Verbesserung der mechanischen und antimikrobiellen Eigenschaften von epoxidiertem Naturkautschuk durch reaktive Mischung mit Chlorhexidingluconat

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 9974 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Eine epoxidierte Naturkautschukmischung (ENR) mit Chlorhexidingluconat (CHG) wurde mit einem Zweiwalzenstuhl bei 130 °C hergestellt. CHG wurde in Konzentrationen von 0,2, 0,5, 1, 2, 5 und 10 % (Gew./Gew.) als antimikrobieller Zusatzstoff zugesetzt. Die ENR-Mischung mit 10 % (Gew./Gew.) CHG zeigte die beste Zugfestigkeit, elastische Erholung und Shore-A-Härte. Die ENR/CHG-Mischung zeigte eine glatte Bruchfläche. Das Erscheinen eines neuen Peaks im Fourier-Transformations-Infrarotspektrum bestätigte, dass die Aminogruppen von CHG mit den Epoxidgruppen von ENR reagierten. Das ENR mit 10 % CHG zeigte eine Hemmzone gegen Staphylococcus aureus. Die vorgeschlagene Mischung verbesserte die mechanischen Eigenschaften, die Elastizität, die Morphologie und die antimikrobiellen Eigenschaften des ENR.

Derzeit ist die Entwicklung erneuerbarer Biomaterialien ein wichtiger Durchbruch zur Reduzierung der Umweltauswirkungen synthetischer Abfälle. Das Mischen von zwei oder mehr Polymeren ist eine grundlegende Methode zur Verbesserung der Eigenschaften von Polymeren entsprechend ihrer Anwendung. Viele Biopolymere wie Carboxymethylcellulose1,2,3, Carboxymethylchitosan4, 5, Bakteriencellulose6, 7, Stärke8,9,10,11,12, Gelatine13, Chitosan14, Sericin15, 16, Keratin17, Pektin18,19,20, Polysaccharide21, 22 und Naturkautschuk (NR)23 wurden für die Herstellung neuer Biomaterialien untersucht.

NR ist ein Polymer, das in Thailand leicht verfügbar ist und in der Industrie weit verbreitet ist. Epoxidiertes NR (ENR) ist ein NR-Derivat mit einem Epoxidring, der die Polarität von Gummi verbessert und die Kompatibilität mit anderen Polymeren fördert24,25,26,27,28. In einigen Studien wurde ENR verwendet, um die Zähigkeit von Polymilchsäure zu verbessern29. Berichten zufolge verbessert die Zugabe von ENR die Zugeigenschaften und die Morphologie von thermoplastischer Stärke (TPS)30. Thermoplastische Elastomere sind elastische Materialien, die durch Mischen eines Polymers und eines Kautschuks erhalten werden31, 32. Reaktives Mischen ist eine wirksame Technik zur Verbesserung der Eigenschaften von Polymermischungen33,34,35. Mit der reaktiven Schmelzmischtechnik ENR30 wurden neue thermoplastische Elastomere entwickelt. Die Vernetzung in der Kautschukphase ist eine wichtige Reaktion zur Verbesserung der Eigenschaften von Kautschuken36.

