Hvala, ker ste obiskali Nature.com. Različica brskalnika, ki jo uporabljate, ima omejeno podporo za CSS. Za najboljše rezultate priporočamo uporabo novejše različice brskalnika (ali izklop načina združljivosti v Internet Explorerju). Medtem, da bi zagotovili stalno podporo, spletno mesto prikazujemo brez oblikovanja ali JavaScripta.
Danes so funkcionalne tkanine z antibakterijskimi lastnostmi bolj priljubljene. Vendar pa ostaja stroškovno učinkovita proizvodnja funkcionalnih tkanin s trpežnimi in doslednimi lastnostmi izziv. Za modifikacijo netkane tkanine iz polipropilena (PP) je bil uporabljen polivinilni alkohol (PVA), nato pa so bili in situ naneseni srebrni nanodelci (AgNP), da bi dobili tkanino PP (imenovano AgNP), modificirano s PVA in napolnjeno z AgNP. /PVA/PP) tkanina. Kapsulacija PP vlaken s PVA prevleko pomaga znatno izboljšati oprijem naloženih Ag NP na vlakna PP, netkane tkanine Ag/PVA/PP pa kažejo znatno izboljšane mehanske lastnosti in odpornost proti Escherichia coli (imenovani E. coli). Na splošno ima netkana tkanina Ag/PVA/PP, proizvedena s koncentracijo 30 mM srebrovega amoniaka, boljše mehanske lastnosti, stopnja antibakterijske zaščite proti E. coli pa doseže 99,99 %. Tkanina še vedno ohrani odlično antibakterijsko delovanje po 40 pranjih in ima potencial za večkratno uporabo. Poleg tega ima netkana tkanina Ag/PVA/PP široke možnosti uporabe v industriji zaradi dobre prepustnosti zraka in vlage. Poleg tega smo razvili tudi tehnologijo roll-to-roll in izvedli predhodne raziskave za preizkus izvedljivosti te metode.
Z poglabljanjem gospodarske globalizacije so obsežne selitve prebivalstva močno povečale možnost prenosa virusa, kar dobro pojasnjuje, zakaj se novi koronavirus tako močno širi po svetu in ga je težko preprečiti1,2,3. V tem smislu je nujno treba razviti nove antibakterijske materiale, kot so netkani polipropileni (PP), kot medicinske zaščitne materiale. Polipropilenski netkani materiali imajo prednosti nizke gostote, kemične inertnosti in nizkih stroškov4, vendar nimajo antibakterijskih lastnosti, kratke življenjske dobe in nizke zaščitne učinkovitosti. Zato je zelo pomembno, da se netkanim PP materialom dajo antibakterijske lastnosti.
Kot starodavno antibakterijsko sredstvo je srebro prešlo skozi pet stopenj razvoja: koloidna raztopina srebra, srebrov sulfadiazin, srebrova sol, proteinsko srebro in nanosrebro. Srebrni nanodelci se vse pogosteje uporabljajo na področjih, kot so medicina5,6, prevodnost7,8,9, površinsko okrepljeno Ramanovo sipanje10,11,12, katalitična razgradnja barvil13,14,15,16 itd. Zlasti srebrni nanodelci (AgNP) imajo prednosti pred tradicionalnimi antimikrobnimi sredstvi, kot so kovinske soli, kvaterne amonijeve spojine in triklosan, zaradi njihove zahtevane bakterijske odpornosti, stabilnosti, nizkih stroškov in okoljske sprejemljivosti17,18,19. Poleg tega se lahko srebrni nanodelci z veliko specifično površino in visoko antibakterijsko aktivnostjo pritrdijo na volnene tkanine20, bombažne tkanine21,22, poliestrske tkanine in druge tkanine, da se doseže nadzorovano, podaljšano sproščanje antibakterijskih srebrnih delcev23,24. To pomeni, da je z enkapsulacijo AgNP mogoče ustvariti PP tkanine z antibakterijskim delovanjem. Vendar pa PP netkani tekstili nimajo funkcionalnih skupin in imajo nizko polarnost, kar ne prispeva k enkapsulaciji AgNP. Da bi premagali to pomanjkljivost, so nekateri raziskovalci poskušali nanesti Ag nanodelce na površino PP tkanin z uporabo različnih metod modifikacije, vključno s plazemskim brizganjem26,27, cepljenjem z obsevanjem28,29,30,31 in površinskim premazom32. Na primer, Goli in sodelavci [33] so na površino PP netkanega tekstila uvedli beljakovinski premaz, pri čemer lahko aminokisline na obrobju beljakovinske plasti služijo kot sidrne točke za vezavo AgNP, s čimer so dosegli dobre antibakterijske lastnosti. Li in sodelavci34 so ugotovili, da N-izopropilakrilamid in N-(3-aminopropil)metakrilamid hidroklorid, sočasno cepljena z ultravijoličnim (UV) jedkanjem, kažeta močno antimikrobno aktivnost, čeprav je postopek UV jedkanja kompleksen in lahko poslabša mehanske lastnosti. vlaken. . Oliani in sodelavci so pripravili gelske filme Ag NPs-PP z odlično antibakterijsko aktivnostjo s predhodno obdelavo čistega PP z gama obsevanjem; vendar je bila tudi njihova metoda kompleksna. Zato ostaja izziv učinkovito in enostavno proizvajati reciklirane polipropilenske netkane tekstilije z želenim protimikrobnim delovanjem.
