Takk for at du besøker Nature.com. Nettleserversjonen du bruker har begrenset CSS-støtte. For best resultat anbefaler vi at du bruker en nyere versjon av nettleseren din (eller slår av kompatibilitetsmodus i Internet Explorer). I mellomtiden, for å sikre kontinuerlig støtte, viser vi nettstedet uten styling eller JavaScript.
I dag er funksjonelle stoffer med antibakterielle egenskaper mer populære. Kostnadseffektiv produksjon av funksjonelle stoffer med slitesterk og konsistent ytelse er imidlertid fortsatt en utfordring. Polyvinylalkohol (PVA) ble brukt til å modifisere ikke-vevd stoff av polypropylen (PP), og deretter ble sølvnanopartikler (AgNP) avsatt in situ for å produsere PVA-modifisert AgNP-lastet PP (referert til som AgNP-er). /PVA/PP)-stoff. Innkapsling av PP-fibre ved hjelp av PVA-belegg bidrar til å forbedre adhesjonen av lastede Ag NP-er til PP-fibre betydelig, og Ag/PVA/PP ikke-vevde stoffer viser betydelig forbedrede mekaniske egenskaper og motstand mot Escherichia coli (referert til som E. coli). Generelt har Ag/PVA/PP ikke-vevd stoff produsert ved 30 mM sølvammoniakkkonsentrasjon bedre mekaniske egenskaper, og den antibakterielle beskyttelsesgraden mot E. coli når 99,99 %. Stoffet beholder fortsatt utmerket antibakteriell aktivitet etter 40 vask og har potensial for gjentatt bruk. I tillegg har ikke-vevd Ag/PVA/PP-stoff brede bruksmuligheter i industrien på grunn av sin gode luftgjennomtrengelighet og fuktighetsgjennomtrengelighet. I tillegg har vi også utviklet en rull-til-rull-teknologi og gjennomført innledende undersøkelser for å teste gjennomførbarheten av denne metoden.
Med den stadig dypere økonomiske globaliseringen har store befolkningsbevegelser økt muligheten for virusoverføring betraktelig, noe som forklarer hvorfor det nye koronaviruset har en så sterk evne til å spre seg over hele verden og er vanskelig å forhindre1,2,3. I denne forstand er det et presserende behov for å utvikle nye antibakterielle materialer, som polypropylen (PP) nonwovens, som medisinske beskyttelsesmaterialer. Polypropylen nonwoven har fordelene med lav tetthet, kjemisk inertitet og lav kostnad4, men har ikke antibakteriell evne, kort levetid og lav beskyttelseseffektivitet. Derfor er det av stor betydning å gi antibakterielle egenskaper til PP nonwoven-materialer.
Som et gammelt antibakterielt middel har sølv gått gjennom fem utviklingsstadier: kolloidal sølvløsning, sølvsulfadiazin, sølvsalt, proteinsølv og nanosølv. Sølvnanopartikler brukes i økende grad innen felt som medisin5,6, konduktivitet7,8,9, overflateforbedret Ramanspredning10,11,12, katalytisk nedbrytning av fargestoffer13,14,15,16 osv. Spesielt har sølvnanopartikler (AgNP-er) fordeler fremfor tradisjonelle antimikrobielle midler som metallsalter, kvaternære ammoniumforbindelser og triklosan på grunn av deres nødvendige bakterielle resistens, stabilitet, lave kostnader og miljømessige akseptabilitet17,18,19. I tillegg kan sølvnanopartikler med stort spesifikt overflateareal og høy antibakteriell aktivitet festes til ullstoffer20, bomullsstoffer21,22, polyesterstoffer og andre stoffer for å oppnå kontrollert, vedvarende frigjøring av antibakterielle sølvpartikler23,24. Dette betyr at ved å innkapsle AgNP-er er det mulig å lage PP-stoffer med antibakteriell aktivitet. PP-nonwovene mangler imidlertid funksjonelle grupper og har lav polaritet, noe som ikke bidrar til innkapsling av AgNP-er. For å overvinne denne ulempen har noen forskere forsøkt å avsette Ag-nanopartikler på overflaten av PP-stoffer ved hjelp av ulike modifikasjonsmetoder, inkludert plasmasprøyting26,27, strålingspoding28,29,30,31 og overflatebelegg32. For eksempel introduserte Goli et al. [33] et proteinbelegg på overflaten av PP-nonwoven, der aminosyrene i periferien av proteinlaget kan tjene som forankringspunkter for bindingen av AgNP-er, og dermed oppnå gode antibakterielle egenskaper. Li og medarbeidere34 fant at N-isopropylakrylamid og N-(3-aminopropyl)metakrylamidhydroklorid kopodet ved ultrafiolett (UV)-etsing viste sterk antimikrobiell aktivitet, selv om UV-etsingsprosessen er kompleks og kan forringe de mekaniske egenskapene. fibrene. Oliani et al. fremstilte Ag NP-PP-gelfilmer med utmerket antibakteriell aktivitet ved å forbehandle ren PP med gammabestråling; metoden deres var imidlertid også kompleks. Det er derfor fortsatt en utfordring å effektivt og enkelt produsere resirkulerbare polypropylen-nonwovens med ønsket antimikrobiell aktivitet.
