Cảm ơn bạn đã ghé thăm Nature.com. Phiên bản trình duyệt bạn đang sử dụng có hỗ trợ CSS hạn chế. Để có kết quả tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng phiên bản trình duyệt mới hơn (hoặc tắt chế độ tương thích trong Internet Explorer). Trong thời gian chờ đợi, để đảm bảo hỗ trợ liên tục, chúng tôi sẽ hiển thị trang web mà không sử dụng kiểu dáng hoặc JavaScript.
Ngày nay, vải chức năng có đặc tính kháng khuẩn ngày càng phổ biến. Tuy nhiên, việc sản xuất vải chức năng hiệu quả về mặt chi phí với hiệu suất bền và nhất quán vẫn là một thách thức. Polyvinyl alcohol (PVA) đã được sử dụng để biến tính vải không dệt polypropylene (PP), sau đó các hạt nano bạc (AgNP) được lắng đọng tại chỗ để sản xuất vải PP được biến tính bằng PVA có chứa AgNP (gọi tắt là AgNP). /PVA/PP). Việc bao bọc sợi PP bằng lớp phủ PVA giúp cải thiện đáng kể độ bám dính của Ag NP có chứa vào sợi PP, và vải không dệt Ag/PVA/PP thể hiện các đặc tính cơ học và khả năng kháng khuẩn Escherichia coli (gọi tắt là E. coli) được cải thiện đáng kể. Nhìn chung, vải không dệt Ag/PVA/PP được sản xuất ở nồng độ amoniac bạc 30mM có đặc tính cơ học tốt hơn và tỷ lệ bảo vệ kháng khuẩn chống lại E. coli đạt 99,99%. Vải vẫn giữ được hoạt tính kháng khuẩn tuyệt vời sau 40 lần giặt và có khả năng sử dụng nhiều lần. Ngoài ra, vải không dệt Ag/PVA/PP có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp nhờ khả năng thoáng khí và thấm ẩm tốt. Ngoài ra, chúng tôi cũng đã phát triển công nghệ cuộn và tiến hành thăm dò sơ bộ để kiểm tra tính khả thi của phương pháp này.
Với sự toàn cầu hóa kinh tế ngày càng sâu rộng, các cuộc di cư quy mô lớn đã làm tăng đáng kể khả năng lây truyền virus, điều này giải thích rõ tại sao virus corona chủng mới có khả năng lây lan mạnh mẽ trên toàn thế giới và rất khó ngăn chặn1,2,3. Theo nghĩa này, việc phát triển các vật liệu kháng khuẩn mới, chẳng hạn như vải không dệt polypropylene (PP), làm vật liệu bảo hộ y tế, là một nhu cầu cấp thiết. Vải không dệt polypropylene có ưu điểm là mật độ thấp, trơ về mặt hóa học và giá thành thấp4, nhưng không có khả năng kháng khuẩn, tuổi thọ ngắn và hiệu quả bảo vệ thấp. Do đó, việc bổ sung các đặc tính kháng khuẩn cho vải không dệt PP là vô cùng quan trọng.
Là một tác nhân kháng khuẩn cổ xưa, bạc đã trải qua năm giai đoạn phát triển: dung dịch bạc keo, bạc sulfadiazine, muối bạc, protein bạc và nano bạc. Các hạt nano bạc ngày càng được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực như y học5,6, độ dẫn điện7,8,9, tán xạ Raman tăng cường bề mặt10,11,12, phân hủy xúc tác thuốc nhuộm13,14,15,16 v.v. Đặc biệt, các hạt nano bạc (AgNP) có ưu điểm hơn các tác nhân kháng khuẩn truyền thống như muối kim loại, hợp chất amoni bậc bốn và triclosan do khả năng kháng khuẩn, độ ổn định, chi phí thấp và khả năng chấp nhận được với môi trường17,18,19. Ngoài ra, các hạt nano bạc có diện tích bề mặt riêng lớn và hoạt tính kháng khuẩn cao có thể được gắn vào vải len20, vải cotton21,22, vải polyester và các loại vải khác để đạt được sự giải phóng có kiểm soát và duy trì các hạt bạc kháng khuẩn23,24. Điều này có nghĩa là bằng cách bao bọc AgNP, có thể tạo ra vải PP có hoạt tính kháng khuẩn. Tuy nhiên, vải không dệt PP thiếu các nhóm chức năng và có độ phân cực thấp, không có lợi cho việc bao gói AgNP. Để khắc phục nhược điểm này, một số nhà nghiên cứu đã cố gắng lắng đọng các hạt nano Ag trên bề mặt vải PP bằng nhiều phương pháp biến tính khác nhau bao gồm phun plasma26,27, ghép bức xạ28,29,30,31 và phủ bề mặt32. Ví dụ, Goli et al. [33] đã giới thiệu một lớp phủ protein trên bề mặt vải không dệt PP, các axit amin ở ngoại vi của lớp protein có thể đóng vai trò là điểm neo để liên kết AgNP, do đó đạt được đặc tính kháng khuẩn tốt. hoạt động. Li và cộng sự 34 phát hiện ra rằng N-isopropylacrylamide và N-(3-aminopropyl)methacrylamide hydrochloride được ghép đồng thời bằng phương pháp khắc tia cực tím (UV) thể hiện hoạt tính kháng khuẩn mạnh, mặc dù quá trình khắc UV phức tạp và có thể làm giảm các đặc tính cơ học. sợi. Oliani et al đã chế tạo màng gel Ag NP-PP có hoạt tính kháng khuẩn tuyệt vời bằng cách xử lý trước PP tinh khiết bằng chiếu xạ gamma; tuy nhiên, phương pháp của họ cũng phức tạp. Do đó, việc sản xuất vải không dệt polypropylene có khả năng tái chế dễ dàng và hiệu quả với hoạt tính kháng khuẩn mong muốn vẫn là một thách thức.