V tej študiji se za modificiranje polipropilenskih tkanin uporablja polivinil alkohol, okolju prijazen in cenovno ugoden membranski material z dobro sposobnostjo tvorbe filma, visoko hidrofilnostjo ter odlično fizikalno in kemijsko stabilnostjo. Kot redukcijsko sredstvo se uporablja glukoza36. Povečanje površinske energije modificiranega PP spodbuja selektivno nanašanje AgNP. V primerjavi s čisto PP tkanino je pripravljena Ag/PVA/PP tkanina pokazala dobro reciklirnost, odlično antibakterijsko delovanje proti E. coli, dobre mehanske lastnosti tudi po 40 ciklih pranja ter znatno zračnost, prepustnost vlage in vlage.
Netkano PP tkanino s specifično težo 25 g/m2 in debelino 0,18 mm je dobavilo podjetje Jiyuan Kang'an Sanitary Materials Co., Ltd. (Jiyuan, Kitajska) in razrezano na liste velikosti 5 × 5 cm2. Srebrov nitrat (99,8 %; AR) je bil kupljen pri podjetju Xilong Scientific Co., Ltd. (Shantou, Kitajska). Glukozo je bilo kupljeno pri podjetju Fuzhou Neptune Fuyao Pharmaceutical Co., Ltd. (Fuzhou, Kitajska). Polivinilni alkohol (industrijski reagent) je bil kupljen pri podjetju Tianjin Sitong Chemical Factory (Tianjin, Kitajska). Kot topilo ali izpiranje je bila uporabljena deionizirana voda, pripravljena v našem laboratoriju. Hranilni agar in jušna osnova sta bila kupljena pri podjetju Beijing Aoboxing Biotechnology Co., Ltd. (Peking, Kitajska). Sev E. coli (ATCC 25922) je bil kupljen pri podjetju Zhangzhou Bochuang Company (Zhangzhou, Kitajska).
Nastalo PP tkivo smo 15 minut sprali z ultrazvokom v etanolu. Nastali PVA smo dodali vodi in 2 uri segrevali pri 95 °C, da smo dobili vodno raztopino. Nato smo glukozo raztopili v 10 ml raztopine PVA z masnim deležem 0,1 %, 0,5 %, 1,0 % in 1,5 %. Prečiščeno polipropilensko netkano blago smo potopili v raztopino PVA/glukoze in 1 uro segrevali pri 60 °C. Po končanem segrevanju smo s PP impregnirano netkano blago odstranili iz raztopine PVA/glukoze in ga 0,5 ure sušili pri 60 °C, da smo na površini tkanine oblikovali PVA film, s čimer smo dobili kompozitni tekstil PVA/PP.
Srebrov nitrat raztopimo v 10 ml vode ob stalnem mešanju pri sobni temperaturi in po kapljicah dodajamo amonijak, dokler se raztopina ne spremeni iz bistre v rjavo in nato ponovno bistro, da dobimo raztopino srebrovega amoniaka (5–90 mM). Netkano tkanino PVA/PP damo v raztopino srebrovega amoniaka in jo segrevamo pri 60 °C 1 uro, da se na površini tkanine in situ tvorijo nanodelci Ag, nato jo trikrat speremo z vodo in sušimo pri 60 °C 0,5 ure, da dobimo kompozitno tkanino Ag/PVA/PP.
Po predhodnih poskusih smo v laboratoriju izdelali opremo za proizvodnjo kompozitnih tkanin v velikem obsegu. Valji so izdelani iz PTFE, da se preprečijo neželene reakcije in kontaminacija. Med tem postopkom je mogoče čas impregnacije in količino adsorbirane raztopine nadzorovati s prilagajanjem hitrosti valjev in razdalje med valji, da dobimo želeno kompozitno tkanino Ag/PVA/PP.
Morfologijo površine tkiva smo preučevali z uporabo vrstičnega elektronskega mikroskopa VEGA3 (SEM; Japan Electronics, Japonska) pri pospeševalni napetosti 5 kV. Kristalno strukturo srebrnih nanodelcev smo analizirali z rentgensko difrakcijo (XRD; Bruker, D8 Advanced, Nemčija; sevanje Cu Kα, λ = 0,15418 nm; napetost: 40 kV, tok: 40 mA) v območju 10–80°. 2θ. Za analizo kemijskih lastnosti površinsko modificiranih polipropilenskih tkanin smo uporabili Fourierjev transformacijski infrardeči spektrometer (ATR-FTIR; Nicolet 170sx, Thermo Fisher Scientific Incorporation). Vsebnost modifikatorja PVA v kompozitnih tkaninah Ag/PVA/PP smo izmerili s termogravimetrično analizo (TGA; Mettler Toledo, Švica) v toku dušika. Za določitev vsebnosti srebra v kompozitnih tkaninah Ag/PVA/PP je bila uporabljena masna spektrometrija z induktivno sklopljeno plazmo (ICP-MS, ELAN DRC II, Perkin-Elmer (Hong Kong) Co., Ltd.).
