Vă mulțumim că ați vizitat Nature.com. Versiunea de browser pe care o utilizați are suport limitat pentru CSS. Pentru cele mai bune rezultate, vă recomandăm să utilizați o versiune mai nouă a browserului dvs. (sau să dezactivați modul de compatibilitate în Internet Explorer). Între timp, pentru a asigura asistență continuă, afișăm site-ul fără stiluri sau JavaScript.
Astăzi, țesăturile funcționale cu proprietăți antibacteriene sunt mai populare. Cu toate acestea, producția rentabilă a țesăturilor funcționale cu performanțe durabile și constante rămâne o provocare. Alcoolul polivinilic (PVA) a fost utilizat pentru a modifica țesătura nețesută din polipropilenă (PP), iar apoi nanoparticulele de argint (AgNP) au fost depuse in situ pentru a produce țesătură PP încărcată cu AgNP modificate cu PVA (denumită AgNP). /PVA/PP). Încapsularea fibrelor PP folosind acoperirea cu PVA ajută la îmbunătățirea semnificativă a aderenței nanoparticulelor de Ag încărcate la fibrele PP, iar țesăturile nețesute Ag/PVA/PP prezintă proprietăți mecanice semnificativ îmbunătățite și rezistență la Escherichia coli (denumită E. coli). În general, țesătura nețesută Ag/PVA/PP produsă la o concentrație de amoniac de argint de 30 mM are proprietăți mecanice mai bune, iar rata de protecție antibacteriană împotriva E. coli ajunge la 99,99%. Țesătura își păstrează în continuare o activitate antibacteriană excelentă după 40 de spălări și are potențialul de utilizare repetată. În plus, materialul nețesut Ag/PVA/PP are perspective largi de aplicare în industrie datorită permeabilității sale bune la aer și permeabilității la umiditate. În plus, am dezvoltat și o tehnologie roll-to-roll și am efectuat cercetări preliminare pentru a testa fezabilitatea acestei metode.
Odată cu adâncirea globalizării economice, mișcările populației la scară largă au crescut considerabil posibilitatea transmiterii virusului, ceea ce explică de ce noul coronavirus are o capacitate atât de puternică de a se răspândi în întreaga lume și este dificil de prevenit1,2,3. În acest sens, există o nevoie urgentă de a dezvolta noi materiale antibacteriene, cum ar fi țesăturile nețesute din polipropilenă (PP), ca materiale de protecție medicală. Țesătura nețesută din polipropilenă are avantajele densității reduse, inertității chimice și costului redus4, dar nu are capacitate antibacteriană, durată de viață scurtă și eficiență de protecție scăzută. Prin urmare, este de mare importanță să se confere proprietăți antibacteriene materialelor nețesute din PP.
Ca agent antibacterian străvechi, argintul a trecut prin cinci etape de dezvoltare: soluție coloidală de argint, sulfadiazină de argint, sare de argint, argint proteic și nanoargint. Nanoparticulele de argint sunt din ce în ce mai utilizate în domenii precum medicina5,6, conductivitatea7,8,9, împrăștierea Raman îmbunătățită la suprafață10,11,12, degradarea catalitică a coloranților13,14,15,16 etc. În special, nanoparticulele de argint (AgNP) prezintă avantaje față de agenții antimicrobieni tradiționali, cum ar fi sărurile metalice, compușii cuaternari de amoniu și triclosanul, datorită rezistenței bacteriene necesare, stabilității, costului redus și acceptabilității în mediu17,18,19. În plus, nanoparticulele de argint cu suprafață specifică mare și activitate antibacteriană ridicată pot fi atașate la țesături din lână20, țesături din bumbac21,22, țesături din poliester și alte țesături pentru a obține eliberarea controlată și susținută a particulelor de argint antibacteriene23,24. Aceasta înseamnă că, prin încapsularea AgNP-urilor, este posibil să se creeze țesături PP cu activitate antibacteriană. Cu toate acestea, materialele nețesute din PP nu au grupări funcționale și au o polaritate scăzută, ceea ce nu este propice încapsulării AgNP-urilor. Pentru a depăși acest dezavantaj, unii cercetători au încercat să depună nanoparticule de Ag pe suprafața țesăturilor PP folosind diverse metode de modificare, inclusiv pulverizarea cu plasmă26,27, grefarea cu radiații28,29,30,31 și acoperirea suprafeței32. De exemplu, Goli și colab. [33] au introdus un strat proteic pe suprafața țesăturii nețesute din PP, aminoacizii de la periferia stratului proteic putând servi drept puncte de ancorare pentru legarea AgNP-urilor, obținând astfel proprietăți antibacteriene bune. Li și colegii săi34 au descoperit că N-izopropilacrilamida și clorhidratul de N-(3-aminopropil)metacrilamidă co-grefate prin gravare ultravioletă (UV) au prezentat o activitate antimicrobiană puternică, deși procesul de gravare UV este complex și poate degrada proprietățile mecanice ale fibrelor. Oliani și colab. au preparat pelicule de gel Ag NPs-PP cu o activitate antibacteriană excelentă prin pretratarea PP pur cu iradiere gamma; cu toate acestea, metoda lor a fost, de asemenea, complexă. Prin urmare, producerea eficientă și ușoară de materiale nețesute din polipropilenă reciclabile cu activitatea antimicrobiană dorită rămâne o provocare.
