Prvá linka na výrobu čistej nanovláknovej priadze na svete nájde uplatnenie v medicíne, vo filtrácii aj v odevnom priemysle.
Súčasťou linky na výrobu stopercentnej nanovláknovej nite je zvlákňovacia elektróda vo forme disku. Zdroj: Technická univerzita v Liberci
Nanovlákna, považované za materiál budúcnosti, majú široké uplatnenie. Využívajú sa v medicíne (ako materiál na umelé cievy, pri liečbe popálenín či výrobe rúšok), ale aj v automobilovom či odevnom priemysle.
Multifakultný tím Technickej univerzity v Liberci (TUL) vyvinul prvú poloprevádzkovú linku na výrobu čistej nanovláknovej priadze na svete, ktorá mala premiéru na Medzinárodnom veľtrhu textilných strojov ITMA v Miláne. Unikátnosť linky spočíva v jej rýchlosti. Nanovláknovú priadzu totiž dokáže vyrábať štyrikrát rýchlejšie ako doteraz. Umožní tak výrobu novej generácie textilných materiálov, ktoré nájdu uplatnenie v medicíne či vo filtrácii.
Pozrite si
Rýchlosť aj efektivita
V prípade novej linky ide podľa Davida Lukáša z Katedry chémie Fakulty prírodovedecko-humanitnej a pedagogickej TUL, ktorý tím viedol, o doposiaľ jediné opísané zariadenie svojho druhu. Linka vyrába stopercentne nanovláknovú priadzu pomocou striedavého prúdu na poloprevádzkovej úrovni.
Väčšina liniek vo svete vyrobí len niekoľko centimetrov za minútu. Zariadenie vyvinuté českým tímom podľa Jaroslava Berana „umožňuje produkciu priadze s rýchlosťou pätnásť metrov za minútu“. Navyše linka dokáže vyrábať vzorky dlhé stovky metrov, ktoré výskumníci z Liberca predstavili aj na veľtrhu ITMA v Miláne. Iné zariadenia nevyrábajú kontinuálne, takže vznikajú len niekoľkocentimetrové úseky.
Vedúci tímov, profesori David Lukáš a Jaroslav Beran (zľava). Zdroj: Technická univerzita v Liberci
Z histórie elektrospinningu
Výroba čistej nanovláknovej priadze nie je na svete nijakou novinkou. Anton Formhals si dal patentovať prvú metódu elektrospinningu v roku 1934. Formhals v patente opísal proces elektrostatického zvlákňovania roztoku acetátu celulózy a taktiež experimentálne zariadenia na produkciu syntetických vláken. V rokoch 1931 až 1944 si Formhals dal zapísať najmenej 22 patentov týkajúcich sa metódy elektrospinningu.
Technická univerzita v Liberci sa v súvislosti s nanovláknami dostala do povedomia vedeckej aj laickej verejnosti už v roku 2003. Výskumný tím pod vedením profesora Oldřicha Jiráska vtedy predstavil technologický postup priemyselnej výroby polymérnych nanovláken a v spolupráci s libereckou firmou Elmarco aj unikátnu technológiu na jej výrobu, nanospider.
Vznik nanovláknovej vlečky
Vďaka kontinuálnej produkcii priadzí zložených z vláken so submikrometrovým priemerom bude možná výroba novej generácie textilných materiálov. Ku kontinuálnej výrobe nanovláknových priadzí prispieva najmä princíp technológie AC elektrického zvlákňovania alebo aplikácia striedavého elektrického poľa na polymérny roztok. Pri tejto metóde sa nepoužíva elektricky aktívny kolektor.
Vďaka vzájomnému previazaniu nanovláknových úsekov, čo je výnimočný znak AC elektrospinningu, vzniká mechanicky súvislá nanovláknová vlečka. Táto technológia je svojou podstatou predurčená na výrobu lineárnych nanovláknových útvarov.
Nanoniť PVB. Zdroj: Technická univerzita v Liberci
Pomohol šikovný trik
Ako upozorňuje profesor Lukáš, tvorbu priadzí z nanovláken pomocou predchádzajúcich známych jednosmerných metód komplikovali dva znaky tejto technológie. Nanovlákna sú v tomto prípade nabité kladným nábojom, a preto sa vzájomne vo zvlákňovacom priestore odpudzujú. Okrem toho sa nanovlákna vo forme nanovláknovej vlečky medzimolekulárnymi silami lepia k akémukoľvek nástroju, ktorý sa ich snaží preskupiť do niťového útvaru. „Trik našej technológie spočíva v tom, že prvú uvedenú prekážku odstraňuje prirodzene AC metóda. Druhú prekážku sme prekabátili spôsobom počiatočného zakrucovania nanovláknovej hmoty bez dotyku nástroja,“ vysvetlil Jaroslav Beran z Katedry textilných a jednoúčelových strojov Fakulty strojníckej, ktorý viedol tím vývojárov.
Pozrite si
Hlavné uplatnenie v medicíne a vo filtrácii
V prípade nanovláknových priadzí ide o nový materiál, ktorý ešte nie je podrobne preštudovaný. Jeho hlavné uplatnenie vidia autori v medicíne a vo filtrácii. „Nanovláknové priadze vyrobené metódou AC elektrospinningu majú na kolmom reze tisíce vláken s polomerom zhruba 600 nanometrov. Priadza má veľký špecifický povrch s jemnou otvorenou štruktúrou pórov a vytvára tak materiál s pomalým difúznym prienikom plynov a kvapalín a s vysokou filtračnou efektivitou. Môže tiež intenzívne uvoľňovať inkorporované liečivo alebo adsorbovať molekuly na svojom povrchu,“ uviedol David Lukáš a dodal, že čisté nanovláknové priadze sa dajú ďalej spracovávať do vyšších štruktúr – nití napríklad splietaním, a tým zvyšovať ich mechanickú odolnosť. „Takže aplikácie budú súvisieť s ďalším vývojom a postupným vylepšovaním vlastností takých nití.“
Inovácie v oblasti športového oblečenia
Na veľtrhu bol o linku veľký záujem, a to aj zo strany veľkých spoločností vyrábajúcich športové oblečenie, ako je Adidas, Nike, Decathlon alebo The North Face, ktoré podľa odborníkov na nanomateriály a elektrospinning z TUL upútali „materiály na výrobky kombinujúce športové oblečenie a hojenie rán, napríklad pre ultramaratóncov, alebo sa zaujímali o možnosti zefektívnenia výroby membrán pre športové oblečenie“.
Zdroj: Technická univerzita v Liberci, SJ News
(zh)