I denne studien brukes polyvinylalkohol, et miljøvennlig og rimelig membranmateriale med god filmdannende evne, høy hydrofilisitet og utmerket fysisk og kjemisk stabilitet, til å modifisere polypropylenstoffer. Glukose brukes som reduksjonsmiddel36. En økning i overflateenergien til den modifiserte PP-en fremmer selektiv avsetning av AgNP-er. Sammenlignet med rent PP-stoff viste det fremstilte Ag/PVA/PP-stoffet god resirkulerbarhet, utmerket antibakteriell aktivitet mot E. coli, gode mekaniske egenskaper selv etter 40 vaskesykluser, og betydelig pusteevne, kjønns- og fuktighetsgjennomtrengelighet.
PP-non-woven-stoffet med en spesifikk vekt på 25 g/m2 og en tykkelse på 0,18 mm ble levert av Jiyuan Kang'an Sanitary Materials Co., Ltd. (Jiyuan, Kina) og kuttet i ark som målte 5 × 5 cm2. Sølvnitrat (99,8 %; AR) ble kjøpt fra Xilong Scientific Co., Ltd. (Shantou, Kina). Glukose ble kjøpt fra Fuzhou Neptune Fuyao Pharmaceutical Co., Ltd. (Fuzhou, Kina). Polyvinylalkohol (reagens av industrikvalitet) ble kjøpt fra Tianjin Sitong Chemical Factory (Tianjin, Kina). Avionisert vann ble brukt som løsemiddel eller skyllemiddel og ble fremstilt i vårt laboratorium. Næringsagar og buljong ble kjøpt fra Beijing Aoboxing Biotechnology Co., Ltd. (Beijing, Kina). E. coli-stamme (ATCC 25922) ble kjøpt fra Zhangzhou Bochuang Company (Zhangzhou, Kina).
Det resulterende PP-vevet ble vasket med ultralyd i etanol i 15 minutter. Den resulterende PVA-en ble tilsatt vann og varmet opp ved 95 °C i 2 timer for å oppnå en vandig løsning. Deretter ble glukose løst opp i 10 ml PVA-løsning med en massefraksjon på 0,1 %, 0,5 %, 1,0 % og 1,5 %. Det rensede polypropylen-non-woven-stoffet ble nedsenket i en PVA/glukoseløsning og varmet opp ved 60 °C i 1 time. Etter at oppvarmingen var fullført, ble det PP-impregnerte non-woven-stoffet fjernet fra PVA/glukoseløsningen og tørket ved 60 °C i 0,5 timer for å danne en PVA-film på overflaten av stoffet, og dermed oppnådd et PVA/PP-kompositttekstil.
Sølvnitrat løses opp i 10 ml vann under konstant omrøring ved romtemperatur, og ammoniakk tilsettes dråpevis til løsningen endrer farge fra klar til brun og klar igjen for å oppnå en sølvammoniakkløsning (5–90 mM). Plasser PVA/PP-nonwoven stoff i sølvammoniakkløsningen og varm det opp ved 60 °C i 1 time for å danne Ag-nanopartikler in situ på overflaten av stoffet, skyll det deretter med vann tre ganger og tørk ved 60 °C i 0,5 time for å oppnå Ag/PVA/PP-komposittstoff.
Etter innledende eksperimenter bygde vi rull-til-rull-utstyr i laboratoriet for storskalaproduksjon av komposittstoffer. Valsene er laget av PTFE for å unngå bivirkninger og forurensning. Under denne prosessen kan impregneringstiden og mengden adsorbert løsning kontrolleres ved å justere hastigheten på valsene og avstanden mellom valsene for å oppnå ønsket Ag/PVA/PP-komposittstoff.
Vevsoverflatens morfologi ble studert ved hjelp av et VEGA3 skanningselektronmikroskop (SEM; Japan Electronics, Japan) ved en akselerasjonsspenning på 5 kV. Krystallstrukturen til sølvnanopartikler ble analysert ved røntgendiffraksjon (XRD; Bruker, D8 Advanced, Tyskland; Cu Kα-stråling, λ = 0,15418 nm; spenning: 40 kV, strøm: 40 mA) i området 10–80°. 2θ. Et Fourier-transform infrarødt spektrometer (ATR-FTIR; Nicolet 170sx, Thermo Fisher Scientific Incorporation) ble brukt til å analysere de kjemiske egenskapene til overflatemodifisert polypropylenstoff. PVA-modifikatorinnholdet i Ag/PVA/PP-komposittstoffer ble målt ved termogravimetrisk analyse (TGA; Mettler Toledo, Sveits) under en nitrogenstrøm. Induktivt koblet plasmamassespektrometri (ICP-MS, ELAN DRC II, Perkin-Elmer (Hong Kong) Co., Ltd.) ble brukt til å bestemme sølvinnholdet i Ag/PVA/PP-komposittstoffer.