În acest studiu, alcoolul polivinilic, un material de membrană ecologic și cu costuri reduse, cu o bună capacitate de formare a peliculei, hidrofilicitate ridicată și o stabilitate fizică și chimică excelentă, este utilizat pentru a modifica țesăturile din polipropilenă. Glucoza este utilizată ca agent reducător36. O creștere a energiei de suprafață a PP modificat promovează depunerea selectivă a AgNP-urilor. Comparativ cu țesătura PP pură, țesătura Ag/PVA/PP preparată a demonstrat o bună reciclabilitate, o excelentă activitate antibacteriană împotriva E. coli, proprietăți mecanice bune chiar și după 40 de cicluri de spălare și o respirabilitate, o permeabilitate la umiditate și rezistență semnificative.
Materialul nețesut PP cu o greutate specifică de 25 g/m2 și o grosime de 0,18 mm a fost furnizat de Jiyuan Kang'an Sanitary Materials Co., Ltd. (Jiyuan, China) și tăiat în foi cu dimensiunea de 5×5 cm2. Azotatul de argint (99,8%; AR) a fost achiziționat de la Xilong Scientific Co., Ltd. (Shantou, China). Glucoza a fost achiziționată de la Fuzhou Neptune Fuyao Pharmaceutical Co., Ltd. (Fuzhou, China). Alcoolul polivinilic (reactiv de calitate industrială) a fost achiziționat de la Tianjin Sitong Chemical Factory (Tianjin, China). Apa deionizată a fost utilizată ca solvent sau clătire și a fost preparată în laboratorul nostru. Agarul nutritiv și bulionul au fost achiziționate de la Beijing Aoboxing Biotechnology Co., Ltd. (Beijing, China). Tulpina E. coli (ATCC 25922) a fost achiziționată de la Zhangzhou Bochuang Company (Zhangzhou, China).
Țesutul PP rezultat a fost spălat cu ultrasunete în etanol timp de 15 minute. PVA rezultat a fost adăugat în apă și încălzit la 95°C timp de 2 ore pentru a obține o soluție apoasă. Apoi, glucoza a fost dizolvată în 10 ml de soluție PVA cu o fracție de masă de 0,1%, 0,5%, 1,0% și 1,5%. Materialul nețesut din polipropilenă purificată a fost imersat într-o soluție PVA/glucoză și încălzit la 60°C timp de 1 oră. După încălzirea completă, materialul nețesut impregnat cu PP este îndepărtat din soluția PVA/glucoză și uscat la 60°C timp de 0,5 ore pentru a forma o peliculă PVA pe suprafața pânzei, obținându-se astfel un material textil compozit PVA/PP.
Azotatul de argint se dizolvă în 10 ml de apă, sub agitare constantă, la temperatura camerei, iar amoniacul se adaugă picătură cu picătură până când soluția își schimbă culoarea de la limpede la maro și apoi din nou limpede, pentru a obține o soluție de amoniac de argint (5–90 mM). Se introduce materialul nețesut PVA/PP în soluția de amoniac de argint și se încălzește la 60°C timp de 1 oră pentru a forma nanoparticule de Ag in situ pe suprafața materialului, apoi se clătește cu apă de trei ori și se usucă la 60°C timp de 0,5 ore pentru a obține un material compozit Ag/PVA/PP.
După experimente preliminare, am construit în laborator echipamente roll-to-roll pentru producția la scară largă de țesături compozite. Rolele sunt fabricate din PTFE pentru a evita reacțiile adverse și contaminarea. În timpul acestui proces, timpul de impregnare și cantitatea de soluție adsorbită pot fi controlate prin reglarea vitezei rolelor și a distanței dintre role pentru a obține țesătura compozită Ag/PVA/PP dorită.
Morfologia suprafeței țesuturilor a fost studiată utilizând un microscop electronic cu scanare VEGA3 (SEM; Japan Electronics, Japonia) la o tensiune de accelerare de 5 kV. Structura cristalină a nanoparticulelor de argint a fost analizată prin difracție de raze X (XRD; Bruker, D8 Advanced, Germania; radiație Cu Kα, λ = 0,15418 nm; tensiune: 40 kV, curent: 40 mA) în intervalul 10–80° 2θ. Un spectrometru în infraroșu cu transformare Fourier (ATR-FTIR; Nicolet 170sx, Thermo Fisher Scientific Incorporation) a fost utilizat pentru a analiza caracteristicile chimice ale țesăturii din polipropilenă modificată la suprafață. Conținutul de modificator PVA al țesăturilor compozite Ag/PVA/PP a fost măsurat prin analiză termogravimetrică (TGA; Mettler Toledo, Elveția) sub un curent de azot. Spectrometria de masă cu plasmă cuplată inductiv (ICP-MS, ELAN DRC II, Perkin-Elmer (Hong Kong) Co., Ltd.) a fost utilizată pentru a determina conținutul de argint al țesăturilor compozite Ag/PVA/PP.
