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Stoffe mit Nanofaserschicht vs. herkömmlicher Stoff: einfach eine dünne Membran hinzufügen und wir sind nicht der Gefahr von Chemikalien oder Schadstoffen in der Luft ausgesetzt!

12.06.2023

Stellen Sie sich vor, Sie können Kleidungsstoffen extradünne Nanofasern hinzufügen, die sich im Wesentlichen so verhalten, wie Sie es wünschen und brauchen. Eine aufregende Idee? Ja, natürlich. Und deshalb haben Textilien mit einer Nanofaserschicht heute einen klaren Vorteil gegenüber allen anderen, herkömmlichen Stoffen.

Dass Nanofasern die Technologie der Zukunft sind, wissen nicht nur interessierte Forscher und visionäre Unternehmen, sondern auch wir, ganz normale Menschen. Jetzt ist es an der Zeit, allen zu beweisen, dass Nanofasern die Bekleidungsindustrie auf ein völlig neues Niveau heben und Bestandteil der sog. Textilien der Zukunft sein können. Welche Vorteile hat ein mit Nanofasern beschichtetes Kleidungsstück im Vergleich zu einem herkömmlichen Stoff?

Undurchlässigkeit für schädliche Partikel aus der Luft

Das Vorhandensein von Mikro- und Nanopartikeln in der Luft aufgrund von Luftverschmutzung ist eines der größten Umweltrisiken für die menschliche Gesundheit. Sowohl die kurzfristige als auch die langfristige Exposition gegenüber diesen Molekülen hat schwerwiegende Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit. Es ist daher notwendig, Schutzkleidung zu entwickeln und dafür zu sorgen, dass die Exposition gegenüber diesen Partikeln so gering wie möglich ist. Ein typisches Beispiel ist die Schutzkleidung von Feuerwehrleuten, die fast täglich in einer Umgebung mit einer höheren Konzentration an schädlichen Partikeln in der Luft arbeiten.

Der herkömmliche Stoff, der auf Basis der Luftfiltration funktioniert, beruht auf der Verwendung von Mikroglasfasern, die in die Textilien implementiert sind. Diese filtern jedoch nur Partikel mit einer Größe von einem Mikrometer und mehr ab. Sie haben nicht die Kapazität oder die richtige Porengröße, um Submikrometer zu erfassen. Nur nanofaserige Textilien können aufgrund ihrer ultrafeinen Struktur, ihres großen Oberflächen‑Volumen-Verhältnisses und der entsprechenden Porosität selbst für kleinste Nanopartikel undurchlässig sein.

Wasserdichtigkeit und Atmungsaktivität

Schutzkleidung für den Außenbereich sollte je nach Träger drei Prinzipien erfüllen: Sie sollte wasserdicht und atmungsaktiv sein und Wärmekomfort bieten. So wird der Tragekomfort auch bei extremen Wetterbedingungen gewährleistet und der Träger vor Regen, Schnee und Wind geschützt.

Das Nanofaser‑Material ermöglicht zwei scheinbar unvereinbare Tatsachen.

Einerseits begrenzt es das Eindringen von flüssigem Wasser ins Innere, andererseits lässt es Wasserdampf nach außen entweichen. So wird der Träger dieses Kleidungsstücks nicht nass (z. B. bei Regen oder Schnee) und schwitzt und überhitzt gleichzeitig nicht unangenehm, da die Nanofasermembran die angesammelte Feuchtigkeit nach außen lässt.

Herkömmliche Materialien, die Wasserdichtigkeit bieten, sind selten atmungsaktiv. Techniken wie biaxiales Recken oder Phasentrennung wurden in der Vergangenheit eingesetzt, allerdings mit begrenztem Erfolg. Der resultierende Stoff war nicht atmungsaktiv, schwer und brachte den Träger schnell ins Schwitzen, was sehr unangenehm war, da die Feuchtigkeit nicht entweichen konnte.