Luftgjennomtrengeligheten og vanndampgjennomgangshastigheten til Ag/PVA/PP-komposittstoff (spesifikasjon: 78 × 50 cm2) ble målt av et tredjeparts testbyrå (Tianfangbiao Standardization Certification and Testing Co., Ltd.) i samsvar med GB/T. 5453-1997 og GB/T 12704.2-2009. For hver prøve velges ti forskjellige punkter for testing, og dataene som leveres av byrået er gjennomsnittet av de ti punktene.
Den antibakterielle aktiviteten til Ag/PVA/PP-komposittstoff ble målt i samsvar med de kinesiske standardene GB/T 20944.1-2007 og GB/T 20944.3- ved bruk av henholdsvis agarplatediffusjonsmetoden (kvalitativ analyse) og ristekolbemetoden (kvantitativ analyse) i 2008. Den antibakterielle aktiviteten til Ag/PVA/PP-komposittstoff mot Escherichia coli ble bestemt ved forskjellige vasketider. For agarplatediffusjonsmetoden stanses test-Ag/PVA/PP-komposittstoffet inn i en skive (diameter: 8 mm) ved hjelp av en stempel og festes til en agarpetriskål inokulert med Escherichia coli (ATCC 25922); 3,4 × 108 CFU ml-1) og deretter inkubert ved 37 °C og 56 % relativ fuktighet i omtrent 24 timer. Inhiberingssonen ble analysert vertikalt fra midten av skiven til den indre omkretsen av de omkringliggende koloniene. Ved hjelp av ristekolbemetoden ble en 2 × 2 cm2 flat plate fremstilt av det testede Ag/PVA/PP-komposittstoffet og autoklavert i et buljongmiljø ved 121 °C og 0,1 MPa i 30 minutter. Etter autoklavering ble prøven nedsenket i en 5 ml Erlenmeyer-kolbe som inneholdt 70 ml buljongkulturløsning (suspensjonskonsentrasjon 1 × 105–4 × 105 CFU/ml) og deretter inkubert ved en oscillerende temperatur på 150 °C, rpm og 25 °C i 18 timer. Etter risting, samle en viss mengde bakteriesuspensjon og fortynn den ti ganger. Samle den nødvendige mengden fortynnet bakteriesuspensjon, fordel den på agarmedium og dyrk ved 37 °C og 56 % relativ fuktighet i 24 timer. Formelen for å beregne antibakteriell effektivitet er: \(\frac{\mathrm{C} - \mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\), hvor C og A er henholdsvis antall kolonier etter 24 timer. Dyrket i kontrollgruppe og Ag/PVA/PP-komposittvev.
Holdbarheten til Ag/PVA/PP-komposittstoffer ble evaluert ved vask i henhold til ISO 105-C10:2006.1A. Under vask, senkes teststoffet av Ag/PVA/PP-kompositt (30 x 40 mm²) ned i en vandig løsning som inneholder kommersielt vaskemiddel (5,0 g/L) og vaskes ved 40 ± 2 o/min og 40 ± 5 o/min ved høy hastighet. °C i 10, 20, 30, 40 og 50 sykluser. Etter vask skylles stoffet tre ganger med vann og tørkes ved en temperatur på 50–60 °C i 30 minutter. Endringen i sølvinnhold etter vask ble målt for å bestemme graden av antibakteriell aktivitet.
Figur 1 viser et skjematisk diagram av fremstillingen av Ag/PVA/PP-komposittstoff. Det vil si at PP-non-woven-materialet er nedsenket i en blandet løsning av PVA og glukose. Det PP-impregnerte non-woven-materialet tørkes for å fiksere modifikatoren og reduksjonsmidlet for å danne et forseglingslag. Det tørkede polypropylen-non-woven-stoffet er nedsenket i en sølvammoniakkløsning for å avsette sølvnanopartiklene in situ. Konsentrasjonen av modifikatoren, molforholdet mellom glukose og sølvammoniakk, konsentrasjonen av sølvammoniakk og reaksjonstemperaturen påvirker utfellingen av Ag NP-er. Figur 2a viser avhengigheten av vannkontaktvinkelen til Ag/PVA/PP-stoffet av modifikatorkonsentrasjonen. Når modifikatorkonsentrasjonen øker fra 0,5 vekt% til 1,0 vekt%, reduseres kontaktvinkelen til Ag/PVA/PP-stoffet betydelig; når modifikatorkonsentrasjonen øker fra 1,0 vekt% til 2,0 vekt%, endres den praktisk talt ikke. Figur 2b viser SEM-bilder av rene PP-fibre og Ag/PVA/PP-stoffer fremstilt ved 50 mM sølvammoniakkkonsentrasjon og forskjellige molare forhold mellom glukose og sølvammoniakk (1:1, 3:1, 5:1 og 9:1). . bilde. ). Den resulterende PP-fiberen er relativt glatt. Etter innkapsling med PVA-film limes noen fibre sammen; på grunn av avsetningen av sølvnanopartikler blir fibrene relativt ru. Etter hvert som molforholdet mellom reduksjonsmiddel og glukose øker, tykner det avsatte laget av Ag NP-er gradvis, og når molforholdet øker til 5:1 og 9:1, har Ag NP-er en tendens til å danne aggregater. Makroskopiske og mikroskopiske bilder av PP-fiber blir mer ensartede, spesielt når molforholdet mellom reduksjonsmiddel og glukose er 5:1. Digitale fotografier av de tilsvarende prøvene oppnådd ved 50 mM sølvammoniakk er vist i figur S1.
