In-situ-Synthese von Silbernanopartikeln auf aminografteten Polyacrylnitrilfasern für verbesserte antibakterielle Leistung

Zusammenfassung

In dieser Studie wurde amin-hyperverzweigtes Polymer (HBP)-graftetes Polyacrylnitril (PAN)-Faser durch eine Amidierungsreaktion in einem Autoklaven hergestellt. Das hergestellte PAN-G-HBP-Faser kann Ag⁺ durch Aminogruppen des aminischen HBP komplexieren, und unter Heißdampfbedingungen kann Ag⁺ durch die Reduzierbarkeit von HBP in Ag⁰ umgewandelt werden. PAN-G-HBP und Ag-Nanopartikel (NPs)-beschichtete Fasern wurden dann durch FTIR, UV-VIS DRS, FE-SEM, EDS, XPS und antibakterielle Messung charakterisiert. FTIR-Ergebnisse bestätigten, dass HBP auf der Oberfläche der PAN-Faser graftet wurde. FE-SEM zeigte, dass nach dem Graften mit HBP der durchschnittliche Durchmesser der PAN-Fasern vergrößert wurde. EDS, XPS und UV-VIS DRS Methode zeigten an, dass unter Heißdampfbedingungen und mit der Reduzierbarkeit von HBP Ag NPs gleichmäßig auf PAN-G-HBP beschichtet waren. Ag NPs-beschichtete Fasern zeigten hervorragende antibakterielle Eigenschaft gegen Escherichia coli und Staphylococcus aureus. Selbst unter 20-fachen Haushaltswaschbedingungen kann die antibakterielle Reduktion von Ag NPs-beschichteter PAN-Faser mehr als 98,94% erreichen.

Einleitung

Polyacrylnitril (PAN)-Faser, gewonnen durch freiradikale Polymerisation von Monomer Acrylnitril, hat ausgezeichnete Beständigkeit gegen Witterung, Sonne, Säure und Oxidationsmittel [1,2,3]. Allgemein wird PAN-Faser verwendet, um Wollstoff zu ersetzen oder zu mischen und ist für Innendekorationsstoffe wie Vorhänge geeignet. PAN-Faserprodukte sind flauschig, weich, mit ultrafeinem Durchmesser und großer spezifischer Oberfläche [4,5,6]. Dieses Produkt ist in der industriellen Verwendung begrenzt aufgrund des Mangels an funktionellen Gruppen in der molekularen Struktur von PAN [7]. Die Cyano-Gruppen der PAN-Faser können leicht in verschiedene aktive Gruppen umgewandelt werden, wie Aminierung, Amidoximierung und Sulfonierung, dann können die Gruppen weiter graftet werden, um funktionale PAN-Fasern zu erhalten und ihre Anwendung in verschiedenen Bereichen zu erweitern [8,9,10,11]. Wang et al. [12] untersuchten die Modifikation von PAN-Faser durch hyperverzweigtes Polyethylenimin (HPEI) durch wasservermittelte Hydrolyse und Amidierungsreaktion in einem Autoklaven. Die erhaltenen Fasern konnten erfolgreich als Träger und Stabilisatoren in der Herstellung von klein dimensionierten Gold-Nanopartikeln (NPs) verwendet werden. Ju et al. [13] untersuchten das auf der Oberfläche der PAN-Faser gewachsene Polyamidoamin und fanden, dass die behandelte Faser Uran durch Adsorption aus Meerwasser extrahieren kann. In diesen Berichten sind HPEI sehr teure Polymere, die Kontrolle des Graftens der PAN-Fasern ist immer schwierig und erfordert viele Schritte.

