Modifikacija površine TiO2 za razvoj večfunkcionalnih nanokompozitnih tekstilij

Rashid, Mohammad Mamunur (avtor), Tomšič, Brigita (mentor), Jerman, Ivan (komentor)

V doktorski disertaciji je predstavljen inovativen in trajnosten pristop k razvoju trajnih, večnamenskih nanokompozitnih zaščitnih apretur za tekstilije, ki vključuje površinsko modifikacijo TiO2 z Ag ali reduciranim grafen oksidom (rGO) in funkcionalizacijo z mešanico različnih organofunkcionalnih trialkoksisilanov. Za sintezo TiO2 je bil uporabljen titanov izopropoksid (TTIP) v optimizirani 4% koncentraciji. Z uporabo nizkotemperaturne sol-gel in sol-gel/hidrotermalne metode je bil TiO2 nanesen na bombažno tkanino, in situ oplaščen z Ag (Ag-TiO2) ali sklopljen z rGO (TiO2/rGO) ter funkcionaliziran z [3-(trimetoksisilil)propil]amonijevim kloridom (SiQAC) ali aminopropiltrietoksisilanom (APTES), ki tvorita bio-bariero, ter zaviralcem gorenja (trihidroksisilil)propilmetilfosfonatom (TPMP) na osnovi fosforja. Ag-TiO2 je izkazal hkratno fotokatalitsko aktivnost TiO2 in nadzorovano sproščanje biocidnega Ag/Ag2O, kar je zagotovilo učinkovito protimikrobno aktivnost, izboljšano UV zaščito in fotokatalitsko samočistilnost. Funkcionalizacija Ag-TiO2 s SiQAC ali TPMP je omogočila oblikovanje visoko zamrežene hibridne organsko-anorganske matrice preko Si–O–Ti in Si–O–Si vezi, pri čemer so potekale tudi interakcije s funkcionalnimi skupinami celuloze preko Si–O–C vezi. SiQAC je oslabil UV-zaščito Ag-TiO2, a obzkoval dodatno pasivno in aktivno bio-bariero ter omogočil nastanek Ag/AgCl/TiO2 heterokompozita, ki je izboljšal fotokatalitično aktivnost. TPMP je v kombinaciji z reaktivnimi kisikovimi zvrstmin (ROS) in Ag0/Ag+ zagotovil izboljšano protimikrobno aktivnost ter povečano termo-oksidativno stabilnost in ognjevarnost, ne da bi se pri tem poslabšale UV-zaščitne lastnosti Ag-TiO2. Funkcionalizacija Ag-TiO2 z mešanicama TPMP/SiQAC ali TPMP/APTES je vplivala na nastanek različnih Ag vrst po oplaščenju TiO2 z Ag in preko tvorjenja heterokompozita TiO2/Ag/AgCl ali TiO2/Ag vplivala na učinkovitost večfunkcionalnih zaščitnih lastnosti. Najbolje sta se izkazali mešanici solov TTIP/TPMP/SiQAC ali TTIP/TPMP/APTES, uporabljeni v ekvimolarnem razmerju. Kombinacija rGO in TPMP/APTES-funkcionaliziranega TiO2 je predstavljala okolju prijaznejšo alternativo Ag-TiO2, pri čemer je sol-gel metoda zagotovila doseganje boljših večfunkcionalnih zaščitnih lastnosti v primerjavi s sol-gel/hidrotermalno metodo. Vse novo razvite nanokompozitne apreture so primerne za trajnostno plemenitenje tehničnih tekstilij, saj zagotavljajo prilagodljive večfunkcionalne zaščitne lastnosti glede na namembnost uporabe.

• Jezik: Angleški jezik
• Ključne besede: tekstilije, večfunkcionalnost, titanov dioksid (TiO2), Ag-oplaščenje, reduciran grafen oksid (rGO), funkcionalizacija površine, organofunkcionalni trialkoksisilani, in situ sinteza
• Vrsta gradiva: Doktorsko delo/naloga
• Organizacija: NTF - Naravoslovnotehniška fakulteta
• Leto izida: 2024
• PID: 20.500.12556/RUL-163043
• Datum objave v RUL: 01.10.2024

RASHID, Mohammad Mamunur, 2024, Modifikacija površine TiO2 za razvoj večfunkcionalnih nanokompozitnih tekstilij [na spletu]. Doktorska disertacija. [Dostopano 19 maj 2025]. Pridobljeno s: https://repozitorij.uni-lj.si/IzpisGradiva.php?lang=slv&id=163043

Sekundarni jezik

• Jezik: Slovenski jezik
• Naslov: Modification of TiO2 surface for development of multifunctional nanocomposite textiles

Izvleček

This doctoral thesis presents an innovative and sustainable approach for the development of durable, multifunctional, nanocomposite protective coatings for textile applications involving the combination of TiO2 with a mixture of different organofunctional trialkoxysilane precursors. An optimized 4% titanium isopropoxide (TTIP) was used as TiO2 precursor. Using in-situ low temperature sol-gel and sol-gel/hydrothermal methods, TiO2 was loaded with Ag (Ag-TiO2) or coupled with reduced graphene oxide rGO (rGO/TiO2) and additionally modified with the biobarrier-forming [3-(trimethoxysilyl)propyl]ammonium chloride (SiQAC) or aminopropyltriethoxysilane (APTES) and the phosphorus-containing flame retardant (trihydroxysilyl)propylmethylphosphonate (TPMP). Ag-TiO2 combined the photocatalytic efficiency of TiO₂ with the controlled release of biocidal Ag/Ag₂O, providing an effective self-sterilizing surface, improved UV protection and photocatalytic self-cleaning activity. The functionalization with SiQAC or TPMP created a highly cross-linked organic-inorganic hybrid network through Si–O–Ti and Si–O–Si bonds, with the Si–O–C bonds interacting with cellulose functional groups. SiQAC impaired UV protection of Ag-TiO2 but formed an additional passive and active bio-barrier and facilitated the formation of the Ag/AgCl/TiO2 heterostructure, which improved the photocatalytic activity of Ag-TiO2. TPMP together with ROS and Ag0/Ag+ provided antibacterial activity as well as increased thermo-oxidative stability and flame retardancy without compromising UV blocking of-TiO2. Functionalization with a TPMP/SiQAC or TPMP/APTES mixtures affected the formation of Ag species after Ag loading of TiO2 and influenced the overall multifunctional performance through TiO2/Ag/AgCl or TiO2/Ag heterocomposites, with the TTIP/TPMP/SIQAC or TTIP/TPMP/APTES mixture being optimal in equimolar ratio. The introduction of rGO of higher concentration into the TPMP/APTES-functionalized TiO₂ system proved to be a more environmentally friendly alternative to functionalized Ag-TiO2, whereas the sol-gel route delivered superior multifunctional performance compared to sol-gel/hydrothermal method. Each of the novel nanocomposite coatings is a viable option for further sustainable development of technical textiles and offers different advantages for various specific applications.

• Ključne besede: textile, multifunctionality, titanium dioxide (TiO2), Ag loading, reduced graphene oxide (rGO), surface functionalization, organofunctional trialkoxysilanes, in situ synthesis