Permeabilitatea la aer și rata de transmisie a vaporilor de apă a țesăturii compozite Ag/PVA/PP (specificație: 78×50cm2) au fost măsurate de o agenție de testare terță parte (Tianfangbiao Standardization Certification and Testing Co., Ltd.) în conformitate cu GB/T. 5453-1997 și GB/T 12704.2-2009. Pentru fiecare probă, sunt selectate zece puncte diferite pentru testare, iar datele furnizate de agenție reprezintă media celor zece puncte.
Activitatea antibacteriană a țesăturii compozite Ag/PVA/PP a fost măsurată în conformitate cu standardele chineze GB/T 20944.1-2007 și GB/T 20944.3 - utilizând metoda de difuzie pe placă de agar (analiză calitativă) și metoda de agitare în balon (analiză cantitativă), respectiv în 2008. Activitatea antibacteriană a țesăturii compozite Ag/PVA/PP împotriva Escherichia coli a fost determinată la diferiți timpi de spălare. Pentru metoda de difuzie pe placă de agar, țesătura compozită Ag/PVA/PP testată este perforată într-un disc (diametru: 8 mm) folosind un perforator și atașată la o placă Petri cu agar inoculată cu Escherichia coli (ATCC 25922). ; 3,4 × 108 UFC ml-1) și apoi incubată la 37°C și 56% umiditate relativă timp de aproximativ 24 de ore. Zona de inhibiție a fost analizată vertical de la centrul discului până la circumferința interioară a coloniilor înconjurătoare. Folosind metoda cu agitare în balon, s-a preparat o placă plană de 2 × 2 cm2 din materialul compozit Ag/PVA/PP testat și s-a autoclavizat într-un mediu de cultură la 121°C și 0,1 MPa timp de 30 de minute. După autoclavizare, proba a fost imersată într-un balon Erlenmeyer de 5 ml conținând 70 ml de soluție de cultură în bulion (concentrația suspensiei 1 × 105–4 × 105 UFC/ml) și apoi incubată la o temperatură oscilantă de 150 °C la rpm și 25°C timp de 18 ore. După agitare, s-a colectat o anumită cantitate de suspensie bacteriană și s-a diluat de zece ori. S-a colectat cantitatea necesară de suspensie bacteriană diluată, s-a întinde pe mediu de agar și s-a cultivat la 37°C și 56% umiditate relativă timp de 24 de ore. Formula pentru calcularea eficacității antibacteriene este: \(\frac{\mathrm{C}-\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\), unde C și A sunt numărul de colonii după 24 de ore, respectiv. Cultivate în grupul de control și țesut compozit Ag/PVA/PP.
Durabilitatea țesăturilor compozite Ag/PVA/PP a fost evaluată prin spălare conform standardului ISO 105-C10:2006.1A. În timpul spălării, țesătura compozită Ag/PVA/PP testată (30x40mm2) se introduce într-o soluție apoasă care conține detergent comercial (5,0g/L) și se spală la 40±2 rpm și 40±5 rpm/min. viteză mare. °C 10, 20, 30, 40 și 50 de cicluri. După spălare, țesătura se clătește de trei ori cu apă și se usucă la o temperatură de 50-60°C timp de 30 de minute. Modificarea conținutului de argint după spălare a fost măsurată pentru a determina gradul de activitate antibacteriană.
Figura 1 prezintă diagrama schematică a fabricării țesăturii compozite Ag/PVA/PP. Adică, materialul nețesut PP este imersat într-o soluție mixtă de PVA și glucoză. Materialul nețesut impregnat cu PP este uscat pentru a fixa modificatorul și agentul reducător și a forma un strat de etanșare. Țesătura nețesută din polipropilenă uscată este imersată într-o soluție de amoniac de argint pentru a depune nanoparticulele de argint in situ. Concentrația modificatorului, raportul molar dintre glucoză și amoniac de argint, concentrația de amoniac de argint și temperatura de reacție afectează precipitarea nanoparticulelor de Ag, fiind factori importanți. Figura 2a arată dependența unghiului de contact cu apa al țesăturii Ag/PVA/PP de concentrația modificatorului. Când concentrația modificatorului crește de la 0,5% în greutate la 1,0% în greutate, unghiul de contact al țesăturii Ag/PVA/PP scade semnificativ; când concentrația modificatorului crește de la 1,0% în greutate la 2,0% în greutate, acesta practic nu se modifică. Figura 2b prezintă imagini SEM ale fibrelor PP pure și țesăturilor Ag/PVA/PP preparate la o concentrație de amoniac de argint de 50 mM și diferite raporturi molare de glucoză la amoniac de argint (1:1, 3:1, 5:1 și 9:1). . imagine. ). Fibra PP rezultată este relativ netedă. După încapsularea cu folie PVA, unele fibre sunt lipite împreună; Datorită depunerii de nanoparticule de argint, fibrele devin relativ rugoase. Pe măsură ce raportul molar dintre agentul reducător și glucoză crește, stratul de nanoparticule de Ag depus se îngroașă treptat, iar pe măsură ce raportul molar crește la 5:1 și 9:1, nanoparticulele de Ag tind să formeze agregate. Imaginile macroscopice și microscopice ale fibrei PP devin mai uniforme, în special atunci când raportul molar dintre agentul reducător și glucoză este de 5:1. Fotografiile digitale ale probelor corespunzătoare obținute la 50 mM amoniac de argint sunt prezentate în Figura S1.