Chlorhexidingluconat (CHG) ist ein antimikrobieller Zusatzstoff, der in Gummi eingearbeitet werden kann37. CHG besteht aus zwei symmetrischen 4-Chlorphenylringen und zwei Biguanidgruppen, die durch eine zentrale Hexamethylenkette verbunden sind und über Wasserstoffbrücken mit Molekülen interagieren können38. CHG kann gramnegative Bakterien, grampositive Bakterien, Mikrobakterien und Pilze hemmen39. Darüber hinaus wurde CHG als Zusatzstoff in TPS/ENR verwendet: Es verbesserte die Kompatibilität der beiden Polymere und erhöhte ihre Härte37. Mikrobenwachstum in Naturkautschuk ist ein wichtiges Nachernteproblem für Naturkautschuk, das die Qualität, Sicherheit und Eigenschaften des Gummimaterials beeinträchtigt. Die Zugabe eines antimikrobiellen Wirkstoffs zu Naturkautschuk ist eine wirksame Methode zur Verbesserung der antimikrobiellen Eigenschaften des Materials. Naturkautschuk ist jedoch kein verkapseltes Material. Daher wird ein reaktives antimikrobielles Mittel verwendet, um eine gewisse Reaktion und Vernetzung im Naturkautschuk auszulösen und so die mechanischen und antimikrobiellen Eigenschaften zu verbessern. Der Naturkautschuk mit antimikrobiellen Eigenschaften kann das mikrobielle Wachstum bei schlechten Lagerbedingungen verhindern und für medizinische Anwendungen eingesetzt werden. Über ENR-Mischungen mit medizinischen Füllstoffen, die Bakterien und Pilze abtöten und die mechanischen Eigenschaften in einem breiten Spektrum industrieller Anwendungen verbessern können, liegen jedoch nur vernachlässigbare Informationen vor.

In dieser Studie wurde ein neues ENR mit antimikrobiellen Eigenschaften entwickelt. Ziel dieser Forschung ist die Verbesserung der ENR-Eigenschaften durch Mischtechnik mit der antimikrobiellen Verbindung CHG. CHG wurde aufgrund seiner hohen antimikrobiellen Eigenschaften, Hitzebeständigkeit und hohen Reaktivität seiner Aminogruppen der CHG-Struktur ausgewählt. Es wurde erwartet, dass die auftretende Reaktion zwischen CHG und ENR die mechanischen und antimikrobiellen Eigenschaften von ENR verbessern würde. Die Auswirkungen von CHG auf die Zugeigenschaften, Elastizität, Härte, Quellung, Morphologie, Reaktion und antimikrobielle Aktivität wurden untersucht.

ENR mit 25 Mol-% Epoxidierung (ENR25) wurde von Muangmai Katree Co. Ltd. (Phuket, Thailand) erhalten. CHG wurde von S. Tong Chemical Co., Ltd. (Chiang Mai, Thailand) gekauft.

ENR/CHG-Mischungen wurden durch Schmelzmischen von ENR25 mit 0,2, 0,5, 1, 2, 5 und 10 % (Gew./Gew.) CHG unter Verwendung einer Zweiwalzenmühle (Pirom-Olarn Co. Ltd., Bangkok, Thailand) hergestellt. bei 130 °C für 10 Min. Ein niedriger CHG-Gehalt (weniger als 10 %) wurde ausgewählt, um den Reaktionseffekt zu beobachten, der die Menge an CHG in jeder Bedingung um das 2–2,5-fache erhöhte, um die beste Bedingung für die Verbesserung der mechanischen und antimikrobiellen Eigenschaften zu finden. Die so hergestellten ENR/CHG-Mischungen wurden dann durch Heißpressen bei 130 °C für 3 Minuten zu Platten verdichtet. Die Codes und Zusammensetzungen der Proben sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Die Zugeigenschaften wurden gemäß der Norm JIS K 6251-7 mit einer Zugprüfmaschine (Modell H1KS, Hounfield Test Equipment, Surrey, England) bei einer Traversengeschwindigkeit von 50 mm/min gemessen. Die knochenförmigen Proben wurden durch 3-minütiges Formpressen bei 130 °C zu Platten verarbeitet. Die Probenabmessungen betrugen 2 × 10 × 1 mm (Breite × Messlänge × Dicke). Für jede Probe wurden fünf Wiederholungsmessungen durchgeführt.

Die Dehnungsrückgewinnung der Proben wurde gemäß der Norm JIS K 6251-7 unter Verwendung der oben genannten Zugprüfmaschine gemessen. Die Abmessungen der Proben betrugen 2 × 10 × 1 mm (Breite × Messlänge × Dicke). Die Proben wurden auf 100 % hochgezogen und in die ursprüngliche Position zurückgebracht, um Spannungs-Dehnungs-Kurven mit einer Prüfgeschwindigkeit von 50 mm/min zu erhalten. Unter jeder Bedingung wurden fünf Proben getestet.

