Ďakujeme za návštevu stránky Nature.com. Verzia prehliadača, ktorú používate, má obmedzenú podporu CSS. Pre dosiahnutie najlepších výsledkov odporúčame používať novšiu verziu prehliadača (alebo vypnúť režim kompatibility v prehliadači Internet Explorer). Medzitým, aby sme zabezpečili nepretržitú podporu, zobrazujeme stránku bez štýlov a JavaScriptu.
V súčasnosti sú funkčné tkaniny s antibakteriálnymi vlastnosťami populárnejšie. Nákladovo efektívna výroba funkčných tkanín s odolným a konzistentným výkonom však zostáva výzvou. Na modifikáciu netkanej textílie z polypropylénu (PP) sa použil polyvinylalkohol (PVA) a potom sa in situ naniesli strieborné nanočastice (AgNP) na výrobu tkaniny z PP (označovanej ako AgNP) modifikovaného PVA s obsahom AgNP /PVA/PP. Zapuzdrenie PP vlákien pomocou PVA povlaku pomáha výrazne zlepšiť priľnavosť naplnených Ag NP k vláknam PP a netkané textílie Ag/PVA/PP vykazujú výrazne zlepšené mechanické vlastnosti a odolnosť voči Escherichia coli (označovanej ako E. coli). Vo všeobecnosti má netkaná textília Ag/PVA/PP vyrobená s koncentráciou 30 mM strieborného amoniaku lepšie mechanické vlastnosti a miera antibakteriálnej ochrany proti E. coli dosahuje 99,99 %. Tkanina si zachováva vynikajúcu antibakteriálnu aktivitu aj po 40 praniach a má potenciál na opakované použitie. Okrem toho má netkaná textília Ag/PVA/PP široké uplatnenie v priemysle vďaka svojej dobrej priepustnosti vzduchu a vlhkosti. Okrem toho sme vyvinuli aj technológiu roll-to-roll a vykonali sme predbežný prieskum na overenie uskutočniteľnosti tejto metódy.
S prehlbujúcou sa ekonomickou globalizáciou rozsiahle presuny obyvateľstva výrazne zvýšili možnosť prenosu vírusu, čo dobre vysvetľuje, prečo má nový koronavírus takú silnú schopnosť šíriť sa po celom svete a je ťažké mu predchádzať1,2,3. V tomto zmysle existuje naliehavá potreba vyvinúť nové antibakteriálne materiály, ako sú polypropylénové (PP) netkané textílie, ako ochranné materiály pre zdravotníctvo. Polypropylénová netkaná textília má výhody nízkej hustoty, chemickej inertnosti a nízkych nákladov4, ale nemá antibakteriálne schopnosti, krátku životnosť a nízku ochrannú účinnosť. Preto je veľmi dôležité dodať PP netkaným materiálom antibakteriálne vlastnosti.
Ako starodávne antibakteriálne činidlo prešlo striebro piatimi fázami vývoja: koloidný roztok striebra, sulfadiazín striebra, strieborná soľ, proteínové striebro a nanostriebro. Nanočastice striebra sa čoraz viac používajú v oblastiach ako medicína5,6, vodivosť7,8,9, povrchovo zosilnený Ramanov rozptyl10,11,12, katalytická degradácia farbív13,14,15,16 atď. Najmä nanočastice striebra (AgNP) majú výhody oproti tradičným antimikrobiálnym činidlám, ako sú kovové soli, kvartérne amóniové zlúčeniny a triclosan, vďaka svojej požadovanej bakteriálnej odolnosti, stabilite, nízkym nákladom a environmentálnej prijateľnosti17,18,19. Okrem toho sa nanočastice striebra s veľkým špecifickým povrchom a vysokou antibakteriálnou aktivitou môžu pripojiť k vlneným tkaninám20, bavlneným tkaninám21,22, polyesterovým tkaninám a iným tkaninám, aby sa dosiahlo kontrolované, predĺžené uvoľňovanie antibakteriálnych častíc striebra23,24. To znamená, že zapuzdrením AgNP je možné vytvoriť PP tkaniny s antibakteriálnou aktivitou. Netkané PP textílie však nemajú funkčné skupiny a majú nízku polaritu, čo neprispieva k zapuzdreniu AgNP. Aby sa tento nedostatok prekonal, niektorí výskumníci sa pokúsili naniesť nanočastice Ag na povrch PP tkanín pomocou rôznych modifikačných metód vrátane plazmového striekania26,27, radiačného štepenia28,29,30,31 a povrchového povlakovania32. Napríklad Goli a kol. [33] zaviedli proteínový povlak na povrch netkanej PP textílie, pričom aminokyseliny na okraji proteínovej vrstvy môžu slúžiť ako kotviace body pre väzbu AgNP, čím sa dosiahli dobré antibakteriálne vlastnosti. Li a spolupracovníci34 zistili, že N-izopropylakrylamid a N-(3-aminopropyl)metakrylamid hydrochlorid spoločne naštepené ultrafialovým (UV) leptaním vykazovali silnú antimikrobiálnu aktivitu, hoci proces UV leptania je zložitý a môže degradovať mechanické vlastnosti. vlákien. . Oliani a kol. pripravili gélové filmy Ag NPs-PP s vynikajúcou antibakteriálnou aktivitou predúpravou čistého PP gama žiarením; ich metóda však bola tiež zložitá. Preto zostáva výzvou efektívne a jednoducho vyrábať recyklovateľné polypropylénové netkané textílie s požadovanou antimikrobiálnou aktivitou.