Silber ist ein weit verbreitetes Material und hat sich als wirksam gegen Bakterien, Pilze und Viren erwiesen. Die Faser, die Ag NPs enthält, wurde für eine Vielzahl von Anwendungen hergestellt, einschließlich Biotextilien, Wundauflagen, biologische Schutzmaterialien, Sportbekleidung usw. Studien versuchten, die Kombination von Ag NPs und Faser zu verbessern [14]. Viele Reduktionsmittel wie Glucose, Natriumborhydrid (NaBH₄) und Polyphenol wurden für die Reduktion von Ag⁺ zur Erhaltung von Ag NPs verwendet. Die Beschichtungsstrategie auf Fasern basiert hauptsächlich auf lösungsmittelbasierter Assembly-Technologie, die hauptsächlich Pad-Dry-Curing, Sprühen, In-situ-Deposition und Sol-Gel-Beschichtung umfasst. Zudem waren Polyvinylacetat, Polyurethanharz und Polyacrylester essenziell, um die Silber-NPs auf den Fasern zu fixieren [15]. Daher ist die Anwendung der Ag NPs auf der Oberfläche von Fasern oft schwierig und erfordert viele Schritte [16].

In unseren vorherigen Studien wurde ein amin-hyperverzweigtes Polymer (HBP) synthetisiert, das mehrere Aminogruppen und eine kugelförmige dreidimensionale Struktur mit inneren Nanohöhlen enthält [17]; die terminierte Aminogruppe kann leicht chemische Adsorption mit Schwermetallpartikeln erzeugen und seine Nanohöhlen wurden zur kontrollierten Synthese von Silber-NPs und ZnO-NPs angewendet [18,19,20,21,22].

In dieser Arbeit wurden Ag NPs-beschichtete PAN-Fasern hergestellt, um die antibakteriellen Eigenschaften von PAN-Faser zu verbessern. Zuerst wurden PAN-Fasern als Matrix verwendet, und aminisches HBP wurde auf PAN-Fasern graftet, um polyamin-modifizierte PAN-Fasern herzustellen. Dann wurden im Beschichtungsprozess HBPs als Komplexbildner verwendet, um Ag⁺ in wässriger Lösung zu erfassen, und unter Heißdampfbedingungen wurde Ag⁺ durch eine Aminogruppe zu Ag⁰ reduziert. Aminisches HBP kann Ag NPs in der begrenzten inneren Höhle einschließen und verhindern, dass sie durch die dreidimensionale kugelförmige Struktur und interne Nanohöhle weiter agglomerieren. Im Vergleich zu den berichteten Methoden ist der synthetische Prozess von HBP einfach und kostengünstig. Im Beschichtungsprozess fungiert HBP als Reduktionsmittel und Bindemittel, um die Ag NPs auf der Oberfläche der PAN-Fasern zu fixieren und antimikrobielle Eigenschaften zu verleihen, ohne dass andere Hilfsstoffe verwendet wurden.

Methoden

Materialien

PAN-Fasern mit einer Länge von 2–3 cm wurden von Suzhou Weiyuan in China erhalten. Die Copolymerisation von Acrylnitril (95 Gew.-%), Methylacrylat, Spuren Natriumstyrolsulfonat (5 Gew.-%) und aminisches HBP wurden wie in unserem Paper [17] beschrieben hergestellt. AgNO₃ (analytisch rein) und BaSO₄ (spektral rein) wurden von Guoyao Chemical Reagent, China gekauft. Staphylococcus aureus (S. aureus) (ATCC 6538) und Escherichia coli (E. coli) (ATCC 8099) wurden von der Shanghai Luwei Technology Co., Ltd. (China) erhalten.

Synthese von PAN-G-HBP Faser

HBP-Lösungen von 20 ml mit 4, 8, 16 und 24 g/l wurden im Autoklaven hergestellt, und 1 g PAN-Fasern wurden zur aminischen HBP-Lösung hinzugefügt. Die Gemische wurden im Autoklaven bei 120 °C für 2 h versiegelt. Nach Abkühlung wurde die PAN-Faser mit Wasser und Ethylalkohol getrennt gewaschen. Die Faser wurde dann bei 80 °C für 60 min getrocknet, um die PAN-G-HBP-Faser zu erhalten.