Die Shore-A-Härte der Proben wurde mit einem Shore-Durometer (E2-D, Imada Co. Ltd., Toyohashi, Tokio, Japan) getestet. Bei den Proben handelte es sich um komprimierte Platten bei 130 °C für 3 Minuten durch Heißpressen. Jede Probe wurde an fünf Positionen bei Raumtemperatur gemessen.

Quelltests wurden gemäß der Norm ASTM D3616 mit einer Modifikationsmethode zur Verwendung von Palmöl als Lösungsmittel aufgrund des hohen Quellindex von NR-Kautschuk in Palmöl40 durchgeführt. Die Quellverhältnisse der Proben wurden gemessen, indem sie in Stücke von 10 × 10 × 1 mm (Breite × Länge × Dicke) geschnitten und 48 Stunden lang bei Raumtemperatur in 50 ml Palmöl getaucht wurden. Die gequollenen Gummiproben wurden aus dem Lösungsmittel entfernt und nach dem Entfernen des überschüssigen Palmöls mit einem Papiertuch mit einer elektronischen Waage genau gewogen. Das Quellverhältnis wurde mit der folgenden Gleichung28 berechnet.

Dabei sind Wu und Ws die Gewichte der ungequollenen bzw. gequollenen Proben.

Rasterelektronenmikroskopie (JSM-IT300LV, Japan) wurde verwendet, um die morphologischen Eigenschaften der Proben bei 15 kV zu beobachten. Die Proben wurden durch 3-minütiges Formpressen bei 130 °C zu 5 × 40 × 1 mm großen Platten (Breite × Länge × Dicke) verarbeitet und in flüssigem Stickstoff gebrochen, gefolgt von einer Sputterbeschichtung der Bruchfläche mit einer dünnen Goldschicht (108 Auto/SE Sputter Coater, Cressington Co., Ltd., Watford, England).

Die funktionellen Gruppen der organischen Spezies in den ENR/CHG-Mischungen wurden im Spektralbereich von 500–4000 cm‒1 mithilfe der Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) (FT/IR-4700, Jasco Corp., Tokio, Japan) untersucht Modus „abgeschwächte Totalreflexion“ (ATR). Die analysierten Dünnschichtproben wurden durch 3-minütiges Formpressen bei 130 °C hergestellt.

Die antimikrobielle Wirksamkeit der Proben gegen Bakterienstämme wurde mithilfe der Agarscheiben-Diffusionsmethode gemessen. Die gemischten Proben wurden gegen drei Bakterienarten (Staphylococcus aureus, Escherichia coli und Bacillus cereus) und drei Pilzarten (Aspergillus oryzae, Rhizopus oligosporus und Saccharomyces cerevisiae) untersucht. Die Referenzstandards (Positivkontrollen) für Bakterien und Pilze waren Penicillin bzw. Ketoconazol. Die Testproben für die Agarscheiben-Diffusionsmethode wurden in eine Größe von 3 mm geschnitten; Die Positivkontrolle (10 µL) wurde auf eine 3-mm-Sterilfilterscheibe aufgetragen und die einfache Filterscheibe (Negativkontrolle) wurde auf Agarplatten gelegt, die gleichmäßig mit mikrobiellen Suspensionen (entspricht ~ 107 KBE ml−1 aus 24-Stunden-Anzucht) vorgewischt wurden Kulturen). Agarplatten wurden für mikrobielles Wachstum 24 Stunden lang bei 37 °C inkubiert. Zur Bestimmung der antimikrobiellen Aktivität wurde der Durchmesser der Hemmzone gemessen. Für jede Mikrobenart wurden drei Wiederholungen getestet.

