防汚生地用の持続可能なポリマーコーティング

May 30, 2023

Nature Sustainability (2023)この記事を引用

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洗濯業における合成洗剤の過剰使用は、環境汚染の重要な原因となっています。その結果、洗剤の使用量を最小限に抑える特性を特徴とする環境に優しい繊維製品を実現するため、持続可能性を重視したイノベーションがますます注目を集めています。ここでは、耐汚染性を導入するために織物の上に追加の層を作成するコーティング・アット・ウィル（CAW）戦略を提案します。コーティング層は、リゾチーム (Lyz) と両性イオン性ポリ(スルホベタインメタクリレート) (pSBMA) の共役ポリマーをベースにしており、布地にさらされると表面に強固なナノフィルムを形成します。驚くべきことに、この親水層は水中で優れた超疎油性を示し、コーティングされた布地は洗剤を使わずに水で簡単に洗浄できます。光学的に透明で生体適合性のあるこのポリマーナノフィルムは、生地の衣服の快適さを損なうことなく、ライフサイクル分析によると、洗剤と比較して二酸化炭素排出量を 50% 以上削減します。さらに、当社の CAW 戦略は、金属、ガラス、プラスチック、セラミックなどのさまざまな材料の表面に適用でき、洗浄製品によってもたらされる環境リスクに対する多用途のソリューションを提案します。

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PYは、Distinguished Young Scholars (No. 52225301)、中国国家重点R&Dプログラム(No. 2020YFA0710400、2020YFA0710402)、111プロジェクト(No. B14041)、陝西省イノベーション能力支援プログラムを通じた国立科学財団からの資金援助に感謝します。 (番号 2020TD-024) および陝西省国際科学技術協力計画 (番号 2022KWZ-24) J. Zhao は、中国国家重点研究開発プログラム (番号 2020YFA0710400 および 2020YFA0710403)、中央大学基礎研究基金 (番号 GK202205017)、中国国家自然科学財団 (番号 51903146)、および自然科学財団から資金提供を受けました。陝西省設立（第2020JQ-420）。 YL は中国国家自然科学財団 (第 51903147 号) の支援を受けました。

教育省、陝西師範大学化学化学工学部、応用表面およびコロイド化学の主要研究室（中国、西安）

Chengyu Fu、Yingtao Gao、Jian Zhao、Yongchun Liu、Xingyu Zhou、Rongrong Qin、Bowen Hu、Yingying Zhang、Songpei Nan、Jinrui Zhang & Peng Yang

中国西安市陝西師範大学化学化学工学部高分子ソフトマター西安重点研究室

Chengyu Fu、Yingtao Gao、Jian Zhao、Yongchun Liu、Xingyu Zhou、Rongrong Qin、Bowen Hu、Yingying Zhang、Songpei Nan、Jinrui Zhang & Peng Yang

陝西師範大学化学化学工学院機能性繊維・ソフトスマートテキスタイル国際共同研究センター（中国・西安）

Chengyu Fu、Yingtao Gao、Jian Zhao、Yongchun Liu、Xingyu Zhou、Rongrong Qin、Bowen Hu、Yingying Zhang、Songpei Nan、Jinrui Zhang & Peng Yang

中国秦皇島市、河北師範理工大学化学工学部

王正格

中国天津市、天津医科大学口腔科病院口腔科

パン・ヤンユン & シュー・ジャン

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PY はプロジェクト全体を管理し、実験スペース、支出、アイデア、デザイン、記事の改訂を提供しました。 CF は実験の準備、特性評価、データ処理、プロジェクト設計、論文の改訂を完了しました。 ZW は実験のアイデアを提供しました。 YG は材料の特性評価を支援しました。 J. Zhao と YL が記事を改訂しました。 X. Zhou と RQ が記事を校正します。 YP と X. Zhang は動物実験を指揮しました。 YZ ガイドによる現場での AFM 特性評価。 BH、J. Zhang、JW、SN がフィールド実験を支援しました。 FFさんにイメージデザイン協力していただきました。 QT と XL が LCA 分析を指導しました。

彭楊への対応。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

Nature Sustainability は、この研究の査読に貢献してくれた Xi Yao 氏、Simeon Stoyanov 氏、およびその他の匿名の査読者に感謝します。

発行者注記 Springer Nature は、発行された地図および所属機関の管轄権の主張に関して中立を保っています。

a、Lyz-pSBMAおよびPTL-pSBMA粉末のFTIR特性評価、およびアミドI領域の対応するデコンボリューション。 b、c、PTL-pSBMA コーティングの AFM (b) および TEM (c) 画像。 AFM のスケールバーは 160 nm、TEM は 100 nm です。 d、PTL-pSBMA ナノフィルムの表面の S2p XPS テスト。 e、f、さまざまな基板上の PTL-pSBMA コーティングの C/N 比 (e) および WCA (f)。エラーバーは平均±SD (n = 3) を示します。