V tejto štúdii sa na modifikáciu polypropylénových tkanín používa polyvinylalkohol, ekologický a lacný membránový materiál s dobrou schopnosťou tvorby filmu, vysokou hydrofilnosťou a vynikajúcou fyzikálnou a chemickou stabilitou. Ako redukčné činidlo sa používa glukóza36. Zvýšenie povrchovej energie modifikovaného PP podporuje selektívne ukladanie AgNP. V porovnaní s čistou PP tkaninou vykazovala pripravená tkanina Ag/PVA/PP dobrú recyklovateľnosť, vynikajúcu antibakteriálnu aktivitu proti E. coli, dobré mechanické vlastnosti aj po 40 pracích cykloch a významnú priedušnosť, priepustnosť vlhkosti a odolnosť voči vlhkosti.
Netkaná PP textília s mernou hmotnosťou 25 g/m2 a hrúbkou 0,18 mm bola dodaná spoločnosťou Jiyuan Kang'an Sanitary Materials Co., Ltd. (Jiyuan, Čína) a narezaná na listy s rozmermi 5 × 5 cm2. Dusičnan strieborný (99,8 %; AR) bol zakúpený od spoločnosti Xilong Scientific Co., Ltd. (Shantou, Čína). Glukóza bola zakúpená od spoločnosti Fuzhou Neptune Fuyao Pharmaceutical Co., Ltd. (Fuzhou, Čína). Polyvinylalkohol (priemyselné činidlo) bol zakúpený od spoločnosti Tianjin Sitong Chemical Factory (Tianjin, Čína). Ako rozpúšťadlo alebo oplachovací roztok bola použitá deionizovaná voda, ktorá bola pripravená v našom laboratóriu. Živný agar a bujón boli zakúpené od spoločnosti Beijing Aoboxing Biotechnology Co., Ltd. (Peking, Čína). Kmeň E. coli (ATCC 25922) bol zakúpený od spoločnosti Zhangzhou Bochuang Company (Zhangzhou, Čína).
Výsledná PP tkanina sa premyla ultrazvukom v etanole počas 15 minút. Výsledný PVA sa pridal do vody a zahrieval sa pri teplote 95 °C počas 2 hodín, čím sa získal vodný roztok. Potom sa glukóza rozpustila v 10 ml roztoku PVA s hmotnostným podielom 0,1 %, 0,5 %, 1,0 % a 1,5 %. Vyčistená polypropylénová netkaná textília sa ponorila do roztoku PVA/glukózy a zahrievala sa pri teplote 60 °C počas 1 hodiny. Po ukončení zahrievania sa netkaná textília impregnovaná PP odstránila z roztoku PVA/glukózy a sušila sa pri teplote 60 °C počas 0,5 hodiny, čím sa na povrchu tkaniny vytvoril PVA film, čím sa získala kompozitná textília PVA/PP.
Dusičnan strieborný sa rozpustí v 10 ml vody za stáleho miešania pri izbovej teplote a po kvapkách sa pridáva amoniak, kým sa roztok nezmení z číreho na hnedý a opäť číry, čím sa získa roztok amoniaku strieborného (5 – 90 mM). Netkaná textília PVA/PP sa umiestni do roztoku amoniaku strieborného a zahrieva sa na 60 °C počas 1 hodiny, aby sa in situ na povrchu textílie vytvorili nanočastice Ag, potom sa trikrát opláchne vodou a suší sa pri 60 °C počas 0,5 hodiny, aby sa získala kompozitná textília Ag/PVA/PP.
Po predbežných experimentoch sme v laboratóriu zostrojili zariadenie typu roll-to-roll na veľkovýrobu kompozitných tkanín. Valce sú vyrobené z PTFE, aby sa predišlo nežiaducim reakciám a kontaminácii. Počas tohto procesu je možné regulovať čas impregnácie a množstvo adsorbovaného roztoku nastavením rýchlosti valcov a vzdialenosti medzi valcami, aby sa dosiahla požadovaná kompozitná tkanina Ag/PVA/PP.
Morfológia povrchu tkaniva bola študovaná pomocou skenovacieho elektrónového mikroskopu VEGA3 (SEM; Japan Electronics, Japonsko) pri urýchľovacom napätí 5 kV. Kryštálová štruktúra strieborných nanočastíc bola analyzovaná röntgenovou difrakciou (XRD; Bruker, D8 Advanced, Nemecko; žiarenie Cu Kα, λ = 0,15418 nm; napätie: 40 kV, prúd: 40 mA) v rozsahu 10–80°. 2θ. Na analýzu chemických charakteristík povrchovo modifikovanej polypropylénovej tkaniny bol použitý infračervený spektrometer s Fourierovou transformáciou (ATR-FTIR; Nicolet 170sx, Thermo Fisher Scientific Incorporation). Obsah modifikátora PVA v kompozitných tkaninách Ag/PVA/PP bol meraný termogravimetrickou analýzou (TGA; Mettler Toledo, Švajčiarsko) pod prúdom dusíka. Na stanovenie obsahu striebra v kompozitných tkaninách Ag/PVA/PP bola použitá hmotnostná spektrometria s indukčne viazanou plazmou (ICP-MS, ELAN DRC II, Perkin-Elmer (Hong Kong) Co., Ltd.).