Modificări ale unghiului de contact cu apa al țesăturii Ag/PVA/PP la diferite concentrații de PVA (a), imagini SEM ale țesăturii Ag/PVA/PP obținute la o concentrație de amoniac de argint de 50 mM și diferite raporturi molare de glucoză și amoniac de argint [(b))); (1) fibră PP, (2) fibră PVA/PP, (3) raport molar 1:1, (4) raport molar 3:1, (5) raport molar 5:1, (6) raport molar 9:1], diagramă de difracție cu raze X (c) și imagine SEM (d) a țesăturii Ag/PVA/PP obținute la concentrații de amoniac de argint: (1) 5 mM, (2) 10 mM, (3) 30 mM, (4) 50 mM, (5) 90 mM și (6) Ag/PP-30 mM. Temperatura de reacție este de 60°C.
În Fig. 2c se prezintă diagrama de difracție cu raze X a țesăturii Ag/PVA/PP rezultate. Pe lângă vârful de difracție al fibrei PP 37, patru vârfuri de difracție la 2θ = ∼ 37,8°, 44,2°, 64,1° și 77,3° corespund cu (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0), planul cristalin (3 1 1) al nanoparticulelor de argint cu fețe centrate, de formă cubică. Pe măsură ce concentrația de amoniac de argint crește de la 5 la 90 mM, diagramele de difracție cu raze X ale Ag devin mai clare, ceea ce este în concordanță cu o creștere ulterioară a cristalinității. Conform formulei lui Scherrer, dimensiunile granulelor nanoparticulelor de Ag preparate cu amoniac de argint 10 mM, 30 mM și 50 mM au fost calculate la 21,3 nm, 23,3 nm și respectiv 26,5 nm. Acest lucru se datorează faptului că concentrația de amoniac de argint este forța motrice din spatele reacției de reducere pentru a forma argint metalic. Odată cu creșterea concentrației de amoniac de argint, rata de nucleație și creștere a nanoparticulelor de Ag crește. Figura 2d prezintă imaginile SEM ale țesăturilor Ag/PVA/PP obținute la diferite concentrații de amoniac de argint. La o concentrație de amoniac de argint de 30 mM, stratul depus de nanoparticule de Ag este relativ omogen. Cu toate acestea, atunci când concentrația de amoniac de argint este prea mare, uniformitatea stratului de depunere a nanoparticulelor de Ag tinde să scadă, ceea ce se poate datora aglomerării puternice în stratul de depunere a nanoparticulelor de Ag. În plus, nanoparticulele de argint de la suprafață au două forme: sferică și solzoasă. Dimensiunea particulelor sferice este de aproximativ 20–80 nm, iar dimensiunea laterală lamelară este de aproximativ 100–300 nm (Figura S2). Stratul de depunere a nanoparticulelor de Ag de pe suprafața țesăturii PP nemodificat este neuniform. În plus, creșterea temperaturii promovează reducerea nanoparticulelor de Ag (Fig. S3), dar o temperatură de reacție prea ridicată nu promovează precipitarea selectivă a nanoparticulelor de Ag.
Figura 3a prezintă schematic relația dintre concentrația de amoniac de argint, cantitatea de argint depusă și activitatea antibacteriană a țesăturii Ag/PVA/PP preparate. Figura 3b prezintă modelele antibacteriene ale probelor la diferite concentrații de amoniac de argint, care pot reflecta direct statusul antibacterian al probelor. Când concentrația de amoniac de argint a crescut de la 5 mM la 90 mM, cantitatea de precipitare a argintului a crescut de la 13,67 g/kg la 481,81 g/kg. În plus, pe măsură ce cantitatea de depunere de argint crește, activitatea antibacteriană împotriva E. coli crește inițial și apoi rămâne la un nivel ridicat. Mai exact, când concentrația de amoniac de argint este de 30 mM, cantitatea de argint depusă în țesătura Ag/PVA/PP rezultată este de 67,62 g/kg, iar rata antibacteriană este de 99,99% și se selectează această probă ca reprezentativă pentru caracterizarea structurală ulterioară.
