Estudio de las interacciones físico químicas del algodón y los óxidos de cobre en los textiles funcionalizados con propiedades antimicrobianas

Abstract

La aparición y propagación de nuevos microorganismos que causan enfermedades como el COVID-19 y las enfermedades ya existentes como las Infecciones Asociadas a la Atención en Salud (IAAS), son problemas de salud pública y privada a nivel mundial. El uso de tejidos de algodón con propiedades antimicrobianas funcionalizados con óxidos de cobre (CuOx) como el óxido cuproso (Cu2O) y/o óxido cúprico (CuO), podrían ser empleados para prevenir y disminuir la propagación de agentes patógenos como bacterias, virus y hongos. El objetivo del presente trabajo fue realizar un estudio de la interacción físico-química entre los CuOx y la celulosa de la fibra de algodón de un tejido antimicrobiano. Los CuOx se sintetizaron usando tres diferentes sales de cobre (acetato de cobre monohidratado (Cu(CH3COO)2·H2O), nitrato de cobre trihidratado (Cu(NO3)2·3H2O), sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4·5H2O)) y un agente reductor (hidróxido de sodio (NaOH)). La funcionalización in situ de tejidos con CuOx fue llevado a cabo por el método de teñido de agotamiento, usando el equipo textil de alta temperatura (HT – High temperatura) de la marca Rapid, modelo Eco Dyer-24. Para la funcionalización fueron usados 2% s.m.t. (sobre la masa del textil) de la sal precursora de cobre y 0,5 g/L de NaOH. Los tejidos de algodón obtenidos fueron caracterizados por espectrometría de masas por plasma acoplado inductivamente (ICP-MS), espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS), espectrometría de masas de iones secundarios en el tiempo de vuelo (TOF-SIMS) y microscopía electrónica de barrido (MEB), además, se evaluaron sus características colorimétricas, propiedades físicas y solideces de color, asimismo, se analizó sus propiedades antimicrobianas según la norma ASTM E2149:2013 antes y después de lavados. Los resultados mostraron que los CuOx cambiaron la tonalidad amarilla del tejido no-funcionalizado a pardo rojizo. La cantidad inicial de cobre en los tejidos de algodón fue de 0,009%, el cual después de la funcionalización a partir de acetato, nitrato y sulfato cobre aumentó a 40, 32 y 27%, respectivamente. Existe un tipo de interacción química entre los grupos hidroxilos de la celulosa del algodón y el cobre, asimismo, la superficie de los tejidos funcionalizados tiene una mezcla de Cu2O y CuO. Además de ello, los tejidos funcionalizados con CuOx inhibieron el crecimiento bacteriano de Escherichia coli y Pseudomonas aeruginosa en más del 99% antes y después de 5, 15 y 25 lavados.

The appearance and spread of new microorganisms that cause diseases such as COVID-19 and existing diseases such as Healthcare-Associated Infections (HAIs), are public and private health problems worldwide. The use of cotton fabrics with antimicrobial properties functionalized with copper oxides (CuOx) like cuprous oxide (Cu2O) and/or cupric oxide (CuO), could be used to prevent and reduce the spread of pathogens such as bacteria, viruses and fungi. The objective of the present work was to carry out a study of the physical-chemical interaction between CuOx and cellulose of cotton fiber of an antimicrobial fabric. The CuOx were synthesized using three different copper salts (copper acetate monohydrate (Cu(CH3COO)2·H2O), copper nitrate trihydrate (Cu(NO3)2·3H2O), copper sulfate pentahydrate (CuSO4·5H2O)) and a reducing agent (sodium hydroxide (NaOH)). The in situ functionalization of fabric with CuOx was carried out via the exhaust dyeing method using the High-Temperature (HT) textile equipment of brand Rapid Eco Dyer model ECO-24. For functionalization, 2% s.m.t. (on the mass of the textile) of the precursor copper salt and 0.5 g/L of NaOH were used. For functionalization, 2% owf (on-weight-fabric) of the precursor copper salts and 0.5 g/L of NaOH were used. The obtained cotton fabrics were characterized by Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometry (ICP-MS), X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (TOF-SIMS) and Scanning Electron Microscopy (SEM), in addition, their colorimetric characteristics, physical properties and colorfastness were evaluated, likewise, their antimicrobial properties were analyzed according to ASTM E2149:2013 standard before and after washing. The results showed that the CuOx changed the yellow hue of the non-functionalized fabric to reddish brown. The initial amount of copper in the cotton fabrics was 0.009%, which after functionalization from copper acetate, nitrate and sulfate increased to 40, 32 and 27%, respectively. There is a type of chemical interaction between hydroxyl groups of cotton cellulose and copper, likewise, the surface of the functionalized fabrics has a mixture of Cu2O and CuO. Furthermore, the functionalized fabrics with CuOx inhibited bacterial growth of Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa by more than 99% before and after 5, 15 and 25 washes.