Textilie s nanovlákennou vrstvou vs. konvenční tkanina: stačí přidat tenkou membránu a neohrozí nás chemikálie ani škodliviny ve vzduchu! 

Představte si, že do oděvních látek lze přidat extra tenká nanovlákna, aby se v podstatě chovaly, jak chcete a potřebujete. Vzrušující myšlenka? Pochopitelně. A právě proto mají nyní textilie s nanovlákennou vrstvou jasnou přednost před jakoukoli jinou, konvenční tkaninou.

To, že jsou nanovlákna technologií budoucnosti, už vědí nejen zainteresovaní výzkumníci a vizionářské společnosti, ale i my, obyčejní lidé. Nyní je načase dokázat všem, že nanovlákna umí oděvní průmysl posunout na zcela novou úroveň a být součástí tzv. textilií budoucnosti. Jaké benefity má oděv s nanovlákennou vrstvou oproti běžné, konvenční tkanině?

Nepropustnost škodlivých částic ze vzduchu

Přítomnost mikro a nanočástic v ovzduší v důsledku kontaminace vzduchu je jedním z největších environmentálních rizik pro lidské zdraví. Jak krátkodobé, tak dlouhodobé vystavení těmto molekulám má vážný dopad na lidské zdraví. Je proto nutné vyvinout ochranné oděvy a zajistit co nejnižší vystavení těmto částicím. Typickým příkladem jsou ochranné oděvy hasičů, kteří v prostředí s vyšší koncentrací škodlivých částic ve vzduchu pracují prakticky na denní bázi.

Konvenční tkanina fungující na bázi filtrace vzduchu spoléhá na použití mikronových skleněných vláken implementovaných v textilii. Ty ale odfiltrují pouze částice o velikosti mikronů a větší. Na zachycení submikronů nemají kapacitu ani správnou velikost pórů. Teprve nanovlákenné textilie díky ultrajemné struktuře, velkému poměru plochy vůči objemu a odpovídající pórovitosti dokážou zajistit nepropustnost i pro ty nejmenší nanočástice.  

Voděodolnost a odvětrávání vodní páry

Ochranný outdoorový oděv má podle uživatelů splňovat tři zásady – má být voděodolný, prodyšný a poskytovat tepelný komfort. Tím nositeli zajistí pohodlí v extrémních klimatických podmínkách a ochrání jej před deštěm, sněhem a větrem.

Materiál z nanovláken umožňuje dvě na první pohled neslučitelné skutečnosti.

Na jedné straně omezí pronikání kapalné vody dovnitř a na straně druhé umožní vodní páře uniknout ven. Nositel tohoto oděvu tedy nepromokne (např. v dešti nebo sněhu) a zároveň nezůstane nepříjemně propocený a přehřátý, protože nanovlákenná membrána propustí nahromaděnou vlhkost ven.

Konvenční materiály nabízející voděodolnost jsou málokdy prodyšné. V minulosti se používaly techniky jako biaxiální natahování nebo separace fází, leč s omezeným úspěchem. Výsledná tkanina byla neprodyšná, těžká a nositel se v ní rychle zpotil, což bylo velmi nepříjemné, poněvadž vlhkost neměla, jak uniknout.

Když se výzkumníci zaměřili na použití elektrostatického zvlákňování k výrobě vodotěsného a prodyšného materiálu, zjistili, že jsou schopni vyrábět membrány, které jsou husté a zároveň mají propojené póry. Přítomnost pórů o velikosti mikro a nanometrů umožňuje transport vlhkosti a omezuje průnik vody a větru. Uvádí se však, že tkanina zhotovená zvlákňováním vykazuje dobrou voděodolnost a prodyšnost pouze tehdy, je‑li vyrobena z hydrofobního polymeru.

Ochrana proti bojovým chemikáliím

Víte, že oblečení s nanovlákny nepoužívají jen sportovci, ale také elitní vojáci? Vědci nedávno zjistili, že nanovlákenná textilie dokáže ochránit tělo proti bojovým látkám, jako je chlór, arsan nebo fosgen. Tato schopnost je klíčová, protože právě chemikálie jako fosgen a arsan nevratně poškozují kůži i nervy.