Herstellung von Ag NPs-beschichteter PAN-G-HBP Faser

Eine bestimmte Menge PAN-G-HBP-Fasern wurde in eine 0,1–0,5 mM AgNO₃ wässrige Lösung für 60 min mit einem Badeverhältnis von 1:30 gelegt. Anschließend wurden die PAN-G-HBP-Fasern gedämpft (100 °C) für 30 min mit einem Dampfmotor (BTZS10A, China). Dann wurden die Fasern mit deionisiertem Wasser gewaschen und bei 60 °C getrocknet, um die Ag NPs-beschichteten PAN-Fasern herzustellen.

Messungen

Fourier-Transform-Infrarot (FTIR) Analysenspektren wurden mit einem Nicolet 5700 FTIR-Spektrophotometer (Thermo Electron Corporation, USA) durchgeführt. Die Oberflächenmorphologie der Fasern wurde mit einem Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FE-SEM) (Scios DualBeam, Tschechien) und energiedispersiver Spektroskopie (EDS) (Carl Zeiss, EVO 15, Oberkochen, Deutschland) charakterisiert. Die Zugfestigkeit der Fasern wurde mit einer Faserprüfmaschine (ZEL-A-2, Shanghai, China) untersucht. Ultraviolett-sichtbare diffuse Reflexionsspektroskopie (UV-vis DRS) von Ag NPs-beschichteter PAN-Faser wurde mit UV-2550 (Shimadzu, Japan) durchgeführt, mit BaSO₄ Pulver als Referenz. Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) Analysen wurden mit einem XSAM 800 Elektronenspektrometer (Kratos, UK) durchgeführt. Der Ag-Gehalt in den PAN-Fasern wurde mit einem Vista MPX Induktiv gekoppelten Plasma Atomemissionsspektrometer (ICP-AES) (Varian, USA) gemessen. Der Ag-Gehalt wurde mit Gleichung (1) berechnet.

Ag-Gehalt (mg/g) = C × V / M (1)

wobei C (mg/l) die Konzentration von Ag in der Lösung ist, und V (l) und M (mg) das Volumen der Lösung und das Gewicht der Faser darstellen.

Die antimikrobielle Aktivität von PAN, PAN-G-HBP und Ag NPs-beschichteten PAN-Fasern wurde durch Untersuchung der Wachstumskinetik von S. aureus und E. coli [23] getestet. Fasern à 0,8 g wurden getrennt in die bakterielle Suspension von S. aureus und E. coli gelegt. Sie wurden versiegelt im Oszillator bei 37 °C für 6 h kultiviert und alle 30 min einmal probengenommen. Die optische Dichte der bakteriellen Suspension bei 546 nm wurde mit einem Ultraviolett-sichtbaren (UV-vis) Spektrophotometer (UV-3010, Hitachi, Japan) gemessen. Die antimikrobielle Rate der oben genannten Fasern wurde gegen E. coli and S. aureus durch die Schüttelkolbenmethode gemäß GB/T20944.3-2008 (China) [24] getestet. Die Waschbeständigkeit der Ag NPs-beschichteten PAN-Faser wurde gemäß GB/T 20944.3-2008 (China) bewertet. Die Faser wurde in einen Edelstahlbehälter mit 150 ml 0,2% (Gew./Vol.) AATCC WOB Standardwaschmittellösung und 10 Stahlkugeln für 45 min gelegt, die Temperatur betrug 40 °C. Dieser Prozess entsprach fünf Waschzyklen für Haushaltswäsche. Der Ag-Gehalt und die antibakterielle Aktivität nach 5 und 20 Waschzyklen wurden bestimmt.