ソースデータ

a、黄色ブドウ球菌のパターン状付着を示すレーザー走査型共焦点顕微鏡（LSCM）画像。スケールバーはそれぞれ 400 μm と 20 μm です。 b、裸のガラスおよびPTL-pSBMA@ガラス上で培養された大腸菌。スケールバー、20μm。 c、d、ベアシリコンウェーハ（左、スケールバー、3μm）およびPTL-pSBMAへの黄色ブドウ球菌（c）および大腸菌（d）の付着を示す電界放射型走査型電子顕微鏡（FE-SEM）画像。ナノフィルム（右、スケールバー、10μm）。 e、PS培養皿（左）およびPTL-pSBMAナノフィルム（右）へのA.フラバスの付着を示す光学顕微鏡画像。スケールバー、50μm。 f、g、FE-SEM画像（f）は裸のガラス（左）とPTL-pSBMAナノフィルム（右）に接着した血小板を示し、LSCM画像（g）は裸のガラス（左）とPTLに接着したL929細胞を示します-pSBMA ナノフィルム (右)。スケールバーはそれぞれ 20 μm (f) と 300 μm (g) です。

a、b、さまざまな布地（シルク、リネン、ポリエステル、フランネル、ビニロン、綿、モダール）上で修飾されたPTL-pSBMAを示す光学画像（a）、および対応する水中油接触角（OCA）（b）。スケールバー、2cm。

a、ブランク、PTL-pSBMA、従来のDWLおよびLPのグループにおける白色ポリエステル、ビニロン、シルクおよびコットン生地からの草の汚れの除去を示す光学画像。 b、c、対応する洗浄力（b）と白色度保持力（c）。エラーバーは平均±SD (n = 3) を示します。

ソースデータ

a、プラスチック、ステンレス鋼、セラミック、およびガラス板からラー油を除去するための、DWLに対するPTL-pSBMAの洗浄効果を示す光学画像(a)。 b、c、対応する洗浄効率の値 (b、c)。エラーバーは平均±SD (n = 3) を示します。

ソースデータ

a、b、包帯にコーティングされたPTL-pSBMAの溶血アッセイ。ポジティブ（H2O）、ネガティブコントロール（PBS）、未使用の包帯およびPTL-pSBMAナノフィルムの光学写真（a、b）。エラーバーは平均±SD (n = 3) を示します。 c、PTL-pSBMAナノフィルムの細胞毒性試験。エラーバーは平均±SD (n = 3) を示します。 d、PTL-pSBMA、LP、およびDWLに関するゼブラフィッシュの死亡率試験。 e、f、それぞれ1および2 mg ml-1で48時間培養した後のPTL-pSBMA、LPおよびDWLで処理した水耕レタスの光合成速度（e、f）。エラーバーは平均±SD (n = 3) を示します。 g、h、マウスのバックとブランクおよびPTL-pSBMA@生地との1〜5日間の接触を示す光学およびH&E染色画像（g、h）。スケールバーはそれぞれ 2 mm (g) と 200 μm (h) です。

ソースデータ

補足的な方法、図。 1 ～ 69 および表 1 ～ 3。

PTL-pSBMAのLCA。

雲母基板上でのPTL-pSBMA溶液の成膜過程のその場AFM画像。

洗浄ラー油における未使用のシルクと PTL-pSBMA@silk の比較。

PTL-pSBMAによる生地の大規模修飾とラー油汚れの洗浄。

PTL-pSBMAナノフィルムが皿表面のラー油を洗浄します。

25 ml s-1の速度での水による未使用のディッシュとPTL-pSBMA@ディッシュの洗浄の比較。

未処理の CD および T%、および処理済みの ANS データ。

計算された QCM データ。

未処理の通気性と透湿性のデータ。

ラー油に対する耐性を計算したデータです。

コーティングの再生サイクルの計算データ。

図6b、cは未処理のデータであり、特定のデータは補足情報で参照できます。図6d、eは計算されたデータです。

拡張図 1a、d、f は未処理データ、拡張データ図 1e は処理済みデータです。

草汚れに対する耐性を計算したデータです。

ラー油に対する耐性を計算したデータです。

拡張データ図 6b ～図 6d は処理済みデータ、拡張データ図 6f は未処理データです。

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転載と許可

Fu、C.、Wang、Z.、Gao、Y. 他。防汚生地用の持続可能なポリマーコーティング。ナット・サステイン（2023）。 https://doi.org/10.1038/s41893-023-01121-9

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受信日: 2022 年 8 月 9 日

受理日: 2023 年 4 月 13 日

公開日: 2023 年 5 月 8 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41893-023-01121-9

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