Konvenční ochranné oblečení je založeno na použití vícevrstvé tkaniny s ochrannou vrstvou navíc. Tu obvykle tvoří anorganický materiál, jako je aktivní uhlí, který pomáhá zachycovat nebezpečné chemikálie a brání jejich pronikání do tkaniny. Ačkoli se tyto konvenční ochranné tkaniny stále plošně používají, mají vysokou tepelnou zátěž a nejsou propustné pro vzduch a vodní páru. Nedostatek prodyšnosti způsobuje nepohodlí nositeli a brání mu v aktivním plnění úkolů.

Další nevýhodou je likvidace kontaminovaného oděvu. Konvenční ochranný oděv je schopen pouze fyzicky adsorbovat chemickou látku, nikoli ji detoxikovat. To znamená, že oblečení je po svlečení výrazně kontaminované a pracovníci se při jeho likvidaci vystavují riziku působení nebezpečných chemikálií.

Nedávné výzkumy ukázaly, že oxidy kovů mají vynikající reaktivitu s chemickými bojovými látkami a jsou také schopné je detoxikovat.

V poslední době se čím dál tím častěji využívá metoda elektrostatického zvlákňování nanovlákna z oxidu kovu, které lze posléze začlenit do protichemického ochranného oděvu. Takovýto oblek odolá pronikání organických molekul a zároveň je propustný pro vzduch a vodní páru. Elitní voják se v něm nezpotí, nepřehřeje, perfektně ho zahřeje a zároveň ochrání před průnikem život ohrožujících chemikálií.

Ochrana proti mikrobům a patogenním organismům

Antimikrobiální oděvy pro zdravotníky, lékaře a další medicínské profese jsou v dnešní době obzvláště využívané a výzkumníci hledají nejefektivnější způsob, jak zhotovit lehkou, prodyšnou a zároveň spolehlivou tkaninu, co nositele ochrání před invazí bakterií a virů.

K výrobě antimikrobiální tkaniny se nejčastěji používají ionty kovů, obvykle stříbro, měď a kadmium, a to kvůli jejich schopnosti deaktivovat bakterie. Stříbro je pro mikroorganismy nejvíce toxické, a proto je široce používáno při zhotovování antimikrobiálních filtrů, obvazových materiálů, filtrů vzduchu a vody a ochranných oděvů. Interakce buňka‑iont stříbra způsobuje strukturální změny v buňce, které vedou k prasknutí buněčné stěny a smrti bakterie.

Vědci vyvíjející nanovlákenné tkaniny jsou stříbrem taktéž fascinováni. Částice stříbra buď zapouštějí do matrice vlákna nebo jím potahují povrch vláken. Malý průměr vláken a nanometrová velikost částic stříbra zajišťují enormní povrchovou plochu na jednotku objemu vlákna. To pomáhá zvýšit jejich antimikrobiální účinnost.

V současné době se nejvíce zkoumá účinnost nanovláken potažených stříbrem proti bakteriím Escherichia coli a Staphylococcus aureus. Prvotní studie naznačují, že vlákna snižují metabolickou aktivitu a životaschopnost buněk. Také se ukázalo, že ozáření získaných vláken UV světlem urychluje tvorbu nanočástic stříbra, a takto získaná nanovlákna mají největší baktericidní účinek.

Použité zdroje:

1. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7077639/pdf/polymers‑12-00492.pdf,
2. https://www.researchgate.net/publication/269356163_Protective_Clothing_Using_Nanofibers,
3. https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2017/ra/c7ra04843b,
4. https://www.cambridge.org/core/journals/journal‑of-materials‑research/article/abs/waterproof‑and-breathable‑polyacrylonitrilepolyurethanefluorinatedsilica-composite‑nanofiber-membrane‑via-sidebyside‑electrospinning/0CA307ADD9FEF5D72BA5051B36D2D4C6.