Ergebnisse und Diskussion

Herstellung und Charakterisierung von amin-grafteter PAN-Faser

Die PAN-Faser ist korrosionsbeständig und widerstandsfähig, mit hervorragender mechanischer Festigkeit und Stabilität. Zusätzlich ist die Faser reich an Cyano-Gruppen, die leicht in verschiedene funktionelle Teile (Carboxyl-, Amid- oder Amidoxim-Gruppen) umgewandelt werden können [25]. Die Nitrilgruppen auf der Oberfläche der PAN-Fasern wurden hydrolysiert und dann mit aminischem HBP amidiert (Schema 1), um PAN-G-HBP-Fasern zu erhalten. Die PAN-Faser wurde mit aminischem HBP bei einer Konzentration von 0, 8, 16 und 24 g/l graft-modifiziert. Die aminische HBP-wässrige Lösung ist alkalisch aufgrund der kationischen Eigenschaften der Aminogruppe. Wenn die Konzentration hoch ist, dann ist die Alkalität stark. In der alkalischen Lösung bei hoher Temperatur und Druck wird der PAN-Faser-Anteil -CN hydrolysiert, um eine COO^--Gruppe zu bilden. Dann reagiert COO^- mit der terminalen Aminogruppe des aminischen HBP, um eine -CO-NH- Gruppe zu bilden, und in dieser Reaktion ändert sich die weiße PAN-Faser allmählich in hellgelb. Damit wurde das aminische HBP erfolgreich auf der Oberfläche der PAN-Fasern graftet [26, 27].

Die graftete PAN-Faser wurde mit der FTIR-Methode charakterisiert, um die Gruppenänderungen in der Reaktion weiter zu verifizieren. Im Vergleich zum FTIR-Spektrum der reinen PAN-Faser (Abb. 1a) erschienen viele neue charakteristische Absorptionspeaks im FTIR-Spektrum von PAN-G-HBP (Abb. 1b–d). Zum Beispiel liegt der Absorptionspeak bei etwa 3400 cm⁻¹, was charakteristisch für die N-H-Streckschwingung der primären, sekundären Amine und Amidgruppen des HBP ist. Zudem wurde die C=O-Streckschwingung der Amidgruppe bei 1651 cm⁻¹ absorbiert [22, 28, 29]. Die starke C=O-asymmetrische Zugschwingung von COO^- kann bei 1563 cm⁻¹ beobachtet werden, was mit N-H-Deformation und C-N-Zugschwingung überlappt. Gemäß dem Spektrum von HBP (Abb. 1e) können die neu aufgetretenen Absorptionspeaks der PAN-Faser bei 3436, 1651 und 1563 cm⁻¹ der charakteristischen Absorption von HBP zugeschrieben werden [30]. Alle diese Ergebnisse bestätigten, dass aminisches HBP erfolgreich auf PANF graftet wurde. Die starke Absorption bei 2242 cm⁻¹, die charakteristisch für die C≡N-Streckschwingung ist, existiert auch im Spektrum von PAN-G-HBP. Dieser Befund zeigt an, dass nur bestimmte Nitrilgruppen von PAN an der Reaktion teilnehmen. Der Grund dafür kann auf die hohe molekulare Kettenregelmäßigkeit von Polyacrylnitril zurückgeführt werden; die Grafting-Reaktion findet hauptsächlich in der amorphen Region statt. Nach dem Graften mit HBP wird größeres Volumensterisches Hindernis erzeugt, was es HBP erschwert, in den inneren Teil der Faser einzudringen [12, 29].

