リサイクル可能、洗濯可能、抗菌性の銀担持不織布をロールツーロールでその場で製造

Scientific Reports volume 12、記事番号: 13206 (2022) この記事を引用

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抗菌性能を備えた機能性繊維が今、ますます歓迎されています。しかし、耐久性があり、安定した性能を備えた機能性生地をコスト効率の高い方法で製造することは依然として課題です。ポリプロピレン (PP と表示) 不織布をポリビニルアルコール (PVA と表示) で改質し、続いて銀ナノ粒子 (Ag NP と表示) をその場堆積させて、PVA 改質および Ag NP を充填した PP (Ag と表示) を生成しました。 /PVA/PP）生地。 PVA コーティングによる PP 繊維のカプセル化は、充填された Ag NP の PP 繊維への接着力の大幅な強化に貢献し、Ag/PVA/PP 不織布は機械的特性が大幅に向上するとともに、大腸菌 (コード名:) に対して優れた抗菌活性を示します。大腸菌）。一般に、銀アンモニア濃度 30 mM で得られた Ag/PVA/PP 不織布は最高の機械的特性を有し、大腸菌に対する抗菌率は 99.99% に達します。 40回洗濯しても優れた抗菌力を維持しており、再利用が可能です。さらに、Ag/PVA/PP 不織布は、その望ましい通気性と透湿性のおかげで、産業における有望な用途を見出すことができます。さらに、ロールツーロール生産プロセスを開発し、その実現可能性を検証するための予備調査を実施しました。

経済のグローバル化の深化に伴う大規模な人口移動により、ウイルスが蔓延する可能性が大幅に高まっており、世界中に蔓延する強力な能力を持った新型コロナウイルスの蔓延を防ぐのが難しい理由が十分に説明されている可能性があります1、2、3。その意味で、医療用保護材としてポリプロピレン（PP）不織布のような新たな抗菌性素材の開発が急務となっている。 PP 不織布は、低密度、化学的不活性、低コストなどの利点 4 を示しますが、残念ながら、単独では抗菌能力がなく、耐用年数が短く、保護効率も低いです。したがって、PP不織布に抗菌性を付与することは重要である。

古代の抗菌剤である銀は、コロイド銀溶液、スルファジアジン銀、銀塩、プロテイン銀、ナノ銀を含む 5 段階の開発を経てきました。ナノ銀の応用は、医療分野 5,6、電気伝導性 7,8,9、表面増強ラマン 10,11,12、色素の触媒分解 13,14,15,16 など、ますます広範囲になっています。特に、銀ナノ粒子（Ag NP）は、望ましい細菌耐性、安定性、低コスト、環境への許容性のおかげで、金属塩、第四級アンモニウム化合物、トリクロサンなどの従来の抗菌剤よりも有利です17、18、19。さらに、比表面積が大きく抗菌活性が高い Ag NP をウール生地 20、綿生地 21,22、ポリエステル生地などの生地に付着させることで、制御可能なモードで抗菌銀粒子の連続放出を達成することができます 23,24。これは、Ag NP をカプセル化することで抗菌活性を備えた PP 布地を製造できる可能性があることを意味します。しかし、PP 不織布には官能基が欠如しており、極性が低いため 25、Ag NP によるカプセル化には不利です。この欠点を克服するために、一部の研究者は、プラズマスパッタリング 26,27、放射線グラフト化 28,29,30,31、表面コーティング 32 などのさまざまな改質方法を採用して、PP 布地表面に Ag NP を堆積しようと試みています。例えば、Goli et al.33 は、PP 不織布の表面にタンパク質コーティングを導入しました。タンパク質層の周囲のアミノ酸は、Ag NP の組み合わせのアンカーポイントとして機能し、それによって良好な抗菌活性が達成される可能性があります。 Li ら 34 は、紫外線 (UV) エッチングによって共グラフトされた N-イソプロピルアクリルアミドと N-(3-アミノプロピル) メタクリルアミド塩酸塩が効率的な抗菌活性を示すものの、UV エッチングプロセスは複雑であり、繊維の機械的特性を悪化させる可能性があることを発見しました。 Oliani ら 35 は、ガンマ線照射下で未加工の PP を前処理することにより、優れた抗菌活性を備えた Ag NPs-PP ゲルフィルムを作製しました。しかし、彼らのアプローチも複雑でした。要約すると、所望の抗菌活性を有するリサイクル可能なＰＰ不織布を効率的かつ容易な方法で製造することは依然として課題である。

