دانلود رایگان مقاله اصلاح سطح پارچه پنبه با فیلم های چند لایه Nano-ZnO با استفاده از روش رسوب لایه به لایه
چکیده
فیلم های نانوکامپوزیت چندلایه مقاله اکسید مبتنی بر نانوذرات ZnO روی پارچه های پنبه بافته شده دارای یون مثبت از طریق روش خود مونتاژ لایه به لایه مولکولی ساخته می شوند. برای بار سطحی کاتیونی، پارچه های پنبه ای با کلرید 2،3-epoxypropyltrimethylammonium (EP3MAC) به روش دسته-پد تحت پرداخت قرار می گیرند.. XPS و SEM برای بررسی فیلم های چندلایه رسوب nano-ZnO بر روی پارچه های پنبه ای استفاده می شوند. فیلم های nano-ZnO رسوب یافته روی پارچه های پنبه ای، فعالیت ضد میکروبی بسیار عالی را در برابر باکتری استافیلوکوکوس اورئوس به نمایش گذاشتند. همچنین نتایج نشان داد که پارچه پوشش داده شده با فیلم چندلایه افزایش nano-ZnO حفاظت از پارچه های پنبه ای را در مقابل تابش UV ارتقا می دهد. تست های فیزیکی (استحکام کششی پود و تار نخ، نفوذپذیری هوا و ارزشهای سفیدی) بر روی پارچه ها، قبل و بعد از درمان با نانوذرات Zno به منظور بررسی اثر فرآیند لایه لایه(LbL) روی خواص پارچه پنبه انجام شد.
مقدمه
مونتاژ لایه به لایه (LbL)، اختراع شده توسط G. Decher، روشی منحصر به فرد برای ساخت فیلم های نازک کامپوزیتی است .جذب ترتیبی عکس متهم پلی کاتیون ها پلی آنیون ها بر روی سطوح جامد منجر به ایجاد فیلم های پلی الکترولیت چندلایه می شود. رسوب ترتیبی چندلایه را می توان با فرو بردن بستر در محلول های کاتیونی و آنیونی به صورت متناوب انجام داد. پس از رسوب هر لایه، بستر در محلول مقدار سپیدی غوطه ور می شود. هر دو مراحل جذب می تواند به صورت دوره ای برای تشکیل ساختارهای چند لایه در سطح بستر تکرار شود. طیف گسترده ای از مولکول های تابعی را می توان در فیلم، از جمله نانوذرات، رنگ ها، پروتئین ها و سایر ذرات فرامولکولی گنجانید[1-5]
در زمینه های مختلف علوم از جمله به عنوان پوشش ضد استاتیک پلاستیک، سنسورها، دیود ساطع کننده نور، سلول های سوختی، پلیمری کپسول و غیره، فیلم های چند لایه حاوی نانوذرات به طور گسترده ای برای استفاده از توانایی های بالقوه خود مورد مطالعه قرار گرفته اند، اما تنها چند مطالعه از مواد نساجی به نتیجه رسیده است [4-12] به طور کلی، خود مونتاژهای پلی الکترولیت الیاف نساجی و سازه های مختلف مورد مطالعه قرار گرفتند و این مطالعات تنها امکان استفاده روش ازLbL را برای مواد نساجی بررسی نمودند [13-18]
تنها تعداد کمی از مطالعات در مورد استفاده از نانوذرات برای رسوب فیلم چندلایه بر روی الیاف نساجی وجود دارد [19-20]. جالب است توجه داشته باشید که، هر گزارش که مشخص کننده دوام فیلم های خواص عملکردی بود پس از مراحل مقدار سپیدی در مواد نساجی یافت نشد. روند LbL آماده سازی آسان الیاف نساجی نانوکامپوزیتی را آغاز کرده است که باید در تولید پارچه های کاربردی برای لباس های محافظ مورد استفاده قرار گیرد. روش LbL فرصتی را برای بهبود خواص سطح الیاف نساجی با رسوب نانولایه های پلی الکترولیت، نانوذرات باردار و رنگ های غیر واکنشی به شیوه ای کنترل شده بهبود می بخشد.