Priepustnosť vzduchu a priepustnosť vodnej pary kompozitnej tkaniny Ag/PVA/PP (špecifikácia: 78 × 50 cm2) boli merané nezávislou testovacou agentúrou (Tianfangbiao Standardization Certification and Testing Co., Ltd.) v súlade s normami GB/T. 5453-1997 a GB/T 12704.2-2009. Pre každú vzorku sa na testovanie vyberie desať rôznych bodov a údaje poskytnuté agentúrou predstavujú priemer týchto desiatich bodov.
Antibakteriálna aktivita kompozitnej tkaniny Ag/PVA/PP bola meraná v súlade s čínskymi normami GB/T 20944.1-2007 a GB/T 20944.3- pomocou difúznej metódy na agarovej platni (kvalitatívna analýza) a metódy v trepačke (kvantitatívna analýza) v roku 2008. Antibakteriálna aktivita kompozitnej tkaniny Ag/PVA/PP proti Escherichia coli bola stanovená pri rôznych časoch prania. Pri difúznej metóde na agarovej platni sa testovaná kompozitná tkanina Ag/PVA/PP vyrazí do disku (priemer: 8 mm) pomocou razníka a pripevní sa na agarovú Petriho misku naočkovanú Escherichia coli (ATCC 25922). (3,4 × 108 CFU ml-1) a potom sa inkubuje pri teplote 37 °C a relatívnej vlhkosti 56 % približne 24 hodín. Zóna inhibície sa analyzovala vertikálne od stredu disku k vnútornému obvodu okolitých kolónií. Metódou pretrepávania v banke sa z testovanej kompozitnej tkaniny Ag/PVA/PP pripravila plochá platňa s rozmermi 2 × 2 cm2 a autoklávovala sa v bujónovom prostredí pri teplote 121 °C a tlaku 0,1 MPa počas 30 minút. Po autoklávovaní sa vzorka ponorila do 5 ml Erlenmeyerovej banky obsahujúcej 70 ml kultivačného roztoku (koncentrácia suspenzie 1 × 105 – 4 × 105 CFU/ml) a potom sa inkubovala pri oscilujúcej teplote 150 °C (ot./min.) a 25 °C počas 18 hodín. Po pretrepaní sa odoberlo určité množstvo bakteriálnej suspenzie a desaťnásobne sa zriedilo. Odoberte potrebné množstvo zriedenej bakteriálnej suspenzie, naneste ju na agarové médium a kultivujte pri teplote 37 °C a relatívnej vlhkosti 56 % počas 24 hodín. Vzorec na výpočet antibakteriálnej účinnosti je: \(\frac{\mathrm{C}-\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\), kde C a A sú počet kolónií po 24 hodinách. Kultivované v kontrolnej skupine a kompozitnom tkanive Ag/PVA/PP.
Trvanlivosť kompozitných tkanín Ag/PVA/PP bola hodnotená praním podľa normy ISO 105-C10:2006.1A. Počas prania sa testovaná kompozitná tkanina Ag/PVA/PP (30x40mm2) ponorila do vodného roztoku obsahujúceho komerčný čistiaci prostriedok (5,0g/l) a prala sa pri rýchlosti 40±2 ot./min. a pri vysokej rýchlosti 40±5 ot./min. °C, 10, 20, 30, 40 a 50 cyklov. Po praní sa tkanina trikrát opláchla vodou a sušila sa pri teplote 50 – 60 °C počas 30 minút. Na stanovenie stupňa antibakteriálnej aktivity sa merala zmena obsahu striebra po praní.
Obrázok 1 znázorňuje schematický diagram výroby kompozitnej tkaniny Ag/PVA/PP. To znamená, že netkaný materiál PP je ponorený do zmiešaného roztoku PVA a glukózy. Netkaný materiál impregnovaný PP sa suší, aby sa modifikátor a redukčné činidlo fixovali a vytvorili sa tesniace vrstvy. Vysušená netkaná textília z polypropylénu sa ponorí do roztoku amoniaku striebra, aby sa in situ usadili nanočastice striebra. Dôležitými faktormi sú koncentrácia modifikátora, molárny pomer glukózy k amoniaku striebra, koncentrácia amoniaku striebra a reakčná teplota. Obrázok 2a znázorňuje závislosť kontaktného uhla s vodou tkaniny Ag/PVA/PP od koncentrácie modifikátora. Keď sa koncentrácia modifikátora zvýši z 0,5 hmot.% na 1,0 hmot.%, kontaktný uhol tkaniny Ag/PVA/PP sa výrazne zníži; keď sa koncentrácia modifikátora zvýši z 1,0 hmot.% na 2,0 hmot.%, prakticky sa nemení. Obrázok 2b zobrazuje SEM snímky čistých PP vlákien a Ag/PVA/PP tkanín pripravených pri koncentrácii 50 mM amoniaku strieborného a rôznych molárnych pomeroch glukózy k amoniaku striebornému (1:1, 3:1, 5:1 a 9:1). . obrázok. ). Výsledné PP vlákno je relatívne hladké. Po zapuzdrení PVA fóliou sú niektoré vlákna zlepené; V dôsledku nanášania strieborných nanočastíc sa vlákna stávajú relatívne drsnými. S rastúcim molárnym pomerom redukčného činidla ku glukóze sa nanesená vrstva Ag NP postupne zahusťuje a s rastúcim molárnym pomerom na 5:1 a 9:1 majú Ag NP tendenciu tvoriť agregáty. Makroskopické a mikroskopické snímky PP vlákien sa stávajú rovnomernejšími, najmä keď je molárny pomer redukčného činidla ku glukóze 5:1. Digitálne fotografie zodpovedajúcich vzoriek získaných pri koncentrácii 50 mM amoniaku strieborného sú znázornené na obrázku S1.