本研究では、良好な成膜能力、高い親水性、優れた物理化学的安定性を備えたグリーンで安価な膜材料であるポリビニルアルコールをPP布地の改質に使用する。そして、グルコースは還元剤として使用されます36。修飾 PP の表面エネルギーの増加は、Ag NP の選択的な堆積に有利です。純粋な PP ファブリックと比較して、製造されたままの Ag/PVA/PP ファブリックは、優れたリサイクル性、大腸菌に対する優れた抗菌活性、40 サイクルの洗濯後でも優れた機械的特性、および同等の通気性と透湿性を示します。

単位重量 25 g/m2、厚さ 0.18 mm の PP 不織布を Jiyuan Kangan Sanitary Materials Company Limited (中国集源市) から提供いただき、5 × 5 cm2 のサイズの板に切断しました。硝酸銀 (99.8%; AR) は、Xilong Scientific Company Limited (汕頭、中国) から入手しました。グルコースは、Fuzhou Haiwangxing Fuyao Pharmaceuticals Company Limited (福州、中国) から購入しました。ポリビニルアルコール (工業用試薬) は天津四通化学工場 (中国、天津) から入手しました。脱イオン水は溶媒またはすすぎに使用され、私たちの研究室で準備されました。栄養寒天および培養液は、Beijing Aoboxing Biotechnology Corporation (北京、中国) から入手しました。大腸菌（ATCC 25922）細菌株は、Zhangzhou Bochuang Corporation（漳州、中国）から購入しました。

受け取ったままの PP 布帛をエタノールで 15 分間超音波洗浄しました。受け取ったままのＰＶＡを水に加え、９５℃で２時間加熱して水溶液を得た。次いで、グルコースを、０．１％、０．５％、１．０％、および１．５％の質量分率で１０ｍＬのＰＶＡ溶液に溶解した。洗浄したままの PP 不織布を PVA/グルコース溶液に浸漬し、60 °C で 1 時間加熱しました。加熱終了後、浸漬したままのＰＰ不織布をＰＶＡ／グルコース溶液から引き上げ、６０℃で０．５時間乾燥して布表面にＰＶＡ膜を形成し、ＰＶＡ／ＰＰ複合布帛を得た。

硝酸銀を室温で撹拌しながら水１０ｍＬに溶解し、アンモニアを透明から黄褐色、さらに透明になるまで滴下し、アンモニア銀溶液（５～９０ｍＭ）を得た。 PVA/PP 不織布を銀アンモニア溶液に入れ、60 °C で 1 時間加熱して、布表面に Ag NP をその場で生成させた後、水で 3 回リンスし、60 °C で乾燥させました。０．５時間放置して、Ａｇ／ＰＶＡ／ＰＰ複合生地を得る。

予備実験の後、私たちは複合繊維の大規模生産のために実験室にロールツーロール装置を設置しました。ローラーはテフロン製で副反応や汚染を防ぎます。この工程では、圧延速度やローラー間隔を調整することで、浸漬時間や溶液の吸着量を制御し、目的とするAg/PVA/PP複合繊維を得ることができます。

布地の表面形態を、ＶＥＧＡ３走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；ジャパンエレクトロニクス、日本）を用いて５ｋＶの加速電圧で調査した。 10°〜80°の2θ範囲のX線回折（XRD; Bruker、D8 Advanced、ドイツ; Cu Kα線、λ = 0.15418 nm; 電圧: 40 kV、電流: 40 mA）を使用して結晶構造を分析しました。 Ag NPの。フーリエ変換赤外分光計 (ATR-FTIR; Nicolet 170sx、Thermo Fisher Scientific Incorporation) を使用して、表面改質後の PP 布地の化学的特徴を分析しました。Ａｇ／ＰＶＡ／ＰＰ複合繊維のＰＶＡ改質剤含有量は、窒素ガス流中での熱重量分析（ＴＧＡ；メトラー・トレド、スイス）によって測定した。 Ag/PVA/PP 複合繊維の銀含有量は、誘導結合プラズマ質量分析法 (ICP-MS、ELAN DRC II、Perkin-Elmer (Hong Kong) Company Limited) によって検出されました。

