Českému výzkumnému týmu z Fakulty netkaných textilií Technické univerzity v Liberci se podařil vskutku husarský kousek. Ve spolupráci se soukromou společností ELMARCO se jim totiž podařilo jako prvním na světě vyvinout funkční prototyp stroje použitelného pro průmyslovou výrobu nanovlákenných textilií.
Vědcům z Technické univerzity v Liberci se jako prvním na světě podařilo vyvinout technologii a sestavit stroj, který dokáže v průmyslovém měřítku vyrábět to, co bylo doposud možné pouze v laboratořích a malém množství – netkané nanovlákenné textilie.
Každý výzkum něco stojí
Ačkoliv do výzkumu v oblasti nanotechnologií investují zahraniční firmy a laboratoře částky v řádech desítek milionů dolarů a v některých zemích, jako jsou např. USA dokonce přijali v souvislosti s nanotechnologiemi i zvláštní zákon, liberečtí výzkumníci si při vývoji prototypu vystačili jen několika sty tisíci korun. „Použili jsme na to prostředky z rezerv na tzv. nespecifikovaný výzkum a pracovali jsme na tom zhruba půldruhého roku,“ konstatoval vedoucí projektu Prof. Oldřich Jirsák a v zápětí dodal: „Naše univerzita musí na rozdíl od špičkových zahraničních středisek pracovat s omezeným finančním rozpočtem, a proto je výsledek našeho ještě cennější.“
Univerzita samozřejmě nemá technické ani finanční zázemí pro to, aby mohla tyto stroje určené pro průmyslovou výrobu nanovlákenných textilií vyrábět. Uzavřela proto exkluzivní smlouvu se soukromou společností, která tato zařízení bude vyrábět a bude mít výhradní práva k prodeji. Vlastnictví příslušných patentů však i nadále zůstává Technické univerzitě v Liberci. Zisk z prodeje strojů se bude dělit mezi oba partnery a podle vyjádření rektora Technické univerzity, Vojtěcha Konopy, bude podíl náležející univerzitě použit jak na financování dalšího výzkumu, tak i na vlastní provoz.
Výrobní technologie
Vývojový tým liberecké Katedry netkaných textilií, se zaměřil na zvlákňování polymerů a v poměrně krátké době vyvinul funkční laboratorní model zvlákňovacího stroje, jehož produkční varianta byla následně sestavena specialisty ze společnosti ELMARCO. Technologie Nanospider je založena na principu zvlákňování v silném elektrickém poli. Tímto speciálním postupem, který se nazývá elektrospinning, vznikají vlákna tak malého průměru, že je není možné pozorovat ani sebesilnějším světelným mikroskopem – lze je zobrazit pouze elektronovým mikroskopem. Výroba nanovlákenné textilie pomocí technologie Nanospider je založena na zvlákňování vodných roztoků polymerů bez použití chemických rozpouštědel, což odpovídá požadavkům ekologů na ochranu životního prostředí.
Detaily výrobního postupu samozřejmě univerzita i výrobce stroje z pochopitelných důvodů pečlivě tají a hodlá je zveřejnit až po oficiálním představení stroje na dvou významných veletrzích, které proběhnou ve druhém čtvrtletí tohoto roku v Ženevě a Frankfurtu nad Mohanem. I při nedávné první prezentaci stroje, byly veškeré části stroje až na jednu výjimku pečlivě zakrytovány a platil přísný zákaz vstupu do označeného prostoru. Ten však byl zdůvodňován tím, že se jedná o elektrické zařízení využívající vysoké napětí.
A k čemu jsou nanovlákna dobrá?
Laik si může jen těžko představit všechny možnosti využití nanovlákenných textilií, protože spektrum jejich využitelnosti je opravdu široké a již dnes existuje celá řada aplikací, kde je možné nanovlákennou technolologii využít. Mnoho možností využití nanovláken v běžné praxi ale na své objevení ještě stále čeká.
Filtrační média a systémy
Nanomateriály jsou porézní a tzv. dýchají. Na druhou stranu, velikosti pórů jsou příliš malé na to, aby propustily jakékoli baktérie, či dokonce viry. Nanovlákenné textilie tedy vykazují vynikající filtrační účinnost, a to při nízkém tlakovém spádu. Tato vlastnost je předurčuje k tomu, aby se nanovlákna stala základem pro tzv. superfiltrační média. Ta pak najdou své místo ve filtrech pro čisté prostory laboratoří, chirurgické sály a další prostory, kde jsou nejvyšší nároky na čistotu ovzduší bez baktérií a ostatních mikroorganismů či mikročástic.
Biomedicínské aplikace
Vzhledem k faktu, že struktura nanovlákenné textilie je podobná struktuře mezibuněčné hmoty lidské tkáně, je nasnadě, že své využití naleznou nanovlákna i v medicíně. Textílie z nanovláken mohou být použity ke krytí ran, kde zajišťují průnik kyslíku, odtok exsudátu (tj. zánětlivého výpotku z krevních a mízních cest) a současně brání bakteriím ve vstupu do rány. Zároveň na takové krycí textilie mohou být navázány některé podpůrné látky – antimikrobiální a hojení urychlující léčiva.