Die Testergebnisse wurden mithilfe einer einfaktoriellen ANOVA analysiert, die in der SPSS-Software durchgeführt wurde. Die gefundenen Unterschiede (P < 0,05) wurden mithilfe des Duncan-Tests geschätzt.

Zur Beobachtung der Reaktion zwischen ENR und CHG wurde Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) verwendet. Die FTIR-Spektren des ENR und von Gummiverbundwerkstoffen mit unterschiedlichem CHG-Gehalt sind in Abb. 1 dargestellt. ENR zeigt charakteristische Peaks bei 2955 cm‒1 (C-H-Streckung von CH3), 2854 cm‒1 (C‒H-Symmetriestreckung von CH2), 1666 cm‒1 (C=C-Streckung), 1486 cm‒1 (C‒H-Biegung von CH2), 1382 cm‒1 (C–H-Verformung des Kohlenstoffrückgrats), 1055 cm‒1 (C–O Streckung des Epoxidrings), 870 cm‒1 (C‒O‒C-Streckung der partiellen Ringöffnung der Epoxidgruppe) und 835 cm‒1 (C = CH-Streckung)28. CHG weist charakteristische Peaks bei 1580 cm‒1 (Streckung von N–H) und 1650 cm‒1 (Streckung von C–N) auf. Die Streckung des chloridgebundenen aromatischen Rings und von C–O–C tritt bei 1095 bzw. 1155 cm‒1 auf37, 38. Das ENR/CHG mischt sich mit CHG bei 0,2, 0,5, 1, 2, 5 und 10 % (Gew.). /w) zeigen einen neuen hochintensiven Peak bei 1746 cm‒1, der in reiner ENR nicht beobachtet wird. Der neue Peak entstand durch neue Schwingungen der chemischen Struktur in der Mischung, was auf das Auftreten einer Reaktion während des Schmelzmischens der ENR/CHG-Mischungen hinwies. Die aufgetretene Reaktion lässt auf eine Epoxidringöffnungsreaktion mit Aminogruppen von CHG schließen. Dieser der neuen C=O-Schwingung zugeordnete Peak ist ein Ergebnis der Reaktion zwischen den Epoxidgruppen von ENR und den Aminogruppen von CHG (Abb. 2). Es wurde auch über eine Reaktion zwischen Epoxidgruppen und Aminogruppen berichtet41,42,43. Die Reaktion führte zur Bildung kovalenter Bindungen, die ENR mit der CHG-Struktur verknüpften, was die mechanischen Eigenschaften der ENR/CHG-Mischungen verbesserte. Die Vernetzung in der ENR-Struktur bildete eine gewisse Netzwerkstruktur über die CHG-Struktur, während Kombinationseffekte der ENR-Netzwerkstruktur und der kovalenten Bindung aus der Reaktion CHG auf der ENR-Struktur hielten, um antimikrobielle Eigenschaften bereitzustellen.

FTIR-Spektren von CHG, ENR, ENR/CHG0,2, ENR/CHG0,5, ENR/CHG1, ENR/CHG2, ENR/CHG5 und ENR/CHG10 (% w/w).

Vorgeschlagene Reaktion der ENR-Gemische mit CHG.

Die mechanischen Eigenschaften von ENR, gemischt mit 0,2, 0,5, 1, 2, 5 und 10 % (Gew./Gew.) CHG, werden anhand der Spannungs-Dehnungs-Kurve bewertet (Abb. 3). Die ENR/CHG-Mischung weist im Vergleich zu reinem ENR eine höhere Zugfestigkeit und Bruchdehnung auf. Die Zugabe von 10 % CHG erhöhte die Zugfestigkeit auf 190 kPa, wohingegen die Zugabe von 0,2 % CHG eine Zugfestigkeit von nur 30 kPa ergab. Eine Erhöhung des CHG-Gehalts (0,5–10 %) verbesserte die Zugfestigkeit. CHG induzierte eine starke Reaktion zwischen CHG und ENR, die durch die auftretende Reaktion eine Netzwerkstruktur aus Gummi bildete. Eine Verbesserung der Eigenschaften der ENR/CHG-Mischungen (insbesondere der Zugfestigkeit) wurde durch eine Vernetzungsreaktion zwischen den Epoxidgruppen des ENR und den Aminogruppen von CHG erreicht. Über CHG als chemische Vernetzungspunkte wurden neue kovalente Bindungen gebildet und über diese Netzwerkstruktur Kraft übertragen. Es wurde bereits berichtet, dass die Vernetzung mit CHG die Zugfestigkeit von Polymermischungen verbessert37, 38.