Endringer i vannkontaktvinkelen til Ag/PVA/PP-stoff ved forskjellige PVA-konsentrasjoner (a), SEM-bilder av Ag/PVA/PP-stoff oppnådd ved en sølvammoniakkkonsentrasjon på 50 mM og forskjellige molare forhold mellom glukose og sølvammoniakk [(b))); (1) PP-fiber, (2) PVA/PP-fiber, (3) molforhold 1:1, (4) molforhold 3:1, (5) molforhold 5:1, (6) molforhold 9:1], røntgendiffraksjonsmønster (c) og SEM-bilde (d) av Ag/PVA/PP-stoff oppnådd ved sølvammoniakkkonsentrasjoner: (1) 5 mM, (2) 10 mM, (3) 30 mM, (4) 50 mM, (5) 90 mM og (6) Ag/PP-30 mM. Reaksjonstemperaturen er 60 °C.
I figur 2c vises røntgendiffraksjonsmønsteret til det resulterende Ag/PVA/PP-stoffet. I tillegg til diffraksjonstoppen til PP-fiber 37, korresponderer fire diffraksjonstopper ved 2θ = ∼ 37,8°, 44,2°, 64,1° og 77,3° med (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0), krystallplanet (3 1 1) til kubiske, flatesentrerte sølvnanopartikler. Etter hvert som sølvammoniakkkonsentrasjonen øker fra 5 til 90 mM, blir XRD-mønstrene til Ag skarpere, noe som stemmer overens med en påfølgende økning i krystallinitet. I henhold til Scherrers formel ble kornstørrelsene til Ag-nanopartikler fremstilt med 10 mM, 30 mM og 50 mM sølvammoniakk beregnet til å være henholdsvis 21,3 nm, 23,3 nm og 26,5 nm. Dette er fordi sølvammoniakkkonsentrasjonen er drivkraften bak reduksjonsreaksjonen for å danne metallisk sølv. Med økende konsentrasjon av sølvammoniakk øker kimdannelses- og veksthastigheten til Ag NP-er. Figur 2d viser SEM-bilder av Ag/PVA/PP-stoffer oppnådd ved forskjellige konsentrasjoner av Ag-ammoniakk. Ved en sølvammoniakkkonsentrasjon på 30 mM er det avsatte laget av Ag NP-er relativt homogent. Når sølvammoniakkkonsentrasjonen er for høy, har imidlertid ensartetheten til Ag NP-avsetningslaget en tendens til å avta, noe som kan skyldes sterk agglomerering i Ag NP-avsetningslaget. I tillegg har sølvnanopartikler på overflaten to former: sfæriske og skjellete. Den sfæriske partikkelstørrelsen er omtrent 20–80 nm, og den lamellære laterale størrelsen er omtrent 100–300 nm (figur S2). Avsetningslaget av Ag-nanopartikler på overflaten av umodifisert PP-stoff er ujevnt. I tillegg fremmer økning av temperaturen reduksjonen av Ag NP-er (fig. S3), men en for høy reaksjonstemperatur fremmer ikke selektiv utfelling av Ag NP-er.
Figur 3a viser skjematisk forholdet mellom sølvammoniakkkonsentrasjonen, mengden avsatt sølv og den antibakterielle aktiviteten til det fremstilte Ag/PVA/PP-stoffet. Figur 3b viser de antibakterielle mønstrene til prøvene ved forskjellige konsentrasjoner av sølvammoniakk, noe som direkte kan gjenspeile prøvenes antibakterielle status. Når sølvammoniakkkonsentrasjonen økte fra 5 mM til 90 mM, økte mengden sølvutfelling fra 13,67 g/kg til 481,81 g/kg. I tillegg, når mengden sølvavsetning øker, øker den antibakterielle aktiviteten mot E. coli først og forblir deretter på et høyt nivå. Mer spesifikt, når sølvammoniakkkonsentrasjonen er 30 mM, er avsetningsmengden sølv i det resulterende Ag/PVA/PP-stoffet 67,62 g/kg, og den antibakterielle raten er 99,99 %. Velg denne prøven som representativ for påfølgende strukturell karakterisering.