Trong nghiên cứu này, polyvinyl alcohol, một vật liệu màng thân thiện với môi trường và chi phí thấp, có khả năng tạo màng tốt, tính ưa nước cao và độ ổn định lý hóa tuyệt vời, được sử dụng để biến tính vải polypropylene. Glucose được sử dụng làm chất khử36. Sự gia tăng năng lượng bề mặt của PP biến tính thúc đẩy quá trình lắng đọng chọn lọc các hạt nano bạc (AgNP). So với vải PP nguyên chất, vải Ag/PVA/PP chế tạo sẵn cho thấy khả năng tái chế tốt, hoạt tính kháng khuẩn tuyệt vời đối với E. coli, tính chất cơ học tốt ngay cả sau 40 chu kỳ giặt, khả năng thoáng khí, thấm nước và thấm ẩm đáng kể.
Vải không dệt PP có trọng lượng riêng 25 g/m2 và độ dày 0,18 mm do Công ty TNHH Vật liệu vệ sinh Jiyuan Kang'an (Jiyuan, Trung Quốc) cung cấp và được cắt thành các tấm có kích thước 5x5 cm2. Bạc nitrat (99,8%; AR) được mua từ Công ty TNHH Khoa học Xilong (Sán Đầu, Trung Quốc). Glucose được mua từ Công ty TNHH Dược phẩm Fuzhou Neptune Fuyao (Phúc Châu, Trung Quốc). Cồn polyvinyl (thuốc thử cấp công nghiệp) được mua từ Nhà máy hóa chất Thiên Tân Sitong (Thiên Tân, Trung Quốc). Nước khử ion được sử dụng làm dung môi hoặc chất rửa và được chuẩn bị trong phòng thí nghiệm của chúng tôi. Thạch dinh dưỡng và nước dùng được mua từ Công ty TNHH Công nghệ sinh học Beijing Aoboxing (Bắc Kinh, Trung Quốc). Chủng E. coli (ATCC 25922) được mua từ Công ty Zhangzhou Bochuang (Chương Châu, Trung Quốc).
Mô PP thu được được rửa bằng siêu âm trong etanol trong 15 phút. PVA thu được được thêm vào nước và đun nóng ở 95°C trong 2 giờ để thu được dung dịch nước. Sau đó, glucose được hòa tan trong 10 ml dung dịch PVA với các nồng độ khối lượng lần lượt là 0,1%, 0,5%, 1,0% và 1,5%. Vải không dệt polypropylene tinh khiết được ngâm trong dung dịch PVA/glucose và đun nóng ở 60°C trong 1 giờ. Sau khi đun nóng xong, vải không dệt tẩm PP được lấy ra khỏi dung dịch PVA/glucose và sấy khô ở 60°C trong 0,5 giờ để tạo thành màng PVA trên bề mặt vải, từ đó thu được vải dệt tổng hợp PVA/PP.
Hòa tan bạc nitrat trong 10 ml nước, khuấy liên tục ở nhiệt độ phòng, sau đó nhỏ từng giọt amoniac cho đến khi dung dịch chuyển từ trong sang nâu và trong trở lại để thu được dung dịch bạc amoniac (5–90 mM). Cho vải không dệt PVA/PP vào dung dịch bạc amoniac và gia nhiệt ở 60°C trong 1 giờ để tạo thành các hạt nano Ag in situ trên bề mặt vải, sau đó rửa sạch bằng nước ba lần và sấy khô ở 60°C trong 0,5 giờ để thu được vải composite Ag/PVA/PP.
Sau các thử nghiệm sơ bộ, chúng tôi đã chế tạo thiết bị cuộn-cuộn trong phòng thí nghiệm để sản xuất vải composite quy mô lớn. Các con lăn được làm bằng PTFE để tránh phản ứng bất lợi và nhiễm bẩn. Trong quá trình này, thời gian ngâm tẩm và lượng dung dịch hấp phụ có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh tốc độ của các con lăn và khoảng cách giữa các con lăn để thu được vải composite Ag/PVA/PP mong muốn.
Hình thái bề mặt mô được nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử quét VEGA3 (SEM; Japan Electronics, Nhật Bản) ở điện áp gia tốc 5 kV. Cấu trúc tinh thể của các hạt nano bạc được phân tích bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD; Bruker, D8 Advanced, Đức; bức xạ Cu Kα, λ = 0,15418 nm; điện áp: 40 kV, dòng điện: 40 mA) trong phạm vi 10–80°. 2θ. Máy quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (ATR-FTIR; Nicolet 170sx, Thermo Fisher Scientific Incorporation) được sử dụng để phân tích các đặc tính hóa học của vải polypropylene biến tính bề mặt. Hàm lượng chất biến tính PVA của vải composite Ag/PVA/PP được đo bằng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA; Mettler Toledo, Thụy Sĩ) dưới luồng khí nitơ. Phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS, ELAN DRC II, Perkin-Elmer (Hồng Kông) Co., Ltd.) được sử dụng để xác định hàm lượng bạc trong vải composite Ag/PVA/PP.