Spannungs-Dehnungs-Kurven von ENR und ENR-Mischungen mit 0,2, 0,5, 1, 2, 5 und 10 % (w/w) CHG, n = 5. Die Mittelwerte der Bruchdehnung (a–d Kleinbuchstaben) und Die maximale Zugfestigkeit (A–D-Großbuchstaben) unterscheidet sich deutlich (P < 0,05).

Der Dehnungserholungstest wurde mit einem Zugprüfgerät durchgeführt. Die Proben wurden auf 100 % Dehnung gedehnt und mit der gleichen Geschwindigkeit von 50 mm/min in die ursprüngliche Position zurückgebracht. Abbildung 4 zeigt die Dehnungserholung der gemischten Proben. ENR weist eine Dehnungserholung von 50 % auf. Die hohe Dehnungserholung von ENR bei geringer Zugfestigkeit war auf das Fehlen von ENR-Kettenverknüpfungen zurückzuführen, wohingegen das Mischen bei hoher Temperatur (130 °C) zu einer Kettenspaltung ohne Vernetzung führte. Insbesondere wurde bereits berichtet, dass das Mischen von ENR bei hohen Temperaturen zu Kettenspaltungen und zu geringen Zugeigenschaften führt44. Diese Verhaltensweisen führten zum Aufbrechen schwacher intermolekularer Bindungen im Gummi, was dazu führte, dass dieser nach der Verformung nicht vollständig in seine ursprüngliche Form zurückkehren konnte45,46,47. Die ENR-Mischungen mit 0,2, 0,5, 1, 2, 5 und 10 % CHG zeigen eine Abnahme des Grads der Spannungserholung. Die Proben mit 5 und 10 % CHG zeigen eine Dehnungserholung von 30 %, und die Proben mit 1 und 2 % CHG zeigen eine Erholung von etwa 45 %. Die Verbesserungen bei der Dehnung und Freisetzung von ENR/CHG10 deuteten auf eine verstärkte Vernetzungsreaktion mit CHG hin. Dieses Ergebnis stimmt mit einem früheren Bericht überein, der die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und der elastischen Erholung der ENR-Reaktivmischung durch eine Reaktion zwischen der Aminogruppe (–NH2) und der Epoxidgruppe von ENR37 zeigte.

Rückgewinnung von ENR und ENR-Mischungen mit 0,2, 0,5, 1, 2, 5 und 10 % (w/w) CHG.

Abbildung 5 zeigt die Shore-A-Härte der ENR/CHG-Mischung, gemessen mit einem Durometertest. Die Shore-A-Härte des ENR beträgt 2, während die Härtewerte von ENR-Mischungen mit 0,2, 0,5, 1, 2, 5 und 10 % (Gew./Gew.) CHG 2, 3, 4, 5, 6 und 9 betragen , jeweils. Die Mischungshärte stieg mit zunehmendem CHG-Gehalt aufgrund der Vernetzungsreaktion zwischen der Aminogruppe (‒NH2) von CHG und den Epoxidgruppen von ENR und der Bildung der Netzwerkstruktur der Mischung. Durch die auftretende Reaktion werden die Vernetzungspunkte der Gummistruktur eng miteinander verbunden, um das freie Volumen der Gummistruktur zu verringern. Es zeigte sich eine hohe Dichte bei geringem Volumenanteil der Proben durch zunehmende Netzwerkbildung, was die Härte der Mischungen erhöhte. Über eine Erhöhung der Härte von ENR durch Mischen mit CHG wurde bereits berichtet38.