Zmeny kontaktného uhla s vodou tkaniny Ag/PVA/PP pri rôznych koncentráciách PVA (a), SEM snímky tkaniny Ag/PVA/PP získané pri koncentrácii amoniaku striebra 50 mM a rôznych molárnych pomeroch glukózy a amoniaku striebra [(b))); (1) PP vlákno, (2) PVA/PP vlákno, (3) molárny pomer 1:1, (4) molárny pomer 3:1, (5) molárny pomer 5:1, (6) molárny pomer 9:1], röntgenový difrakčný obrazec (c) a SEM snímka (d) tkaniny Ag/PVA/PP získanej pri koncentráciách amoniaku striebra: (1) 5 mM, (2) 10 mM, (3) 30 mM, (4) 50 mM, (5) 90 mM a (6) Ag/PP - 30 mM. Reakčná teplota je 60 °C.
Na obr. 2c je znázornený röntgenový difrakčný obrazec výslednej tkaniny Ag/PVA/PP. Okrem difrakčného píku PP vlákna 37 zodpovedajú štyri difrakčné píky pri 2θ = ∼ 37,8°, 44,2°, 64,1° a 77,3° rovinám (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0) a kryštálovej rovine (3 1 1) kubických plošne centrovaných nanočastíc striebra. S rastúcou koncentráciou strieborno-amoniaku z 5 na 90 mM sa röntgenové difrakčné obrazce Ag stávajú ostrejšími, čo zodpovedá následnému nárastu kryštalinity. Podľa Scherrerovho vzorca boli veľkosti zŕn nanočastíc Ag pripravených s 10 mM, 30 mM a 50 mM strieborno-amoniakom vypočítané na 21,3 nm, 23,3 nm a 26,5 nm. Je to preto, že koncentrácia strieborno-amoniaku je hnacou silou redukčnej reakcie za vzniku kovového striebra. So zvyšujúcou sa koncentráciou amoniaku strieborného sa zvyšuje rýchlosť nukleácie a rastu nanočastíc Ag. Obrázok 2d zobrazuje SEM snímky tkanín Ag/PVA/PP získaných pri rôznych koncentráciách amoniaku strieborného. Pri koncentrácii amoniaku strieborného 30 mM je nanesená vrstva nanočastíc Ag relatívne homogénna. Avšak, keď je koncentrácia amoniaku strieborného príliš vysoká, rovnomernosť nanesenej vrstvy nanočastíc Ag má tendenciu klesať, čo môže byť spôsobené silnou aglomeráciou v nanesenej vrstve nanočastíc striebra. Okrem toho majú nanočastice striebra na povrchu dva tvary: guľovitý a šupinovitý. Veľkosť guľovitých častíc je približne 20 – 80 nm a lamelárna laterálna veľkosť je približne 100 – 300 nm (obrázok S2). Nanesená vrstva nanočastíc striebra na povrchu nemodifikovanej PP tkaniny je nerovnomerná. Okrem toho zvýšenie teploty podporuje redukciu nanočastíc striebra (obr. S3), ale príliš vysoká reakčná teplota nepodporuje selektívne precipitovanie nanočastíc striebra.
Obrázok 3a schematicky znázorňuje vzťah medzi koncentráciou amoniaku striebra, množstvom usadeného striebra a antibakteriálnou aktivitou pripravenej tkaniny Ag/PVA/PP. Obrázok 3b zobrazuje antibakteriálne vzorce vzoriek pri rôznych koncentráciách amoniaku striebra, ktoré môžu priamo odrážať antibakteriálny stav vzoriek. Keď sa koncentrácia amoniaku striebra zvýšila z 5 mM na 90 mM, množstvo vyzrážaného striebra sa zvýšilo z 13,67 g/kg na 481,81 g/kg. Okrem toho, so zvyšujúcim sa množstvom usadeného striebra sa antibakteriálna aktivita proti E. coli spočiatku zvyšuje a potom zostáva na vysokej úrovni. Konkrétne, keď je koncentrácia amoniaku striebra 30 mM, množstvo usadeného striebra vo výslednej tkanine Ag/PVA/PP je 67,62 g/kg a antibakteriálna miera je 99,99 %, a túto vzorku sme vybrali ako reprezentatívnu pre následnú štrukturálnu charakterizáciu.
