Vývoj antipatogenních textilií na bázi oxidu měďného

Muhammad Shahid, M.Sc.

Disertační práce

Development of Cuprous Oxide based Antipathogenic Textiles

Abstract:

The present work deals with the development of an environmentally friendly, low-price, easy, and fast method for developing antibacterial cuprous oxide-coated multifunctional cotton fabrics. At first, fabrics were sensitized with citric acid then the formation of Cu2O particles was done by the Fehling solution method. Subsequently, the cuprous oxide particles were deposited on cotton fabrics. Three different types of reducing agents with different concentrations were selected to make the Cu2O particles. Surface morphology and presence of metals were analyzed by scanning electron microscopy, dynamic light scattering, FTIR, EDS, and XRD. The antibacterial activity of cuprous oxide-coated fabrics was tested against qualitative and quantitative measurements. The strongest antibacterial effect was found for the fabrics coated with cuprous oxide particles reduced with sodium hydrosulphite. Furthermore, the utility of hygienic antimicrobial-developed fabrics was analyzed for comfort properties regarding air permeability and stiffness. In the end, the durability of the coating was confirmed by measuring the antibacterial properties and SEM analysis after washing. In the second part of thesis a novel approach for the development of cuprous oxide-coated antibacterial cotton fabric with an excellent aesthetic appearance was developed. The objective of the second part was to develop an environmentally friendly, low-price, easy, and fast method for developing antipathogenic (antibacterial, antifungal, and antiviral) cuprous oxide-coated multifunctional fabrics. At first, fabrics were sensitized with citric acid then the formation of Cu2O particles was done by the Fehling solution method. For sensitization and Cu2O particles formation the same procedure was used. The most suitable reducing agent with optimum concentration was selected from the aforementioned study. Surface morphology and presence of metals were analyzed by scanning electron microscopy, dynamic light scattering, FTIR, EDS, and XRD. In the second step, a reactive antibacterial dye was made (by reacting Reactive Blue 4 with triclosan). The molecular structure of the modified dye was confirmed through FTIR and 13C-NMR. The resultant antibacterial dye was applied on copper-treated cotton fabrics through exhaust dyeing protocol. The dyed fabric was characterized through colorimetric data (L*, a*, b*, C, H, and K/S), levelness of dye, fastness properties as well as exhaustion and fixation rates. The antipathogenic activity of cuprous oxide-coated fabrics was tested against qualitative and quantitative measurements. The strongest antipathogenic effect was found for the fabrics coated with cuprous oxide particles reduced with sodium hydrosulphite. Furthermore, the utility of hygienic antimicrobial developed fabrics were analysed for the comfort properties regarding air permeability and stiffness. At the end, durability of coating was confirmed by measuring the antibacterial properties and SEM analysis after washing

Abstract:

Tato práce se zaměřuje na vývoj ekologického, nákladově efektivního, snadného a rychlého způsobu výroby antibakteriálních bavlněných tkanin potažených oxidem měďným. Nejprve byly tkaniny senzibilizovány pomocí kyseliny citrónové, poté následovala syntéza částic Cu2O z Fehlingova roztoku. Následně byly částice oxidu měďného naneseny na bavlněné tkaniny. Pro výrobu částic Cu2O byly vybrány tři různé typy redukčních činidel v různých koncentracích. Morfologie povrchu a přítomnost atomů kovů byly zkoumány pomocí rastrovací elektronové mikroskopie, dynamického rozptylu světla, FTIR, EDS a XRD. Antibakteriální účinnost tkanin potažených oxidem měďným byla hodnocena pomocí kvalitativních a kvantitativních analýz. Nejsilnější antibakteriální účinek byl pozorován u tkanin potažených částicemi oxidu měďného redukovanými pomocí hydrogensiřičitanu sodného. Dále byla analyzována vhodnost těchto vyvinutých hygienických, antimikrobiálních tkanin z hlediska komfortních vlastností, konkrétně prodyšnosti a tuhosti. Nakonec byla trvanlivost povlaku ověřena posouzením antibakteriálních vlastností a provedením SEM analýzy po praní. Druhá část této práce představuje nový přístup k vytváření esteticky příjemných antibakteriálních bavlněných tkanin potažených oxidem měďným. Cílem této části bylo vyvinout ekologicky šetrnou, nákladově efektivní, snadnou a rychlou metodu výroby multifunkčních tkanin s antipatogenními vlastnostmi (antibakteriálními, antifungálními a antivirovými) potaženými oxidem měďným. Podobně jako v první části prošly tkaniny senzibilizací kyselinou citrónovou a syntézou částic Cu2O pomocí Fehlingova roztoku. Na základě předchozí části práce bylo určeno nejvhodnější redukční činidlo s optimální koncentrací. Morfologie povrchu a přítomnost atomů kovu byla analyzována pomocí rastrovací elektronové mikroskopie, dynamického rozptylu světla, FTIR, EDS a XRD. V následném kroku bylo syntetizováno reaktivní antibakteriální barvivo reakcí Reactive Blue 4 s triclosanem. Molekulární struktura modifikovaného barviva byla potvrzena pomocí FTIR a 13C-NMR. Toto antibakteriální barvivo bylo poté aplikováno na bavlněné tkaniny ošetřené mědí pomocí protokolu barvení vytahovacím postupem. Obarvená látka byla charakterizována pomocí kolorimetrických parametrů (L*, a*, b*, C, H a K/S), egality vybarvení, stálosti, vytažení z lázně a rychlosti fixace. Antipatogenní účinnost tkanin potažených oxidem měďným byla hodnocena kvalitativně a kvantitativně. Nejvýraznější antipatogenní účinek vykazovaly tkaniny potažené částicemi oxidu měďného redukovanými pomocí hydrosiřičitanu sodného. Komfortní vlastnosti těchto hygienických, antimikrobiálně vyvinutých tkanin byly navíc hodnoceny z hlediska propustnosti vzduchu a tuhosti. Nakonec byla trvanlivost povlaku potvrzena vyhodnocením antibakteriálních vlastností a provedením SEM analýzy po umytí.

Keywords

antimikrobiální, infekce získané v nemocnici, lékařské textilie, částice oxidu měďného, analýza barev

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 1. 12. 2023

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: prof. Ing. Jakub Wiener, Ph.D.

Technická univerzita v Liberci

Fakulta textilní

Doktorský studijní program / obor:
Textile Engineering / Textile Technics and Materials Engineering