Shore-A-Härte von ENR und ENR gemischt mit 0,2, 0,5, 1, 2, 5 und 10 % (Gew./Gew.) CHG, n = 5. Die durch die verschiedenen hochgestellten Kleinbuchstaben (a–f) angezeigten Mittelwerte unterscheiden sich erheblich (P < 0,05).

Das Quellverhältnis in Palmöl wurde verwendet, um die Vernetzungseffizienz der ENR- und ENR/CHG-Mischungen zu beurteilen. Die Ergebnisse des Tests sind in Abb. 6 dargestellt. Das Quellverhältnis von ENR beträgt 200 % und das Quellverhältnis von ENR, gemischt mit 0,2, 0,5, 1, 2, 5 und 10 % CHG, beträgt 209,7, 208,3, 207,2, 200,6, 196,3 bzw. 186,6 %. Eine geringe Ölquellung mit unbedeutenden Unterschieden zwischen den Proben wurde auf die hohe Ölbeständigkeit von ENR aufgrund der Polarität seiner Oxirangruppen zurückgeführt48. Obwohl sich die Ergebnisse mit der CHG-Konzentration nicht wesentlich ändern, ist das Quellverhältnis der ENR/CHG10-Mischung etwas niedriger als das von reinem ENR. Diese Beobachtung wurde auf die Stärkung der Netzwerkstruktur durch die Reaktion zwischen ENR und CHG zurückgeführt, was zu einer effizienten Vernetzung innerhalb des Kautschuks führte. Die Vernetzung über die CHG-Reaktion verband die Gummistruktur eng miteinander, verringerte die Kettenbewegung und verringerte die Ölquellfähigkeit der Mischung.

Quellverhältnisse von ENR und ENR gemischt mit 0,2, 0,5, 1, 2, 5 und 10 % (Gew./Gew.) CHG; n = 5. Die durch die verschiedenen (a) hochgestellten Kleinbuchstaben angezeigten Mittelwerte unterscheiden sich deutlich (P < 0,05).

Die mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) beobachteten Bruchflächenmorphologien der ENR- und ENR-Mischungen mit 0,2, 0,5, 1, 2, 5 und 10 % CHG sind in Abb. 7 dargestellt. Die Bilder von ENR, ENR/CHG0. 2 und ENR/CHG0,5 weisen raue Oberflächen mit leichten Linien auf, während die Mischungen ENR/CHG1, ENR/CHG2, ENR/CHG5 und ENR/CHG10 glatte Bruchflächen aufweisen; Darüber hinaus weist ENR/CHG10 eine hohe Oberflächenglätte auf. Die Linien auf der Bruchfläche der ENR/CHG0,2-Probe zeigten einen geringen Grad an Vernetzung mit der Schrumpfung der Gummibruchfläche nach dem Brechen in flüssigem Stickstoff. Im Gegensatz dazu zeigten Proben mit hohem CHG-Gehalt eine starke Netzwerkstruktur und eine glatte Bruchfläche ohne Schrumpfung. Ein hoher Grad an Glätte war ein Hinweis auf eine gute Mischbarkeit zwischen ENR und CHG. Ein hoher CHG-Gehalt erzeugte durch die ablaufende Reaktion viele Vernetzungspunkte, die die ENR-Struktur eng miteinander verbanden. Es zeigte sich eine hohe Dichte bei geringem Volumenanteil und es ergab sich eine glatte Bruchfläche nach dem Brechen in flüssigem Stickstoff. Die glatte Bruchmorphologie und die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften werden auf die Reaktion zwischen den Aminogruppen in CHG und den Epoxidgruppen in ENR zurückgeführt.