Prepustnost zraka in hitrost prenosa vodne pare kompozitne tkanine Ag/PVA/PP (specifikacija: 78 × 50 cm2) je izmerila neodvisna preskusna agencija (Tianfangbiao Standardization Certification and Testing Co., Ltd.) v skladu z GB/T. 5453-1997 in GB/T 12704.2-2009. Za vsak vzorec je izbranih deset različnih točk za testiranje, podatki, ki jih je zagotovila agencija, pa so povprečje desetih točk.
Antibakterijsko delovanje kompozitne tkanine Ag/PVA/PP je bilo izmerjeno v skladu s kitajskima standardoma GB/T 20944.1-2007 in GB/T 20944.3- z uporabo metode difuzije na agar plošči (kvalitativna analiza) oziroma metode stresanja bučke (kvantitativna analiza) leta 2008. Antibakterijsko delovanje kompozitne tkanine Ag/PVA/PP proti Escherichia coli je bilo določeno pri različnih časih pranja. Pri metodi difuzije na agar plošči je bila testna kompozitna tkanina Ag/PVA/PP z luknjačem vtisnjena v disk (premer: 8 mm) in pritrjena na agar petrijevko, inokulirano z Escherichia coli (ATCC 25922); 3,4 × 108 CFU ml-1), nato pa inkubirana pri 37 °C in 56 % relativni vlažnosti približno 24 ur. Območje inhibicije je bilo analizirano navpično od središča diska do notranjega oboda okoliških kolonij. Z metodo stresanja v bučki smo iz testirane kompozitne tkanine Ag/PVA/PP pripravili ravno ploščo velikosti 2 × 2 cm2 in jo avtoklavirali v bujonu pri 121 °C in 0,1 MPa 30 minut. Po avtoklaviranju smo vzorec potopili v 5-mililitrsko erlenmajerico, ki je vsebovala 70 ml raztopine bujonske kulture (koncentracija suspenzije 1 × 105–4 × 105 CFU/ml) in nato inkubirali pri nihajoči temperaturi 150 °C (vrt/min) in 25 °C 18 ur. Po stresanju smo zbrali določeno količino bakterijske suspenzije in jo desetkratno razredčili. Zbrali smo potrebno količino razredčene bakterijske suspenzije, jo nanesli na agar in gojili pri 37 °C in 56 % relativni vlažnosti 24 ur. Formula za izračun antibakterijske učinkovitosti je: \(\frac{\mathrm{C}-\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\), kjer sta C in A število kolonij po 24 urah. Gojeno v kontrolni skupini in kompozitnem tkivu Ag/PVA/PP.
Trajnost kompozitnih tkanin Ag/PVA/PP je bila ocenjena s pranjem v skladu s standardom ISO 105-C10:2006.1A. Med pranjem smo testno kompozitno tkanino Ag/PVA/PP (30x40mm2) potopili v vodno raztopino, ki vsebuje komercialni detergent (5,0g/L), in jo oprali pri 40±2 vrt/min in 40±5 vrt/min pri visoki hitrosti, °C, 10, 20, 30, 40 in 50 ciklih. Po pranju smo tkanino trikrat sprali z vodo in jo sušili pri temperaturi 50–60 °C 30 minut. Sprememba vsebnosti srebra po pranju je bila izmerjena za določitev stopnje antibakterijske aktivnosti.
Slika 1 prikazuje shematski diagram izdelave kompozitne tkanine Ag/PVA/PP. To pomeni, da se netkani material PP potopi v mešano raztopino PVA in glukoze. Netkani material, impregniran s PP, se posuši, da se modifikator in redukcijsko sredstvo fiksirata in tvorita tesnilno plast. Posušen netkani material iz polipropilena se potopi v raztopino srebrovega amoniaka, da se srebrni nanodelci odložijo in situ. Pomembni dejavniki vplivajo na obarjanje nanodelcev Ag koncentracija modifikatorja, molsko razmerje med glukozo in srebrovim amoniakom, koncentracija srebrovega amoniaka in reakcijska temperatura. Slika 2a prikazuje odvisnost kontaktnega kota vode tkanine Ag/PVA/PP od koncentracije modifikatorja. Ko se koncentracija modifikatorja poveča z 0,5 mas.% na 1,0 mas.%, se kontaktni kot tkanine Ag/PVA/PP znatno zmanjša; ko se koncentracija modifikatorja poveča z 1,0 mas.% na 2,0 mas.%, se praktično ne spremeni. Slika 2b prikazuje SEM slike čistih PP vlaken in Ag/PVA/PP tkanin, pripravljenih pri koncentraciji 50 mM srebrovega amonijaka in različnih molskih razmerjih glukoze in srebrovega amonijaka (1:1, 3:1, 5:1 in 9:1). . slika. ). Nastala PP vlakna so relativno gladka. Po enkapsulaciji s PVA folijo so nekatera vlakna zlepljena skupaj; Zaradi nanašanja srebrnih nanodelcev postanejo vlakna relativno hrapava. Ko se molsko razmerje redukcijskega sredstva in glukoze povečuje, se nanesena plast Ag NP postopoma zgosti, in ko se molsko razmerje poveča na 5:1 in 9:1, Ag NP težijo k tvorbi agregatov. Makroskopske in mikroskopske slike PP vlaken postanejo bolj enakomerne, zlasti ko je molsko razmerje redukcijskega sredstva in glukoze 5:1. Digitalne fotografije ustreznih vzorcev, pridobljenih pri 50 mM srebrovega amonijaka, so prikazane na sliki S1.
