I dette blogginnlegget undersøker vi strukturen og produksjonsprinsippene til mikrofiber, og utforsker vitenskapelig hvor effektivt dette materialet faktisk kan blokkere støvmidd og støv.
Har du hørt om sengetøy som forhindrer støvmidd og støv? Det er en ny teknologi som får oppmerksomhet i kles- og sengetøyindustrien. Alle som noen gang har bladd gjennom forskjellige produkter mens de har handlet sengetøy eller klær, har sannsynligvis hørt om dette produktet og materialet det er laget av, mikrofiber.
Ultrafine fibre refererer til fibre som er hundredels så tykke som et menneskehår. Når de brukes i produkter, lager de luftlommer som er mindre enn fint støv eller støvmidd, men større enn luftmolekyler. Dette gjør at fiberproduktene opprettholder pusteevnen samtidig som de gir en barriereeffekt som hindrer støv og midd i å trenge inn. Denne funksjonaliteten er spesielt gunstig for allergikere og personer med sensitiv hud. Siden stoffet har pusteevne som ligner på keramikk, samtidig som det forhindrer at fint støv fester seg eller at støvmidd vokser, er det mye brukt i funksjonelt sengetøy og klær. Så, hvordan lages denne fiberen, 100 ganger finere enn et menneskehår?
Konvensjonelt garn produseres ved å fylle et hult sylindrisk rør med et flytende polymermateriale, legge trykk og ekstrudere trådene én etter én, omtrent som å lage nudler. Å lage mikrofiber ved hjelp av samme metode krever imidlertid først produksjon av rør med diametere på titalls nanometer, noe som er teknisk sett ekstremt vanskelig. Derfor produseres mikrofiber primært ved hjelp av elektrospinning, som bruker et elektrisk felt i stedet for mekanisk manipulasjon.
Elektrospinning er en metode som påfører høy spenning på et flytende råmateriale, noe som får molekylene som danner stoffet til å frastøte hverandre. Materie består av utallige partikler kalt molekyler. Når høy spenning påføres materialet, påvirkes disse molekylene og blir elektrisk ladet. Det ligner på hvordan stemmen din naturlig blir høyere på støyende steder som konsertsaler eller markeder. I et sterkt elektrifisert område blir molekyler også elektrisk ladet, noe som skaper et elektrostatisk fenomen. Molekyler får samme ladning, og like ladninger frastøter hverandre. Følgelig skyver de bort. Omvendt, i flytende tilstand, har molekyler også en tiltrekkende kraft seg imellom. Dette skyldes overflatespenning, som får molekyler til å klynge seg sammen for å minimere overflatearealet. Når den frastøtende kraften forårsaket av ladningene blir sterkere enn overflatespenningen som vil at molekylene skal forbli klynget, kan ikke væsken lenger forbli klynget og sprayes ut. Det er derfor den sprayes ut i form av væskedråper. Disse sprayede væskedråpene størkner gradvis når de passerer gjennom luften. Når de passerer gjennom luften, overfører de ladningen sin til atmosfæren og mister gradvis sin egen ladning. Når de mister tilstrekkelig ladning, blir strømmen av disse dråpene ustabil. Følgelig vrir strømmen seg til en spiral og forlenges til en trådlignende form. Slik blir tråden født, omtrent som formen tegnet av et båndgymnasts bånd. Dette fenomenet fortsetter til dråpen når en høyspentplate plassert en viss avstand fra stedet der væsken ble elektrisk ladet.
Prosessen med å lage nanofibre via elektrospinning har bemerkelsesverdige egenskaper. Når man spinner garn med konvensjonelle maskiner, må man bruke forskjellige maskiner med varierende spesifikasjoner for å produsere garn i forskjellige tykkelser. Elektrospinning eliminerer imidlertid dette behovet fullstendig. Ved elektrospinning kontrolleres filamenttykkelsen utelukkende ved å justere den påførte spenningen. Høyere spenning gir finere filamenter fordi høyere spenning gir mer energi. Dette er analogt med å slippe en skjør gjenstand fra en større høyde, noe som får den til å knuses i mindre biter. Væske som mottar høy energi fra spenningen bærer en sterkere ladning og opplever større frastøting. Denne sterke frastøtingen overvinner kreftene som får væsker til å klumpe seg sammen, slik at de kan spres i mindre dråper.
En annen fordel med elektrospinning er dens evne til å kombinere ulike materialer for å gi nye funksjoner. For eksempel kan det å lage nanofibre med tilsatte antimikrobielle stoffer undertrykke veksten av bakterier og sopp, samt husstøvmidd. Disse fibrene, som kombinerer ulike materialer og funksjoner, finner omfattende bruksområder utover sengetøy – fra medisinske materialer og sportsklær til industrielle filtre. De spiller en viktig rolle i å forbedre livskvaliteten vår.
Vi bruker ubevisst mange mikrofiberprodukter i hverdagen. De brukes i ulike funksjonelle produkter, fra støvmiddresistent sengetøy og funksjonelt sportstøy til støvfjerningshåndklær. Alle disse funksjonelle produktene oppsto fra et lite skifte i tankegang: å konvertere fysisk kraft til elektrisk kraft. Når man ser dette, lurer man på hvordan verden kan forandre seg hvis det utvikles flere banebrytende metoder i fremtiden, noe som fører til enda finere og mer spesialiserte garn. Fremskritt innen vitenskap og teknologi bringer innovasjon selv til de minste delene av hverdagen vår, og nye materialer som mikrofiber vil fortsette å bevise sin verdi på tvers av ulike felt.