(a) Forholdet mellom nivået av antibakteriell aktivitet og mengden påført Ag-lag og konsentrasjonen av sølvammoniakk; (b) Fotografier av bakteriekulturplater tatt med et digitalkamera som viser blindprøver og prøver fremstilt med 5 mM, 10 mM, 30 mM, 50 mM og 90 mM sølvammoniakk. Antibakteriell aktivitet av Ag/PVA/PP-stoff mot Escherichia coli
Figur 4a viser FTIR/ATR-spektrene til PP, PVA/PP, Ag/PP og Ag/PVA/PP. Absorpsjonsbåndene til ren PP-fiber ved 2950 cm⁻¹ og 2916 cm⁻¹ skyldes den asymmetriske strekkvibrasjonen til –CH3- og –CH2-gruppene, og ved 2867 cm⁻¹ og 2837 cm⁻¹ skyldes de den symmetriske strekkvibrasjonen til –CH3- og –CH2-gruppene –, –CH3 og –CH2–. Absorpsjonsbåndene ved 1375 cm⁻¹ og 1456 cm⁻¹ tilskrives asymmetriske og symmetriske skiftvibrasjoner til –CH338,39. FTIR-spekteret til Ag/PP-fiber ligner på PP-fiber. I tillegg til absorpsjonsbåndet til PP, tilskrives den nye absorpsjonstoppen ved 3360 cm⁻¹ for PVA/PP- og Ag/PVA/PP-stoffer strekkingen av hydrogenbindingen til –OH-gruppen. Dette viser at PVA er vellykket påført overflaten av polypropylenfiber. I tillegg er hydroksylabsorpsjonstoppen i Ag/PVA/PP-stoff litt svakere enn i PVA/PP-stoff, noe som kan skyldes koordineringen av noen hydroksylgrupper med sølv.
FT-IR-spektrum (a), TGA-kurve (b) og XPS-målespektrum (c) for ren PP, PVA/PP-stoff og Ag/PVA/PP-stoff, og C1s-spektrum for ren PP (d), PVA/PP PP-stoff (e) og Ag 3D-topp (f) for Ag/PVA/PP-stoff.
Figur 4c viser XPS-spektrene til PP-, PVA/PP- og Ag/PVA/PP-stoffer. Det svake O1s-signalet til ren polypropylenfiber kan tilskrives oksygenelementet adsorbert på overflaten; C1s-toppen ved 284,6 eV tilskrives CH4 og CC (se figur 4d). Sammenlignet med ren PP-fiber viser PVA/PP-stoff (figur 4e) høy ytelse ved 284,6 eV (C–C/C–H), 285,6 eV (C–O–H), 284,6 eV (C–C/C–H), 285,6 eV (C–O–H) og 288,5 eV (H–C=O)38. I tillegg kan O1s-spekteret til PVA/PP-stoff tilnærmes med to topper ved 532,3 eV og 533,2 eV41 (fig. S4). Disse C1s-toppene tilsvarer C–OH og H–C=O (hydroksylgrupper til PVA og aldehydglukosegruppe), noe som er i samsvar med FTIR-dataene. Ag/PVA/PP-ikke-vevd stoff beholder O1s-spekteret til C-OH (532,3 eV) og HC=O (533,2 eV) (figur S5), bestående av 65,81 % (atomprosent) C, 22,89 % O og 11,31 % Ag (fig. S4). Spesielt toppene til Ag3d5/2 og Ag3d3/2 ved 368,2 eV og 374,2 eV (fig. 4f) beviser ytterligere at Ag NP-er er dopet på overflaten av PVA/PP42-ikke-vevd stoff.
TGA-kurvene (fig. 4b) for ren PP, Ag/PP-stoff og Ag/PVA/PP-stoff viser at de gjennomgår lignende termiske nedbrytningsprosesser, og avsetningen av Ag NP-er fører til en liten økning i den termiske nedbrytningstemperaturen til PP-fibre (PVA/PP-fibre) (fra 480 °C (PP-fibre) til 495 °C), muligens på grunn av dannelsen av en Ag-barriere43. Samtidig var restmengdene av rene prøver av PP, Ag/PP, Ag/PVA/PP, Ag/PVA/PP-W50 og Ag/PP-W50 etter oppvarming ved 800 °C henholdsvis 1,32 %, 16,26 % og 13,86 %. %, henholdsvis 9,88 % og 2,12 % (suffikset W50 refererer her til 50 vaskesykluser). Resten av ren PP tilskrives urenheter, og resten av de gjenværende prøvene til Ag NP-er, og forskjellen i gjenværende mengde prøver lastet med sølv bør skyldes forskjellige mengder sølvnanopartikler lastet på dem. I tillegg, etter vask av Ag/PP-stoff 50 ganger, ble det gjenværende sølvinnholdet redusert med 94,65 %, og det gjenværende sølvinnholdet i Ag/PVA/PP-stoff ble redusert med omtrent 31,74 %. Dette viser at PVA-innkapslingsbelegg effektivt kan forbedre adhesjonen av AgNP-er til PP-matrisen.