نانوذرات اکسید روی به طور گسترده در زمینه های مختلف مانند کرم های ضد آفتاب، پوشش و رنگ به دلیل بازده جذب UV و فعالیت ضد باکتری قوی در طیف گسترده ای از باکتری ها استفاده می شوند [21]. نانوذرات اکسید روی نیمه هادی جذابی است که برنامه های کاربردی گسترده بالقوه ای را فراهم می کند. برای این منظور، سنتز سازه های اکسید روی با شکل و اندازه مختلف (مانند به عنوان نانو ذرات اکسید روی، نانو آرایه های اکسید روی، کره های ریز توخالی اکسید روی، معماری های اکسید روی شش ضلعی، و غیره) توجه زیادی را به خود معطوف نموده اند [26-22]
استفاده از نانو ذرات برای مواد نساجی، هدف اولیه مطالعات متعدد با هدف تولید پارچه های عملکردی است. چند روش در نوشته ها وجود دارد که پوشش پارچه ها با نانوذرات اکسید روی، برای مثال، روش پد خشک، تابش و پرداخت های حرارتی و شیمیایی را توصیف می کند. از آنجا که این روش ها به طور کلی نیاز به ترکیب شیمیایی اضافی و یا عامل تثبیت کننده چند مرحله ای دارند، روش های جدید باید برای پرداخت nano-ZnO بر روی مواد نساجی در نظر گرفته شوند [27-30].
در مطالعه حاضر، تلاش برای بهبود پارچه های پنبه ای کاربردی توسط رسوب فیلم چندلایه حاوی نانوذرات Zno صورت گرفته است. پارچه های پنبه ای کاتیونی از طریق فرایند کاتیونی نمودن آماده می شود. اندازه گیری های میکروسکوپ اسکن الکترونی (SEM) و طیف سنجی فوتوالکترون اشعه X- (XPS) به منظور بررسی حضور لایه های نانو رسوب یافته انجام می شود. فعالیت ضد باکتریایی در برابر باکتری های استافیلوکوکوس اورئوس و خواص محافظتی UV برای پارچه ها با توجه به کاراکترس رسوب لایه های نانواکسید روی نیز مورد آزمایش قرار می گیرد. نفوذپذیری هوا، مقادیر سپیدی و تجزیه و تحلیل استحکام کششی برای بررسی اثر فرایند LbL در خواص پارچه پنبه ای انجام می شود.. علاوه بر این، دوام از خواص ضد باکتری پس از 10 و 20 مقدار سپیدی (چرخه40 و 30 دقیقه ای) مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد.
تجربی
مصالح
نانوذرات اکسید روی (اندازه ذرات < 100 نانومتر، سطح منطقه 15-25 مترمربع بر گرم)از آلدریچ خریداری شد و برای ترکیب فیلم چندلایه به صورت ذکر شده در زیر مورد استفاده قرار گرفت. تعلیق نانوذرات در 40 W به مدت 1 ساعت توسط همگن کننده اولتراسونیک سلول-Vibra Sonics آماده شد. غلظت تعلیق تا 0.1 درصد وزنی تنظیم شد. نقطه دارای فشار الکتریکی مساوی در اکسید روی در 8.6. PH بود. [31] PH سوسپانسیون نانوذرات Zno روی با استفاده ازHCl و سود در 3 و 11 تنظیم شد.پارچه پنبه بافته شده 100٪ حریرنما و سفید (پارامترهای پارچه ساده بافت، 138,84 g/m2, 56 ends/ cm, 31 picks/cm, 50/1 yarn count) به عنوان زیرلایه برای این روند LBL مورد استفاده قرار گرفت.این پارچه در تکه ها با حدود 18 در 25 سانتی متر قبل از فرایند کاتیونی نمودن بریده شد.
Abstract
ZnO nanoparticle–based multilayer nanocomposite films were fabricated on cationized woven cotton fabrics via layer-by-layer molecular self-assembly technique. For cationic surface charge, cotton fabrics were pretreated with 2,3-epoxypropyltrimethylammonium chloride (EP3MAC) by pad-batch method. XPS and SEM were used to examine the deposited nano-ZnO multilayer films on the cotton fabrics. The nano-ZnO films deposited on cotton fabrics exhibited excellent antimicrobial activity against Staphylococcus aureus bacteria. The results also showed that the coated fabrics with nano-ZnO multilayer films enhanced the protection of cotton fabrics from UV radiation. Physical tests (tensile strength of weft and warp yarns, air permeability and whiteness values) were performed on the fabrics before and after the treatment with ZnO nanoparticles to evaluate the effect of layer-by-layer (LbL) process on cotton fabrics properties.
