Aplikace iontových kapalin k úpravě textilu pro ochranu pokožky proti UV záření

Jana Vaštyl

Doctoral thesis

Application of ionic liquids for textile treatment to protect the skin against UV radiation

Abstract:

V důsledku poškození ozonové vrstvy v určitých regionech světa proniká větší množství škodlivého UV záření na povrch Země a bavlněný materiál všeobecně používaný pro výrobu oblečení dosahuje nízkých hodnot UV protektivní ochrany. V rámci práce byla navržena modifikace bavlněné tkaniny s cílem zvýšení jejích UV protektivních vlastností. Byly vybrány a připraveny iontové kapaliny (IL), které by měly mít schopnost absorbovat záření v ultrafialové oblasti, zejména v oblastech UVA a UVB a po jejich impregnaci na bavlněnou tkaninu by mělo dojít k získání lepší odolnosti materiálu proti UV záření. Připravené IL zároveň musí dosahovat nízkých hodnot toxicity vůči lidskému organismu, kvůli jejich kontaktu s pokožkou a současně nesmí rozpouštět bavlněné vlákno, aby nedocházelo k jeho znehodnocení. V teoretické části jsou shrnuty obecné informace o IL, bavlně, ochraně proti UV záření, dále jsou kapitoly věnované hodnocení ochrany textilu proti UV záření a analytickým metodám, které byly při práci použity. Experimentální část je věnována syntéze, iontové záměně a rafinaci IL, metodám charakterizace IL, impregnaci bavlněné textilie pomocí IL a hodnocení účinnosti UV ochrany. Připravené IL jsou charakterizovány pomocí analytických technik jako je elementární analýza, argentometrická titrace, Karl-Fisherova titrace, NMR, UV-Vis, FTIR-ATR, následně jsou také hodnoceny pomocí testů na akutní toxicitu pomocí lopatkových testerů na koliformní bakterie, plísně a kvasinky a taky na buněčnou metabolickou aktivitu pomocí kolorimetrického testu MTT Assay. Impregnovaná bavlněná textilie je podrobena technikám SEM, XPS a následnému hodnocení pomocí ochranného faktoru proti UV záření (UPF). Jsou diskutovány vzájemné souvislosti mezi strukturou použitých IL a jejich toxikologickými, ekotoxikologickými vlastnostmi a jejich schopností absorbovat UV záření. Nejvyšší hodnoty UPF = 70,6 bylo dosaženo u (C12(Chin)2)2TFSI- , kde byly zároveň dosaženy výborné výsledky z hlediska stability impregnované bavlněné tkaniny po provedených pracích cyklech, tak i z hlediska toxicity.

Abstract:

As a result of damage to the ozone layer in certain regions of the world, a greater amount of harmful UV radiation penetrates the Earth's surface, and the cotton material generally used for the production of clothing achieves low values of UV protection. As part of the work, a modification of the cotton fabric was proposed with the aim of increasing its UV protective properties. Ionic liquids (IL) were selected and prepared, which should have the ability to absorb radiation in the ultraviolet region, especially in the UVA and UVB areas, and after their impregnation on cotton fabric, better resistance of the material against UV radiation should occur. At the same time, the prepared IL must achieve low levels of toxicity to the human organism, due to their contact with the skin, and also must not dissolve the cotton fiber, so that it does not deteriorate. In the theoretical part, general information about IL, cotton, protection against UV radiation is summarized, there are also chapters dedicated to the assessment of textile protection against UV radiation and analytical methods that were used in the work. The experimental part is devoted to the synthesis, ion exchange and refining of IL, methods of characterization of IL, impregnation of cotton fabric with IL and evaluation of the effectiveness of UV protection. The prepared IL are characterized using analytical techniques such as elemental analysis, argentometric titration, Karl-Fisher titration, NMR, UV-Vis, FTIR-ATR, then they are also evaluated using acute toxicity tests using paddle testers for coliform bacteria, molds and yeasts and also on cellular metabolic activity using the MTT Assay colorimetric test. The impregnated cotton fabric is subjected to SEM, XPS techniques and subsequent evaluation using the UV protection factor (UPF). Interrelationships between the structure of the IL used and their toxicological, ecotoxicological properties and their ability to absorb UV radiation are discussed. The highest UPF = 70.6 was achieved for (C12(Chin)2)2TFSI-, excellent results regarding both the stability of impregnated cotton fabric after the washing cycles performed, and also in terms of toxicity were achieved.

Keywords

iontové kapaliny, syntéza, iontová záměna, toxicita, impregnace, bavlněná textilie, UV ochrana, chinolin, UPF, (C12(Chin)2)2TFSI-

Keywords

ionic liquids, synthesis, ion exchange, toxicity, impregnation, cotton fabric, UV protection, chinoline, UPF, (C12(Chin)2)2TFSI-

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 1. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 30. 1. 2023
• Supervisor: Lucie Obalová
• Reader: Petr Klusoň, Tomáš Weidlich, Kamila Kočí

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta materiálově-technologická

Doctoral programme / field:
Procesní inženýrství / Procesní inženýrství