Độ thấm khí và tốc độ truyền hơi nước của vải composite Ag/PVA/PP (kích thước: 78x50cm2) được đo bởi đơn vị kiểm định bên thứ ba (Công ty TNHH Chứng nhận và Kiểm định Tiêu chuẩn Thiên Phương Báo) theo Tiêu chuẩn GB/T. 5453-1997 và GB/T 12704.2-2009. Đối với mỗi mẫu, mười điểm khác nhau được chọn để thử nghiệm và dữ liệu do đơn vị cung cấp là giá trị trung bình của mười điểm đó.
Hoạt tính kháng khuẩn của vải composite Ag/PVA/PP được đo theo tiêu chuẩn Trung Quốc GB/T 20944.1-2007 và GB/T 20944.3- sử dụng phương pháp khuếch tán đĩa thạch (phân tích định tính) và phương pháp lắc bình (phân tích định lượng). . tương ứng vào năm 2008. Hoạt tính kháng khuẩn của vải composite Ag/PVA/PP đối với Escherichia coli được xác định tại các thời điểm giặt khác nhau. Đối với phương pháp khuếch tán đĩa thạch, vải composite Ag/PVA/PP thử nghiệm được đục thành đĩa (đường kính: 8 mm) bằng dụng cụ đục và gắn vào đĩa Petri thạch đã được cấy vi khuẩn Escherichia coli (ATCC 25922). ; 3,4 × 108 CFU ml-1) và sau đó ủ ở 37°C và độ ẩm tương đối 56% trong khoảng 24 giờ. Vùng ức chế được phân tích theo chiều dọc từ tâm đĩa đến chu vi bên trong của các khuẩn lạc xung quanh. Sử dụng phương pháp bình lắc, một tấm phẳng 2 × 2 cm2 được chuẩn bị từ vải composite Ag/PVA/PP đã thử nghiệm và được hấp tiệt trùng trong môi trường nước dùng ở 121°C và 0,1 MPa trong 30 phút. Sau khi hấp tiệt trùng, mẫu được ngâm trong bình Erlenmeyer 5 mL chứa 70 mL dung dịch nuôi cấy nước dùng (nồng độ huyền phù 1 × 105–4 × 105 CFU/mL) và sau đó được ủ ở nhiệt độ dao động 150 °C. vòng/phút và 25°C trong 18 giờ. Sau khi lắc, thu thập một lượng huyền phù vi khuẩn nhất định và pha loãng gấp mười lần. Thu thập lượng huyền phù vi khuẩn pha loãng cần thiết, rải lên môi trường thạch và nuôi cấy ở 37°C và độ ẩm tương đối 56% trong 24 giờ. Công thức tính hiệu quả kháng khuẩn là: \(\frac{\mathrm{C}-\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\), trong đó C và A lần lượt là số khuẩn lạc sau 24 giờ. Nuôi cấy trên nhóm đối chứng và mô hỗn hợp Ag/PVA/PP.
Độ bền của vải composite Ag/PVA/PP được đánh giá bằng phương pháp giặt theo tiêu chuẩn ISO 105-C10:2006.1A. Trong quá trình giặt, nhúng vải composite Ag/PVA/PP thử nghiệm (30x40mm²) vào dung dịch nước có chứa chất tẩy rửa thương mại (5,0g/L) và giặt ở tốc độ cao 40±2 vòng/phút và 40±5 vòng/phút. °C trong 10, 20, 30, 40 và 50 chu kỳ. Sau khi giặt, vải được xả lại bằng nước ba lần và sấy khô ở nhiệt độ 50-60°C trong 30 phút. Sự thay đổi hàm lượng bạc sau khi giặt được đo để xác định mức độ hoạt tính kháng khuẩn.
Hình 1 cho thấy sơ đồ nguyên lý chế tạo vải composite Ag/PVA/PP. Nghĩa là, vật liệu không dệt PP được ngâm trong dung dịch hỗn hợp PVA và glucose. Vật liệu không dệt tẩm PP được sấy khô để cố định chất biến tính và chất khử để tạo thành lớp bịt kín. Vải không dệt polypropylene khô được ngâm trong dung dịch bạc amoniac để lắng đọng các hạt nano bạc tại chỗ. Nồng độ chất biến tính, tỷ lệ mol glucose với bạc amoniac, nồng độ bạc amoniac và nhiệt độ phản ứng ảnh hưởng đến quá trình kết tủa Ag NP. là những yếu tố quan trọng. Hình 2a cho thấy sự phụ thuộc của góc tiếp xúc nước của vải Ag/PVA/PP vào nồng độ chất biến tính. Khi nồng độ chất biến tính tăng từ 0,5 wt.% đến 1,0 wt.%, góc tiếp xúc của vải Ag/PVA/PP giảm đáng kể; khi nồng độ chất biến tính tăng từ 1,0 wt.% đến 2,0 wt.%, góc tiếp xúc thực tế không thay đổi. Hình 2 b cho thấy hình ảnh SEM của sợi PP nguyên chất và vải Ag/PVA/PP được chuẩn bị ở nồng độ amoniac bạc 50 mM và các tỷ lệ mol khác nhau của glucose với amoniac bạc (1: 1, 3: 1, 5: 1 và 9: 1). . hình ảnh. ). Sợi PP thu được tương đối mịn. Sau khi đóng gói bằng màng PVA, một số sợi được dán lại với nhau; Do lắng đọng các hạt nano bạc, các sợi trở nên tương đối thô. Khi tỷ lệ mol của chất khử với glucose tăng lên, lớp Ag NP lắng đọng dần dày lên và khi tỷ lệ mol tăng lên 5: 1 và 9: 1, Ag NP có xu hướng hình thành các tập hợp. Hình ảnh vĩ mô và vi mô của sợi PP trở nên đồng đều hơn, đặc biệt là khi tỷ lệ mol của chất khử với glucose là 5: 1. Ảnh kỹ thuật số của các mẫu tương ứng thu được ở nồng độ amoniac bạc 50 mM được thể hiện trong Hình S1.