(a) Vzťah medzi úrovňou antibakteriálnej aktivity a množstvom nanesenej vrstvy striebra a koncentráciou amoniaku strieborného; (b) Fotografie bakteriálnych kultivačných platní zhotovené digitálnym fotoaparátom zobrazujúce slepé vzorky a vzorky pripravené s použitím 5 mM, 10 mM, 30 mM, 50 mM a 90 mM amoniaku strieborného. Antibakteriálna aktivita tkaniny Ag/PVA/PP proti Escherichia coli
Obrázok 4a zobrazuje FTIR/ATR spektrá PP, PVA/PP, Ag/PP a Ag/PVA/PP. Absorpčné pásy čistého PP vlákna pri 2950 cm-1 a 2916 cm-1 sú spôsobené asymetrickou vibráciou rozťahovania skupín –CH3 a –CH2- a pri 2867 cm-1 a 2837 cm-1 sú spôsobené symetrickou vibráciou rozťahovania skupín –CH3 a –CH2 –, –CH3 a –CH2–. Absorpčné pásy pri 1375 cm–1 a 1456 cm–1 sa pripisujú asymetrickým a symetrickým posuvným vibráciám –CH338,39. FTIR spektrum vlákna Ag/PP je podobné spektru PP vlákna. Okrem absorpčného pásu PP sa nový absorpčný pík pri 3360 cm-1 tkanín PVA/PP a Ag/PVA/PP pripisuje rozťahovaniu vodíkovej väzby skupiny –OH. To ukazuje, že PVA sa úspešne aplikuje na povrch polypropylénového vlákna. Okrem toho je pík absorpcie hydroxylových skupín tkaniny Ag/PVA/PP o niečo slabší ako u tkaniny PVA/PP, čo môže byť spôsobené koordináciou niektorých hydroxylových skupín so striebrom.
FT-IR spektrum (a), TGA krivka (b) a XPS meracie spektrum (c) čistého PP, PVA/PP tkaniny a Ag/PVA/PP tkaniny a C 1s spektrum čistého PP (d), PVA/PP PP tkaniny (e) a Ag 3d pík (f) Ag/PVA/PP tkaniny.
Na obr. 4c sú znázornené XPS spektrá tkanín PP, PVA/PP a Ag/PVA/PP. Slabý signál O 1s čistého polypropylénového vlákna možno pripísať kyslíkovému prvku adsorbovanému na povrchu; pík C 1s pri 284,6 eV sa pripisuje CH a CC (pozri obrázok 4d). V porovnaní s čistým PP vláknom vykazuje tkanina PVA/PP (obr. 4e) vysoký výkon pri 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) a 288,5 eV (H–C=O)38. Okrem toho, O 1s spektrum PVA/PP tkaniny možno aproximovať dvoma píkmi pri 532,3 eV a 533,2 eV41 (obr. S4), pričom tieto C 1s píky zodpovedajú C–OH a H–C=O (hydroxylové skupiny PVA a aldehyd-glukózová skupina), čo je v súlade s údajmi FTIR. Netkaná tkanina Ag/PVA/PP si zachováva O 1s spektrum C-OH (532,3 eV) a HC=O (533,2 eV) (obrázok S5), pozostávajúce zo 65,81 % (atómových percent) C, 22,89 % O a 11,31 % Ag (obr. S4). Najmä píky Ag 3d5/2 a Ag 3d3/2 pri 368,2 eV a 374,2 eV (obr. 4f) ďalej dokazujú, že nanočastice Ag sú dopované na povrchu netkanej textílie PVA/PP42.
TGA krivky (obr. 4b) čistého PP, tkaniny Ag/PP a tkaniny Ag/PVA/PP ukazujú, že prechádzajú podobnými procesmi tepelného rozkladu a ukladanie nanočastíc Ag vedie k miernemu zvýšeniu teploty tepelnej degradácie PP vlákien (zo 480 °C (PP vlákna) na 495 °C), pravdepodobne v dôsledku tvorby striebornej bariéry43. Zároveň zvyškové množstvá čistých vzoriek PP, Ag/PP, Ag/PVA/PP, Ag/PVA/PP-W50 a Ag/PP-W50 po zahriatí na 800 °C boli 1,32 %, 16,26 % a 13,86 %, respektíve 9,88 % a 2,12 % (prípona W50 sa tu vzťahuje na 50 pracích cyklov). Zvyšok čistého PP sa pripisuje nečistotám a zvyšok zostávajúcich vzoriek nanočasticiam striebra (Ab NP) a rozdiel v zvyškovom množstve vzoriek s obsahom striebra by mal byť spôsobený rôznym množstvom nanočastíc striebra, ktoré sa na nich naniesli. Okrem toho sa po 50-násobnom premytí tkaniny Ag/PP zvyškový obsah striebra znížil o 94,65 % a zvyškový obsah striebra v tkanine Ag/PVA/PP sa znížil približne o 31,74 %. To ukazuje, že enkapsulačný povlak PVA dokáže účinne zlepšiť priľnavosť nanočastíc striebra k matrici PP.