(a) Relația dintre nivelul activității antibacteriene și cantitatea de strat de Ag aplicat, precum și concentrația de amoniac de argint; (b) Fotografii ale plăcilor de cultură bacteriană realizate cu o cameră digitală, care prezintă probe martor și probe preparate folosind amoniac de argint 5 mM, 10 mM, 30 mM, 50 mM și 90 mM. Activitatea antibacteriană a țesăturii Ag/PVA/PP împotriva Escherichia coli
Figura 4a prezintă spectrele FTIR/ATR ale PP, PVA/PP, Ag/PP și Ag/PVA/PP. Benzile de absorbție ale fibrei PP pure la 2950 cm-1 și 2916 cm-1 se datorează vibrației de întindere asimetrice a grupărilor –CH3 și –CH2-, iar la 2867 cm-1 și 2837 cm-1 se datorează vibrației de întindere simetrice a grupărilor –CH3 și –CH2 –, –CH3 și –CH2–. Benzile de absorbție la 1375 cm-1 și 1456 cm-1 sunt atribuite vibrațiilor de deplasare asimetrice și simetrice ale –CH338.39. Spectrul FTIR al fibrei Ag/PP este similar cu cel al fibrei PP. Pe lângă banda de absorbție a PP, noul vârf de absorbție la 3360 cm-1 al țesăturilor PVA/PP și Ag/PVA/PP este atribuit întinderii legăturii de hidrogen a grupării –OH. Acest lucru arată că PVA este aplicat cu succes pe suprafața fibrei de polipropilenă. În plus, vârful de absorbție a hidroxilului din țesătura Ag/PVA/PP este puțin mai slab decât cel al țesăturii PVA/PP, ceea ce se poate datora coordonării unor grupări hidroxil cu argintul.
Spectrul FT-IR (a), curba TGA (b) și spectrul de măsurare XPS (c) al PP pur, materialului textil PVA/PP și materialului textil Ag/PVA/PP și spectrul C 1s al PP pur (d), materialului textil PVA/PP (e) și vârful Ag 3d (f) al materialului textil Ag/PVA/PP.
În Fig. 4c sunt prezentate spectrele XPS ale țesăturilor PP, PVA/PP și Ag/PVA/PP. Semnalul slab O 1s al fibrei de polipropilenă pură poate fi atribuit elementului de oxigen adsorbit pe suprafață; vârful C 1s la 284,6 eV este atribuit CH și CC (vezi Figura 4d). Comparativ cu fibra PP pură, țesătura PVA/PP (Fig. 4e) prezintă performanțe ridicate la 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) și 288,5 eV (H–C=O)38. În plus, spectrul O 1s al țesăturii PVA/PP poate fi aproximat prin două vârfuri la 532,3 eV și 533,2 eV41 (Fig. S4), aceste vârfuri C 1s corespunzând grupărilor C–OH și H–C=O (grupările hidroxil ale PVA și gruparea aldehidă glucoză), ceea ce este în concordanță cu datele FTIR. Țesătura nețesută Ag/PVA/PP păstrează spectrul O 1s al C-OH (532,3 eV) și HC=O (533,2 eV) (Figura S5), constând din 65,81% (procent atomic) C, 22,89% O și 11,31% Ag (Fig. S4). În particular, vârfurile Ag 3d5/2 și Ag 3d3/2 la 368,2 eV și 374,2 eV (Fig. 4f) dovedesc în plus că nanoparticulele de Ag sunt dopate pe suprafața țesăturii nețesute PVA/PP42.
Curbele TGA (Fig. 4b) ale PP pur, țesăturii Ag/PP și țesăturii Ag/PVA/PP arată că acestea trec prin procese similare de descompunere termică, iar depunerea de nanoparticule de Ag duce la o ușoară creștere a temperaturii de degradare termică a fibrelor PP/PVA/PP (de la 480 °C (fibre PP) la 495 °C), posibil datorită formării unei bariere de Ag43. În același timp, cantitățile reziduale de probe pure de PP, Ag/PP, Ag/PVA/PP, Ag/PVA/PP-W50 și Ag/PP-W50 după încălzirea la 800 °C au fost de 1,32%, 16,26% și 13,86%, respectiv 9,88% și 2,12% (sufixul W50 se referă aici la 50 de cicluri de spălare). Restul de PP pur este atribuit impurităților, iar restul probelor rămase nanoparticulelor de argint, iar diferența în cantitatea reziduală de probe încărcate cu argint ar trebui să se datoreze cantităților diferite de nanoparticule de argint încărcate pe acestea. În plus, după spălarea țesăturii Ag/PP de 50 de ori, conținutul rezidual de argint a fost redus cu 94,65%, iar conținutul rezidual de argint al țesăturii Ag/PVA/PP a fost redus cu aproximativ 31,74%. Acest lucru arată că acoperirea încapsulantă cu PVA poate îmbunătăți eficient aderența AgNP-urilor la matricea PP.