Biến đổi góc tiếp xúc nước của vải Ag/PVA/PP ở các nồng độ PVA khác nhau (a), ảnh SEM của vải Ag/PVA/PP thu được ở nồng độ amoniac bạc là 50 mM và các tỷ lệ mol khác nhau của glucose và amoniac bạc [(b))) ; (1) sợi PP, (2) sợi PVA/PP, (3) tỷ lệ mol 1:1, (4) tỷ lệ mol 3:1, (5) tỷ lệ mol 5:1, (6) tỷ lệ mol 9: 1], mẫu nhiễu xạ tia X (c) và ảnh SEM (d) của vải Ag/PVA/PP thu được ở các nồng độ amoniac bạc: (1) 5 mM, (2) 10 mM, (3) 30 mM, (4) 50 mM, (5) 90 mM và (6) Ag/PP-30 mM. Nhiệt độ phản ứng là 60°C.
Trong Hình 2c cho thấy mẫu hình nhiễu xạ tia X của vải Ag/PVA/PP thu được. Ngoài đỉnh nhiễu xạ của sợi PP 37, bốn đỉnh nhiễu xạ tại 2θ = ∼ 37,8°, 44,2°, 64,1° và 77,3° tương ứng với (1 1 1), (2 0 0), (2 2 0), Mặt phẳng tinh thể (3 1 1) của các hạt nano bạc tâm mặt lập phương. Khi nồng độ bạc amoniac tăng từ 5 đến 90 mM, mẫu hình XRD của Ag trở nên sắc nét hơn, phù hợp với sự gia tăng sau đó về độ kết tinh. Theo công thức Scherrer, kích thước hạt của các hạt nano Ag được điều chế bằng bạc amoniac 10 mM, 30 mM và 50 mM được tính toán lần lượt là 21,3 nm, 23,3 nm và 26,5 nm. Điều này là do nồng độ bạc amoniac là động lực đằng sau phản ứng khử để tạo thành bạc kim loại. Khi nồng độ bạc amoniac tăng, tốc độ hình thành mầm và phát triển của Ag NP cũng tăng. Hình 2d cho thấy ảnh SEM của vải Ag/PVA/PP thu được ở các nồng độ Ag amoniac khác nhau. Ở nồng độ bạc amoniac là 30 mM, lớp Ag NP lắng đọng tương đối đồng nhất. Tuy nhiên, khi nồng độ bạc amoniac quá cao, độ đồng đều của lớp lắng đọng Ag NP có xu hướng giảm, điều này có thể là do sự kết tụ mạnh trong lớp lắng đọng Ag NP. Ngoài ra, các hạt nano bạc trên bề mặt có hai hình dạng: hình cầu và hình vảy. Kích thước hạt hình cầu xấp xỉ 20–80 nm và kích thước bên phiến xấp xỉ 100–300 nm (Hình S2). Lớp lắng đọng các hạt nano Ag trên bề mặt vải PP chưa biến tính không đồng đều. Ngoài ra, việc tăng nhiệt độ thúc đẩy quá trình khử Ag NP (Hình S3), nhưng nhiệt độ phản ứng quá cao không thúc đẩy quá trình kết tủa chọn lọc Ag NP.
Hình 3a mô tả sơ đồ mối quan hệ giữa nồng độ bạc amoniac, lượng bạc lắng đọng và hoạt tính kháng khuẩn của vải Ag/PVA/PP đã chuẩn bị. Hình 3b cho thấy các mẫu kháng khuẩn ở các nồng độ bạc amoniac khác nhau, có thể phản ánh trực tiếp trạng thái kháng khuẩn của các mẫu. Khi nồng độ bạc amoniac tăng từ 5 mM lên 90 mM, lượng kết tủa bạc tăng từ 13,67 g/kg lên 481,81 g/kg. Ngoài ra, khi lượng bạc lắng đọng tăng, hoạt tính kháng khuẩn đối với E. coli ban đầu cũng tăng và sau đó duy trì ở mức cao. Cụ thể, khi nồng độ bạc amoniac là 30 mM, lượng bạc lắng đọng trong vải Ag/PVA/PP thu được là 67,62 g/kg và tỷ lệ kháng khuẩn là 99,99% và chọn mẫu này làm mẫu đại diện cho các đặc tính cấu trúc tiếp theo.