Ag/PVA/PP 複合生地 (サイズ: 78 × 50 cm2) の通気性と水蒸気透過率は、GB/T 5453 に従って第三者試験機関 (TianFangBiao Standardization validation & Testing Co., Ltd) によって測定されました。 -1997 および GB/T 12704.2-2009。各サンプルの 10 個の異なるポイントがテスト用に選択され、機関によって提供されるデータは 10 個のポイントの平均値です。

Ag/PVA/PP複合繊維の抗菌活性は、中国規格GB/T 20944.1-2007およびGB/T 20944.3-に従って、寒天プレート拡散法（定性分析用）およびフラスコ振とう法（定量分析用）によって測定されました。それぞれ2008年。異なる時間洗濯したときの大腸菌に対するAg/PVA/PP複合繊維の抗菌率を測定した。寒天平板拡散法は、試験対象のAg/PVA/PP複合布をパンチャーで円盤状（直径8mm）にし、大腸菌（ATCC 25922）を接種した寒天シャーレに貼り付けた。 ; 3.4 × 108 CFU mL−1)、その後 37 °C、相対湿度 56% で約 24 時間インキュベートします。阻害ゾーンは、ディスクの中心から周囲の細菌コロニーの内周まで垂直に分析されました。フラスコ振盪法では、試験対象の Ag/PVA/PP 複合繊維を 2 × 2 cm2 のサイズの板状に作製し、ブロス培地中で 121 °C、0.1 MPa で 30 分間オートクレーブ滅菌しました。オートクレーブ処理が完了したら、70 mL のブロス培養液に 5 mL の細菌懸濁液を入れた三角フラスコにサンプルを浸し（懸濁液の濃度は 1 × 105 ～ 4 × 105 CFU/mL）、150 ℃で振とうしました。回転/分、25 °C で 18 時間。振盪終了後、一定量の菌懸濁液を採取し、１０倍に希釈した。適切な量の希釈したままの細菌懸濁液を収集し、寒天培地上に広げ、続いて 37 °C、相対湿度 56% で 24 時間インキュベートしました。抗菌率は \(\frac{\mathrm{C}-\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\cdot 100\%\) として計算されます。ここで、C と A は 24 時間後のコロニーの数です。それぞれ、ブランク対照群とAg/PVA/PP複合繊維での培養。

Ag/PVA/PP 複合繊維の耐久性は、ISO 105-C10:2006.1A 規格に従って洗濯によって評価されました。洗濯中、試験対象の Ag/PVA/PP 複合布地 (30 × 40 mm2) を市販の洗剤 (5.0 g/L) を含む水溶液に浸漬し、40 ± 2 回転/分および 40 ± 5 回転/分で撹拌しました。 ℃で 10、20、30、40、および 50 サイクル。洗濯後、生地を水で 3 回すすぎ、50 ～ 60 °C で 30 分間乾燥させました。洗浄後の銀含有量の変化を測定し、静菌率を求めました。