Na vyhodnotenie komfortu nosenia sa merala priepustnosť vzduchu a rýchlosť prenosu vodnej pary pripravenej polypropylénovej tkaniny. Vo všeobecnosti priedušnosť súvisí s tepelným komfortom používateľa, najmä v horúcom a vlhkom prostredí44. Ako je znázornené na obrázku 5a, priepustnosť vzduchu čistého PP je 2050 mm/s a po modifikácii PVA sa znižuje na 856 mm/s. Je to preto, že PVA film vytvorený na povrchu PP vlákna a tkanej časti pomáha zmenšiť medzery medzi vláknami. Po aplikácii Ag NP sa priepustnosť vzduchu PP tkaniny zvyšuje v dôsledku spotreby PVA povlaku pri aplikácii Ag NP. Okrem toho má priedušnosť Ag/PVA/PP tkanín tendenciu klesať so zvyšujúcou sa koncentráciou strieborného amoniaku z 10 na 50 mmol. To môže byť spôsobené tým, že hrúbka strieborného nánosu sa zvyšuje so zvyšujúcou sa koncentráciou strieborného amoniaku, čo pomáha znižovať počet pórov a pravdepodobnosť prechodu vodnej pary cez ne.
(a) Priepustnosť vzduchu pre tkaniny Ag/PVA/PP pripravené s rôznymi koncentráciami amoniaku strieborného; (b) Priepustnosť vodnej pary pre tkaniny Ag/PVA/PP pripravené s rôznymi koncentráciami amoniaku strieborného; (c) Rôzne modifikátory Ťahová krivka tkaniny Ag/PVA/PP získaná pri rôznych koncentráciách; (d) Ťahová krivka tkaniny Ag/PVA/PP získaná pri rôznych koncentráciách amoniaku strieborného (znázornená je aj tkanina Ag/PVA/PP získaná pri koncentrácii amoniaku strieborného 30 mM) (Porovnajte ťahové krivky PP tkanín po 40 pracích cykloch).
Rýchlosť priepustnosti vodnej pary je ďalším dôležitým ukazovateľom tepelného komfortu tkaniny45. Ukazuje sa, že priepustnosť vlhkosti tkanín je ovplyvnená najmä priedušnosťou a povrchovými vlastnosťami. To znamená, že priepustnosť vzduchu závisí najmä od počtu pórov; povrchové vlastnosti ovplyvňujú priepustnosť vlhkosti hydrofilných skupín prostredníctvom adsorpcie-difúzie-desorpcie molekúl vody. Ako je znázornené na obrázku 5b, priepustnosť vlhkosti čistého PP vlákna je 4810 g/(m2·24h). Po utesnení PVA povlakom sa počet otvorov v PP vlákne znižuje, ale priepustnosť vlhkosti tkaniny PVA/PP sa zvyšuje na 5070 g/(m2·24h), pretože jej priepustnosť vlhkosti je určená najmä povrchovými vlastnosťami, nie pórmi. Po nanesení AgNP sa priepustnosť vlhkosti tkaniny Ag/PVA/PP ďalej zvýšila. Najmä maximálna priepustnosť vlhkosti tkaniny Ag/PVA/PP dosiahnutá pri koncentrácii strieborného amoniaku 30 mM je 10300 g/(m2·24h). Zároveň môže byť rozdielna priepustnosť vlhkosti tkanín Ag/PVA/PP získaných pri rôznych koncentráciách strieborného amoniaku spojená s rozdielmi v hrúbke vrstvy naneseného striebra a počte jej pórov.
Mechanické vlastnosti tkanín silne ovplyvňujú ich životnosť, najmä ak ide o recyklovateľné materiály46. Obrázok 5c znázorňuje krivku pevnosti v ťahu tkaniny Ag/PVA/PP. Pevnosť v ťahu čistého PP je iba 2,23 MPa, zatiaľ čo pevnosť v ťahu tkaniny PVA/PP s obsahom 1 hmot. % sa výrazne zvýši na 4,56 MPa, čo naznačuje, že zapuzdrenie tkaniny PVA PP pomáha výrazne zlepšiť jej mechanické vlastnosti. Pevnosť v ťahu a predĺženie pri pretrhnutí tkaniny PVA/PP sa zvyšujú so zvyšujúcou sa koncentráciou modifikátora PVA, pretože film PVA dokáže prerušiť napätie a spevniť vlákno PP. Keď sa však koncentrácia modifikátora zvýši na 1,5 hmot. %, lepkavý PVA spôsobí, že polypropylénová tkanina bude tuhá, čo vážne ovplyvňuje pohodlie pri nosení.
V porovnaní s čistými PP a PVA/PP tkaninami sa pevnosť v ťahu a predĺženie pri pretrhnutí Ag/PVA/PP tkanín ďalej zlepšujú, pretože nanočastice Ag rovnomerne rozložené na povrchu PP vlákien dokážu rozložiť zaťaženie47,48. Je vidieť, že pevnosť v ťahu Ag/PP vlákien je vyššia ako pevnosť čistého PP a dosahuje 3,36 MPa (obr. 5d), čo potvrdzuje silný a spevňujúci účinok Ag NP. Najmä Ag/PVA/PP tkanina vyrobená pri koncentrácii strieborného amoniaku 30 mM (namiesto 50 mM) vykazuje maximálnu pevnosť v ťahu a predĺženie pri pretrhnutí, čo je stále spôsobené rovnomerným nanášaním Ag NP, ako aj rovnomerným nanášaním. Agregácia strieborných NP za podmienok vysokej koncentrácie strieborného amoniaku. Okrem toho sa po 40 cykloch prania pevnosť v ťahu a predĺženie pri pretrhnutí tkaniny Ag/PVA/PP pripravenej pri koncentrácii strieborného amoniaku 30 mM znížili o 32,7 %, respektíve 26,8 % (obr. 5d), čo môže súvisieť s malou stratou nanočastíc striebra, ktoré sa potom usadili.