(a) Mối quan hệ giữa mức độ hoạt tính kháng khuẩn và lượng lớp Ag được phủ và nồng độ amoniac bạc; (b) Ảnh chụp các đĩa nuôi cấy vi khuẩn được chụp bằng máy ảnh kỹ thuật số cho thấy các mẫu trắng và các mẫu được chuẩn bị bằng amoniac bạc 5 mM, 10 mM, 30 mM, 50 mM và 90 mM. Hoạt tính kháng khuẩn của vải Ag/PVA/PP đối với vi khuẩn Escherichia coli
Hình 4a cho thấy phổ FTIR/ATR của PP, PVA/PP, Ag/PP và Ag/PVA/PP. Các dải hấp thụ của sợi PP nguyên chất tại 2950 cm-1 và 2916 cm-1 là do dao động kéo giãn không đối xứng của nhóm –CH3 và –CH2-, và tại 2867 cm-1 và 2837 cm-1 là do dao động kéo giãn đối xứng của nhóm –CH3 và –CH2 –. –CH3 và –CH2–. Các dải hấp thụ tại 1375 cm–1 và 1456 cm–1 được quy cho dao động dịch chuyển không đối xứng và đối xứng của –CH338.39. Phổ FTIR của sợi Ag/PP tương tự như của sợi PP. Ngoài dải hấp thụ của PP, đỉnh hấp thụ mới tại 3360 cm-1 của vải PVA/PP và Ag/PVA/PP được quy cho sự kéo giãn liên kết hydro của nhóm –OH. Điều này cho thấy PVA đã được ứng dụng thành công trên bề mặt sợi polypropylene. Ngoài ra, đỉnh hấp thụ hydroxyl của vải Ag/PVA/PP yếu hơn một chút so với vải PVA/PP, điều này có thể là do sự phối hợp của một số nhóm hydroxyl với bạc.
Phổ FT-IR (a), đường cong TGA (b) và phổ đo XPS (c) của vải PP, PVA/PP nguyên chất và vải Ag/PVA/PP, và phổ C 1s của vải PP nguyên chất (d), PVA/PP PP (e) và đỉnh Ag 3d (f) của vải Ag/PVA/PP.
Hình 4c cho thấy phổ XPS của vải PP, PVA/PP và Ag/PVA/PP. Tín hiệu O1s yếu của sợi polypropylene nguyên chất có thể được quy cho nguyên tố oxy hấp phụ trên bề mặt; đỉnh C1s ở 284,6 eV được quy cho CH và CC (xem Hình 4d). So với sợi PP nguyên chất, vải PVA/PP (Hình 4e) cho thấy hiệu suất cao ở 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) và 288,5 eV (H–C=O)38. Ngoài ra, phổ O1s của vải PVA/PP có thể được xấp xỉ bằng hai đỉnh ở 532,3 eV và 533,2 eV41 (Hình S4), các đỉnh C1s này tương ứng với C–OH và H–C=O (nhóm hydroxyl của PVA và nhóm glucose aldehyde), phù hợp với dữ liệu FTIR. Vải không dệt Ag/PVA/PP vẫn giữ nguyên phổ O1s của C-OH (532,3 eV) và HC=O (533,2 eV) (Hình S5), bao gồm 65,81% (phần trăm nguyên tử) C, 22,89% O và 11,31% Ag (Hình S4). Đặc biệt, các đỉnh của Ag 3d5/2 và Ag 3d3/2 ở 368,2 eV và 374,2 eV (Hình 4f) chứng minh thêm rằng Ag NP được pha tạp trên bề mặt vải không dệt PVA/PP42.
Đường cong TGA (Hình 4b) của vải PP, Ag/PP nguyên chất và vải Ag/PVA/PP cho thấy chúng trải qua các quá trình phân hủy nhiệt tương tự nhau và sự lắng đọng của Ag NP dẫn đến sự gia tăng nhẹ nhiệt độ phân hủy nhiệt của sợi PP, sợi PVA/PP (từ 480 °C (sợi PP) đến 495 °C), có thể là do sự hình thành của rào cản Ag43. Đồng thời, lượng còn lại của các mẫu PP, Ag/PP, Ag/PVA/PP, Ag/PVA/PP-W50 và Ag/PP-W50 nguyên chất sau khi nung ở 800 °C lần lượt là 1,32%, 16,26% và 13,86%. % tương ứng là 9,88% và 2,12% (hậu tố W50 ở đây đề cập đến 50 chu kỳ giặt). Phần còn lại của PP tinh khiết là do tạp chất, phần còn lại của các mẫu còn lại là do Ag NP, và sự khác biệt về lượng bạc còn lại của các mẫu được bổ sung có thể là do lượng hạt nano bạc được bổ sung khác nhau. Ngoài ra, sau khi giặt vải Ag/PP 50 lần, hàm lượng bạc còn lại giảm 94,65%, và hàm lượng bạc còn lại của vải Ag/PVA/PP giảm khoảng 31,74%. Điều này cho thấy lớp phủ bao bọc PVA có thể cải thiện hiệu quả độ bám dính của AgNP vào nền PP.
Để đánh giá sự thoải mái khi mặc, độ thấm khí và tốc độ truyền hơi nước của vải polypropylene đã chế tạo đã được đo. Nhìn chung, khả năng thoáng khí liên quan đến sự thoải mái về nhiệt của người dùng, đặc biệt là trong môi trường nóng ẩm44. Như thể hiện trong Hình 5a, độ thấm khí của PP nguyên chất là 2050 mm/giây và sau khi biến tính PVA, nó giảm xuống còn 856 mm/giây. Điều này là do màng PVA hình thành trên bề mặt sợi PP và phần dệt giúp thu hẹp khoảng cách giữa các sợi. Sau khi phủ Ag NP, độ thấm khí của vải PP tăng lên do tiêu thụ lớp phủ PVA khi phủ Ag NP. Ngoài ra, khả năng thoáng khí của vải Ag/PVA/PP có xu hướng giảm khi nồng độ amoniac bạc tăng từ 10 đến 50 mmol. Điều này có thể là do độ dày của lớp lắng đọng bạc tăng khi nồng độ amoniac bạc tăng, giúp giảm số lượng lỗ rỗng và khả năng hơi nước đi qua chúng.