図 1 に、Ag/PVA/PP 複合繊維の製造方法の概略図を示します。すなわち、ＰＶＡとグルコースの混合溶液にＰＰ不織布を浸漬する。浸漬したままのＰＰ不織布を乾燥させて改質剤および還元剤を固定化し、封止層を形成する。乾燥したままの PP 不織布をアンモニア銀溶液に浸漬して、Ag NP をその場で析出させます。修飾剤の濃度、グルコースとアンモニア銀のモル比、アンモニア銀の濃度、および反応温度は次のとおりです。 Ag NP の堆積に影響を与える重要な要因。図 2a は、Ag/PVA/PP 布地の水接触角と改質剤の濃度の関係を示しています。改質剤の濃度が 0.5 から 1.0 wt% に増加すると、Ag/PVA/PP 布地の接触角は明らかに減少する傾向があります。修飾剤の濃度が 1.0 から 2.0 wt% に増加しても、それはほとんど変化しません。図 2b は、アンモニア銀濃度 50 mM、およびグルコースとアンモニア銀の異なるモル比 (1:1、3:1、5:1、および 9:1:1、3:1、5:1、および 9: ）。受け取ったままの PP 繊維は比較的滑らかです。 PVA フィルムによるカプセル化の後、いくつかの繊維は互いに結合されます。また、Ag NP の堆積により、繊維は比較的粗くなります。 Ag NP の堆積層は、還元剤とグルコースのモル比が増加するにつれて徐々に厚くなります。また、Ag NP は、モル比が 5:1、9:1 に増加すると凝集体を形成する傾向があります。特に、還元剤とグルコースのモル比が５：１である場合、ＰＰ繊維の巨視的および顕微鏡的画像は比較的均一である。 50 mMの銀アンモニア濃度で得られた対応するサンプルのデジタル写真を図S1に示します。

Ag/PVA/PP 生地の調製とその抗菌作用を示す模式図。

異なる PVA 濃度での Ag/PVA/PP 布地の水接触角の変化 (a)、アンモニア銀濃度 50 mM およびグルコースとアンモニア銀の異なるモル比で得られた Ag/PVA/PP 布地の SEM 画像 [(b ); (1) PP 繊維、(2) PVA/PP 繊維、(3) モル比 1:1、(4) モル比 3:1、(5) モル比 5:1、(6) モル比 9:1 ]、銀アンモニア濃度(1) 5 mM、(2) 10 mM、(3) 30 mM、(4) 50 mM、 (5) 90 mM、および (6) Ag/PP-30 mM。反応温度は60℃です。

図 2c は、得られたままの Ag/PVA/PP ファブリックの XRD パターンを示しています。 PP ファイバー 37 の回折ピークとは別に、2θ = 〜 37.8°、44.2°、64.1°、77.3° の 4 つの回折ピークは、(1 1 1)、(2 0 0)、(2 2 0)、面心立方晶系 Ag NP の (3 1 1) 結晶面。銀アンモニア濃度が５ｍＭから９０ｍＭに増加するにつれて、ＡｇのＸＲＤピークはより鋭くなり、これは結晶化度の増加に対応する。 Scherrer の式によれば、10 mM、30 mM、および 50 mM の銀アンモニアで得られた Ag NP の粒径は、それぞれ 21.3 nm、23.3 nm、および 26.5 nm と計算されます。これは、アンモニア銀の濃度が還元反応の原動力となり、金属銀が得られるためです。また、銀アンモニアの濃度が増加すると、Ag NP の核形成と成長速度が増加します。図 2d は、異なる銀アンモニア濃度で得られた Ag/PVA/PP 布地の SEM 画像を示しています。銀アンモニア濃度が 30 mM の場合、Ag NP の堆積層は比較的均一です。しかしながら、銀アンモニア濃度が高すぎると、おそらくそこでのＡｇＮＰの深刻な凝集により、ＡｇＮＰ堆積層の均一性が低下する傾向がある。また、表面のナノ銀の形状は球状とフレーク状の2種類があります。球形の粒子サイズは約20〜80 nm、フレークの横サイズは約100〜300 nmです（図S2）。未改質のPP布の表面上のAg NPの堆積層は不均一です。さらに、温度の上昇はAg NPの還元の促進に寄与しますが（図S3）、反応温度が高すぎるとAg NPの選択的な堆積には不利です。

図3aは、調製されたままのAg/PVA/PP布地の銀アンモニア濃度、銀堆積量および抗菌率の間の関係を概略的に説明する。図 3b は、さまざまな銀アンモニア濃度におけるサンプルの抗菌写真を示しています。これは、サンプルの抗菌状況を直接反映することができます。アンモニア銀の濃度が５ｍＭから９０ｍＭに増加すると、銀の堆積量は１３．６７ｇ／ｋｇから４８１．８１ｇ／ｋｇに増加する。また、大腸菌に対する抗菌率は初期に上昇し、銀の付着量の増加とともに高いレベルを維持します。特に、アンモニア銀の濃度が３０ｍＭの場合、得られたままのＡｇ／ＰＶＡ／ＰＰ布帛の銀付着量は６７．６２ｇ／ｋｇであり、抗菌率は９９．９９％であった。そして、このサンプルは、その後の構造特性評価の代表として選択されます。