SEM-Bruchflächenbilder von ENR und ENR-Mischungen mit 0,2, 0,5, 1, 2, 5 und 10 % (w/w) CHG.

Die antimikrobielle In-vitro-Aktivität wurde durch Untersuchung der Hemmzonen des Wachstumsbereichs bewertet, wie in Abb. 8 dargestellt. Penicillin und Ketoconazol wurden als antibakterielle bzw. antimykotische Positivkontrollen verwendet. Penicillin zeigt Hemmzonen für drei Bakterienarten (Abb. 8a): Staphylococcus aureus (grampositive Bakterien), Escherichia coli (gramnegative Bakterien) und Bacillus cereus (grampositive Bakterien), während Ketoconazol Hemmzonen für drei Pilze aufweist (Abb. 8b): Aspergillus oryzae, Rhizopus oligosporus und Saccharomyces cerevisiae. Für keine der mit ENR behandelten Mikrobenarten wurden Hemmzonen beobachtet, wohingegen ENR/CHG10 eine Hemmzone gegen Staphylococcus aureus aufwies. Niedriges CHG reagierte mit ENR und verband sich mit der ENR-Struktur. CHG 10 % führte zu einer starken Reaktion mit ENR, während eine übermäßige Menge an freiem CHG in der ENR-Struktur verblieb. Somit hemmte die Zugabe von 10 % CHG Staphylococcus aureus, da sich die Netzwerkstruktur aufgrund der Reaktion zwischen CHG und ENR bildete, wodurch die überschüssige Menge an freiem CHG eingefangen wurde. Die anderen ENR/CHG-Mischungen zeigten keine Hemmwirkung, da sie kein freies CHG zurückhielten. Dies war auf die Kautschukmodifizierungsleistung der CHG-Reaktion zurückzuführen, die innerhalb der ENR-Struktur verblieb, was zu einer schlechten antimikrobiellen Abgabe führte. Die Netzwerkstruktur von ENR/CHG10 kapselte freies CHG ein, das Staphylococcus aureus hemmte. Die Bilder der Hemmzonen sind in Abb. 9 dargestellt.

Hemmzonen von ENR und ENR-Mischungen mit 0,2, 0,5, 1, 2, 5 und 10 % (Gew./Gew.) CHG: (a) Bakterien und (b) Pilze; n = 3. N bedeutet nicht erkannt. Die durch A‒C-Großbuchstaben (Staphylococcus aureus und Aspergillus oryzae), a‒c-Kleinbuchstaben (Escherichia coli und Rhizopus oligosporus) und z. B. Kleinbuchstaben (Bacillus cereus und Saccharomyces cerevisiae) angegebenen Mittelwerte unterscheiden sich signifikant (P < 0,05). ).

Hemmzonenbilder von (1) ENR und ENR-Mischungen mit (2) 0,2 %, (3) 0,5 %, (4) 1 %, (5) 2 %, (6) 5 % und (7) 10 % CHG, (P) Positivkontrolle mit Penicillin, (K) Positivkontrolle mit Ketoconazol und (C) Negativkontrolle der mikrobiellen Aktivität gegen Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Bacillus cereus, Aspergillus oryzae, Rhizopus oligosporus und Saccharomyces cerevisiae.