Die PAN- und PAN-G-HBP-Fasern wurden auch durch FE-SEM charakterisiert. Abbildung 2a zeigt, dass die Oberfläche der ursprünglichen Faser glatt ist, die Struktur dicht und gleichmäßig, und die Längsrillen sehr flach sind [31, 32]. Nach dem Graften mit aminischem HBP wird die Faser-Oberflächenmorphologie (Abb. 2b–d) rauh und uneben und hat eine Hohlkernstruktur. Wenn das aminische HBP hoch ist, dann ist der Durchmesser der PAN-Fasern groß. Mit zunehmendem Grad der Aminierung wird die Oberflächenmorphologie zunehmend rauh, die Dellen vertiefen und verbreitern sich weiter, die Falten sind evident, und der Schädigungsgrad nimmt weiter zu. Der Grund dafür ist, dass die Aminierungsmodifikation hauptsächlich an der Oberfläche der Faser stattfindet; nach der Aminierungsmodifikation nimmt das Volumen des HBP zusätzlichen Raum der modifizierten Faser ein, und ein Teil des kristallisierten Bereichs wurde zerstört, was zu einer Reduktion der Festigkeit der Faser führt [10, 12]. Daher wählen wir 16 g/l aminisches HBP für die Behandlung der PAN-Faser, um das Gleichgewicht zwischen Bruchfestigkeit und Grafting-Ratio zu erreichen.

Herstellung von Ag NPs-beschichteter PAN-Faser

Schema 2 stellt das Prinzip der dispergierten Ag NPs auf PAN-Faser dar. Aminisches HBP wurde durch eine dreidimensionale Struktur charakterisiert und enthielt eine große Anzahl von Aminogruppen und terminalen primären Aminogruppen, die geeignet sind, Metallionen in Wasser zu komplexieren [13, 34]. Unter Hochtemperaturbedingungen können Aminogruppen Ag⁺ zu einem Silberkolloid reduzieren, ohne zusätzliche Reduktionsmittel. Diese Aminogruppen auf den PAN-Fasern können Silberionen anziehen und eine Elektronenquelle für den Reduktionsprozess bereitstellen. In dieser Reaktion spielt HBP eine wichtige Rolle bei der Reduktion von Silberionen (Ag⁺) zur Bildung von Silber-NPs (Ag⁰), als effizientes selbstreduzierendes Mittel und Verhinderung der Agglomeration von NPs als Stabilisator. Die Ag NPs sind im Inneren der Polymere eingeschlossen, und ihr Wachstum wird physikalisch durch die Maschen begrenzt [16]. Daher können Größe und Größenverteilung effektiv kontrolliert werden. Wenn die Reaktion abgeschlossen ist, ändern sich die gelben Fasern allmählich in braun.

Antibakterielle Eigenschaften von Ag NPs-beschichteter PAN-Faser

PAN-G-HBP-Proben wurden in 0,1, 0,2, 0,3, 0,4 und 0,5 mM AgNO₃ Lösung getaucht und mit a, b, c, d und e markiert, um PAN-Gewebe mit antibakteriellen Eigenschaften zu versehen. Nach Behandlung in Heißdampfbedingungen (100 °C) für 30 min wurden Ag NPs auf der Faser beschichtet. Zusatzdatei 1: Tabelle S1 zeigt den Silbergehalt und die antibakteriellen Eigenschaften gegen E. coli und S. aureus der Proben. Die PAN-Faser zeigte keine antibakterielle Aktivität gegen S. aureus oder E. coli, was anzeigt, dass die PAN-Faser allein nicht ausreicht, um das Bakterienwachstum zu hemmen. Aufgrund seiner kationischen Eigenschaften der Aminogruppe zeigen PAN-G-HBP-Fasern bestimmte antibakterielle Aktivität [35]. Dieser Befund zeigt an, dass aminisches HBP potenziell die antibakteriellen Eigenschaften der PAN-Faser verbessern kann. Im Gegensatz dazu zeigt die Ag NPs-beschichtete PAN-Faser hervorragende antibakterielle Aktivität sogar bei Ag-Gehalten von 110 mg/kg. Wenn die Konzentration des Silbers 270 mg/kg erreicht, überleben Zellen kaum auf der PAN-Faser. Die Waschbeständigkeit der Ag NPs-beschichteten PAN-Fasern sind sehr wichtige Faktoren. Nach 5- und 20-maligem Waschen wurden der Silbergehalt und die antibakterielle Aktivität der Ag-beschichteten PAN gemessen und die Ergebnisse sind in Zusatzdatei 1: Tabelle S2 gezeigt. Mit zunehmenden Waschzyklen nehmen der Silbergehalt und die antibakterielle Aktivität der Ag-beschichteten PAN ab. Nach 20 Waschzyklen zeigte die Faser immer noch eine bakterielle Reduktion von 99,11% und 98,94% für S. aureus und E. coli, jeweils. Die hervorragende Beständigkeit von Ag NPs auf PAN-Fasern wird den einzigartigen chemischen und physikalischen Eigenschaften von HBP zugeschrieben; es kann Silberionen in der engen inneren Höhle einschließen und verhindern, dass sie durch elektrostatische und sterische Hinderungseffekte weiter zusammenballen [24]. Wir wählen Probe c (behandelt mit 0,3 mM AgNO₃) für weitere Charakterisierung.