Obrázky 6a a b zobrazujú fotografie digitálneho fotoaparátu tkaniny Ag/PVA/PP a tkaniny Ag/PP po praní počas 0, 10, 20, 30, 40 a 50 cyklov pri koncentrácii amoniaku striebra 30 mM. Tmavosivá tkanina Ag/PVA/PP a tkanina Ag/PP sa po praní postupne menia na svetlosivú; a zmena farby prvej počas prania sa nezdá byť taká závažná ako u druhej. Okrem toho, v porovnaní s tkaninou Ag/PP, obsah striebra v tkanine Ag/PVA/PP sa po praní znižoval relatívne pomaly; po 20 alebo viacnásobnom praní si prvá zachovala vyšší obsah striebra ako druhá (obr. 6c). To naznačuje, že zapuzdrenie PP vlákien povlakom PVA môže výrazne zlepšiť priľnavosť nanočastíc Ag k PP vláknam. Obrázok 6d zobrazuje SEM snímky tkaniny Ag/PVA/PP a tkaniny Ag/PP po praní počas 10, 40 a 50 cyklov. Tkaniny Ag/PVA/PP strácajú počas prania menšiu časť Ag NP ako tkaniny Ag/PP, opäť preto, že enkapsulačný povlak PVA pomáha zlepšiť priľnavosť Ag NP k PP vláknam.
(a) Fotografie Ag/PP tkaniny zhotovené digitálnym fotoaparátom (zhotovené pri koncentrácii strieborno-amoniaku 30 mM) po praní počas 0, 10, 20, 30, 40 a 50 cyklov (1-6); (b) Ag/PVA/PP Fotografie tkanín zhotovené digitálnym fotoaparátom (zhotovené pri koncentrácii strieborno-amoniaku 30 mM) po praní počas 0, 10, 20, 30, 40 a 50 cyklov (1-6); (c) Zmeny obsahu striebra v dvoch tkaninách medzi jednotlivými pracími cyklami; (d) SEM snímky Ag/PVA/PP tkaniny (1-3) a Ag/PP tkaniny (4-6) po 10, 40 a 50 pracích cykloch.
Obrázok 7 zobrazuje antibakteriálnu aktivitu a fotografie z digitálneho fotoaparátu tkanín Ag/PVA/PP proti E. coli po 10, 20, 30 a 40 pracích cykloch. Po 10 a 20 praniach zostala antibakteriálna účinnosť tkanín Ag/PVA/PP na úrovni 99,99 % a 99,93 %, čo dokazuje vynikajúcu antibakteriálnu aktivitu. Antibakteriálna úroveň tkaniny Ag/PVA/PP sa mierne znížila po 30 a 40 praniach, čo bolo spôsobené stratou nanočastíc Ag po dlhodobom praní. Antibakteriálna účinnosť tkaniny Ag/PP po 40 praniach je však iba 80,16 %. Je zrejmé, že antibakteriálny účinok tkaniny Ag/PP po 40 pracích cykloch je oveľa menší ako účinok tkaniny Ag/PVA/PP.
(a) Úroveň antibakteriálnej aktivity proti E. coli. (b) Pre porovnanie sú zobrazené aj fotografie tkaniny Ag/PVA/PP zhotovené digitálnym fotoaparátom po praní tkaniny Ag/PP pri koncentrácii strieborného amoniaku 30 mM počas 10, 20, 30, 40 a 40 cyklov.
Na obr. 8 je schematicky znázornená výroba veľkoobjemovej netkanej textílie Ag/PVA/PP s použitím dvojstupňovej metódy z valca na valec. To znamená, že roztok PVA/glukózy bol na určitý čas namočený v ráme valca, potom vybratý a rovnakým spôsobom impregnovaný roztokom strieborno-amoniaku, čím sa získala textília Ag/PVA/PP (obr. 8a). Výsledná textília Ag/PVA/PP si zachováva vynikajúcu antibakteriálnu aktivitu, aj keď sa nechá stáť 1 rok. Pre veľkoobjemovú prípravu textílií Ag/PVA/PP boli výsledné netkané textílie PP impregnované v kontinuálnom procese valcovania a potom postupne prechádzali roztokom PVA/glukózy a roztokom strieborno-amoniaku a spracovávali sa dvoma spôsobmi. Priložené videá. Čas impregnácie sa riadi nastavením rýchlosti valca a množstvo adsorbovaného roztoku sa riadi nastavením vzdialenosti medzi valcami (obr. 8b), čím sa získa cieľová netkaná textília Ag/PVA/PP veľkej veľkosti (50 cm × 80 cm). ) a zberný valec. Celý proces je jednoduchý a efektívny, čo vedie k veľkovýrobe.
Schematický diagram výroby veľkorozmerných cieľových produktov (a) a schematický diagram valcovacieho procesu na výrobu netkaných materiálov Ag/PVA/PP (b).
