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研究生： 杜孟達
Meng-Da Du
論文名稱： 奈米銀的製備和其在抗菌纖維上的應用
指導教授： 許貫中
Hsu, Kung-Chung
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 化學系
Department of Chemistry
論文出版年： 2009
畢業學年度： 97
語文別： 中文
論文頁數： 76
中文關鍵詞： 共聚物 、合成 、保護劑 、銀粒子 、抗菌 、纖維
英文關鍵詞： copolymer, synthesis, protecting agent, silver particle, antibacterial activity, fiber
論文種類： 學術論文
相關次數： 點閱：737  下載：0 
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    • 本篇論文主要為合成一種水溶性共聚物PAD，可同時做為銀粒子的保護劑和布料的親水劑，PAD是由丙烯醯胺和DAPA為反應物在適當條件下反應所得之產物。研究過程中改變PAD/AgNO3比例、pH值，以UV-VIS光譜圖探討PAD對形成的奈米銀粒子的分散性影響，結果顯示在pH值接近11時進行還原可得分散較好的銀粒子；而由TEM圖得知當PAD/AgNO3比例約為1時比濃度比為1.67, 5時，PAD有較佳的銀粒子保護效果。將Nylon布料經浸泡於不同pH值的PAD/Ag溶液一段時間後，在pH值約為10.5時有99%的抗菌效果，但抗菌率經15次以上的清洗後僅剩56%，有明顯降低的現象；若Nylon布料先經由商用親水劑SPP處理，再經浸泡PAD/Ag溶液後可得穩定的殺菌效果。將聚酯(PET)、Nylon等疏水性布料浸泡於PAD、還原劑和AgNO3溶液中，PAD可作為布料的親水劑，使銀離子和還原後的奈米銀粒子能有效分散在布料結構中，即使布料經過20次的清洗，奈米銀粒子仍可附著於布料上，使有加入PAD處理的PET布料其抗菌率明顯優於未加入PAD的PET改質布料；而在銀離子濃度小於0.5mM時，PAD對Nylon布料提升抗菌率的影響才會顯現出來。在未加入PAD的情況下以高溫法改質布料時，Spandex中的PU成份有助於銀粒子的形成，所以使Nylon91在抗菌能力上優於Nylon100，此外，可由UV-visible光譜圖發現每次高溫法所消耗的銀離子莫耳數少，所以銀離子溶液可重覆使用，減少銀原料的浪費；而加入PAD時，PAD則明顯提升銀粒子的生成，所以改質後的Nylon布料皆有穩定的抗菌效果。

    A copolymer, PAD, was synthesized from acrylamide and DAPA in a proper reaction conditions. Experimentally, different ratios of PAD/AgNO3 solutions under different pH values were prepared and their effects on the dispersion property of formed Ag nano particles investigated by TEM and UV-VIS instruments. The results indicate that proper PAD/AgNO3 molar ratio and pH≒11 could prepare Ag nano particles in good dispersion. The antibacterial property was improved if the fiber was pre-treated with a hydrophilic agent SPP. When PET and Nylon hydrophobic textiles are immersed into PAD/reducing agent/AgNO3 solution, PAD could make the textiles to become hydrophilic. The Ag+ ions could be reduced to nano Ag particles and well-dispersed in the textile structure. After 20 times of laundering, the nano Ag particles still adhere onto textile texture and show antibacterial activity. PET textile modified by PAD and AgNO3 had better antibacterial activity than PET textile only modified by AgNO3. PAD could also improve antibacterial activity of modified Nylon when concentration of AgNO3 is lower than 0.5mM. When Nylon are modified by high temperature(120℃, 1.16atm) without PAD, PU group of spandex in the Nylon91 could produce more Ag particles than Nylon100. Therefore, Nylon91 have more stable antibacterial activity than Nylon100. Few moles of Ag ions would be extinguished by every time of high-temperature-modified, so solution of AgNO3 could be reapplied. There are much more Ag particles reduced by high temperature with PAD, so both Nylon91 and Nylon100 have good antibacterial activity. Finally, PAD copolymer of this invention act as a protecting agent of nano Ag particles and as a hydrophilic-enhancing agent for hydrophobic textiles.