Spremembe kontaktnega kota z vodo tkanine Ag/PVA/PP pri različnih koncentracijah PVA (a), SEM slike tkanine Ag/PVA/PP, pridobljene pri koncentraciji srebrovega amonijaka 50 mM in različnih molskih razmerjih glukoze in srebrovega amonijaka [(b))); (1) PP vlakna, (2) PVA/PP vlakna, (3) molsko razmerje 1:1, (4) molsko razmerje 3:1, (5) molsko razmerje 5:1, (6) molsko razmerje 9:1], rentgenski difrakcijski vzorec (c) in SEM slika (d) tkanine Ag/PVA/PP, pridobljene pri koncentracijah srebrovega amonijaka: (1) 5 mM, (2) 10 mM, (3) 30 mM, (4) 50 mM, (5) 90 mM in (6) Ag/PP - 30 mM. Reakcijska temperatura je 60 °C.
Na sliki 2c je prikazan rentgenski difrakcijski vzorec nastale tkanine Ag/PVA/PP. Poleg difrakcijskega vrha PP vlaken 37 štirje difrakcijski vrhovi pri 2θ = ∼ 37,8°, 44,2°, 64,1° in 77,3° ustrezajo (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0), kristalni ravnini (3 1 1) kubičnih ploskovno centriranih srebrnih nanodelcev. Ko se koncentracija srebrovega amonijaka poveča od 5 do 90 mM, postanejo rentgenski difrakcijski vzorci Ag ostrejši, kar je skladno s posledičnim povečanjem kristaliničnosti. Po Scherrerjevi formuli so bile izračunane velikosti zrn nanodelcev Ag, pripravljenih z 10 mM, 30 mM in 50 mM srebrovega amonijaka, 21,3 nm, 23,3 nm oziroma 26,5 nm. To je zato, ker je koncentracija srebrovega amonijaka gonilna sila redukcijske reakcije, ki tvori kovinsko srebro. Z naraščajočo koncentracijo srebrovega amoniaka se povečuje hitrost nukleacije in rasti Ag NP. Slika 2d prikazuje SEM slike Ag/PVA/PP tkanin, pridobljenih pri različnih koncentracijah Ag amoniaka. Pri koncentraciji srebrovega amoniaka 30 mM je nanesena plast Ag NP relativno homogena. Ko pa je koncentracija srebrovega amoniaka previsoka, se enakomernost nanosa Ag NP zmanjšuje, kar je lahko posledica močne aglomeracije v nanosu Ag NP. Poleg tega imajo srebrni nanodelci na površini dve obliki: okroglo in luskasto. Velikost kroglastih delcev je približno 20–80 nm, lamelarna lateralna velikost pa približno 100–300 nm (slika S2). Nanos plasti Ag nanodelcev na površini nemodificirane PP tkanine je neenakomeren. Poleg tega zvišanje temperature spodbuja redukcijo Ag NP (slika S3), vendar previsoka reakcijska temperatura ne spodbuja selektivnega obarjanja Ag NP.
Slika 3a shematsko prikazuje razmerje med koncentracijo srebrovega amonijaka, količino odloženega srebra in antibakterijsko aktivnostjo pripravljene tkanine Ag/PVA/PP. Slika 3b prikazuje antibakterijske vzorce vzorcev pri različnih koncentracijah srebrovega amonijaka, ki lahko neposredno odražajo antibakterijsko stanje vzorcev. Ko se je koncentracija srebrovega amonijaka povečala s 5 mM na 90 mM, se je količina oborine srebra povečala s 13,67 g/kg na 481,81 g/kg. Poleg tega se z naraščanjem količine odloženega srebra antibakterijska aktivnost proti E. coli sprva poveča in nato ostane na visoki ravni. Natančneje, ko je koncentracija srebrovega amonijaka 30 mM, je količina odloženega srebra v nastali tkanini Ag/PVA/PP 67,62 g/kg, antibakterijska stopnja pa 99,99 %, zato smo ta vzorec izbrali kot reprezentativnega za nadaljnjo strukturno karakterizacijo.
