طراحی و ساخت منسوج سلولوزی بازساختی/مکسین Ti3C2Tx برای کاربردهای الکتروگرمایی و ضدباکتریایی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 اصفهان، دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده مهندسی نساجی، کد پستی 8415683111

2 اصفهان، دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده مهندسی منابع طبیعی، کد پستی 8415683111

3 اصفهان، دانشگاه صنعتی اصفهان، پژوهشکده زیست‌فناوری و مهندسی زیستی، کد پستی 8415683111

10.22063/jipst.2025.35719.2399

چکیده

فرضیه: توسعه منسوجات هوشمند و چندمنظوره با خواص مختلف گرمایی، مکانیکی، الکتریکی، جذب امواج و ضدباکتری مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. موادی که این خواص را ایجاد می‌کنند شامل نانوذرات فلزی و اکسیدهای فلزی، پلیمرهای رسانا ، نانولوله‌های کربنی، گرافن و مکسین هستند. مکسین در پوشش‌دهی منسوجات با وجود ایجاد خواص چندگانه، خصوصیات ذاتی پارچه هوشمند را حفظ می‌کند. تمرکز اصلی پژوهش بر این است که خواص ضدباکتری و الکتروگرمایی پارچه سلولوزی پوشش‌یافته با مکسین چگونه است و چه تاثیر بر خواص ذاتی پارچه مثل تنفس‌پذیری می‌گذارد.
روش‌ها: در این مطالعه مکسین Ti3C2Tx از پیش ماده فاز مکس Ti3AlC2 به روش نمک حاوی فلوئور سنتز شده و سپس تعلیقه آبی مکسین با غلظت 7 میلی‌گرم بر میلی‌لیتر روی سطح پارچه پلیمری اصلاح‌شده با سدیم هیدروکسید پوشش‌دهی شده است و خواص الکتروگرمایی، ضدباکتریایی و نفوذپذیری هوا مورد ارزیابی قرار گرفته است.
یافته‌ها: منسوج سلولوزی هوشمند پوشش‌یافته با مکسین، خواص الکتروگرمایی (°C 80 در 6 ولت) و عملکرد ضدباکتریایی 2.21±77.53 درصد در برابر باکتری E. coli و 1.74±66.84 درصد در برابر باکتری S. aureus بدون افزودن مواد اضافی از خود نشان داد. نتایج نفوذپذیری هوا برای منسوج چندمنظوره پوششی (cm/s) 2.84 ± 27.97) نسبت به پارچه خام (cm/s) 0.35 ± 38.61 تنفس‌‌پذیری مناسبی را نشان داد. پارچه سلولوز پوشش‌یافته به‌دلیل عمل‌کردن با سود، جذب مکسین روی پارچه در حین غوطه‌وری افزایش یافته و پوشش‌دهی روی پارچه به خوبی انجام می‌شود. همچنین نانوصفحات مکسین دارای گروه‌های عاملی فراوان هستند که از طریق پیوندهای هیدروژنی بین مکسین و سلولوز اصلاح‌شده به‌راحتی به سطح الیاف متصل می‌شوند. این پارچه هوشمند مبتنی بر مکسین با حفظ خواص ذاتی پارچه، می‌تواند در کاربردهایی مانند یخ‌زدایی، گرمایش الکتریکی و لباس‌های محافظتی گرم‌کننده استفاده شود. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Designing and Manufacturing of Regenerated Cellulose/ Ti3C2Tx MXene Textile for Electrothermal and Antibacterial Applications

نویسندگان [English]

  • Mansoor Mandegari 1
  • Komeil Nasouri 2
  • Seyed Amir Hossein Jalali 3
1 Department of Textile Engineering, Isfahan University of Technology, P.O. Box: 84156-83111, Isfahan, Iran
2 Department of Textile Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan 84156-83111, Iran
3 Department of Natural Resources, Isfahan University of Technology, Isfahan, 84156–83111, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: The development of smart and multifunctional textiles with various thermal, mechanical, electrical, electromagnetic-absorbing, and antibacterial properties has attracted significant attention from researchers. Materials that impart such functionalities include metallic nanoparticles and metal oxides, conductive polymers, carbon nanotubes, graphene, and MXenes. Despite introducing multiple advanced properties, MXene coatings preserve the inherent characteristics of smart fabrics. The main focus of this study is to investigate the antibacterial and electrothermal properties of MXene-coated cellulosic fabrics, as well as to examine how this coating influences the fabric’s intrinsic features, such as breathability.
Methods: In this study, Ti₃C₂Tₓ MXene was synthesized from the MAX-phase precursor Ti₃AlC₂ using a fluoride-containing salt etching method. Subsequently, an aqueous MXene suspension with a concentration of 7 mg/mL was coated onto the surface of a polymeric fabric pretreated with sodium hydroxide. The electrothermal performance, antibacterial activity, and air permeability of the resulting material were then evaluated.
Findings:
The MXene-coated smart cellulosic textile exhibited electrothermal performance (80 °C at 6 V) and inherent antibacterial activity of 77.53 ± 2.21% against E. coli and 66.84 ± 1.74% against S. aureus without the addition of any extra antimicrobial agents. The air-permeability results for the multifunctional coated textile (27.97 ± 2.84 cm/s) compared to the raw fabric (38.61 ± 0.35 cm/s) demonstrated acceptable breathability. Due to the alkali treatment of the cellulosic fabric, MXene uptake during the dip-coating process increased, resulting in a uniform and effective coating. Moreover, MXene nanosheets contain abundant functional groups, enabling strong attachment to the modified cellulose surface through hydrogen bonding. This MXene-based smart textile, while maintaining the intrinsic properties of the fabric, shows strong potential for applications such as de-icing, electrothermal heating, and protective warming garments.

کلیدواژه‌ها [English]

  • MXene nanosheets
  • Smart textile
  • Cellulose
  • Antibacterial
  • Electrothermal