For å evaluere brukerkomforten ble luftgjennomtrengeligheten og vanndampgjennomtrengeligheten til det fremstilte polypropylenstoffet målt. Generelt sett er pusteevnen relatert til brukerens termiske komfort, spesielt i varme og fuktige miljøer44. Som vist i figur 5a er luftgjennomtrengeligheten til ren PP 2050 mm/s, og etter modifisering av PVA synker den til 856 mm/s. Dette er fordi PVA-filmen som dannes på overflaten av PP-fiberen og den vevde delen bidrar til å redusere gapene mellom fibrene. Etter påføring av Ag NP-er øker luftgjennomtrengeligheten til PP-stoffet på grunn av forbruket av PVA-belegg ved påføring av Ag NP-er. I tillegg har pusteevnen til Ag/PVA/PP-stoffer en tendens til å avta når sølvammoniakkkonsentrasjonen øker fra 10 til 50 mmol. Dette kan skyldes at tykkelsen på sølvavleiringen øker med økende sølvammoniakkkonsentrasjon, noe som bidrar til å redusere antall porer og sannsynligheten for at vanndamp passerer gjennom dem.
(a) Luftgjennomtrengelighet for Ag/PVA/PP-stoffer fremstilt med forskjellige konsentrasjoner av sølvammoniakk; (b) Vanndampgjennomgang for Ag/PVA/PP-stoffer fremstilt med forskjellige konsentrasjoner av sølvammoniakk; (c) Ulike modifikatorer Strekkkurve for Ag-stoff/PVA/PP oppnådd ved forskjellige konsentrasjoner; (d) Strekkkurve for Ag/PVA/PP-stoff oppnådd ved forskjellige konsentrasjoner av sølvammoniakk (Ag/PVA/PP-stoff oppnådd ved 30 mM sølvammoniakkkonsentrasjon er også vist) (Sammenlign strekkkurvene for PP-stoffer etter 40 vaskesykluser).
Vanndampgjennomgangshastigheten er en annen viktig indikator på et stoffs termiske komfort45. Det viser seg at fuktighetsgjennomtrengeligheten til stoffer hovedsakelig påvirkes av pusteevne og overflateegenskaper. Det vil si at luftgjennomtrengeligheten hovedsakelig avhenger av antall porer; overflateegenskaper påvirker fuktighetsgjennomtrengeligheten til hydrofile grupper gjennom adsorpsjon-diffusjon-desorpsjon av vannmolekyler. Som vist i figur 5b er fuktighetsgjennomtrengeligheten til ren PP-fiber 4810 g/(m2·24t). Etter forsegling med PVA-belegg reduseres antallet hull i PP-fiberen, men fuktighetsgjennomtrengeligheten til PVA/PP-stoffet øker til 5070 g/(m2·24t), siden fuktighetsgjennomtrengeligheten hovedsakelig bestemmes av overflateegenskapene, ikke porene. Etter avsetning av AgNP-er økte fuktighetsgjennomtrengeligheten til Ag/PVA/PP-stoffet ytterligere. Spesielt er den maksimale fuktighetsgjennomtrengeligheten til Ag/PVA/PP-stoff oppnådd ved en sølvammoniakkkonsentrasjon på 30 mM 10300 g/(m2·24t). Samtidig kan ulik fuktighetspermeabilitet for Ag/PVA/PP-stoffer oppnådd ved forskjellige konsentrasjoner av sølvammoniakk være assosiert med forskjeller i tykkelsen på sølvavsetningslaget og antallet porer.
De mekaniske egenskapene til stoffer påvirker levetiden deres sterkt, spesielt som resirkulerbare materialer46. Figur 5c viser strekkspenningskurven til Ag/PVA/PP-stoff. Strekkfastheten til ren PP er bare 2,23 MPa, mens strekkfastheten til 1 vekt% PVA/PP-stoff økes betydelig til 4,56 MPa, noe som indikerer at innkapslingen av PVA/PP-stoff bidrar til å forbedre de mekaniske egenskapene betydelig. Strekkfastheten og bruddforlengelsen til PVA/PP-stoff øker med økende konsentrasjon av PVA-modifikator fordi PVA-filmen kan bryte spenningen og styrke PP-fiberen. Men når modifikatorkonsentrasjonen øker til 1,5 vekt%, gjør klebrig PVA polypropylenstoffet stivt, noe som påvirker brukskomforten i alvorlig grad.
Sammenlignet med rene PP- og PVA/PP-stoffer forbedres strekkfastheten og bruddforlengelsen til Ag/PVA/PP-stoffer ytterligere fordi Ag-nanopartikler som er jevnt fordelt på overflaten av PP-fibrene, kan fordele lasten47,48. Det kan sees at strekkfastheten til Ag/PP-fiber er høyere enn for ren PP, og når 3,36 MPa (fig. 5d), noe som bekrefter den sterke og styrkende effekten av Ag-nanopartiklene. Spesielt Ag/PVA/PP-stoffet produsert ved en sølvammoniakkkonsentrasjon på 30 mM (i stedet for 50 mM) viser maksimal strekkfasthet og bruddforlengelse, noe som fortsatt skyldes den jevne avsetningen av Ag-nanopartiklene samt den jevne avsetningen. Aggregering av sølvnanopartiklene under forhold med høy konsentrasjon av sølvammoniakk. I tillegg, etter 40 vaskesykluser, reduserte strekkfastheten og bruddforlengelsen til Ag/PVA/PP-stoff fremstilt ved 30 mM sølvammoniakkkonsentrasjon med henholdsvis 32,7 % og 26,8 % (fig. 5d), noe som kan være forbundet med et lite tap av sølvnanopartikler avsatt etter dette.