    第一章 緒論 1 1-1. 前言 1 1-2. 研究目的 2 第二章 文獻回顧 3 2-1 奈米金屬粒子 3 2-2 化學還原法 4 2-3 奈米粒子的保護劑 5 2-4 表面改質 8 2-5 含銀抗菌材料 10 2-6 靜電紡絲法 13 2-7 合成纖維的簡介﹝40﹞ 14 第三章 實驗方法 22 3-1 實驗流程 22 3-2 實驗材料與實驗設備 23 3-2-1 實驗藥品 23 3-2-2 實驗設備 23 3-2-3 測試菌種 24 3-2-4 實驗布料 25 3-3 水溶性高分子聚合物之合成 25 3-3-1 合成DAPA單體 25 3-3-2 合成聚合物PAD 26 3-4 PAD聚合物結構的鑑定 26 3-4-1 IR光譜分析 26 3-4-2 H1-NMR光譜分析 27 3-5 奈米銀粒子製備和分析 29 3-5-1 製備奈米銀粒子水溶液 29 3-5-2 UV-VIS光譜分析 29 3-5-3 TEM顯微鏡觀察 29 3-6 抗菌布料之製備 30 3-6-1 銀粒子浸泡法 30 3-6-2 直接還原法 30 3-6-3 高溫法 30 3-7 布料清洗與殺菌率測試 31 3-7-1 定性測試AATCC-147 31 3-7-2 定量測試AATCC-100、FTTS-FA-001 31 3-7-3 洗衣規範AATCC-135 33 第四章 結果與討論 34 4-1 PAD對Ag粒子分散性的影響 34 4-2 pH值對Ag粒子分散性的影響 35 4-3 銀粒子在水溶液中之粒徑 38 4-4 在不同的方法下製備含銀抗菌布料 42 4-4-1 銀粒子浸泡法 42 4-4-2 直接還原法 45 4-4-3 高溫法 52 第五章 結論 61 第六章 參考資料 63 圖目錄 圖 2-3-1檸檬酸鈉保護劑和銀粒子濃度比例不同所造成的影響 17 圖 2-3-2 PAA和PAA(EI)n與銀粒子的作用示意圖 17 圖 2-3-3 PVP和金屬離子的作用示意圖 18 圖 2-3- 4 pH值的不同對陰離子型聚電解質吸附構形的影響 18 圖 2-3-5空位作用之示意圖 19 圖 2-4-1聚丙烯纖維經電漿表面接枝改質後與銀離子結合之示意圖………………………………………………………………………..19 圖 2-5-1含銀粒子的細菌纖維所做的抗菌測試….…………………..20 圖 2-5-2聚合含銀粒子水膠之過程示意圖 20 圖 2-5-3以radical-mediated dispersion polymerization合成含銀粒子奈米纖維之示意圖 20 圖 2-5-4以Layer by Layer 的方法所得到的含銀抗菌材料 21 圖 2-6-1靜電紡絲作用示意圖……. ………………………………….21 圖 3-4-1 聚合物PAD的IR吸收光譜圖…………………………......27 圖 3-4-2 聚合物PAD的H1-NMR圖 28 圖4-1-1未添加PAD的Ag粒子溶液的UV-VIS光譜圖………………………………………………………………………..34 圖4-1-2添加PAD的Ag粒子溶液的UV-VIS光譜圖(pH=5.8) 35 圖4-2-1不同pH值下還原0.25mMPAM+0.4mMAgNO3溶液所得的Ag粒子之UV-VIS光譜圖…………………………………………….36 圖4-2-2 pH值對0.5mMPAD+0.2mMAgNO3溶液中Ag粒子分散性的影響 37 圖4-2-3 pH值在不同AgNO3濃度下對Ag粒子分散性的影響(A)0.5mMPAD+0.2mMAgNO3,(B)0.5mMPAD+0.1mMAgNO3, 37 圖4-2-4 PAD對Ag粒子分散的影響(A)0.2mMAgNO3, (B)0.1mMAgNO3,(C)0.5mMPAD+0.2mMAgNO3,(D)0.5mMPAD+0.1mMAgNO3 38 圖4-3-1 銀粒子之TEM圖....................................................................41 圖4-4-1(a)不同pH值下還原的Ag粒子混合溶液之顏色(b)Nylon100布料經溶液浸泡24小時(b-1)尚未清洗(b-2)清洗10次後…………..43 圖4-4-2 表4-4-1之殺菌實驗結果 44 圖4-4-3表4-4-2中Nylon91所浸泡Ag粒子溶液之UV-VIS圖；(A)0.5mMPAD+0.5mMAgNO3,(B)0.5mMPAD+0.3mMAgNO3,(C)0.5mMPAD+0.15mMAgNO3, 44 圖4-4-4表4-4-2之殺菌實驗結果 45 圖4-4-5 PAD保護劑對PET布料的抗菌影響 48 圖4-4-6 表4-4-3之殺菌實驗結果 48 圖4-4-7 表4-4-5的殺菌實驗結果 49 圖4-4-8表4-4-6的殺菌實驗結果 50 圖4-4-9 不同改質方法下各種布料顏色的變化 51 圖4-4-10 (A)PAD和Nylon66布料作用之示意圖，(B)PAD和PET布料作用之示意圖 51 圖4-4-11表4-4-7各組的殺菌實驗結果 55 圖4-4-12表4-4-8各組的殺菌實驗結果 56 圖4-4-13高溫法對Nylon布料影響之示意圖(A)未加溫前(B)加溫後(C)回到室溫 57 圖4-4-14第一次高溫法(1.5mM AgNO3)後殘留溶液的UV-VIS吸收光譜圖 58 圖4-4-15第5次高溫法(1.5mM AgNO3)後殘留溶液的UV-VIS吸收光譜圖 58 圖4-4-16 不同布料浸泡於0.5mM PAD和1.5mM AgNO3溶液中，經高溫法後殘留溶液之UV-VIS吸收光譜圖，F表示為第一次高溫法，S表示為第二次高溫法 59 圖4-4-17 PAD/AgNO3=0.5/0.25 以直接還原法處理過的布料所做的AATCC-147測試 59 圖4-4-18以PAD/AgNO3=0.5/0.25 以銀粒子浸泡法後所做的AATCC-147測試 60 表目錄 表 4-4-1 以粒子浸泡24小時後在不同pH值下的抗菌力 43 表 4-4-2 Nylon 91浸泡PAD/Ag溶液後的金黃色葡萄球菌殺菌率 44表 4-4-3未添加PAD保護劑時PET布料的抗菌率 47 表 4-4-4添加PAD保護劑時PET布料的抗菌率 47 表 4-4-5 Nylon91(N)、Nylon100(n) 未添加PAD下以直接還原法處理後的殺菌率 49 表 4-4-6添加PAD時Nylon布料的抗菌率 50 表 4-4-7連續高溫法下Nylon91的抗菌率 55 表 4-4-8不同條件下以高溫法改質後Nylon100、Nylon91的抗菌率 56

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