(a) 抗菌率と銀蒸着層の量およびアンモニア銀の濃度との関係。（ b ）大腸菌に対する5 mM、10 mM、30 mM、50 mM、および90 mMの銀アンモニアで得られたブランクサンプルおよびAg / PVA / PP生地の抗菌活性を示す細菌培養プレートのデジタルカメラ写真。

図 4a は、PP、PVA/PP、Ag/PP、および Ag/PVA/PP の FT-IR/ATR スペクトルを示しています。 2950 cm-1 および 2916 cm-1 の純粋な PP ファイバーの吸収バンドは、-CH3 および -CH2- 基の非対称伸縮振動によるものです。そして、2867 cm-1 と 2837 cm-1 のそれらは、-CH3 と -CH2- の対称伸縮に割り当てられます。 1375 cm-1 と 1456 cm-1 の吸収バンドは、-CH338,39 の非対称および対称のシザリング振動に起因します。 Ag/PP ファイバーの FTIR スペクトルは PP ファイバーのスペクトルと類似しています。 PP の吸収バンドとは別に、3360 cm-1 での PVA/PP および Ag/PVA/PP ファブリックの新しい吸収ピークは、-OH 基の水素結合の伸びに割り当てられます。これは、PVA が PP 繊維の表面にうまくコーティングされていることを示しています。また、Ag/PVA/PP 布帛の水酸基吸光度ピークは PVA/PP に比べ若干弱くなっていますが、これは水酸基の一部が銀 40 に配位しているためと考えられます。

純粋な PP、PVA/PP ファブリック、および Ag/PVA/PP ファブリックの FTIR スペクトル (a)、TGA 曲線 (b)、および XPS サーベイスペクトル (c)、ならびに純粋な PP の C 1s スペクトル (d)、PVA/ PP ファブリック (e)、および Ag/PVA/PP ファブリックの Ag 3d ピーク (f)。

図 4c は、PP、PVA/PP、および Ag/PVA/PP ファブリックの XPS 調査スペクトルを示しています。純粋な PP 繊維の弱い O 1s シグナルは、表面に吸着された酸素元素に割り当てられる可能性があります。そして、284.6 eVのC 1sピークはC – HおよびC – Cに起因します（図4dを参照）。純粋なPPファイバーと比較して、PVA / PPファブリック（図4e）は、284.6 eV（C – C / C – H）、285.6 eV（C – O – H）で強いO 1sシグナルとC 1sシグナルを示します。および 288.5 eV (H-C=O)38。さらに、PVA / PP生地のO 1sスペクトルは、532.3 eVと533.2 eVの2つのピークに適合できます41（図S4）。これらの C 1 ピークはそれぞれ C-OH と H-C=O (PVA のヒドロキシル基とグルコースのアルデヒド基) に対応しており、FTIR データと一致しています。 Ag / PVA / PP不織布は、C – OH（532.3 eV）およびH – C = O（533.2 eV）のO 1sスペクトル（図S5）を保持しており、65.81％（原子百分率）のC、22.89％で構成されています。％O、および11.31％Ag（図S4）。特に、368.2 eVおよび374.2 eVのAg 3d5/2およびAg 3d3/2のピーク（図4f）は、Ag NPがPVA / PP不織布の表面にドープされていることをさらに証明しています42。