(a) Độ thấm khí của vải Ag/PVA/PP được chế tạo với nồng độ amoniac bạc khác nhau; (b) Độ truyền hơi nước của vải Ag/PVA/PP được chế tạo với nồng độ amoniac bạc khác nhau; (c) Các chất điều chỉnh khác nhau Đường cong kéo của vải Ag/PVA/PP thu được ở các nồng độ khác nhau; (d) Đường cong kéo của vải Ag/PVA/PP thu được ở các nồng độ amoniac bạc khác nhau (Vải Ag/PVA/PP thu được ở nồng độ amoniac bạc 30 mM cũng được thể hiện) (So sánh các đường cong kéo của vải PP sau 40 chu kỳ giặt).
Tốc độ truyền hơi nước là một chỉ số quan trọng khác về sự thoải mái về nhiệt của vải45. Hóa ra, khả năng thấm ẩm của vải chủ yếu bị ảnh hưởng bởi khả năng thoáng khí và các đặc tính bề mặt. Nghĩa là, khả năng thấm khí chủ yếu phụ thuộc vào số lượng lỗ rỗng; các đặc tính bề mặt ảnh hưởng đến khả năng thấm ẩm của các nhóm ưa nước thông qua sự hấp phụ-khuếch tán-tách hấp phụ các phân tử nước. Như thể hiện trong Hình 5b, khả năng thấm ẩm của sợi PP nguyên chất là 4810 g/(m2·24h). Sau khi bịt kín bằng lớp phủ PVA, số lượng lỗ rỗng trên sợi PP giảm, nhưng khả năng thấm ẩm của vải PVA/PP tăng lên 5070 g/(m2·24h), vì khả năng thấm ẩm của nó chủ yếu được xác định bởi các đặc tính bề mặt, chứ không phải lỗ rỗng. Sau khi lắng đọng AgNP, khả năng thấm ẩm của vải Ag/PVA/PP tiếp tục tăng lên. Đặc biệt, khả năng thấm ẩm tối đa của vải Ag/PVA/PP thu được ở nồng độ amoniac bạc 30 mM là 10300 g/(m2·24h). Đồng thời, khả năng thấm ẩm khác nhau của vải Ag/PVA/PP thu được ở nồng độ amoniac bạc khác nhau có thể liên quan đến sự khác biệt về độ dày của lớp lắng đọng bạc và số lượng lỗ rỗng của nó.
Tính chất cơ học của vải ảnh hưởng mạnh đến tuổi thọ sử dụng của chúng, đặc biệt là khi chúng là vật liệu có thể tái chế46. Hình 5c cho thấy đường cong ứng suất kéo của vải Ag/PVA/PP. Độ bền kéo của PP nguyên chất chỉ là 2,23 MPa, trong khi độ bền kéo của vải PVA/PP 1 wt% tăng đáng kể lên 4,56 MPa, cho thấy việc bao bọc vải PVA/PP giúp cải thiện đáng kể các tính chất cơ học của nó. tính chất. Độ bền kéo và độ giãn dài khi đứt của vải PVA/PP tăng khi nồng độ chất biến tính PVA tăng vì màng PVA có thể phá vỡ ứng suất và tăng cường sợi PP. Tuy nhiên, khi nồng độ chất biến tính tăng lên 1,5 wt.%, PVA dính làm cho vải polypropylene cứng lại, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự thoải mái khi mặc.
So với vải PP nguyên chất và PVA/PP, độ bền kéo và độ giãn dài khi đứt của vải Ag/PVA/PP được cải thiện hơn nữa vì các hạt nano Ag phân bố đều trên bề mặt sợi PP có thể phân tán tải trọng47,48. Có thể thấy rằng độ bền kéo của sợi Ag/PP cao hơn sợi PP nguyên chất, đạt 3,36 MPa (Hình 5d), điều này khẳng định tác dụng bền và tăng cường của hạt nano bạc. Đặc biệt, vải Ag/PVA/PP được sản xuất ở nồng độ amoniac bạc là 30 mM (thay vì 50 mM) thể hiện độ bền kéo và độ giãn dài khi đứt tối đa, điều này vẫn là do sự lắng đọng đồng đều của hạt nano bạc cũng như sự lắng đọng đồng đều. Kết tụ các hạt nano bạc trong điều kiện nồng độ amoniac bạc cao. Ngoài ra, sau 40 chu kỳ giặt, độ bền kéo và độ giãn dài khi đứt của vải Ag/PVA/PP được chuẩn bị ở nồng độ amoniac bạc 30 mM giảm lần lượt 32,7% và 26,8% (Hình 5d), điều này có thể liên quan đến một lượng nhỏ các hạt nano bạc lắng đọng sau đó.
