Nastavení cookies

"Cookies" jsou malé softwarové soubory, které nám umožňují ukládat informace ohledně vašeho zařízení a vás jako uživatele výhradně v době, kdy navštívíte některou z našich internetových stránek. Cookies nám pomáhají zjistit návštěvnost našich stránek a také počet jejich uživatelů. Stejně tak nám pomáhají přizpůsobit naše nabídky tak, aby vyhověly vašim potřebám a byly pro Vás maximálně účinné. Co jsou cookies a jak je používáme?

Nanovlákna a potenciál ve vývoji funkčních oděvů

13.07.2022

Představte si asfaltovou cestu. Na jedné straně vidíte rekreačního joggera, na straně druhé seriózního běžce. Tito lidé mají cosi společného – potřebují oblečení, v němž se zahřejí, nepromoknou a zároveň se zbaví vodní páry vzniklé pocením. Jaké možnosti se jim naskýtají?  

Sportovní oblečení s nanovlákny – ochrana před vodou, větrem i překvapivá prodyšnost!

Nanovlákna, to nejsou jen vysoce protektivní roušky na ochranu dýchacích cest. V oděvním průmyslu se dostávají rychle do popředí zájmu, a to ze dvou důvodů – schopností vytvořit funkční oblečení, které je prodyšné a zároveň nositele chrání před rozmary počasí.

Představte si asfaltovou cestu. Na jedné straně vidíte rekreačního joggera, na straně druhé seriózního běžce. Tito lidé mají cosi společného – potřebují oblečení, v němž se zahřejí, nepromoknou a zároveň se zbaví vodní páry vzniklé pocením. Jaké možnosti se jim naskýtají?

S největší pravděpodobností sáhnou po konvenční tkanině, která je sice ochrání před vodou, ale nebude prodyšná, takže se nepříjemně zpotí a přehřejí, protože materiál nepropustí přebytečnou vodní páru a vlhkost. Vědci se proto ponořili do vývoje materiálu poskytujícího stoprocentní ochranu a komfort.

První vlaštovku představoval tzv. nepropustný film. Ačkoli úspěšně blokoval kontaminanty a odmítal propustit toxiny, byl bohužel nepříjemně těžký a objemný. Navíc nepouštěl ven nahromaděnou vlhkost, tudíž nositel byl po pár minutách kompletně mokrý. Podobný osud čekal i tzv. nepropustnou polymerovou folii, která sice uživatele příjemně zahřála v zimě, ale v létě v ní bylo horko a vlhko k nevydržení. Třetí pokus znamenal mikroporézní netkanou membránu, která byla lehká, relativně cenově dostupná.

Nakonec se ukázalo, že nejlepším řešením je implementace nanovláken. Vlákna a membrány vyrobené pomocí elektrostatického zvlákňování prokázaly obrovský potenciál ve vývoji funkčních oděvů, protože nositeli poskytují tepelný komfort, udržují prodyšnost materiálu a odvádějí přebytečnou vlhkost.

 

Z jakých polymerů se nanovlákna vyrábějí?

Nanovlákna se vyrábí z různých druhů polymerů. V současnosti se dá využít se více než 50 syntetických a přírodních polymerů Syntetická polymerní nanovlákna se zhotovují např. z polyamidu, polyvinylidenfluoridu, polyuretanu nebo polyvinylalkoholu. Biologická polymerní nanovlákna jsou vyrobena z materiálů, jako je polykaprolakton, kyselina polymléčná, chitosan nebo želatina.

Technologie výroby nanovláken – electrospinning

Nanovlákenný materiál je výrobek s průměrem vláken menším než 1 mikrometr (µm) = 1000 nanometrů (nm). Takto jemné textilní vlákno lze zhotovit různými sofistikovanými metodami, mezi nimiž vyniká tzv. elektrostatické zvlákňování (angl. electrospinning). Technologie založená na elektrostatické hnací síle umožňuje nepřetržitou výrobu vysoce čistých a kvalitních nanovláken.

Elektrostatické zvlákňování podporuje výrobu nanovláken ze široké škály přírodních, syntetických a hybridních polymerů s různými fyzikálními, chemickými a mechanickými vlastnostmi. S ohledem na robustnost procesu elektrostatického zvlákňování se nabízejí různé techniky elektrostatického zvlákňování pro výrobu nanovláken, zahrnující různé vstupní parametry a strategie.

Metody elektrostatického zvlákňování

Nejběžnějším typem využívaným zejména v laboratorním měřítku je tzv. jehlové zvlákňování, kam řadíme například zvlákňování z taveniny, zvlákňování plynovým paprskem, koaxiální zvlákňování a emulzní zvlákňování.

Novou technikou výroby nano a mikrovláken je tzv. bezjehlové elektrostatické zvlákňování, které přináší další výhody:

  • výrobu homogenních 2D nanomateriálů v průmyslovém měřítku
  • možnost zvláknit širokou škálu polymerů

Na rozdíl od jehlového zvlákňování tento typ vyžaduje mnohem vyšší napětí mezi elektrodami.

Zvlákňování metodou NanospiderTM – průlom v průmyslové výrobě nanovláken

NanospiderTM je unikátní bezjehlová technologie zvlákňování z volné hladiny roztoku polymeru v silném elektrostatickém poli, která umožňuje výrobu nanovláken v průmyslovém měřítku. V roce 2003 tuto metodu vyvinul prof. Oldřich Jirsák společně se svým týmem na Technické univerzitě v Liberci (TUL). Již o rok později uzavřela společnost Elmarco s TUL licenční smlouvu a během let se stala globální špičkou v oboru poskytující technologii na výrobu nanovláken pro široké spektrum aplikací v průmyslovém měřítku.

V čem metoda NanospiderTM spočívá?

Technologie umožňuje zvlákňovat nejen z kapky polymeru procházejícího tryskou do elektrického pole, ale z celé tenké vrstvy roztoku polymeru.

Technologie Nanospider™ používá zvlákňovací elektrodu ve tvaru tenké struny a hlavu pro nanášení roztoku polymeru po celé délce struny. Vlivem silného elektrického pole se pak nanovlákna formují z tenké vrstvy polymeru na elektrodě. Jednou z výhod této metody je, že se pro zvlákňování používá malé množství stále čerstvého roztoku, což je předpokladem pro udržení konstantních parametrů výstupního materiálu při dlouhodobé výrobě.

Výhody zvlákňování metodou Nanospider:

  • Výroba nanovláken v průmyslovém měřítku.
  • Vysoká rovnoměrnost vstupního i výstupního materiálu.
  • Možnost využití široké škály polymerů a podkladových materiálů.
  • Snadná údržba.

Kde všude nanovlákna pomáhají?

Nanovlákna patří mezi nejatraktivnější materiály moderního vědeckého světa díky svému flexibilnímu využití v různých oblastech. Aplikační potenciál začíná v oblasti výroby energie, řešením ekologických problémů a pokračuje medicínou, automobilovým průmyslem a dalšími oblastmi, jako jsou:

  • Vzduchová filtrace
  • Kapalinová filtrace
  • Ochranné textilie ve zdravotnictví
  • Kryty ran pro podporu procesu hojení
  • Tkáňové inženýrství
  • Distribuce léčiv
  • Separátory baterií
  • Palivové články
  • Funkční sportovní oblečení a obuv
  • Kosmetika