Čeští badatelé slaví další úspěch. Tým vědců z Technické univerzity v Liberci vyvinul první linku pro výrobu čisté nanonvlákenné příze na světě. Její využití je možné v medicíně nebo například u filtrace. Novinka už také vzbudila zájem u renomovaných značek jako jsou Adidas, Nike nebo The North Face.
Na projektu spolupracoval tým složený z vědců z několika fakult univerzity. Linka, kterou vytvořili, je unikátní tím, že dokáže nanovlákennou přízi vyrábět čtyřikrát rychleji, než bylo dosud možné. Umožní také výrobu nové generace textilních materiálů.
„Jedná se o jediné doposud popsané zařízení, které vyrábí pomocí střídavého elektrického proudu stoprocentně nanovlákennou přízi na poloprovozní úrovni. Oprávněně se také domníváme, že naše metoda je velmi robustní pro tvorbu takové příze ze širokého spektra různých polymerních materiálů,“ konstatoval profesor David Lukáš z Katedry chemie Fakulty přírodovědně-humanitní a pedagogické Technické univerzity v Liberci (TUL), který vedl jeden z mezifakultních týmů. Skupinu vývojářů z pozice lídra řídil profesor Jaroslav Beran z Katedry textilních a jednoúčelových strojů Fakulty strojní TUL.
PŘEČTĚTE SI: Roušky z Brna dobývají svět, síť nanovláken odfiltruje i ty nejmenší částice a viry
Letitá historie
Čisté nanovlákenné příze nejsou žádnou aktuální novinkou. V různých výzkumných týmech se po světě vyrábí už řadu let. První metodu tzv. elektrospinningu už v roce 1934 patentoval Anton Formhals. Popsal v ní proces elektrostatického zvlákňování roztoku acetátu celulózy a experimentální zařízení pro produkci syntetických vláken. Během dalších deseti let si Formhals nechal patentovat řadu vylepšených postupů na výrobu textilních přízí obohacených o nanovlákna.
Problematice se dlouhodobě věnují také badatelé na liberecké technice. Modifikovanou technikou elektrospinningu je například technika Nanospider^TM, která je určená pro produkci nanovlákenných materiálů v průmyslové výrobě. Tuto technologii vynalezl v roce 2003 výzkumný tým profesora Oldřicha Jirsáka na Katedře netkaných textilií TUL a získal na ni také patentovou ochranu.
Problém tedy není v poznatcích, ale v objemu. Dosud byla výroba nanovlákenné příze možná pouze v rychlostech produkujících pouze několik centimetrů příze za minutu. „Námi vyvinuté zařízení a způsob výroby umožňuje produkci příze/niti o rychlosti 15 metrů za minutu. Řada v literatuře popisovaných zařízení pak vůbec nevyrábí kontinuálně, takže vznikají pouze několikacentimetrové úseky přízí, kdežto my jsme nyní na Mezinárodním veletrhu textilních strojů předváděli výrobu několik stovek metrů dlouhých vzorků,“ zdůraznil vedoucí týmu vývojářů Beran.
Právě díky kontinuální produkci přízí složených z vláken o submikronových průměrech bude možná výroba nové generace textilních materiálů. Je to díky principu technologie AC elektrického zvlákňování neboli aplikace střídavého elektrického pole na polymerní roztok. Při této metodě se nepoužívá elektricky aktivní kolektor. Navíc, díky vzájemnému provázání nanovlákenných úseků, což je výjimečný znak AC elektrospinningu, vzniká mechanicky souvislá nanovlákenná vlečka. Tato technologie je tak pro výrobu lineárních nanovlákenných útvarů naprosto ideální.
Lstí na problém
Výroba přízí z nanovláken pomocí dříve známých stejnosměrných metod měla v minulosti dva hlavní problémy. Nanovlákna jsou v tomto případě nabita souhlasným nábojem, a proto se vzájemně ve zvlákňovacím prostoru odpuzují. Zároveň se také nanovlákna ve formě nanovlákenné vlečky mezimolekulárními silami lepí k jakémukoliv nástroji, který se je snaží přeskupit do niťového útvaru. „Trik naší technologie spočívá v tom, že první uvedenou překážku odstraňuje přirozeně AC metoda. Druhou překážku jsme obelstili způsobem počátečního zakrucování nanovlákenné hmoty bez dotyku nástroje,“ vysvětlil profesor Beran.
„Nanovlákenné příze vyrobené metodou AC elektrospinningu mají na kolmém řezu tisíce vláken o poloměrech zhruba 600 nm. Příze má velký specifický povrch s jemnou otevřenou strukturou pórů a vytváří tak materiál s pomalým difúzním průnikem plynů a kapalin a vysokou filtrační efektivitou. Může také intenzivně uvolňovat inkorporované léčivo nebo adsorbovat molekuly na svém povrchu,“ popsal vedoucí badatelského Lukáš. I když se optimální využití nanovlákenných přízí a nití stále hledá, protože jde o poměrně nový a zatím dostatečně neprostudovaný materiál, jako hlavní oblasti jeho využití vědci z TUL vidí oblast medicíny a filtrace.
Čisté nanovlákenné příze je podle profesora Lukáše možné dále zpracovávat do vyšších struktur. U nití jde například o splétání, díky kterému se zvyšuje mechanická odolnost materiálu. „Aplikace budou souviset s dalším vývojem a postupným vylepšováním vlastností takových nití,“ nechce předjímat další využití nanovlákenné příze emeritní rektor TUL Lukáš.
Zájem ze světa
O něco jasněji ale přesto je. Tým vědců z liberecké univerzity svou linku prezentoval na nedávném Mezinárodním veletrhu textilních strojů v Miláně (ITMA). Jde o světově největší výstavu textilních strojů a příslušenství, na které se letos představilo více než 1 600 vystavovatelů ze 44 zemí a zúčastnilo se jí na 100 000 návštěvníků z celého světa.
Novinka ze severních Čech tam vzbudila velký zájem. „Obraceli se na nás zástupci velkých firem zejména sportovního oblečení jako Adidas, Nike, Decathlon nebo The North Face, kteří věděli, že se na TUL vyvíjí zajímavé unikátní technologie v oblasti nanovláken. Upoutaly je naše materiály pro výrobky kombinující sportovní oblečení a hojení ran, například pro ultramaratonce nebo se zajímali o možnosti zefektivnění výroby membrán pro sportovní oblečení,“ popsali dění na veletrhu členové badatelského týmu Josef Skřivánek a Petr Žabka z Katedry textilních a jednoúčelových strojů Fakulty strojní TUL.
Nešlo ale pouze o firmy zaměřující se na sportovní oblečení. Zájem projevily i firmy, které se věnují tvorbě speciálních vlákenných materiálů jako například DuPont. Kromě toho se o možnost stáže nebo spolupráce s týmem TUL při vývoji nanovlákenných materiálů ze svých polymerů či aktivních látek zajímala řada akademiků i studentů z celého světa. Nezůstalo ale jen u nich. „Podpořit nás přišli i zástupci českých firem, kteří nabízeli spolupráci, “ uzavřela docentka Eva Kuželová Košťáková z Katedry chemie Fakulty přírodovědně-humanitní a pedagogické TUL.
PŘEČTĚTE SI: Finančně dostupnější i rychlejší. Taková jsou nová nanovlákna českých vědců