Wachstumskinetik von E. coli und S. aureus in Gegenwart von PAN, PAN-G-HBP und Ag NPs-beschichteten PAN-Fasern (Ag-Gehalt von etwa 270 mg/kg) wurden untersucht, um die antibakterielle Kinetik der Ag NPs-beschichteten PAN-Faser zu bewerten. Abbildung 6 zeigt die Ergebnisse. Die optische Dichte der E. coli und S. aureus bakteriellen Suspension bei 546 nm begann nach 0,5 h zu steigen. In Gegenwart von aminischem HBP begann die optische Dichte der bakteriellen Suspension von E. coli und S. aureus nach 1 h zu steigen. Nach etwa 6 h war die Absorption der bakteriellen Suspension dieselbe wie die der Blindprobe. Dieses Ergebnis ist darauf zurückzuführen, dass das positive Amin das Bakterienwachstum am Anfang der Kultur hemmt. Mit zunehmender Kulturzeit verschwindet sein hemmender Effekt allmählich [23]. Im Gegensatz dazu stieg die optische Dichte der bakteriellen Suspension von E. coli und S. aureus während des gesamten Experimentzeitraums in Gegenwart von Ag NPs-beschichteter PAN-Faser nie an. Daher inhibiert die Ag NPs-beschichtete PAN-Faser nicht nur das Wachstum und die Vermehrung von Bakterien, sondern übt auch in gewissem Maße eine bakterizide Wirkung aus.

Charakterisierung von Ag NPs-beschichteter PAN-Faser

Die Oberflächenmorphologie von PAN-G-HBP und Ag NPs-beschichteten PAN-Fasern wurde weiter durch FESEM untersucht. Abbildung 3 zeigt PAN-G-HBP und Ag NPs-beschichtete PAN-Fasern, wobei ein deutlicher Unterschied zwischen den beiden Fasern sichtbar ist. Die Oberfläche der PAN-G-HBP-Faser war flach und glatt (Abb. 4a), während viele weiße Punkte auf der PAN-Faser nach Behandlung mit Ag⁺ gefunden werden konnten, und die weißen Punkte waren gleichmäßig auf der PAN-Faseroberfläche dispergiert.

Die chemischen Eigenschaften der Ag NPs-behandelten PAN-G-HBP-Faser wurden weiter durch EDS-Analyse der Elemente C, O und Ag untersucht, um zu bestätigen, ob die weißen Punkte Silber waren. Abbildung 5a und Zusatzdatei 1: S3 zeigen, dass ein zusätzliches Ag-Element in den PAN-Fasern gefunden wurde, was auf die Anhaftung von Ag NPs an den PAN-G-HBP-Fasern zurückgeführt werden kann. Abbildung 5b–d zeigt C und N einschließlich der gleichmäßigen Verteilung des Ag-Elements auf der PAN-Faseroberfläche. Bemerkenswert ist, dass Ag gleichmäßig über die PAN-Faseroberflächen verteilt war, und das Ergebnis stimmte gut mit den FESEM-Messungen überein.

