Atmospheric Pressure Plasma Activation and Nano-Modification of Polypropylene Nonwoven Fabrics

Nina Radić, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Předmětem této dizertační práce je plazmová aktivace netkaného polypropylenu (PP) pomocí dvou různých atmosférických plazmových zdrojů: objemového dielektrického bariérového výboje (anglická zkratka DBD) a difúzního koplanárního povrchového bariérového výboje (DCSBD). Cílem je pomocí této aktivace zlepšit nanášení antimikrobiálních účinných látek, např. iontů stříbra (Ag+) nebo zlatých nanočástic (AuNP), na PP povrch. Pro zkoumání změn povrchu PP po opracování plazmatem i pro vyhodnocení stárnutí úpravy byly použity následující metody: rastrovací elektronová mikroskopie (SEM), mikroskopie atomové síly (AFM), absorpční infračervená spektroskopie (varianta ATR-FTIR), optická emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP-OES), rentgenová fotoelektronová spektroskopie (XPS). Na aktivovaném PP pak byly provedeny testy nasákavosti vody a testy nanášení Ag+ a AuNP. Finální a velmi důležitou fází výzkumu byly pak funkční in-vitro testy antimikrobiálních účinků netkaných PP textilií napuštěných Ag+ a AuNP na patogenní mikroorganismy Staphylococcus aureus, Escherichia Coli a Candida albicans. Netkané PP textilie po opracování plazmatem vykazovaly zvýšenou smáčivost a absorpci vody. Stříbrem napuštěné PP textilie vykazovaly antimikrobiální účinky, přičemž množství vázaného Ag+ bylo v rozsahu 300 až 5600 mg/kg. Textilie napuštěné zlatými nanočásticemi (17-62 mg/kg) vykazovaly antimikrobiální aktivitu také, přičemž se překvapivě tato aktivita ještě zvýšila po prvním vymytí vzorku.

Abstract:

The aim of this dissertation is plasma activation of nonwoven polypropylene (PP) using two different ambient air plasma sources: volume dielectric barrier discharge (DBD) and diffuse coplanar surface barrier discharge (DCSBD). This was done in order to enhance the deposition of antimicrobial agents (silver ions (Ag+) and gold nanoparticles (AuNPs)) onto PP surface. Scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), attenuated total reflection-Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR), inductively coupled plasma-optical emission spectroscopy (ICP-OES), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), water absorption, Ag+ and AuNPs uptake were used to assess the surface changes due to the plasma treatment, and to evaluate the durability of the achieved treatment effects. Finally, as a very important aspiration of the research, antibacterial activity of Ag+ and AuNPs loaded PP nonwovens against pathogens Staphylococcus aureus, Escherichia coli and Candida albicans were evaluated in vitro. The plasma modified PP nonwovens have highly improved wetting and sorption properties. The quantity of bonded Ag+ was in the range from 300 to 5600 mg/kg. Obtained silver loaded PP shows antimicrobial activity against tested pathogens. The PP nonwovens loaded with 17–62 mg/kg AuNPs exhibit antibacterial activity against tested pathogens. Surprisingly, this activity was enhanced by the first sample rinsing.

Keywords

CZ, antimikrobiální aktivita, antimikrobiální textil, Dielektrická Barrier Discharge (DBD), Difuzní koplanární povrchová bariéra disharge (DCSBD), zlaté nanoparticels (AuNPs), plazma léčba, polypropylen (PP), stříbro EN, antimicrobial activity, antimicrobial textiles, Dielectric Barrier Discharge (DBD), Diffuse coplanar surface barrier disharge (DCSBD), gold nanoparticels (AuNPs), plasma treatment, polypropylene (PP), silver

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 10. 2014

Thesis defence

• Date of defence: 1. 12. 2014
• Supervisor: prof. RNDr. Mirko Černák, CSc.
• Reader: doc. RNDr. Antonín Brablec, CSc., doc. RNDr. Anna Zahoranová, PhD.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Physics (4-years) / Plasma Physics