Die mechanischen und antimikrobiellen Eigenschaften von ENR wurden durch die Mischung mit CHG erfolgreich verbessert. Der neue FTIR-Peak bei 1746 cm−1 bestätigte die Reaktion zwischen den Epoxidgruppen von ENR und den Aminogruppen von CHG. Die Mischung mit CHG verbesserte die maximale Zugfestigkeit von ENR von 50 kPa für reines ENR auf 190 kPa für ENR mit 10 % CHG. Die Zugabe von CHG zu ENR verbesserte die mechanischen und elastischen Eigenschaften. Die Härte der ENR/CHG-Mischung nahm aufgrund der Vernetzungsreaktion mit der CHG-Struktur mit dem CHG-Gehalt zu. Die Quellverhältnisse der Proben unterschieden sich aufgrund der ENR-Polarität nicht wesentlich. Morphologische Studien zeigten eine gute Kompatibilität zwischen ENR und CHG aufgrund ihrer Mischbarkeit in der Mischung. In den antimikrobiellen Aktivitätstests zeigte die Mischung mit 10 % CHG eine hemmende Wirkung auf Staphylococcus aureus. Somit verbesserte die Reaktion zwischen den NH2-Gruppen von CHG und den Epoxidgruppen von ENR die mechanischen, elastischen Erholungs- und antimikrobiellen Eigenschaften der Mischungen. Die ENR/CHG-Mischung kann als Gummi in medizinischen und Polsteranwendungen eingesetzt werden.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Dieses Forschungsprojekt wurde vom Fundamental Fund 2022 der Universität Chiang Mai unterstützt. Diese Forschung wurde teilweise von der Universität Chiang Mai unterstützt.

Schule für Agrarindustrie, Fakultät für Agrarindustrie, Universität Chiang Mai, Mae Hia, Muang, Chiang Mai, Thailand

Thidarat Kanthiya, Thanongsak Chaiyaso, Pornchai Rachtanapun, Sarinthip Thanakkasaranee, Anbarasu Kumar, Yuthana Phimolsiripol, Noppol Leksawasdi und Kittisak Jantanasakulwong

Nanowissenschaften und Nanotechnologie (Internationales Programm/Interdisziplinär), Fakultät für Naturwissenschaften, Universität Chiang Mai, Chiang Mai, 50200, Thailand

Nanthicha Thajai

Cluster der Agro-Bio-Circular-Green-Industrie, Fakultät für Agrarindustrie, Universität Chiang Mai, Mae Hia, Muang, Chiang Mai, Thailand

Thanongsak Chaiyaso, Pornchai Rachtanapun, Sarinthip Thanakkasaranee, Yuthana Phimolsiripol, Noppol Leksawasdi und Kittisak Jantanasakulwong

Abteilung für Gummi- und Polymertechnologie, Fakultät für Ingenieurwesen und Agrarindustrie, Maejo-Universität, Chiang Mai, Thailand

Boonrasri-Fahrt

Abteilung für Materialwissenschaft und -technologie, Fakultät für Naturwissenschaften, Prince of Songkla University, Songkhla, Thailand

Thorsak Kittikorn

Cluster of Agro Bio-Circular-Green Industry (Agro BCG) und Bioprocess Research Cluster (BRC), School of Agro-Industry, Fakultät für Agro-Industrie, Chiang Mai University, Chiang Mai, 50100, Thailand

Anbarasu Kumar

Abteilung für Biotechnologie, Periyar Maniammai Institute of Science and Technology, Thanjavur, 613403, Indien

Anbarasu Kumar

College of Biomedical Engineering, Rangsit University, Pathumthani, 12000, Thailand

Nuttapol Tanadchangsaeng

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KJ hat die Forschungsstudie entworfen; TK, NT, SB und TC bereiteten die Proben vor und untersuchten sie; KJ, TK, PR, ST und TC trugen zur Datenanalyse bei; YP, SB, NT und TK diskutierten die Ergebnisse; KJ, YP, TK, AK, ST und NL haben das Manuskript verfasst; Alle Autoren haben das Manuskript überprüft.

Korrespondenz mit Kittisak Jantanasakulwong.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Kanthiya, T., Thajai, N., Chaiyaso, T. et al. Verbesserung der mechanischen und antimikrobiellen Eigenschaften von epoxidiertem Naturkautschuk durch reaktive Mischung mit Chlorhexidingluconat. Sci Rep 13, 9974 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-36962-z

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Eingegangen: 01. März 2023

Angenommen: 13. Juni 2023

Veröffentlicht: 20. Juni 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-36962-z

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