XPS und UV-vis DRS Analysen der Ag NPs-beschichteten PAN-Fasern wurden durchgeführt, um den Ag NPs-Beschichtungsprozess weiter zu untersuchen. Abbildung 6a zeigt, dass PAN-G-HBP-Fasern Peaks von O1s, N1s und C1s aufwiesen. Neue Ag3d-Peaks bei 373 eV wurden nach Behandlung mit Ag⁺ beobachtet, was die Beschichtung des Ag-Elements auf der PAN-Faser anzeigt. Ag NPs oxidieren leicht, wenn sie der Luft ohne guten Schutz ausgesetzt sind. In Abb. 6b können zwei Peaks bei 367,68 und 373,72 eV auf Ag3d_3/2 und Ag3d_5/2 von metallischen Ag NPs zurückgeführt werden, was einen guten Schutz der Ag NPs durch aminisches HBP anzeigt [36]. Die Kernenergieniveaus von N1s wurden auch weiter untersucht, um die Amidbindungsänderung im Beschichtungsprozess zu untersuchen, wie in Abb. 6c, d gezeigt. Das N1s-Spektrum des Materials bildet drei Peaks bei etwa 399 eV, die zu -NH₂/-NH-, -C-N- und C≡N gehören. Abbildung 6a, c, d zeigt, dass die Intensitäten von N1s abnahmen und die Peaks von N1s zu höheren Energieverschiebungen wanderten [13, 33]. Die Ergebnisse bestätigten die Beteiligung von N-haltigen Gruppen am Beschichtungsprozess. Das UV-vis DRS-Spektrum der PAN-Fasern hat einen breiten UV-Absorptionspeak bei 409 nm (Zusatzdatei 1: Abb. S4) aufgrund der Absorption von Ag NPs [24]. Dieser Befund zeigt die Existenz von Ag NPs auf der Oberfläche der PAN-Faser an.

Schlussfolgerung

Da Cyano-Gruppen der PAN-Faser in aktive Gruppen umgewandelt werden können, wurde in dieser Forschung die PAN-Faser durch eine Amidierungsreaktion in einem Autoklaven mit aminischem HBP graftet. Die erhaltene PAN-G-HBP hat einen großen Durchmesser und enthält mehrere Aminogruppen aufgrund der Reaktion zwischen PAN und aminischem HBP. Aminogruppen auf der PAN-Faser konnten Ag⁺ in wässriger Lösung effektiv komplexieren und unter Heißdampfbedingungen kann Ag⁺ durch die Reduzierbarkeit und den Schutz von aminischem HBP in Ag⁰ NPs umgewandelt werden. Die Messungen bestätigten, dass die Ag NPs synthetisiert und gleichmäßig auf der Oberfläche der PAN-Faser verteilt waren. Der Ag-Gehalt der PAN-Faser bei 270 mg/kg zeigt gute antibakterielle und waschbeständige Eigenschaften. Ag NPs-beschichtete PAN-Faser inhibiert nicht nur das Wachstum und die Vermehrung von Bakterien, sondern übt auch in gewissem Maße eine bakterizide Wirkung aus.

Verfügbarkeit von Daten und Materialien

Die Datensätze, die die Schlussfolgerungen dieses Artikels unterstützen, sind im Artikel enthalten.

Abkürzungen

HBP:

Hyperverzweigtes Polymer

PAN:

Polyacrylnitril

NPs:

Nanopartikel

PAN-G-HBP:

Hyperverzweigtes Polymer graftetes Polyacrylnitril

FTIR:

Fourier-Transform-Infrarotspektrometer

UV-VIS DRS:

Ultraviolett-sichtbare diffuse Reflexionsspektren

FE-SEM:

Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop

EDS:

Energiedispersive Spektroskopie

XPS:

Röntgenphotoelektronenspektroskopie

S. aureus:

Staphylococcus aureus

E. coli:

Escherichia coli

HPEI:

Polyethylenimin

ICP-AES:

Induktiv gekoppeltes Plasma Atomemissionsspektrometer