純粋なPP、Ag / PPファブリック、およびAg / PVA / PPファブリックのTGA曲線（図4b）は、それらが同様の熱分解プロセスを受け、Ag NPの堆積によりPPファイバーの熱劣化温度がわずかに上昇することを示していますおそらく Ag バリア層の形成によるものと考えられます 43。さらに、800℃で加熱後の純粋なPP、Ag/PP、Ag/PVA/PP、Ag/PVA/PP-W50、およびAg/PP-W50サンプルの残留率は、1.32%、16.26%、13.86%、それぞれ 9.88% と 2.12% (ここでの接尾語 W50 は 50 サイクルの洗浄を指します)。純粋な PP の残留物は不純物に起因し、他のサンプルの残留物は Ag NP に起因すると考えられます。そして、Ag をロードしたサンプルの残留量の違いは、ロードされた Ag NP の量の違いによるものであるはずです。さらに、Ag/PP布帛を50サイクル洗浄した後、銀の残存量は94.65%減少し、Ag/PVA/PP布帛の銀の残存量は約31.74%減少した。これは、PVA カプセル化コーティングが Ag NP の PP マトリックスへの接着を効果的に強化できることを示しています。

着用時の快適性を評価するために、製造されたままのPP生地の通気性と水蒸気透過率を測定しました。一般に、通気性は、特に高温多湿の環境における着用者の熱的快適さに関連しています44。図5aに示すように、純粋なPPの空気透過率は2050 mm / sですが、PVAによる改質後は856 mm / sに減少します。これは、ＰＰ繊維の表面および交絡部に形成されるＰＶＡフィルムが繊維間の隙間の低減に寄与するためである。 Ag NP の堆積後、Ag NP の堆積プロセス中に PVA コーティングが消費されるため、PP ファブリックの通気性が増加します。さらに、Ag/PVA/PP 生地の通気性は、銀アンモニア濃度が 10 mM から 50 mM に増加するにつれて低下する傾向があります。これは、アンモニア銀の濃度が増加すると銀蒸着層の厚さが増し、細孔の量が減少し、水蒸気が細孔を通過する機会が減少するためであると考えられる。

(a) 異なる銀アンモニア濃度下で得られた Ag/PVA/PP 布地の空気透過性。 (b) 異なる銀アンモニア濃度下で得られた Ag/PVA/PP 生地の水蒸気透過率。 (c) 異なる改質剤濃度下で得られた Ag/PVA/PP 生地の引張曲線。 (d) 異なる銀アンモニア濃度下で得られた Ag/PVA/PP 布地の引張曲線 (比較のために、40 サイクル洗浄後に銀アンモニア濃度 30 mM で得られた Ag/PVA/PP 布地の引張曲線も示します) 。

水蒸気透過率は、布地の温熱快適性を測定するもう 1 つの重要な指標です45。布地の透湿性は主に通気性と表面特性に影響されることが証明されています。つまり、通気性は主に細孔の数に依存します。そして表面特性は水分子の吸着・拡散・脱着を介して親水基の透湿性に影響を与えます。図5bに示すように、純粋なPP繊維の透湿性は4810g/(m2・24h)です。 PVA コーティングによるカプセル化後、PP 繊維の穴の量は減少します。しかし、PVA/PP 生地の透湿性は 5070 g/(m2・24 h) に増加します。これは、その透湿性が細孔ではなく表面特性によって支配されるためです。 Ag NP の堆積後、Ag/PVA/PP ファブリックの透湿性はさらに増加します。特に、３０ｍＭの銀アンモニア濃度で得られたＡｇ／ＰＶＡ／ＰＰ布帛は、１０，３００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）の最大透湿度を有する。ここで、異なる銀アンモニア濃度下で得られるAg/PVA/PP布地の異なる透湿性は、銀蒸着層の厚さおよびそこにある細孔の量の違いに関連している可能性があります。

布地の機械的特性は、特にリサイクル可能な材料としての耐用年数に重大な影響を与えます46。図 5c は、Ag/PVA/PP ファブリックの応力-ひずみ曲線を示しています。純粋な PP の引張強さはわずか 2.23 MPa ですが、1 wt% PVA/PP 生地の引張強さは 4.56 MPa まで大幅に増加します。これは、PVA による PP 生地のカプセル化が機械的特性の大幅な向上に貢献していることを示しています。 PVA/PP 織物の引張強度と破断伸びは、PVA 改質剤の濃度が増加するにつれて増加します。これは、PVA フィルムが応力を共有し、PP 繊維を強化して強化する機能を発揮できるためです。しかしながら、改質剤の濃度が１．５重量％に増加すると、粘稠なＰＶＡによりＰＰ布地が硬くなり、着用感が著しく悪化する。

