De treksterkte en breukrek van PVA/PP-stof nemen toe met een toenemende concentratie PVA-modifier, omdat de PVA-folie de spanning kan breken en de PP-vezel kan versterken. Wanneer de concentratie modifier echter stijgt tot 1,5 wt%, maakt kleverige PVA de polypropyleenstof stijf, wat het draagcomfort ernstig beïnvloedt.
Vergeleken met zuivere PP- en PVA/PP-weefsels zijn de treksterkte en breukrek van Ag/PVA/PP-weefsels verder verbeterd, omdat Ag-nanodeeltjes, gelijkmatig verdeeld over het oppervlak van PP-vezels, de belasting kunnen verdelen47,48. De treksterkte van Ag/PP-vezels is hoger dan die van zuivere PP, namelijk 3,36 MPa (Fig. 5d), wat het sterke en versterkende effect van Ag-nanodeeltjes bevestigt. Met name Ag/PVA/PP-weefsels geproduceerd met een zilverammoniakconcentratie van 30 mM (in plaats van 50 mM) vertonen maximale treksterkte en breukrek, wat eveneens te danken is aan de uniforme afzetting van Ag-nanodeeltjes en de uniforme afzetting. Aggregatie van zilvernanodeeltjes onder omstandigheden met een hoge zilverammoniakconcentratie. Bovendien namen na 40 wasbeurten de treksterkte en de breukrek van Ag/PVA/PP-weefsel, bereid met een zilverammoniakconcentratie van 30 mM, respectievelijk met 32,7% en 26,8% af (fig. 5d). Dit kan te maken hebben met een klein verlies van zilvernanodeeltjes die na deze wasbeurten zijn afgezet.
Figuur 6a en b tonen digitale camerafoto's van Ag/PVA/PP-stof en Ag/PP-stof na 0, 10, 20, 30, 40 en 50 wasbeurten bij een zilverammoniakconcentratie van 30 mM. Donkergrijze Ag/PVA/PP-stof en Ag/PP-stof worden geleidelijk lichtgrijs na het wassen; de kleurverandering van de eerste stof tijdens het wassen lijkt niet zo ernstig te zijn als die van de tweede stof. Bovendien nam het zilvergehalte van Ag/PVA/PP-stof, vergeleken met Ag/PP-stof, relatief langzaam af na het wassen; na 20 of meer wasbeurten behield de eerste stof een hoger zilvergehalte dan de laatste (Fig. 6c). Dit geeft aan dat het inkapselen van PP-vezels met een PVA-coating de hechting van Ag-NP's aan PP-vezels aanzienlijk kan verbeteren. Figuur 6d toont de SEM-beelden van Ag/PVA/PP-stof en Ag/PP-stof na 10, 40 en 50 wasbeurten. Bij Ag/PVA/PP-stoffen gaan tijdens het wassen minder Ag NP's verloren dan bij Ag/PP-stoffen. Dit komt omdat de PVA-inkapselende coating de hechting van Ag NP's aan PP-vezels verbetert.
(a) Foto's van Ag/PP-stof genomen met een digitale camera (genomen bij een zilverammoniakconcentratie van 30 mM) na het wassen gedurende 0, 10, 20, 30, 40 en 50 cycli (1-6); (b) Ag/PVA/PP-foto's van stoffen genomen met een digitale camera (genomen bij een zilverammoniakconcentratie van 30 mM) na het wassen gedurende 0, 10, 20, 30, 40 en 50 cycli (1-6); (c) Veranderingen in het zilvergehalte van de twee stoffen tijdens wasbeurten; (d) SEM-beelden van Ag/PVA/PP-stof (1-3) en Ag/PP-stof (4-6) na 10, 40 en 50 wasbeurten.