Hình 6a và b cho thấy ảnh chụp bằng máy ảnh kỹ thuật số của vải Ag/PVA/PP và vải Ag/PP sau khi giặt trong 0, 10, 20, 30, 40 và 50 chu kỳ ở nồng độ amoniac bạc 30 mM. Vải Ag/PVA/PP màu xám đậm và vải Ag/PP dần chuyển sang màu xám nhạt sau khi giặt; và sự thay đổi màu của vải đầu tiên trong quá trình giặt dường như không nghiêm trọng bằng vải thứ hai. Ngoài ra, so với vải Ag/PP, hàm lượng bạc của vải Ag/PVA/PP giảm tương đối chậm sau khi giặt; sau khi giặt 20 lần hoặc nhiều hơn, vải trước vẫn giữ được hàm lượng bạc cao hơn vải sau (Hình 6c). Điều này chỉ ra rằng việc bao bọc sợi PP bằng lớp phủ PVA có thể cải thiện đáng kể độ bám dính của hạt nano Ag vào sợi PP. Hình 6d cho thấy ảnh SEM của vải Ag/PVA/PP và vải Ag/PP sau khi giặt trong 10, 40 và 50 chu kỳ. Vải Ag/PVA/PP ít bị mất hạt nano Ag trong quá trình giặt hơn vải Ag/PP, một lần nữa là do lớp phủ bao bọc PVA giúp cải thiện độ bám dính của hạt nano Ag vào sợi PP.
(a) Ảnh chụp vải Ag/PP bằng máy ảnh kỹ thuật số (chụp ở nồng độ amoniac bạc 30 mM) sau khi giặt trong 0, 10, 20, 30, 40 và 50 chu kỳ (1-6); (b) Ảnh chụp vải Ag/PVA/PP bằng máy ảnh kỹ thuật số (chụp ở nồng độ amoniac bạc 30 mM) sau khi giặt trong 0, 10, 20, 30, 40 và 50 chu kỳ (1-6); (c) Thay đổi hàm lượng bạc của hai loại vải trong các chu kỳ giặt; (d) Ảnh SEM của vải Ag/PVA/PP (1-3) và vải Ag/PP (4-6) sau 10, 40 và 50 chu kỳ giặt.
Hình 7 cho thấy hoạt tính kháng khuẩn và ảnh chụp bằng máy ảnh kỹ thuật số của vải Ag/PVA/PP đối với vi khuẩn E. coli sau 10, 20, 30 và 40 chu kỳ giặt. Sau 10 và 20 lần giặt, hiệu suất kháng khuẩn của vải Ag/PVA/PP vẫn ở mức 99,99% và 99,93%, thể hiện hoạt tính kháng khuẩn tuyệt vời. Mức độ kháng khuẩn của vải Ag/PVA/PP giảm nhẹ sau 30 và 40 lần giặt, nguyên nhân là do mất AgNP sau thời gian giặt dài. Tuy nhiên, tỷ lệ kháng khuẩn của vải Ag/PP sau 40 lần giặt chỉ đạt 80,16%. Rõ ràng là hiệu quả kháng khuẩn của vải Ag/PP sau 40 chu kỳ giặt thấp hơn nhiều so với vải Ag/PVA/PP.
(a) Mức độ hoạt động kháng khuẩn đối với E. coli. (b) Để so sánh, ảnh chụp vải Ag/PVA/PP bằng máy ảnh kỹ thuật số sau khi giặt vải Ag/PP ở nồng độ amoniac bạc 30 mM trong 10, 20, 30, 40 và 40 chu kỳ cũng được hiển thị.
Trong Hình 8, sơ đồ minh họa quá trình chế tạo vải Ag/PVA/PP quy mô lớn bằng phương pháp cuộn hai giai đoạn. Nghĩa là, dung dịch PVA/glucose được ngâm trong khung cuộn trong một khoảng thời gian nhất định, sau đó lấy ra và tẩm dung dịch amoniac bạc theo cách tương tự để thu được vải Ag/PVA/PP. (Hình 8a). Vải Ag/PVA/PP thu được vẫn giữ được hoạt tính kháng khuẩn tuyệt vời ngay cả khi để trong 1 năm. Để chế tạo vải Ag/PVA/PP quy mô lớn, vải không dệt PP thu được được tẩm trong quy trình cuộn liên tục, sau đó được đưa qua dung dịch PVA/glucose và dung dịch amoniac bạc theo trình tự và được xử lý. hai phương pháp. Video đính kèm. Thời gian tẩm được kiểm soát bằng cách điều chỉnh tốc độ của con lăn và lượng dung dịch hấp phụ được kiểm soát bằng cách điều chỉnh khoảng cách giữa các con lăn (Hình 8b), do đó thu được vải không dệt Ag/PVA/PP mục tiêu có kích thước lớn (50 cm × 80 cm). ) và con lăn thu gom. Toàn bộ quy trình đơn giản và hiệu quả, thuận lợi cho sản xuất quy mô lớn.
Sơ đồ quy trình sản xuất sản phẩm mục tiêu cỡ lớn (a) và sơ đồ quy trình cán để sản xuất vật liệu không dệt Ag/PVA/PP (b).