(a) Razmerje med stopnjo antibakterijske aktivnosti in količino nanesene plasti Ag ter koncentracijo srebrovega amoniaka; (b) Fotografije plošč za bakterijske kulture, posnete z digitalnim fotoaparatom, ki prikazujejo slepe vzorce in vzorce, pripravljene z uporabo 5 mM, 10 mM, 30 mM, 50 mM in 90 mM srebrovega amoniaka. Antibakterijska aktivnost tkanine Ag/PVA/PP proti Escherichia coli
Slika 4a prikazuje FTIR/ATR spektre PP, PVA/PP, Ag/PP in Ag/PVA/PP. Absorpcijski pasovi čistih PP vlaken pri 2950 cm-1 in 2916 cm-1 so posledica asimetričnih vibracij raztezanja skupin –CH3 in –CH2-, pri 2867 cm-1 in 2837 cm-1 pa so posledica simetričnih vibracij raztezanja skupin –CH3 in –CH2 –. –CH3 in –CH2–. Absorpcijski pasovi pri 1375 cm–1 in 1456 cm–1 so pripisani asimetričnim in simetričnim vibracijam premika –CH338,39. FTIR spekter vlaken Ag/PP je podoben spektru PP vlaken. Poleg absorpcijskega pasu PP je novi absorpcijski vrh pri 3360 cm-1 tkanin PVA/PP in Ag/PVA/PP pripisan raztezanju vodikove vezi skupine –OH. To kaže, da se PVA uspešno nanaša na površino polipropilenskih vlaken. Poleg tega je vrh absorpcije hidroksilnih skupin pri tkanini Ag/PVA/PP nekoliko šibkejši kot pri tkanini PVA/PP, kar je lahko posledica koordinacije nekaterih hidroksilnih skupin s srebrom.
FT-IR spekter (a), TGA krivulja (b) in XPS merilni spekter (c) čistega PP, PVA/PP tkanine in Ag/PVA/PP tkanine ter C 1s spekter čistega PP (d), PVA/PP PP tkanine (e) in vrh Ag 3d (f) Ag/PVA/PP tkanine.
Slika 4c prikazuje XPS spektre tkanin PP, PVA/PP in Ag/PVA/PP. Šibek signal O 1s čistih polipropilenskih vlaken lahko pripišemo kisikovemu elementu, adsorbiranemu na površini; vrh C 1s pri 284,6 eV se pripisuje CH in CC (glej sliko 4d). V primerjavi s čistimi PP vlakni ima tkanina PVA/PP (slika 4e) visoko zmogljivost 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) in 288,5 eV (H–C=O)38. Poleg tega lahko O 1s spekter tkanine PVA/PP aproksimiramo z dvema vrhovoma pri 532,3 eV in 533,2 eV41 (slika S4), pri čemer ta vrhova C 1s ustrezata C–OH in H–C=O (hidroksilne skupine PVA in aldehidno-glukozna skupina), kar je skladno s podatki FTIR. Netkana tkanina Ag/PVA/PP ohranja O 1s spekter C-OH (532,3 eV) in HC=O (533,2 eV) (slika S5), ki ga sestavlja 65,81 % (atomskih odstotkov) C, 22,89 % O in 11,31 % Ag (slika S4). Predvsem vrhova Ag 3d5/2 in Ag 3d3/2 pri 368,2 eV in 374,2 eV (slika 4f) dodatno dokazujeta, da so nanodelci Ag dopirani na površini netkane tkanine PVA/PP42.
TGA krivulje (slika 4b) čistega PP, tkanine Ag/PP in tkanine Ag/PVA/PP kažejo, da so podvržene podobnim procesom toplotne razgradnje, odlaganje Ag NP pa vodi do rahlega zvišanja temperature toplotne razgradnje PP vlaken PVA/PP (s 480 °C (PP vlakna) na 495 °C), verjetno zaradi nastanka Ag pregrade43. Hkrati so bile preostale količine čistih vzorcev PP, Ag/PP, Ag/PVA/PP, Ag/PVA/PP-W50 in Ag/PP-W50 po segrevanju pri 800 °C 1,32 %, 16,26 % oziroma 13,86 %, 9,88 % oziroma 2,12 % (pripona W50 se tukaj nanaša na 50 ciklov pranja). Preostanek čistega PP pripisujemo nečistočam, preostanek preostalih vzorcev pa nanodelcem srebra (Ab NP), razlika v preostali količini vzorcev, napolnjenih s srebrom, pa bi morala biti posledica različnih količin srebrnih nanodelcev, naloženih nanje. Poleg tega se je po 50-kratnem pranju tkanine Ag/PP preostala vsebnost srebra zmanjšala za 94,65 %, preostala vsebnost srebra v tkanini Ag/PVA/PP pa za približno 31,74 %. To kaže, da lahko enkapsulacijski premaz PVA učinkovito izboljša oprijem nanodelcev srebra na matrico PP.
