V tej objavi na blogu preučujemo strukturo in načela izdelave mikrovlaken ter znanstveno raziskujemo, kako učinkovito lahko ta material dejansko blokira pršice in prah.
Ste že slišali za posteljnino, ki preprečuje pršice in prah? Gre za novo tehnologijo, ki pritegne pozornost v industriji oblačil in posteljnine. Vsak, ki je kdaj brskal po različnih izdelkih med nakupovanjem posteljnine ali oblačil, je verjetno že slišal za ta izdelek in njegov material, mikrofibro.
Ultra tanka vlakna se nanašajo na vlakna, debela stotinko človeškega lasu. Ko se uporabljajo v izdelkih, ustvarijo zračne žepe, manjše od finega prahu ali pršic, vendar večje od molekul zraka. To omogoča, da vlaknasti izdelki ohranjajo zračnost, hkrati pa zagotavljajo pregradni učinek, ki preprečuje prodiranje prahu in pršic. Ta funkcionalnost je še posebej koristna za alergike in tiste z občutljivo kožo. Ker ima tkanina podobno zračnost kot lončenina, hkrati pa preprečuje oprijem finega prahu ali naselitev pršic, se pogosto uporablja v funkcionalni posteljnini in oblačilih. Kako je torej izdelano to vlakno, ki je 100-krat tanjše od človeškega lasu?
Konvencionalna preja se proizvaja tako, da se votle valjaste cevi napolnijo s tekočim polimernim materialom, se uporabi pritisk in se prameni iztisnejo eno za drugo, podobno kot pri izdelavi rezancev. Vendar pa je za izdelavo mikrovlaken z isto metodo najprej potrebno izdelati cevi s premerom več deset nanometrov, kar je tehnično izjemno težko. Zato se mikrovlakna proizvajajo predvsem z elektropredenjem, ki uporablja električno polje in ne mehanske manipulacije.
Elektrospinning je metoda, pri kateri se na tekočo surovino nanese visoka napetost, zaradi česar se molekule, ki tvorijo snov, med seboj odbijajo. Snov je sestavljena iz neštetih delcev, imenovanih molekule. Ko se na material nanese visoka napetost, se te molekule podvržejo delovanju in postanejo električno nabite. Podobno je, kot se vaš glas naravno okrepi v hrupnih prostorih, kot so koncertne dvorane ali tržnice. V močno elektrificiranem območju se tudi molekule električno nabijejo, kar ustvari elektrostatični pojav. Molekule pridobijo enak naboj in podobni naboji se med seboj odbijajo. Posledično se odrivajo. Nasprotno pa imajo molekule v tekočem stanju med seboj tudi privlačno silo. To je posledica površinske napetosti, zaradi katere se molekule združujejo v skupine, da zmanjšajo površino. Ko odbojna sila, ki jo povzročajo naboji, postane močnejša od površinske napetosti, ki želi, da molekule ostanejo združene, tekočina ne more več ostati združena in se razprši. Zato se razprši v obliki kapljic tekočine. Te razpršene kapljice tekočine se med prehodom skozi zrak postopoma strdijo. Med prehodom skozi zrak prenesejo svoj naboj v ozračje in postopoma izgubijo svoj naboj. Ko kapljice izgubijo zadostno količino naboja, postane tok teh kapljic nestabilen. Posledično se tok zvije v spiralo in podaljša v nitasto obliko. Tako nastane nit, ki je podobna obliki, ki jo nariše gimnastični trak. Ta pojav se nadaljuje, dokler kapljica ne doseže visokonapetostne plošče, ki je nameščena na določeni razdalji od mesta, kjer je bila tekočina električno nabita.
Postopek ustvarjanja nanovlaken z elektrospredanjem ima izjemne lastnosti. Pri predenju preje s konvencionalnimi stroji je treba za proizvodnjo preje različnih debelin uporabiti različne stroje z različnimi specifikacijami. Vendar pa elektrospredanje to potrebo v celoti odpravi. Pri elektrospredanju se debelina filamenta nadzoruje izključno s prilagajanjem uporabljene napetosti. Višja napetost daje tanjše filamente, ker višja napetost odda več energije. To je analogno padcu krhkega predmeta z večje višine, zaradi česar se razbije na manjše koščke. Tekočina, ki prejema visoko energijo od napetosti, nosi močnejši naboj in se bolj odbija. Ta močan odboj premaga sile, ki povzročajo, da se tekočine zlepijo, kar jim omogoča, da se razpršijo v manjše kapljice.
Druga prednost elektrospredenja je njegova sposobnost kombiniranja različnih materialov za doseganje novih funkcionalnosti. Na primer, ustvarjanje nanovlaken z dodanimi protimikrobnimi sredstvi lahko zavre rast bakterij in gliv ter pršic. Ta vlakna, ki združujejo različne materiale in funkcionalnosti, se uporabljajo tudi zunaj posteljnine – od medicinskih materialov in športnih oblačil do industrijskih filtrov. Igrajo ključno vlogo pri izboljšanju kakovosti našega življenja.
V vsakdanjem življenju nezavedno uporabljamo številne izdelke iz mikrovlaken. Uporabljajo se v različnih funkcionalnih izdelkih, od posteljnine, odporne proti pršicam, in funkcionalnih športnih oblačil do brisač za odstranjevanje prahu. Vsi ti funkcionalni izdelki so nastali zaradi majhnega premika v razmišljanju: pretvorbe fizične sile v električno silo. Ko to vidimo, se sprašujemo, kako bi se svet spremenil, če bi se v prihodnosti razvile prelomnejše metode, ki bi vodile do še finejših in bolj specializiranih prej. Napredek v znanosti in tehnologiji prinaša inovacije tudi v najmanjše dele našega vsakdanjega življenja, novi materiali, kot so mikrovlakna, pa bodo še naprej dokazovali svojo vrednost na različnih področjih.