純粋な PP および PVA/PP 織物と比較して、Ag/PVA/PP 織物はさらに向上した引張強度と破断点伸びを示します。これは、PP 繊維の表面に均一に分布した Ag NP が荷重を共有できるためです 47,48。 Ag / PP繊維の引張強さは純粋なPPよりも高く、3.36 MPaに達することがわかります（図5d）。これは、Ag NPの強化および靭性向上効果を裏付けています。特に、（５０ｍＭではなく）３０ｍＭの銀アンモニア濃度下で得られたＡｇ／ＰＶＡ／ＰＰ布帛は、最大の引張強さと破断点伸びを示すが、これは依然として、そこにＡｇＮＰが均一に堆積していることによるものである。高濃度の銀アンモニア下での Ag NP の凝集。さらに、40サイクル洗浄した後、30 mMの銀アンモニア濃度下で得られたAg / PVA / PP布地の引張強度と破断点伸びは、それぞれ32.7％と26.8％減少しました（図5d）。その後、堆積したAg NPがわずかに失われます。

図6aおよびbは、0、10、20、30、40、および50サイクルの洗浄後に30 mMの銀アンモニア濃度下で得られたAg/PVA/PP布地およびAg/PP布地のデジタルカメラ写真を示しています。ダークグレーの Ag/PVA/PP 生地と Ag/PP 生地は、洗濯後、徐々にライトグレーになります。そして前者は後者よりも洗濯時の色の変化が少ないようです。さらに、Ag/PP 生地と比較して、Ag/PVA/PP 生地の銀含有量は洗濯後に比較的ゆっくりと減少します。 20 サイクル以上の洗浄後でも、前者は後者よりも高い銀含有量を保持します (図 6c)。これは、PVA コーティングによる PP 繊維のカプセル化が、PP 繊維への Ag NP の接着力の大幅な向上に寄与していることを示しています。図６ｄは、１０、４０、および５０サイクル洗浄後のＡｇ／ＰＶＡ／ＰＰ布地およびＡｇ／ＰＰ布地のＳＥＭ画像を示す。 Ag/PVA/PP ファブリックは、洗濯時に Ag/PP ファブリックよりも Ag NP の損失が少なくなりますが、これはやはり PVA カプセル化コーティングが PP ファイバーへの Ag NP の接着力の強化に寄与しているためです。

（a）0、10、20、30、40、および50サイクル（1〜6）の洗浄後のAg / PP生地（銀アンモニア濃度30 mMの下で取得）のデジタルカメラ写真。（ b ）0、10、20、30、40、および50サイクル（1〜6）の洗浄後のAg / PVA / PP生地（30 mMの銀アンモニア濃度下で取得）のデジタルカメラ写真。 (c) 洗濯サイクルによる 2 つの生地の銀含有量の変化。（d）10、40、および50サイクル洗浄後のAg/PVA/PP生地（1〜3）およびAg/PP生地（4〜6）のSEM画像。

図 7 は、10、20、30、および 40 サイクル洗浄後の、大腸菌に対する Ag/PVA/PP 生地の抗菌率とデジタルカメラ写真を示しています。 Ag/PVA/PP生地は10回、20回の洗濯後も抗菌率99.99%、99.93%を保持し、優れた抗菌活性を示します。また、Ag/PVA/PP 生地の抗菌率は、30 サイクルおよび 40 サイクルの洗濯後にわずかに低下します。これは、長期間の洗濯で Ag NP が失われるためです。ただし、40 サイクル洗濯後の Ag/PP 生地の抗菌率は 80.16% にすぎません。明らかに、40 サイクルの洗濯後の Ag/PP 生地の抗菌効果は、Ag/PVA/PP の抗菌効果よりもはるかに低くなります。

(a) 大腸菌に対する抗菌率。（b）10、20、30、40サイクル洗浄した後のAg / PVA / PP生地のデジタルカメラ写真、および30 mMの銀アンモニア濃度下で得られたAg / PP生地の40サイクルも比較のために示しています。。