Za oceno udobja nošenja sta bili izmerjeni prepustnost zraka in hitrost prenosa vodne pare pripravljene polipropilenske tkanine. Na splošno je zračnost povezana s toplotnim udobjem uporabnika, zlasti v vročem in vlažnem okolju44. Kot je prikazano na sliki 5a, je prepustnost zraka čistega PP 2050 mm/s, po modifikaciji PVA pa se zmanjša na 856 mm/s. To je zato, ker PVA film, ki se tvori na površini PP vlaken in tkanega dela, pomaga zmanjšati vrzeli med vlakni. Po nanosu Ag NP se prepustnost zraka PP tkanine poveča zaradi porabe PVA premaza pri nanosu Ag NP. Poleg tega se zračnost Ag/PVA/PP tkanin ponavadi zmanjšuje, ko se koncentracija srebrovega amoniaka poveča z 10 na 50 mmol. To je lahko posledica dejstva, da se debelina srebrovega nanosa povečuje z naraščajočo koncentracijo srebrovega amoniaka, kar pomaga zmanjšati število por in verjetnost prehoda vodne pare skoznje.
(a) Prepustnost zraka za tkanine Ag/PVA/PP, pripravljene z različnimi koncentracijami srebrovega amonijaka; (b) Prepustnost vodne pare tkanin Ag/PVA/PP, pripravljenih z različnimi koncentracijami srebrovega amonijaka; (c) Različni modifikatorji Natezna krivulja tkanine Ag/PVA/PP, dobljena pri različnih koncentracijah; (d) Natezna krivulja tkanine Ag/PVA/PP, dobljena pri različnih koncentracijah srebrovega amonijaka (prikazana je tudi tkanina Ag/PVA/PP, dobljena pri koncentraciji srebrovega amonijaka 30 mM) (Primerjajte natezne krivulje tkanin PP po 40 ciklih pranja).
Hitrost prenosa vodne pare je še en pomemben kazalnik toplotnega udobja tkanine45. Izkazalo se je, da na prepustnost vlage tkanin vplivajo predvsem zračnost in površinske lastnosti. To pomeni, da je prepustnost zraka odvisna predvsem od števila por; površinske lastnosti vplivajo na prepustnost vlage hidrofilnih skupin preko adsorpcije-difuzije-desorpcije molekul vode. Kot je prikazano na sliki 5b, je prepustnost vlage čistih PP vlaken 4810 g/(m2·24h). Po tesnjenju s PVA prevleko se število lukenj v PP vlaknih zmanjša, vendar se prepustnost vlage tkanine PVA/PP poveča na 5070 g/(m2·24h), saj njeno prepustnost vlage določajo predvsem površinske lastnosti, ne pore. Po nanašanju AgNP se je prepustnost vlage tkanine Ag/PVA/PP še povečala. Zlasti največja prepustnost vlage tkanine Ag/PVA/PP, dobljena pri koncentraciji srebrovega amoniaka 30 mM, je 10300 g/(m2·24h). Hkrati je lahko različna prepustnost vlage Ag/PVA/PP tkanin, pridobljenih pri različnih koncentracijah srebrovega amoniaka, povezana z razlikami v debelini nanesene srebrne plasti in številu njenih por.
Mehanske lastnosti tkanin močno vplivajo na njihovo življenjsko dobo, zlasti ker so materiali, ki jih je mogoče reciklirati46. Slika 5c prikazuje krivuljo natezne napetosti tkanine Ag/PVA/PP. Natezna trdnost čistega PP je le 2,23 MPa, medtem ko se natezna trdnost tkanine PVA/PP z 1 mas. % znatno poveča na 4,56 MPa, kar kaže, da enkapsulacija tkanine PVA PP pomaga znatno izboljšati njene mehanske lastnosti. Natezna trdnost in raztezek pri pretrgu tkanine PVA/PP se povečujeta z naraščajočo koncentracijo modifikatorja PVA, ker lahko film PVA prekine napetost in okrepi vlakna PP. Ko pa se koncentracija modifikatorja poveča na 1,5 mas. %, lepljivi PVA povzroči, da je polipropilenska tkanina tod, kar resno vpliva na udobje nošenja.
V primerjavi s čistimi PP in PVA/PP tkaninami sta natezna trdnost in raztezek pri pretrgu iz Ag/PVA/PP tkanin dodatno izboljšana, ker lahko nanodelci Ag, enakomerno porazdeljeni po površini PP vlaken, porazdelijo obremenitev47,48. Vidimo lahko, da je natezna trdnost vlaken Ag/PP višja od trdnosti čistega PP in doseže 3,36 MPa (slika 5d), kar potrjuje močan in krepilni učinek nanodelcev Ag. Predvsem tkanina Ag/PVA/PP, izdelana pri koncentraciji srebrovega amonijaka 30 mM (namesto 50 mM), kaže največjo natezno trdnost in raztezek pri pretrgu, kar je še vedno posledica enakomernega nanašanja nanodelcev Ag in enakomernega nanašanja. Agregacija srebrovih nanodelcev v pogojih visoke koncentracije srebrovega amonijaka. Poleg tega se je po 40 ciklih pranja natezna trdnost in raztezek pri pretrgu tkanine Ag/PVA/PP, pripravljene pri koncentraciji srebrovega amoniaka 30 mM, zmanjšala za 32,7 % oziroma 26,8 % (slika 5d), kar je lahko povezano z majhno izgubo srebrovih nanodelcev, ki so se odložili po tem.