Figur 6a og b viser digitalkamerafotografier av Ag/PVA/PP-stoff og Ag/PP-stoff etter vask i 0, 10, 20, 30, 40 og 50 sykluser ved 30 mM sølvammoniakkkonsentrasjon. Mørkegrått Ag/PVA/PP-stoff og Ag/PP-stoff blir gradvis lysegrått etter vask, og fargeendringen for det første under vask ser ikke ut til å være like alvorlig som for det andre. I tillegg, sammenlignet med Ag/PP-stoff, sank sølvinnholdet i Ag/PVA/PP-stoff relativt sakte etter vask. Etter vask 20 eller flere ganger beholdt førstnevnte et høyere sølvinnhold enn sistnevnte (figur 6c). Dette indikerer at innkapsling av PP-fibre med PVA-belegg kan forbedre adhesjonen av Ag NP-er til PP-fibre betydelig. Figur 6d viser SEM-bilder av Ag/PVA/PP-stoff og Ag/PP-stoff etter vask i 10, 40 og 50 sykluser. Ag/PVA/PP-stoffer opplever mindre tap av Ag NP-er under vask enn Ag/PP-stoffer, igjen fordi PVA-innkapslingsbelegget bidrar til å forbedre adhesjonen av Ag NP-er til PP-fibre.
(a) Fotografier av Ag/PP-stoff tatt med digitalkamera (tatt med 30 mM sølvammoniakkkonsentrasjon) etter vask i 0, 10, 20, 30, 40 og 50 sykluser (1-6); (b) Ag/PVA/PP-fotografier av stoff tatt med digitalkamera (tatt med 30 mM sølvammoniakkkonsentrasjon) etter vask i 0, 10, 20, 30, 40 og 50 sykluser (1-6); (c) Endringer i sølvinnhold i de to stofftypene på tvers av vaskesykluser; (d) SEM-bilder av Ag/PVA/PP-stoff (1-3) og Ag/PP-stoff (4-6) etter 10, 40 og 50 vaskesykluser.
Figur 7 viser den antibakterielle aktiviteten og digitalkamerafotografier av Ag/PVA/PP-stoffer mot E. coli etter 10, 20, 30 og 40 vaskesykluser. Etter 10 og 20 vask forble den antibakterielle ytelsen til Ag/PVA/PP-stoffer på 99,99 % og 99,93 %, noe som viser utmerket antibakteriell aktivitet. Det antibakterielle nivået av Ag/PVA/PP-stoff sank noe etter 30 og 40 gangers vask, noe som skyldtes tap av AgNP-er etter langvarig vask. Imidlertid er den antibakterielle graden av Ag/PP-stoff etter 40 vask bare 80,16 %. Det er åpenbart at den antibakterielle effekten av Ag/PP-stoff etter 40 vaskesykluser er mye mindre enn for Ag/PVA/PP-stoff.
(a) Nivå av antibakteriell aktivitet mot E. coli. (b) Til sammenligning vises også fotografier av Ag/PVA/PP-stoffet tatt med et digitalkamera etter vask av Ag/PP-stoffet ved 30 mM sølvammoniakkkonsentrasjon i 10, 20, 30, 40 og 40 sykluser.
I figur 8 vises skjematisk fremstillingen av storskala Ag/PVA/PP-stoff ved hjelp av en totrinns rull-til-rull-rute. Det vil si at PVA/glukoseløsningen ble bløtlagt i valserammen i en viss periode, deretter tatt ut og deretter impregnert med sølvammoniakkløsning på samme måte for å oppnå Ag/PVA/PP-stoff. (figur 8a). Det resulterende Ag/PVA/PP-stoffet beholder fortsatt utmerket antibakteriell aktivitet selv om det ble stående i 1 år. For storskala fremstilling av Ag/PVA/PP-stoffer ble de resulterende PP-non-wovene impregnert i en kontinuerlig valseprosess og deretter ført gjennom en PVA/glukoseløsning og en sølvammoniakkløsning sekvensielt og behandlet. Vedlagte videoer. Impregneringstiden kontrolleres ved å justere valsens hastighet, og mengden adsorbert løsning kontrolleres ved å justere avstanden mellom valsene (figur 8b), for derved å oppnå det ønskede Ag/PVA/PP-non-woven-stoffet av stor størrelse (50 cm × 80 cm) og en oppsamlingsvalse. Hele prosessen er enkel og effektiv, noe som bidrar til storskala produksjon.
Skjematisk diagram av produksjonen av store målprodukter (a) og skjematisk diagram av valseprosessen for produksjon av Ag/PVA/PP ikke-vevde materialer (b).
