Tässä blogikirjoituksessa tarkastelemme mikrokuidun rakennetta ja valmistusperiaatteita sekä selvitämme tieteellisesti, kuinka tehokkaasti tämä materiaali voi itse asiassa estää pölypunkkien ja pölyn tarttumisen.
Oletko kuullut pölypunkkeja ja pölyä ehkäisevistä vuodevaatteista? Kyseessä on uusi teknologia, joka on saamassa huomiota vaate- ja vuodevaateteollisuudessa. Jokainen, joka on joskus selannut erilaisia tuotteita vuodevaatteita tai vaatteita ostaessaan, on todennäköisesti kuullut tästä tuotteesta ja sen materiaalista, mikrokuidusta.
Ultrahienoilla kuiduilla tarkoitetaan kuituja, jotka ovat sadasosaa ihmisen hiuksen paksuudesta. Tuotteissa käytettäessä ne luovat ilmataskuja, jotka ovat pienempiä kuin hieno pöly tai pölypunkit, mutta suurempia kuin ilmamolekyylit. Tämä mahdollistaa kuitutuotteiden hengittävyyden säilyttämisen samalla, kun se tarjoaa suojavaikutuksen, joka estää pölyn ja pölypunkkien tunkeutumisen. Tämä ominaisuus on erityisen hyödyllinen allergikoille ja herkkäihoisille. Koska kankaalla on keramiikan kaltainen hengittävyys, mutta se estää hienon pölyn tarttumisen tai pölypunkkien lisääntymisen, sitä käytetään laajalti toiminnallisissa vuodevaatteissa ja vaatteissa. Miten tämä kuitu, joka on 100 kertaa hienompaa kuin ihmisen hius, sitten valmistetaan?
Perinteinen lanka valmistetaan täyttämällä ontto lieriömäinen putki nestemäisellä polymeerimateriaalilla, kohdistamalla painetta ja puristamalla säikeitä yksi kerrallaan, aivan kuten nuudelien valmistuksessa. Mikrokuidun valmistaminen samalla menetelmällä vaatii kuitenkin ensin kymmenien nanometrien halkaisijaltaan olevien putkien valmistamista, mikä on teknisesti erittäin vaikeaa. Siksi mikrokuidut valmistetaan pääasiassa sähkökehräämällä, jossa käytetään sähkökenttää mekaanisen käsittelyn sijaan.
Sähkökehräys on menetelmä, jossa nestemäiseen raaka-aineeseen kohdistetaan korkea jännite, jolloin aineen muodostavat molekyylit hylkivät toisiaan. Aine koostuu lukemattomista hiukkasista, joita kutsutaan molekyyleiksi. Kun materiaaliin kohdistetaan korkea jännite, näihin molekyyleihin kohdistuu vaikutuksia ja ne varautuvat sähköisesti. Se on samanlaista kuin äänesi luonnollisesti voimistuu meluisissa paikoissa, kuten konserttisaleissa tai markkinoilla. Voimakkaasti sähköistetyssä tilassa molekyylit varautuvat myös sähköstaattisen ilmiön seurauksena. Molekyylit saavat saman varauksen, ja samanlaiset varaukset hylkivät toisiaan. Tämän seurauksena ne työntyvät poispäin. Kääntäen, nestemäisessä tilassa molekyyleillä on myös vetovoima välillään. Tämä johtuu pintajännityksestä, joka saa molekyylit kasaantumaan yhteen pinta-alan minimoimiseksi. Kun varausten aiheuttama hylkivä voima tulee voimakkaammaksi kuin pintajännitys, joka haluaa molekyylien pysyvän kasaantuneina, neste ei enää voi pysyä kasaantuneina ja suihkuaa ulos. Siksi se suihkuaa ulos nestepisaroiden muodossa. Nämä suihkutetut nestepisarat jähmettyvät vähitellen kulkiessaan ilman läpi. Kulkiessaan ilman läpi ne siirtävät varauksensa ilmakehään ja menettävät vähitellen oman varauksensa. Kun ne menettävät riittävän määrän varausta, näiden pisaroiden virtaus muuttuu epävakaaksi. Tämän seurauksena virtaus kiertyy spiraaliksi ja venyy säikeen kaltaiseksi muodoksi. Näin lanka syntyy, aivan kuten nauhavoimistelijan nauhan piirtämä muoto. Tämä ilmiö jatkuu, kunnes pisara saavuttaa korkeajännitelevyn, joka sijaitsee tietyn etäisyyden päässä paikasta, jossa neste oli sähköisesti varattu.
Nanokuitujen valmistusprosessi sähkökehräämällä on omat merkittävät ominaisuudet. Kun lankaa kehrätään perinteisillä koneilla, on käytettävä erilaisia koneita, joilla on erilaiset ominaisuudet, jotta voidaan tuottaa eri paksuisia lankoja. Sähkökehrääminen poistaa tämän tarpeen kokonaan. Sähkökehräämisessä filamentin paksuutta säädetään yksinomaan säätämällä käytettyä jännitettä. Korkeampi jännite tuottaa hienompia filamentteja, koska suurempi jännite tuottaa enemmän energiaa. Tämä on verrattavissa hauraan esineen pudottamiseen suuremmalta korkeudelta, jolloin se hajoaa pienemmiksi paloiksi. Neste, joka saa jännitteestä paljon energiaa, kantaa voimakkaampaa varausta ja kokee suurempaa hylkimistä. Tämä voimakas hylkiminen voittaa voimat, jotka aiheuttavat nesteiden paakkuuntumista, jolloin ne voivat levitä pienemmiksi pisaroiksi.
Sähkökehräyksen toinen etu on sen kyky yhdistää erilaisia materiaaleja uusien toimintojen aikaansaamiseksi. Esimerkiksi nanokuitujen luominen lisätyillä antimikrobisilla aineilla voi estää bakteerien ja sienten sekä pölypunkkien kasvua. Nämä kuidut, jotka yhdistävät erilaisia materiaaleja ja toimintoja, löytävät laajan käyttöalueen vuodevaatteiden lisäksi – lääketieteellisistä materiaaleista ja urheiluvaatteista teollisuussuodattimiin. Niillä on tärkeä rooli elämänlaatumme parantamisessa.
Käytämme tiedostamattamme monia mikrokuitutuotteita jokapäiväisessä elämässä. Niitä käytetään erilaisissa toiminnallisissa tuotteissa, pölypunkkeja hylkivistä vuodevaatteista ja toiminnallisista urheiluvaatteista pölyä poistaviin pyyhkeisiin. Kaikki nämä toiminnalliset tuotteet ovat syntyneet pienestä ajattelutavan muutoksesta: fyysisen voiman muuntamisesta sähkövoimaksi. Tämän näkeminen saa miettimään, miten maailma saattaa muuttua, jos tulevaisuudessa kehitetään lisää uraauurtavia menetelmiä, jotka johtavat entistä hienompiin ja erikoistuneempiin lankoihin. Tieteen ja teknologian edistysaskeleet tuovat innovaatioita jopa jokapäiväisen elämämme pienimpiin osiin, ja uudet materiaalit, kuten mikrokuitu, todistavat edelleen arvonsa eri aloilla.