Sliki 6a in b prikazujeta fotografije tkanine Ag/PVA/PP in tkanine Ag/PP, posnete z digitalnim fotoaparatom, po 0, 10, 20, 30, 40 in 50 ciklih pranja pri koncentraciji srebrovega amoniaka 30 mM. Temno siva tkanina Ag/PVA/PP in tkanina Ag/PP po pranju postopoma postaneta svetlo sivi; sprememba barve prve med pranjem pa se ne zdi tako resna kot pri drugi. Poleg tega se je v primerjavi s tkanino Ag/PP vsebnost srebra v tkanini Ag/PVA/PP po pranju relativno počasi zmanjševala; po 20-kratnem ali večkratnem pranju je prva ohranila višjo vsebnost srebra kot druga (slika 6c). To kaže, da lahko enkapsulacija PP vlaken s PVA prevleko znatno izboljša oprijem nanodelcev Ag na PP vlakna. Slika 6d prikazuje SEM slike tkanine Ag/PVA/PP in tkanine Ag/PP po 10, 40 in 50 ciklih pranja. Tkanine Ag/PVA/PP med pranjem izgubljajo manj Ag NP kot tkanine Ag/PP, spet zato, ker PVA enkapsulacijski premaz pomaga izboljšati oprijem Ag NP na PP vlakna.
(a) Fotografije tkanine Ag/PP, posnete z digitalnim fotoaparatom (posnete pri koncentraciji srebrovega amonijaka 30 mM) po ciklih pranja 0, 10, 20, 30, 40 in 50 (1–6); (b) Fotografije tkanin Ag/PVA/PP, posnete z digitalnim fotoaparatom (posnete pri koncentraciji srebrovega amonijaka 30 mM) po ciklih pranja 0, 10, 20, 30, 40 in 50 (1–6); (c) Spremembe vsebnosti srebra v obeh tkaninah med cikli pranja; (d) SEM slike tkanine Ag/PVA/PP (1–3) in tkanine Ag/PP (4–6) po 10, 40 in 50 ciklih pranja.
Slika 7 prikazuje antibakterijsko aktivnost in fotografije digitalnih fotoaparatov tkanin Ag/PVA/PP proti E. coli po 10, 20, 30 in 40 pranjih. Po 10 in 20 pranjih je antibakterijska učinkovitost tkanin Ag/PVA/PP ostala pri 99,99 % in 99,93 %, kar kaže na odlično antibakterijsko aktivnost. Antibakterijska raven tkanine Ag/PVA/PP se je po 30 in 40 pranjih nekoliko zmanjšala, kar je bilo posledica izgube nanodelcev srebra po dolgotrajnem pranju. Vendar pa je antibakterijska stopnja tkanine Ag/PP po 40 pranjih le 80,16 %. Očitno je, da je antibakterijski učinek tkanine Ag/PP po 40 pranjih veliko manjši kot pri tkanini Ag/PVA/PP.
(a) Raven antibakterijske aktivnosti proti E. coli. (b) Za primerjavo so prikazane tudi fotografije tkanine Ag/PVA/PP, posnete z digitalnim fotoaparatom po pranju tkanine Ag/PP pri koncentraciji srebrovega amoniaka 30 mM v 10, 20, 30, 40 in 40 ciklih.
Na sliki 8 je shematsko prikazana izdelava velikega Ag/PVA/PP materiala z uporabo dvostopenjskega postopka od zvitka do zvitka. To pomeni, da je bila raztopina PVA/glukoze določen čas namočena v okvirju zvitka, nato odstranjena in nato na enak način impregnirana z raztopino srebrovega amoniaka, da je bila pridobljena Ag/PVA/PP material. (Slika 8a). Nastala Ag/PVA/PP material še vedno ohranja odlično antibakterijsko delovanje, tudi če je bila puščena 1 leto. Za veliko pripravo Ag/PVA/PP materialov so bili nastali PP netkani tekstili impregnirani v neprekinjenem postopku valjanja in nato zaporedno prepuščeni skozi raztopino PVA/glukoze in raztopino srebrovega amoniaka ter obdelani z dvema metodama. Priloženi videoposnetki. Čas impregnacije se nadzoruje s prilagajanjem hitrosti valja, količina adsorbirane raztopine pa se nadzoruje s prilagajanjem razdalje med valji (slika 8b), s čimer se dobi ciljni Ag/PVA/PP netkani tekstil velike velikosti (50 cm × 80 cm). ) in zbiralni valj. Celoten postopek je preprost in učinkovit, kar je ugodno za obsežno proizvodnjo.
Shematski diagram proizvodnje velikih ciljnih izdelkov (a) in shematski diagram valjanja za proizvodnjo netkanih materialov Ag/PVA/PP (b).