Netkané textílie PVA/PP s obsahom striebra sa vyrábajú pomocou jednoduchej technológie nanášania v kvapalnej fáze in situ v kombinácii s postupom roll-to-roll. V porovnaní s PP textíliou a PVA/PP textíliou sú mechanické vlastnosti pripravenej netkanej textílie Ag/PVA/PP výrazne zlepšené, pretože tesniaca vrstva PVA môže výrazne zlepšiť priľnavosť nanočastíc striebra k PP vláknam. Okrem toho je možné množstvo PVA a obsah nanočastíc striebra v netkanej textílii Ag/PVA/PP dobre kontrolovať nastavením koncentrácií roztoku PVA/glukózy a roztoku amoniaku strieborného. Najmä netkaná textília Ag/PVA/PP pripravená s použitím 30 mM roztoku amoniaku strieborného vykazovala najlepšie mechanické vlastnosti a zachovala si vynikajúcu antibakteriálnu aktivitu proti E. coli aj po 40 pracích cykloch, čo vykazuje dobrý potenciál proti znečisteniu. Netkaný PP materiál. V porovnaní s inými údajmi z literatúry vykazovali textílie, ktoré sme získali pomocou jednoduchších metód, lepšiu odolnosť voči praniu. Okrem toho má výsledná netkaná textília Ag/PVA/PP ideálnu priepustnosť vlhkosti a pohodlie pri nosení, čo môže uľahčiť jej použitie v priemyselných aplikáciách.
Uveďte všetky údaje získané alebo analyzované počas tejto štúdie (a ich podporné informačné súbory).
Russell, SM a kol. Biosenzory na boj proti cytokínovej búrke COVID-19: výzvy do budúcnosti. ACS Sens. 5, 1506–1513 (2020).
Zaeem S, Chong JH, Shankaranayanan V a Harkey A. COVID-19 a multiorgánové reakcie. current. question. heart. 45, 100618 (2020).
Zhang R a kol. Odhady počtu prípadov koronavírusu v roku 2019 v Číne sú upravené podľa štádia a endemických oblastí. front. medicine. 14, 199–209 (2020).
Gao J. a kol. Flexibilný, superhydrofóbny a vysoko vodivý netkaný polypropylénový kompozitný materiál na ochranu pred elektromagnetickým rušením. Chemical engineer. J. 364, 493–502 (2019).
Raihan M. a kol. Vývoj multifunkčných nanokompozitných filmov z polyakrylonitrilu/striebra: antibakteriálna aktivita, katalytická aktivita, vodivosť, UV ochrana a aktívne SERS senzory. J. Matt. resource. technologies. 9, 9380–9394 (2020).
Dawadi S, Katuwal S, Gupta A, Lamichane U a Parajuli N. Súčasný výskum strieborných nanočastíc: syntéza, charakterizácia a aplikácie. J. Nanomaterials. 2021, 6687290 (2021).
Deng Da, Chen Zhi, Hu Yong, Ma Jian, Tong YDN Jednoduchý postup prípravy vodivého atramentu na báze striebra a jeho nanášanie na frekvenčne selektívne povrchy. Nanotechnológia 31, 105705–105705 (2019).
Hao, Y. a kol. Hyperrozvetvené polyméry umožňujú použitie strieborných nanočastíc ako stabilizátorov pre atramentovú tlač flexibilných obvodov. R. Shuker. Chemical. 43, 2797–2803 (2019).
Keller P a Kawasaki HJML Vodivé siete listových žíl vytvorené samoskladaním strieborných nanočastíc pre potenciálne aplikácie vo flexibilných senzoroch. Matt. Wright. 284, 128937.1-128937.4 (2020).
Li, J. a kol. Nanosféry a polia oxidu kremičitého dekorované striebornými nanočasticami ako potenciálne substráty pre povrchovo zosilnený Ramanov rozptyl. ASU Omega 6, 32879–32887 (2021).
Liu, X. a kol. Veľkoplošný flexibilný povrchovo zosilnený Ramanov rozptylový senzor (SERS) s vysokou stabilitou a uniformitou signálu. ACS Application Matt. Interfaces 12, 45332–45341 (2020).
Sandeep, KG a kol. Hierarchická heterostruktúra fullerénových nanotyčiniek zdobených striebornými nanočasticami (Ag-FNR) slúži ako účinný SERS substrát nezávislý od jednotlivých časticí. fyzika. Chemická. Chemická. fyzika. 27, 18873–18878 (2018).
Emam, HE a Ahmed, HB Porovnávacia štúdia homometalických a heterometalických nanostruktúr na báze agaru počas degradácie katalyzovanej farbivom. Medzinárodnosť. J. Biol. Veľké molekuly. 138, 450–461 (2019).
Emam, HE, Mikhail, MM, El-Sherbiny, S., Nagy, KS a Ahmed, HB Nanokatalýza závislá od kovov na redukciu aromatických znečisťujúcich látok. Wednesday. the science. pollutant. resource. internationality. 27, 6459–6475 (2020).
Ahmed HB a Emam HE Trojité nanostruktúry jadro-obal (Ag-Au-Pd) vypestované zo semien pri izbovej teplote pre potenciálne čistenie vody. polymér. test. 89, 106720 (2020).
Čas uverejnenia: 26. novembra 2023