Pentru a evalua confortul la purtare, au fost măsurate permeabilitatea la aer și rata de transmisie a vaporilor de apă a țesăturii de polipropilenă preparate. În general, respirabilitatea este legată de confortul termic al utilizatorului, în special în medii calde și umede44. După cum se arată în Figura 5a, permeabilitatea la aer a PP pur este de 2050 mm/s, iar după modificarea PVA scade la 856 mm/s. Acest lucru se datorează faptului că pelicula de PVA formată pe suprafața fibrei PP și a părții țesute ajută la reducerea golurilor dintre fibre. După aplicarea nanoparticulelor de argint, permeabilitatea la aer a țesăturii PP crește datorită consumului de acoperire PVA la aplicarea nanoparticulelor de argint. În plus, respirabilitatea țesăturilor Ag/PVA/PP tinde să scadă pe măsură ce concentrația de amoniac de argint crește de la 10 la 50 mmol. Acest lucru se poate datora faptului că grosimea depozitului de argint crește odată cu creșterea concentrației de amoniac de argint, ceea ce ajută la reducerea numărului de pori și a probabilității ca vaporii de apă să treacă prin aceștia.
(a) Permeabilitatea la aer a țesăturilor Ag/PVA/PP preparate cu diferite concentrații de amoniac de argint; (b) Transmiterea vaporilor de apă a țesăturilor Ag/PVA/PP preparate cu diferite concentrații de amoniac de argint; (c) Diverși modificatori Curba de tracțiune a țesăturii Ag/PVA/PP obținute la diferite concentrații; (d) Curba de tracțiune a țesăturii Ag/PVA/PP obținute la diferite concentrații de amoniac de argint (este prezentată și țesătura Ag/PVA/PP obținută la o concentrație de 30 mM amoniac de argint) (Comparați curbele de tracțiune ale țesăturilor PP după 40 de cicluri de spălare).
Rata de transmitere a vaporilor de apă este un alt indicator important al confortului termic al unei țesături45. Se pare că permeabilitatea la umiditate a țesăturilor este influențată în principal de respirabilitate și de proprietățile suprafeței. Adică, permeabilitatea la aer depinde în principal de numărul de pori; proprietățile suprafeței afectează permeabilitatea la umiditate a grupărilor hidrofile prin adsorbție-difuzie-desorbție a moleculelor de apă. După cum se arată în Figura 5b, permeabilitatea la umiditate a fibrei PP pure este de 4810 g/(m2·24h). După sigilarea cu acoperire PVA, numărul de găuri din fibra PP scade, dar permeabilitatea la umiditate a țesăturii PVA/PP crește la 5070 g/(m2·24h), deoarece permeabilitatea sa la umiditate este determinată în principal de proprietățile suprafeței, nu de pori. După depunerea de AgNP-uri, permeabilitatea la umiditate a țesăturii Ag/PVA/PP a crescut și mai mult. În special, permeabilitatea maximă la umiditate a țesăturii Ag/PVA/PP obținută la o concentrație de amoniac de argint de 30 mM este de 10300 g/(m2·24h). În același timp, permeabilitatea diferită la umiditate a țesăturilor Ag/PVA/PP obținute la diferite concentrații de amoniac de argint poate fi asociată cu diferențe în grosimea stratului de depunere de argint și numărul de pori ai acestuia.
Proprietățile mecanice ale țesăturilor influențează puternic durata lor de viață, în special ca materiale reciclabile46. Figura 5c prezintă curba tensiunii la tracțiune a țesăturii Ag/PVA/PP. Rezistența la tracțiune a PP pur este de numai 2,23 MPa, în timp ce rezistența la tracțiune a țesăturii PVA/PP cu 1% greutate este crescută semnificativ la 4,56 MPa, ceea ce indică faptul că încapsularea țesăturii PVA PP ajută la îmbunătățirea semnificativă a proprietăților sale mecanice. Rezistența la tracțiune și alungirea la rupere a țesăturii PVA/PP cresc odată cu creșterea concentrației de modificator PVA, deoarece pelicula de PVA poate rupe tensiunea și poate întări fibra PP. Cu toate acestea, atunci când concentrația de modificator crește la 1,5% greutate, PVA-ul lipicios face ca țesătura de polipropilenă să fie rigidă, ceea ce afectează serios confortul la purtare.
Comparativ cu țesăturile PP pure și PVA/PP, rezistența la tracțiune și alungirea la rupere a țesăturilor Ag/PVA/PP sunt îmbunătățite în continuare, deoarece nanoparticulele de Ag distribuite uniform pe suprafața fibrelor PP pot distribui sarcina47,48. Se poate observa că rezistența la tracțiune a fibrei Ag/PP este mai mare decât cea a PP pur, ajungând la 3,36 MPa (Fig. 5d), ceea ce confirmă efectul puternic și de întărire al nanoparticulelor de Ag. În special, țesătura Ag/PVA/PP produsă la o concentrație de amoniac de argint de 30 mM (în loc de 50 mM) prezintă o rezistență maximă la tracțiune și alungire la rupere, ceea ce se datorează în continuare depunerii uniforme a nanoparticulelor de Ag, precum și depunerii uniforme. Agregarea nanoparticulelor de argint în condiții de concentrație mare de amoniac de argint. În plus, după 40 de cicluri de spălare, rezistența la tracțiune și alungirea la rupere a țesăturii Ag/PVA/PP preparate la o concentrație de amoniac de argint de 30 mM au scăzut cu 32,7%, respectiv 26,8% (Fig. 5d), ceea ce poate fi asociat cu o mică pierdere de nanoparticule de argint depuse după aceasta.