図 8 は、2 段階のロールツーロールルートによる大型 Ag/PVA/PP ファブリックの製造を概略的に示しています。すなわち、PVA/グルコース溶液をロールツーロールフレームに一定時間浸漬して取り出した後、同様に銀アンモニア溶液を含浸させてAg/PVA/PP生地を得る（図8a））。得られたままのAg/PVA/PP生地は、1年間放置した後でも優れた抗菌活性を維持しています。 Ag/PVA/PP 生地の大規模な製造に関しては、受け取ったままの PP 不織布を連続ロールツーロール方式で含浸し、続いて PVA/グルコース溶液と銀アンモニア溶液を 2 つのプロセスで順番に通過させます。接続されたローラー。ローラーの速度を調整することで浸漬時間を制御し、ローラーの間隔を調整することで溶液の吸着量を制御することで（図8b）、目的とする大判のAg/PVA/PP不織布（50cm×80cm）が得られます。）回収ローラー付き。プロセス全体がシンプルかつ効率的であるため、大規模生産に適している可能性があります。

大型対象製品の作製（a）とAg/PVA/PP不織布のロールツーロール生産プロセス（b）を示す模式図。

銀を配合した PVA/PP 不織布は、ロールツーロールルートを使用した容易な液相その場堆積技術によって製造されます。調製したままの Ag/PVA/PP 不織布は、PP 布や PVA/PP 布と比較して大幅に改善された機械的特性を示します。これは、PVA カプセル化層が PP 繊維への Ag NP の接着を大幅に強化できるためです。さらに、Ag/PVA/PP不織布のPVAの充填量とAg NPの含有量は、PVA/グルコース溶液と銀アンモニア溶液の濃度を調整することによってうまく調整できます。特に、30 mM 銀アンモニア溶液を用いて得られた Ag/PVA/PP 不織布は、最高の機械的特性を示し、40 サイクルの洗濯後でも大腸菌に対する優れた抗菌活性を保持しており、使い捨て製品による汚染の軽減に期待されています。 PP不織布です。他の文献と比較して、より簡単な方法で得られた生地は洗濯性に優れています。さらに、製造されたままの Ag/PVA/PP 不織布は、望ましい透湿性と着用感を備えており、産業での応用に貢献する可能性があります。

この研究中に生成または分析されたすべてのデータ (およびその補足情報ファイル) が含まれています。

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この研究は、河南省の科学技術計画プロジェクト (212102210311) によって財政的に支援されました。著者らは、有益な指導をしていただいた河南大学の Laigui Yu 教授に特に感謝しています。

Yanfang Xu と Lulu Tian の著者も同様に貢献しました。

河南大学ナノマテリアル工学研究センター、開封、475004、中国

Yanfang Xu、Lulu Tian、Junfang Li、Fei Li、Li Sun、Liyong Niu、Xiaohong Li、Zhijun Zhang

Engineering Research Center for Nanomaterials Co. Ltd.、河南大学、済源、459000、中国

Yanfang Xu、Lulu Tian、Junfang Li、Fei Li、Li Sun、Liyong Niu、Xiaohong Li、Zhijun Zhang

河南大学化学化学工学部、開封、475004、中国

小慧Lv

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YFX: 方法論、分析、調査、原案作成。 LLT: 方法論、分析、サンプル調査。 JFL: データ分析。 XHL: サンプル調査。フロリダ：方法論。 LS: 調査。 LYN: 概念化、方法論、執筆レビューと編集、監修、資金調達。 ZJZ: 概念化、方法論、監督。著者全員が原稿をレビューしました。

Liyong Niu または Zhijun Zhang への通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

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転載と許可

Xu、Y.、Tian、L.、Li、J. 他。リサイクル可能で洗濯可能で抗菌性のある銀を充填した不織布をロールツーロールでその場で製造します。 Sci Rep 12、13206 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-17484-6

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受信日: 2022 年 5 月 25 日

受理日: 2022 年 7 月 26 日

公開日: 2022 年 8 月 1 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-17484-6

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