Figuur 7 toont de antibacteriële werking en digitale camerafoto's van Ag/PVA/PP-stoffen tegen E. coli na 10, 20, 30 en 40 wasbeurten. Na 10 en 20 wasbeurten bleef de antibacteriële werking van Ag/PVA/PP-stoffen op 99,99% en 99,93%, wat een uitstekende antibacteriële werking aantoont. Het antibacteriële niveau van Ag/PVA/PP-stoffen nam licht af na 30 en 40 wasbeurten, wat te wijten was aan het verlies van AgNP's na langdurig wassen. Het antibacteriële percentage van Ag/PP-stoffen na 40 wasbeurten is echter slechts 80,16%. Het is duidelijk dat het antibacteriële effect van Ag/PP-stoffen na 40 wasbeurten veel lager is dan dat van Ag/PVA/PP-stoffen.
(a) Niveau van antibacteriële activiteit tegen E. coli. (b) Ter vergelijking worden ook foto's van de Ag/PVA/PP-stof getoond, genomen met een digitale camera na het wassen van de Ag/PP-stof bij een zilverammoniakconcentratie van 30 mM gedurende 10, 20, 30, 40 en 40 cycli.
Figuur 8 toont schematisch de productie van grootschalige Ag/PVA/PP-stoffen met behulp van een tweestaps rol-naar-rol-proces. Dat wil zeggen dat de PVA/glucose-oplossing gedurende een bepaalde tijd in het rolframe werd geweekt, er vervolgens uit werd gehaald en vervolgens op dezelfde manier werd geïmpregneerd met zilverammoniakoplossing om Ag/PVA/PP-stoffen te verkrijgen (Fig. 8a). De resulterende Ag/PVA/PP-stof behoudt nog steeds een uitstekende antibacteriële werking, zelfs na een jaar. Voor de grootschalige productie van Ag/PVA/PP-stoffen werden de resulterende PP-nonwovens geïmpregneerd in een continu rolproces en vervolgens achtereenvolgens door een PVA/glucose-oplossing en een zilverammoniakoplossing geleid en verwerkt. Twee methoden. Bijgevoegde video's. De impregnatietijd wordt geregeld door de snelheid van de rol aan te passen, en de hoeveelheid geadsorbeerde oplossing door de afstand tussen de rollen aan te passen (fig. 8b). Zo wordt het beoogde Ag/PVA/PP-nonwoven materiaal van groot formaat (50 cm × 80 cm) en de opvangrol verkregen. Het hele proces is eenvoudig en efficiënt, wat bevorderlijk is voor grootschalige productie.
Schematisch diagram van de productie van grote doelproducten (a) en schematisch diagram van het rolproces voor de productie van Ag/PVA/PP non-woven materialen (b).
Zilverhoudende PVA/PP non-wovens worden geproduceerd met behulp van een eenvoudige in-situ vloeistoffasedepositietechnologie in combinatie met de rol-naar-rolroute. Vergeleken met PP-weefsel en PVA/PP-weefsel zijn de mechanische eigenschappen van het geprepareerde Ag/PVA/PP non-woven materiaal aanzienlijk verbeterd, omdat de PVA-afdichtingslaag de hechting van Ag NP's aan PP-vezels aanzienlijk kan verbeteren. Bovendien kunnen de hoeveelheid PVA en het gehalte aan zilver NP's in het Ag/PVA/PP non-woven materiaal goed worden gecontroleerd door de concentraties van de PVA/glucose-oplossing en de zilver-ammoniakoplossing aan te passen. Met name Ag/PVA/PP non-woven materiaal bereid met 30 mM zilver-ammoniakoplossing vertoonde de beste mechanische eigenschappen en behield een uitstekende antibacteriële activiteit tegen E. coli, zelfs na 40 wasbeurten, wat een goed antifoulingpotentieel laat zien. PP non-woven materiaal. Vergeleken met andere literatuurgegevens vertoonden de door ons met behulp van eenvoudigere methoden verkregen stoffen een betere wasbestendigheid. Bovendien heeft het resulterende Ag/PVA/PP-nonwoven materiaal een ideale vochtdoorlaatbaarheid en draagcomfort, waardoor het toepasbaar is in industriële toepassingen.