Figurile 6a și b prezintă fotografii realizate cu aparatul foto digital ale țesăturii Ag/PVA/PP și ale țesăturii Ag/PP după spălare timp de 0, 10, 20, 30, 40 și 50 de cicluri la o concentrație de amoniac de argint de 30 mM. Țesătura Ag/PVA/PP gri închis și țesătura Ag/PP devin treptat gri deschis după spălare; iar schimbarea culorii primei în timpul spălării nu pare a fi la fel de gravă ca cea a celei de-a doua. În plus, comparativ cu țesătura Ag/PP, conținutul de argint al țesăturii Ag/PVA/PP a scăzut relativ lent după spălare; după spălări de 20 sau mai multe ori, prima a păstrat un conținut de argint mai mare decât cea a celei de-a doua (Fig. 6c). Acest lucru indică faptul că încapsularea fibrelor PP cu un strat de PVA poate îmbunătăți semnificativ aderența nanoparticulelor de Ag la fibrele PP. Figura 6d prezintă imagini SEM ale țesăturii Ag/PVA/PP și ale țesăturii Ag/PP după spălare timp de 10, 40 și 50 de cicluri. Țesăturile Ag/PVA/PP prezintă o pierdere mai mică de nanoparticule de Ag în timpul spălării decât țesăturile Ag/PP, din nou deoarece stratul de încapsulare PVA ajută la îmbunătățirea aderenței nanoparticulelor de Ag la fibrele PP.
(a) Fotografii ale țesăturilor Ag/PP realizate cu un aparat foto digital (la o concentrație de amoniac de argint de 30 mM) după spălare timp de 0, 10, 20, 30, 40 și 50 de cicluri (1-6); (b) Fotografii Ag/PVA/PP ale țesăturilor realizate cu un aparat foto digital (la o concentrație de amoniac de argint de 30 mM) după spălare timp de 0, 10, 20, 30, 40 și 50 de cicluri (1-6); (c) Modificări ale conținutului de argint al celor două țesături în decursul ciclurilor de spălare; (d) Imagini SEM ale țesăturii Ag/PVA/PP (1-3) și Ag/PP (4-6) după 10, 40 și 50 de cicluri de spălare.
Figura 7 prezintă activitatea antibacteriană și fotografiile realizate cu aparatul foto digital ale țesăturilor Ag/PVA/PP împotriva E. coli după 10, 20, 30 și 40 de cicluri de spălare. După 10 și 20 de spălări, performanța antibacteriană a țesăturilor Ag/PVA/PP a rămas la 99,99%, respectiv 99,93%, demonstrând o activitate antibacteriană excelentă. Nivelul antibacterian al țesăturii Ag/PVA/PP a scăzut ușor după 30 și 40 de spălări, din cauza pierderii nanoparticulelor de Ag după spălările pe termen lung. Cu toate acestea, rata antibacteriană a țesăturii Ag/PP după 40 de spălări este de doar 80,16%. Este evident că efectul antibacterian al țesăturii Ag/PP după 40 de cicluri de spălare este mult mai mic decât cel al țesăturii Ag/PVA/PP.
(a) Nivelul activității antibacteriene împotriva E. coli. (b) Pentru comparație, sunt prezentate și fotografii ale țesăturii Ag/PVA/PP, realizate cu un aparat foto digital după spălarea țesăturii Ag/PP la o concentrație de amoniac de argint de 30 mM timp de 10, 20, 30, 40 și 40 de cicluri.
În Fig. 8, se prezintă schematic fabricarea unui material textil Ag/PVA/PP la scară largă, utilizând o metodă de fabricare în două etape, de la rolă la rolă. Adică, soluția de PVA/glucoză a fost înmuiată în cadrul rolei pentru o anumită perioadă de timp, apoi scoasă și apoi impregnată cu o soluție de amoniac de argint în același mod, pentru a obține material textil Ag/PVA/PP (Fig. 8a). Materialul textil Ag/PVA/PP rezultat își păstrează o activitate antibacteriană excelentă chiar dacă este lăsat timp de 1 an. Pentru prepararea la scară largă a materialelor textile Ag/PVA/PP, materialele nețesute din PP rezultate au fost impregnate într-un proces continuu de rolare și apoi trecute secvențial printr-o soluție de PVA/glucoză și o soluție de amoniac de argint și procesate prin două metode. Videoclipuri atașate. Timpul de impregnare este controlat prin reglarea vitezei rolei, iar cantitatea de soluție adsorbită este controlată prin reglarea distanței dintre role (Fig. 8b), obținându-se astfel materialul textil nețesut Ag/PVA/PP de dimensiuni mari (50 cm × 80 cm) și rola de colectare. Întregul proces este simplu și eficient, ceea ce conduce la producția la scară largă.
Schema de producție a produselor țintă de dimensiuni mari (a) și schema de producție a materialelor nețesute Ag/PVA/PP prin laminare (b).