Introduction
Layer-by-layer assembly (LbL), invented by G. Decher, is a unique technique for the fabrication of composite thin films. The sequential adsorption of oppositely charged polycations and polyanions on solid surfaces leads to the buildup of polyelectrolyte multilayer films. The sequential multilayer deposition can be carried out by immersing the substrate into the cationic and anionic solutions, alternately. After deposition of each layer, the substrate is immersed into the washing solution. Both adsorption steps can be repeated cyclically to form multilayer structures on the surface of a substrate. A wide range of functional molecules can be incorporated within the film, including nanoparticles, dyes, proteins and other supramolecular species [1–5].
In various fields of science such as anti-static coating for plastics, sensors, light emitting diode, fuel cells, polymer capsules, etc., multilayer films containing nanoparticle have been extensively studied for their potential use, but only a few studies have been concluded for textile materials [4–12]. Generally, polyelectrolyte self-assemblies of different textile fibers and structures were studied and these studies investigated only the possibility of using LbL method for textile materials [13–18].
There are only a few studies about the use of nanoparticles for multilayer film deposition on the textile fibers [19, 20]. It is interesting to note that, any report that determined durability of the functional properties multilayer films after washing procedures on the textile materials was not found.The LbL process has initiated the easy preparation of nanocomposite textile fibers to be used in the manufacture of functional textiles for protective clothing. The LbL technique provides opportunity to improve the surface properties of textile fibers by depositing nanolayers of polyelectrolytes, charged nanoparticles and non-reactive dyes in a controlled manner.
Zinc oxide nanoparticles are widely used in different areas such as sunscreens, coatings and paints because of its high UV absorption efficiency and strong antibacterial activities on a broad spectrum of bacteria [21]. ZnO nanoparticles are an attractive semiconductor which provides widespread potential applications. For this purpose, the synthesis of different shape and size of ZnO structures (such as ZnO nanoparticles, ZnO nanoarrays, hollow ZnO microspheres, hexagonal ZnO architectures, etc.) has gained much attention [22–26].
The application of nano-particles to textile materials is the primary object of several studies aimed at producing functional textiles. There are a few methods in the literature that describe the coating of fabrics with ZnO nanoparticles, for example, the pad-dry-cure method, radiation, thermal and chemical treatments. Since these techniques generally require several stages, extra chemical compositions or a stabilizer agent, a new method must be considered for nano-ZnO treatments onto textile materials [27–30].
In the present study, an attempt was made to improve functional cotton fabrics by the deposition of multilayer films containing ZnO nanoparticle. Cationic cotton fabrics were prepared through cationization process. Scanning electron microscopy (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurements were performed to verify the presence of the deposited nanolayers. Antibacterial activity against Staphylococcus aureus bacteria and UV protective properties of the fabrics due to the character of the deposited ZnO nanolayers were also tested. Air permeability, whiteness values and tensile strength analyses were performed to examine LbL process efficacy on the cotton fabric properties. In addition, the durability of antibacterial properties was analyzed after 10 and 20 washing (40C and 30 min) cycles.
Experimental
Materials
Zinc oxide nanoparticles (particle size \100 nm, surface area 15–25 m2 /g) were purchased from Aldrich and used for multilayer film composition as mentioned below. Nanoparticle suspension was prepared at 40 W for 1 h by Sonics Vibra-Cell Ultrasonic Homogenizer. The concentration of suspension was adjusted to 0.1 wt%. The isoelectric point of ZnO is at pH 8.6 [31]. The pH of ZnO nanoparticle suspension was adjusted to 3 and 11 by using HCl and NaOH, respectively.
چکيده
مقدمه
تجربی
مصالح
فرآیند کاتیونیزه شدن
تشکیل فیلم چند لایه نانو ZnO
توصیف کاراکتر
اندازه گیری هاي طیف فوتوالکترون اشعهX -(XPS)
میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)
اندازه گیری نفوذپذیری هوا
اندازه گیری استحکام کششی
اندازه گیری فعالیت ضد باکتریایی
اندازه گیری نفوذ UV و حفاظت
روش لباسشویی
نتایج و بحث
چندلايه nano-ZnO
نتیجه گیری
منابع
Abstract
Introduction
Experimental
Materials
Cationization Process
Nano-ZnO Multilayer Film Formation
Characterization
X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) Measurements
Scanning Electron Microscopy (SEM)
Air Permeability Measurement
Whiteness Value Measurement
Tensile Strength Measurement
Antibacterial Activity Measurement
UV Penetration and Protection Measurement
Washing Procedure
Results and Discussion
Conclusions
References