Sølvholdige PVA/PP-non-wovens produseres ved hjelp av en enkel in-situ flytende faseavsetningsteknologi kombinert med rull-til-rull-metoden. Sammenlignet med PP-stoff og PVA/PP-stoff forbedres de mekaniske egenskapene til det fremstilte Ag/PVA/PP-non-woven-stoffet betydelig fordi PVA-forseglingslaget kan forbedre adhesjonen av Ag NP-er til PP-fibre betydelig. I tillegg kan mengden PVA og innholdet av sølv NP-er i Ag/PVA/PP-non-woven-stoffet kontrolleres godt ved å justere konsentrasjonene av PVA/glukoseløsning og sølvammoniakkløsning. Spesielt Ag/PVA/PP-non-woven-stoff fremstilt med 30 mM sølvammoniakkløsning viste de beste mekaniske egenskapene og beholdt utmerket antibakteriell aktivitet mot E. coli selv etter 40 vaskesykluser, og viste godt anti-fouling-potensial. PP non-woven-materiale. Sammenlignet med andre litteraturdata viste stoffene vi oppnådde ved hjelp av enklere metoder bedre vaskebestandighet. I tillegg har det resulterende Ag/PVA/PP-non-woven-stoffet ideell fuktighetsgjennomtrengelighet og brukerkomfort, noe som kan lette bruken i industrielle applikasjoner.
Inkluder alle data som er innhentet eller analysert i løpet av denne studien (og tilhørende støttefiler).
Russell, SM et al. Biosensorer for å bekjempe cytokinstormen fra COVID-19: utfordringer fremover. ACS Sens. 5, 1506–1513 (2020).
Zaeem S, Chong JH, Shankaranarayanan V og Harkey A. COVID-19 og flerorganresponser. aktuelt. spørsmål. hjerte. 45, 100618 (2020).
Zhang R, et al. Anslag over antall koronavirustilfeller i 2019 i Kina er justert etter stadium og endemiske regioner. front. medicine. 14, 199–209 (2020).
Gao J. et al. Fleksibelt, superhydrofobt og svært ledende ikke-vevd polypropylen-komposittmateriale for beskyttelse mot elektromagnetisk interferens. Kjemiingeniør. J. 364, 493–502 (2019).
Raihan M. et al. Utvikling av multifunksjonelle polyakrylonitril/sølv-nanokomposittfilmer: antibakteriell aktivitet, katalytisk aktivitet, konduktivitet, UV-beskyttelse og aktive SERS-sensorer. J. Matt. resource. technologies. 9, 9380–9394 (2020).
Dawadi S, Katuwal S, Gupta A, Lamichane U og Parajuli N. Nåværende forskning på sølvnanopartikler: syntese, karakterisering og anvendelser. J. Nanomaterials. 2021, 6687290 (2021).
Deng Da, Chen Zhi, Hu Yong, Ma Jian, Tong YDN En enkel prosess for å fremstille sølvbasert ledende blekk og påføre det på frekvensselektive overflater. Nanotechnology 31, 105705–105705 (2019).
Hao, Y. et al. Hyperforgrenede polymerer muliggjør bruk av sølvnanopartikler som stabilisatorer for blekkskriving av fleksible kretser. R. Shuker. Chemical. 43, 2797–2803 (2019).
Keller P og Kawasaki HJML Ledende bladvenenettverk produsert ved selvmontering av sølvnanopartikler for potensielle bruksområder i fleksible sensorer. Matt. Wright. 284, 128937.1-128937.4 (2020).
Li, J. et al. Silika-nanosfærer og -arrays dekorert med sølvnanopartikler som potensielle substrater for overflateforsterket Ramanspredning. ASU Omega 6, 32879–32887 (2021).
Liu, X. et al. Storskala fleksibel overflateforsterket Raman-spredningssensor (SERS) med høy signalstabilitet og ensartethet. ACS Application Matt. Interfaces 12, 45332–45341 (2020).
Sandeep, KG et al. En hierarkisk heterostruktur av fulleren-nanostaver dekorert med sølvnanopartikler (Ag-FNR-er) fungerer som et effektivt SERS-substrat med én partikkel uavhengig. fysikk. Kjemisk. Kjemisk. fysikk. 27, 18873–18878 (2018).
Emam, HE og Ahmed, HB Sammenlignende studie av homometalliske og heterometalliske agarbaserte nanostrukturer under fargestoffkatalysert nedbrytning. Internationality. J. Biol. Large molecules. 138, 450–461 (2019).
Emam, HE, Mikhail, MM, El-Sherbiny, S., Nagy, KS og Ahmed, HB Metallavhengig nanokatalyse for reduksjon av aromatiske forurensninger. Onsdag. vitenskapen. forurense. ressurs. internasjonalitet. 27, 6459–6475 (2020).
Ahmed HB og Emam HE Trippelkjerne-skall (Ag-Au-Pd) nanostrukturer dyrket fra frø ved romtemperatur for potensiell vannrensing. polymer. test. 89, 106720 (2020).
Publisert: 26. november 2023