Netkani PVA/PP, ki vsebujejo srebro, so izdelani z uporabo preproste tehnologije nanašanja v tekoči fazi in situ v kombinaciji s postopkom zvitka na zvitek. V primerjavi s PP tkanino in PVA/PP tkanino so mehanske lastnosti pripravljene netkane tkanine Ag/PVA/PP bistveno izboljšane, ker lahko tesnilna plast PVA znatno izboljša oprijem nanodelcev Ag na vlakna PP. Poleg tega je mogoče količino PVA in vsebnost srebrovih nanodelcev v netkani tkanini Ag/PVA/PP dobro nadzorovati s prilagajanjem koncentracij raztopine PVA/glukoze in raztopine srebrovega amoniaka. Zlasti netkana tkanina Ag/PVA/PP, pripravljena z uporabo 30 mM raztopine srebrovega amoniaka, je pokazala najboljše mehanske lastnosti in ohranila odlično antibakterijsko delovanje proti E. coli tudi po 40 ciklih pranja, kar kaže na dober potencial proti obraščanju. Netkani material PP. V primerjavi z drugimi podatki iz literature so tkanine, ki smo jih dobili z enostavnejšimi metodami, pokazale boljšo odpornost na pranje. Poleg tega ima nastala netkana tkanina Ag/PVA/PP idealno prepustnost vlage in udobje pri nošenju, kar lahko olajša njeno uporabo v industrijskih aplikacijah.
Vključite vse podatke, pridobljene ali analizirane med to študijo (in njihove podporne datoteke z informacijami).
Russell, SM et al. Biosenzorji za boj proti citokinskemu viharju COVID-19: izzivi za prihodnost. ACS Sens. 5, 1506–1513 (2020).
Zaeem S, Chong JH, Shankaranayanan V in Harkey A. COVID-19 in odzivi več organov. current. question. heart. 45, 100618 (2020).
Zhang R in sod. Ocene števila primerov koronavirusa v letu 2019 na Kitajskem so prilagojene glede na stadij in endemična območja. front. medicine. 14, 199–209 (2020).
Gao J. et al. Fleksibilen, superhidrofoben in visoko prevoden netkani polipropilenski kompozitni material za zaščito pred elektromagnetnimi motnjami. Chemical engineer. J. 364, 493–502 (2019).
Raihan M. et al. Razvoj večfunkcijskih poliakrilonitrilnih/srebrnih nanokompozitnih filmov: antibakterijska aktivnost, katalitična aktivnost, prevodnost, UV zaščita in aktivni SERS senzorji. J. Matt. resource. technologies. 9, 9380–9394 (2020).
Dawadi S, Katuwal S, Gupta A, Lamichane U in Parajuli N. Trenutne raziskave srebrnih nanodelcev: sinteza, karakterizacija in uporaba. J. Nanomaterials. 2021, 6687290 (2021).
Deng Da, Chen Zhi, Hu Yong, Ma Jian, Tong YDN Preprost postopek za pripravo prevodnega črnila na osnovi srebra in nanašanje le-tega na frekvenčno selektivne površine. Nanotehnologija 31, 105705–105705 (2019).
Hao, Y. et al. Hiperrazvejani polimeri omogočajo uporabo srebrnih nanodelcev kot stabilizatorjev za brizgalno tiskanje fleksibilnih vezij. R. Shuker. Chemical. 43, 2797–2803 (2019).
Keller P in Kawasaki HJML Prevodna omrežja listnih žil, ustvarjena s samosestavljanjem srebrnih nanodelcev, za potencialne aplikacije v fleksibilnih senzorjih. Matt. Wright. 284, 128937.1–128937.4 (2020).
Li, J. et al. S srebrnimi nanodelci okrašene silicijeve nanosfere in matrike kot potencialni substrati za površinsko okrepljeno Ramanovo sipanje. ASU Omega 6, 32879–32887 (2021).
Liu, X. idr. Velik fleksibilen senzor Ramanskega sipanja s površinsko izboljšano tehnologijo (SERS) z visoko stabilnostjo in enakomernostjo signala. ACS Application Matt. Interfaces 12, 45332–45341 (2020).
Sandeep, KG et al. Hierarhična heterostruktura fulerenskih nanopalic, okrašenih s srebrnimi nanodelci (Ag-FNR), služi kot učinkovit, od posameznih delcev neodvisen SERS substrat. fizika. Kemijska. Kemijska. fizika. 27, 18873–18878 (2018).
Emam, HE in Ahmed, HB Primerjalna študija homometalnih in heterometalnih nanostruktur na osnovi agarja med razgradnjo, katalizirano z barvilom. Internationality. J. Biol. Large molecules. 138, 450–461 (2019).
Emam, HE, Mikhail, MM, El-Sherbiny, S., Nagy, KS in Ahmed, HB Kovinsko odvisna nanokataliza za zmanjšanje aromatskih onesnaževal. Wednesday. the science. pollute. resource. internationality. 27, 6459–6475 (2020).
Ahmed HB in Emam HE Trojne nanostrukture s jedrom in lupino (Ag-Au-Pd), vzgojene iz semen pri sobni temperaturi, za potencialno čiščenje vode. polimerni test. 89, 106720 (2020).
Čas objave: 26. november 2023