V rámci tkáňového inženýrství pak mohou být nanovlákna využita pro rekonstrukci kůže, kostí, cév, svalů i nervové tkáně. Mezi další pokročilé způsoby využití vlastností nanovláken v oblasti biomedicíny patří i doručování a řízené uvolňování léčiv či buněk, které využívá extrémně vysokého povrchu nanovláken – jako např. buňky produkující inzulin u cukrovky do slinivky břišní, nebo silikonové implantáty v kosmetice.
Využití v průmyslu
Nanovlákenné textilie též vykazují výborné absorpční schopnosti zvuku ve slyšitelném spektru, tzn. velmi dobře pohlcují zvuky. Díky těmto vlastnostem pravděpodobně najdou široké využití při odhlučňování interiérů v automobilovém, leteckém a stavebním průmyslu. Vynikající mechanické vlastnosti materiálu z nanovláken v poměru k jeho váze nabízí také potenciální využití nanovláken pro výrobu kompozitů (materiály, vzniklé umělým složením různých materiálů). Průměry nanovláken jsou výrazně menší než vlnová délka světla, z čehož vyplývá, že nanokompozitní materiály se stanou transparentními, tj. budou průhledné – lidskému oku neviditelné. Kompozity z karbonových nanovláken mohou v budoucnu představovat supermateriály s dosud nepřekonanými pevnostními charakteristikami. Pozitivní výsledky počátečních testů karbonizace nanovláken pak otevírají další možnosti jejich využití jako katalyzátorů.
Z historie nanospideru
Začátek roku 2003
Výzkumný tým na Fakultě netkaných textilií Technické univerzity v Liberci (TUL). pod vedením profesora Jirsáka přichází s originální myšlenkou, jak vyrábět nanovlákna v průmyslovém měřítku.
8. září 2003
TUL přihlašuje patent na technologii průmyslové výroby nanovláken.
Červen 2004
Společnost ELMARCo začíná jednat s TUL o možné spolupráci v rámci projektu vývoje technologie průmyslové výroby nanovláken.
24. srpna 2004
TUL a ELMARCO informují veřejnost o vanálezu, zahájené spolupráci a také o potencionálním uplatnění nanovláken v praxi.
15. září 2004
ELMARCO získává exkluzivní licenci na vývoj, výrobu a prodej unikátní technologie pojmenované Nanospider.
3. listopadu 2004
ELMARCO spolu s TUL představují první prototyp stroje postaveného na technologii Nanospider, který umožňuje kontinuální výrobu nanovlákenné textilie v šíři 1,5 m.
1. čtvrtletí 2005
ELMARCO s TUL představují první nanovlákenné materiály , které mají konkrétní využití v určitých aplikacích.
2. čtvrtletí 2005
ELMARCO s TUL představí první průmyslové linky na výrobu nanovláken světových výstavách v Ženevě a ve Frankfurtu nad Mohanem.
Co to jsou netkané textilie?
Materiály, označované jako „netkané textilie“ představují jedno z nejmladších výrobních odvětví textilního průmyslu. Tyto textilie je možné definovat jako plošné textilní útvary vyrobené zpevněním převážně textilních konstrukčních prvků, a to mechanickým nebo fyzikálně-chemickým způsobem. Pro výrobu netkaných textilií jsou využívány dva technologické postupy – tzv. „spunbond“ a „meltblown“.
Spunbond
Podstata výroby netkané textilie technologií spunbond spočívá v přímém zvlákňování polymerních granulátů na nekonečná vlákna, z nichž následně vzniká plošná netkaná textilie. K výrobě tohoto typu netkaných textilií je obvykle využíván PP (polypropylen) nebo kombinace PP a PE (polyetylen) ve formě bikomponentních vláken.
Meltblown
Při výrobě netkané textilie typu meltblown bývá výchozí surovinou je převážně polypropylen. Textilii je možno vyrobit bílou nebo barevnou, hydrofobní nebo hydrofilní, a lze ji opatřit dlouhodobě stabilním elektrostatickým nábojem. Specifické vlastnosti těchto textilií, které spočívají především ve velmi jemných vláknech, variabilní plošné hmotnosti a vysokém měrném povrchu, zajišťují vynikající filtrační, tepelně-izolační a sorpční vlastnosti. Vlákna jsou nedefinované délky, náhodně orientovaná, jejich průměr kolísá po délce. Pro textilii je také charakteristická nižší pevnost v tahu a odolnost proti oděru. Textilie vyrobené technologií meltblown jsou vhodné jako filtrační materiály, průmyslové sorbenty pro zachycování ropných látek, olejů a vodných roztoků.