Voeg alle gegevens toe die tijdens dit onderzoek zijn verkregen of geanalyseerd (en de bijbehorende informatiebestanden).
Russell, SM et al. Biosensoren om de COVID-19-cytokinestorm te bestrijden: uitdagingen voor de toekomst. ACS Sens. 5, 1506–1513 (2020).
Zaeem S, Chong JH, Shankaranarayanan V en Harkey A. COVID-19 en multi-orgaanreacties. actueel. vraag. hart. 45, 100618 (2020).
Zhang R, et al. Schattingen van het aantal coronavirusgevallen in 2019 in China zijn aangepast per stadium en endemische regio. front. medicine. 14, 199–209 (2020).
Gao J. et al. Flexibel, superhydrofoob en zeer geleidend non-woven polypropyleen composietmateriaal voor bescherming tegen elektromagnetische interferentie. Chemisch ingenieur. J. 364, 493–502 (2019).
Raihan M. et al. Ontwikkeling van multifunctionele polyacrylonitril/zilver nanocomposietfilms: antibacteriële activiteit, katalytische activiteit, geleidbaarheid, UV-bescherming en actieve SERS-sensoren. J. Matt. resource. technologies. 9, 9380–9394 (2020).
Dawadi S, Katuwal S, Gupta A, Lamichane U en Parajuli N. Huidig onderzoek naar zilveren nanodeeltjes: synthese, karakterisering en toepassingen. J. Nanomaterials. 2021, 6687290 (2021).
Deng Da, Chen Zhi, Hu Yong, Ma Jian, Tong YDN Een eenvoudig proces voor het bereiden van geleidende inkt op zilverbasis en het aanbrengen ervan op frequentieselectieve oppervlakken. Nanotechnology 31, 105705–105705 (2019).
Hao, Y. et al. Hypervertakte polymeren maken het gebruik van zilvernanodeeltjes mogelijk als stabilisatoren voor inkjetprinten van flexibele circuits. R. Shuker. Chemical. 43, 2797–2803 (2019).
Keller P en Kawasaki HJML Geleidende bladnerfnetwerken geproduceerd door zelfassemblage van zilveren nanodeeltjes voor potentiële toepassingen in flexibele sensoren. Matt. Wright. 284, 128937.1-128937.4 (2020).
Li, J. et al. Met zilvernanodeeltjes versierde silica-nanobolletjes en -arrays als potentiële substraten voor oppervlakteversterkte Raman-verstrooiing. ASU Omega 6, 32879–32887 (2021).
Liu, X. et al. Grootschalige flexibele oppervlakteversterkte Raman-verstrooiingssensor (SERS) met hoge signaalstabiliteit en uniformiteit. ACS Application Matt. Interfaces 12, 45332–45341 (2020).
Sandeep, KG et al. Een hiërarchische heterostructuur van fullereen nanostaafjes versierd met zilveren nanodeeltjes (Ag-FNR's) dient als een effectief, van één deeltje onafhankelijk SERS-substraat. fysica. Chemisch. Chemisch. fysica. 27, 18873–18878 (2018).
Emam, HE en Ahmed, HB Vergelijkende studie van homometallische en heterometallische agar-gebaseerde nanostructuren tijdens kleurstofgekatalyseerde degradatie. Internationaliteit. J. Biol. Grote moleculen. 138, 450–461 (2019).
Emam, HE, Mikhail, MM, El-Sherbiny, S., Nagy, KS en Ahmed, HB Metaalafhankelijke nanokatalyse voor de reductie van aromatische verontreinigende stoffen. Woensdag. De wetenschap. Vervuilen. Hulpbron. Internationaliteit. 27, 6459–6475 (2020).
Ahmed HB en Emam HE Triple core-shell (Ag-Au-Pd) nanostructuren gekweekt uit zaden bij kamertemperatuur voor potentiële waterzuivering. polymeer. test. 89, 106720 (2020).
Plaatsingstijd: 26-11-2023