Materialele nețesute PVA/PP care conțin argint sunt produse folosind o tehnologie simplă de depunere in situ în fază lichidă, combinată cu metoda rolă-rolă. Comparativ cu țesătura PP și țesătura PVA/PP, proprietățile mecanice ale țesăturii nețesute Ag/PVA/PP preparate sunt semnificativ îmbunătățite, deoarece stratul de etanșare PVA poate îmbunătăți semnificativ aderența nanoparticulelor de Ag la fibrele PP. În plus, cantitatea de PVA încărcată și conținutul de nanoparticule de argint din țesătura nețesută Ag/PVA/PP pot fi bine controlate prin ajustarea concentrațiilor de soluție PVA/glucoză și soluție de amoniac cu argint. În special, țesătura nețesută Ag/PVA/PP preparată folosind soluție de amoniac cu argint 30 mM a prezentat cele mai bune proprietăți mecanice și a păstrat o activitate antibacteriană excelentă împotriva E. coli chiar și după 40 de cicluri de spălare, demonstrând un bun potențial anti-incrustare. Material nețesut PP. Comparativ cu alte date din literatura de specialitate, țesăturile obținute de noi folosind metode mai simple au prezentat o rezistență mai bună la spălare. În plus, țesătura nețesută Ag/PVA/PP rezultată are o permeabilitate la umiditate și un confort la purtare ideale, ceea ce poate facilita aplicarea sa în aplicații industriale.
Includeți toate datele obținute sau analizate în timpul acestui studiu (și fișierele cu informații suplimentare aferente).
Russell, SM și colab. Biosenzori pentru combaterea furtunii de citokine COVID-19: provocări viitoare. ACS Sens. 5, 1506–1513 (2020).
Zaeem S, Chong JH, Shankaranarayanan V și Harkey A. COVID-19 și răspunsuri multi-organ. current. question. heart. 45, 100618 (2020).
Zhang R, și colab. Estimările numărului de cazuri de coronavirus în China în 2019 sunt ajustate în funcție de stadiul bolii și regiunile endemice. front. medicine. 14, 199–209 (2020).
Gao J. și colab. Material compozit din țesătură nețesută din polipropilenă, flexibil, superhidrofob și cu conductivitate ridicată, pentru protecția împotriva interferențelor electromagnetice. Inginer chimist J. 364, 493–502 (2019).
Raihan M. și colab. Dezvoltarea de pelicule nanocompozite multifuncționale din poliacrilonitril/argint: activitate antibacteriană, activitate catalitică, conductivitate, protecție UV și senzori SERS activi. J. Matt. resource. technologies. 9, 9380–9394 (2020).
Dawadi S, Katuwal S, Gupta A, Lamichane U și Parajuli N. Cercetări actuale privind nanoparticulele de argint: sinteză, caracterizare și aplicații. J. Nanomaterials. 2021, 6687290 (2021).
Deng Da, Chen Zhi, Hu Yong, Ma Jian, Tong YDN Un proces simplu pentru prepararea cernelii conductive pe bază de argint și aplicarea acesteia pe suprafețe selective în frecvență. Nanotechnology 31, 105705–105705 (2019).
Hao, Y. și colab. Polimerii hiperramificați permit utilizarea nanoparticulelor de argint ca stabilizatori pentru imprimarea cu jet de cerneală a circuitelor flexibile. R. Shuker. Chemical. 43, 2797–2803 (2019).
Keller P și Kawasaki HJML Rețele de vene conductive în frunze produse prin auto-asamblarea nanoparticulelor de argint pentru aplicații potențiale în senzori flexibili. Matt. Wright. 284, 128937.1-128937.4 (2020).
Li, J. și colab. Nanosfere și rețele de silice decorate cu nanoparticule de argint ca substraturi potențiale pentru împrăștierea Raman îmbunătățită la suprafață. ASU Omega 6, 32879–32887 (2021).
Liu, X. și colab. Senzor de împrăștiere Raman (SERS) la scară largă, flexibil, cu suprafață îmbunătățită, cu stabilitate și uniformitate ridicate ale semnalului. ACS Application Matt. Interfaces 12, 45332–45341 (2020).
Sandeep, KG și colab. O heterostructură ierarhică de nanobastone de fulerenă decorate cu nanoparticule de argint (Ag-FNR) servește ca substrat SERS eficient, independent de o singură particulă. physics. Chemical. Chemical. physics. 27, 18873–18878 (2018).
Emam, HE și Ahmed, HB Studiu comparativ al nanostructurilor homometalice și heterometalice pe bază de agar în timpul degradării catalizate de coloranți. internaționalitate. J. Biol. Molecule mari. 138, 450–461 (2019).
Emam, HE, Mikhail, MM, El-Sherbiny, S., Nagy, KS și Ahmed, HB Nanocataliza dependentă de metale pentru reducerea poluanților aromatici. Miercuri. știința. poluează. resursa. internaționalitatea. 27, 6459–6475 (2020).
Ahmed HB și Emam HE Nanostructuri cu triplu miez-coajă (Ag-Au-Pd) cultivate din semințe la temperatura camerei pentru o potențială purificare a apei. Test polimeric. 89, 106720 (2020).
Data publicării: 26 noiembrie 2023