Vải không dệt PVA/PP chứa bạc được sản xuất bằng công nghệ lắng đọng pha lỏng tại chỗ đơn giản kết hợp với quy trình cuộn-cuộn. So với vải PP và vải PVA/PP, các tính chất cơ học của vải không dệt Ag/PVA/PP được chế tạo được cải thiện đáng kể vì lớp niêm phong PVA có thể cải thiện đáng kể độ bám dính của hạt nano bạc vào sợi PP. Ngoài ra, lượng PVA và hàm lượng hạt nano bạc trong vải không dệt Ag/PVA/PP có thể được kiểm soát tốt bằng cách điều chỉnh nồng độ dung dịch PVA/glucose và dung dịch bạc amoniac. Đặc biệt, vải không dệt Ag/PVA/PP được chế tạo bằng dung dịch bạc amoniac 30 mM cho thấy các tính chất cơ học tốt nhất và vẫn duy trì hoạt tính kháng khuẩn tuyệt vời đối với vi khuẩn E. coli ngay cả sau 40 chu kỳ giặt, cho thấy khả năng chống bám bẩn tốt. Vật liệu không dệt PP. So với dữ liệu tài liệu khác, các loại vải mà chúng tôi thu được bằng các phương pháp đơn giản hơn cho thấy khả năng chống giặt tốt hơn. Ngoài ra, vải không dệt Ag/PVA/PP thu được có khả năng thấm ẩm lý tưởng và tạo cảm giác thoải mái khi mặc, có thể dễ dàng ứng dụng trong các ứng dụng công nghiệp.
Bao gồm tất cả dữ liệu thu thập hoặc phân tích trong nghiên cứu này (và các tệp thông tin hỗ trợ).
Russell, SM và cộng sự. Cảm biến sinh học để chống lại cơn bão cytokine COVID-19: những thách thức phía trước. ACS Sens. 5, 1506–1513 (2020).
Zaeem S, Chong JH, Shankaranarayanan V và Harkey A. COVID-19 và phản ứng của nhiều cơ quan. hiện tại. câu hỏi. tim. 45, 100618 (2020).
Zhang R, et al. Ước tính số ca nhiễm vi-rút corona năm 2019 tại Trung Quốc được điều chỉnh theo giai đoạn và khu vực lưu hành. mặt trận. y học. 14, 199–209 (2020).
Gao J. và cộng sự. Vật liệu composite vải polypropylene không dệt mềm dẻo, siêu kỵ nước và dẫn điện cao dùng để chống nhiễu điện từ. Kỹ sư hóa học. J. 364, 493–502 (2019).
Raihan M. và cộng sự. Phát triển màng nanocomposite polyacrylonitrile/bạc đa chức năng: hoạt tính kháng khuẩn, hoạt tính xúc tác, độ dẫn điện, khả năng chống tia UV và cảm biến SERS hoạt động. J. Matt. công nghệ tài nguyên. 9, 9380–9394 (2020).
Dawadi S, Katuwal S, Gupta A, Lamichane U và Parajuli N. Nghiên cứu hiện tại về hạt nano bạc: tổng hợp, đặc tính và ứng dụng. J. Vật liệu nano. 2021, 6687290 (2021).
Deng Da, Chen Zhi, Hu Yong, Ma Jian, Tong YDN Một quy trình đơn giản để chuẩn bị mực dẫn điện gốc bạc và áp dụng nó lên các bề mặt chọn lọc tần số. Công nghệ nano 31, 105705–105705 (2019).
Hao, Y. et al. Polyme siêu phân nhánh cho phép sử dụng các hạt nano bạc làm chất ổn định để in phun các mạch linh hoạt. R. Shuker. Hóa học. 43, 2797–2803 (2019).
Keller P và Kawasaki HJML Mạng lưới gân lá dẫn điện được tạo ra bằng cách tự lắp ráp các hạt nano bạc để ứng dụng tiềm năng trong các cảm biến linh hoạt. Matt. Wright. 284, 128937.1-128937.4 (2020).
Li, J. et al. Các nanoosphere và mảng silica được trang trí bằng hạt nano bạc là chất nền tiềm năng cho quá trình tán xạ Raman tăng cường bề mặt. ASU Omega 6, 32879–32887 (2021).
Liu, X. et al. Cảm biến tán xạ Raman tăng cường bề mặt linh hoạt quy mô lớn (SERS) có độ ổn định và tính đồng nhất tín hiệu cao. ACS Application Matt. Giao diện 12, 45332–45341 (2020).
Sandeep, KG và cộng sự. Một cấu trúc dị thể phân cấp của các nanorod fullerene được trang trí bằng các hạt nano bạc (Ag-FNR) đóng vai trò là chất nền SERS độc lập với từng hạt hiệu quả. vật lý. Hóa học. Hóa học. vật lý. 27, 18873–18878 (2018).
Emam, HE và Ahmed, HB Nghiên cứu so sánh các cấu trúc nano dựa trên thạch đồng kim loại và dị kim loại trong quá trình phân hủy xúc tác bằng thuốc nhuộm. quốc tế. J. Biol. Phân tử lớn. 138, 450–461 (2019).
Emam, HE, Mikhail, MM, El-Sherbiny, S., Nagy, KS và Ahmed, HB Nanoxúc tác phụ thuộc kim loại để khử chất ô nhiễm thơm. Thứ tư. khoa học. ô nhiễm. tài nguyên. quốc tế. 27, 6459–6475 (2020).
Ahmed HB và Emam HE Cấu trúc nano lõi-vỏ ba (Ag-Au-Pd) được nuôi cấy từ hạt giống ở nhiệt độ phòng để có khả năng lọc nước. polyme. thử nghiệm. 89, 106720 (2020).
Thời gian đăng: 26-11-2023