Als sich die Forscher auf das elektrostatische Spinnverfahren konzentrierten, um ein wasserdichtes und atmungsaktives Material herzustellen, stellten sie fest, dass sie in der Lage waren, Membranen herzustellen, die sowohl dicht waren als auch miteinander verbundene Poren aufwiesen. Das Vorhandensein von Poren in Mikro- und Nanometergröße ermöglicht den Feuchtigkeitstransport und begrenzt das Eindringen von Wasser und Wind. Es wird jedoch angeführt, dass durch das Spinnverfahren hergestellte Gewebe nur dann eine gute Wasserbeständigkeit und Atmungsaktivität aufweisen, wenn sie aus einem hydrophoben Polymer hergestellt sind.

Schutz gegen chemische Kampfstoffe

Wussten Sie, dass Kleidung mit Nanofasern nicht nur von Sportlern, sondern auch von Elitesoldaten verwendet wird? Wissenschaftler haben kürzlich entdeckt, dass Nanofasergewebe den Körper vor Kampfstoffen wie Chlor, Arsenwasserstoff oder Phosgen schützen können. Diese Fähigkeit ist von entscheidender Bedeutung, denn es sind Chemikalien wie Phosgen und Arsenwasserstoff, die Haut und Nerven irreversibel schädigen.

Herkömmliche Schutzkleidung basiert auf der Verwendung eines mehrlagigen Gewebes mit einer zusätzlichen Schutzschicht. Diese besteht in der Regel aus einem anorganischen Material, wie z. B. Aktivkohle, das dazu beiträgt, gefährliche Chemikalien aufzunehmen und ihr Eindringen in das Gewebe zu verhindern. Diese herkömmlichen Schutzgewebe sind zwar immer noch weit verbreitet, aber sie bedeuten eine hohe Wärmebelastung und sind nicht luft- und wasserdampfdurchlässig. Der Mangel an Atmungsaktivität ist für den Träger unangenehm und hindert ihn daran, seine Aufgaben aktiv auszuführen.

Ein weiterer Nachteil ist die Entsorgung der kontaminierten Kleidung. Herkömmliche Schutzkleidung ist nur in der Lage, die Chemikalie physikalisch zu absorbieren, jedoch nicht zu entgiften. Dies bedeutet, dass die Kleidung beim Ausziehen stark kontaminiert ist und die Mitarbeiter bei der Entsorgung dem Risiko der Wirkung gefährlicher Chemikalien ausgesetzt sind.

Jüngste Forschungen haben gezeigt, dass Metalloxide eine ausgezeichnete Reaktivität mit chemischen Kampfstoffen aufweisen und auch in der Lage sind, diese zu entgiften.

Vor kurzem hat sich das elektrostatische Spinnverfahren bei Metalloxid‑Nanofasern durchgesetzt, die dann in Chemikalienschutzkleidung eingearbeitet werden können. Eine solches Kleidungsstück widersteht dem Eindringen von organischen Molekülen und ist gleichzeitig luft- und wasserdampfdurchlässig. Es bringt einen Elitesoldaten nicht ins Schwitzen, überhitzt ihn nicht, hält ihn perfekt warm und schützt ihn gleichzeitig vor dem Eindringen lebensbedrohlicher Chemikalien.

Schutz vor Mikroben und Krankheitserregern

Antimikrobielle Kleidung für medizinisches Personal, Ärzte und andere medizinische Berufe wird heutzutage besonders häufig verwendet, und die Forscher suchen nach dem effektivsten Weg, ein leichtes, atmungsaktives und dennoch zuverlässiges Gewebe herzustellen, das den Träger vor eindringenden Bakterien und Viren schützt.

Zur Herstellung antimikrobieller Stoffe werden am häufigsten Metallionen in Regel von Silber, Kupfer und Cadmium verwendet, und zwar aufgrund ihrer Fähigkeit, Bakterien zu deaktivieren. Silber ist für Mikroorganismen am giftigsten und wird daher häufig bei der Herstellung von antimikrobiellen Filtern, Verbandsmaterialien, Luft- und Wasserfiltern und Schutzkleidung verwendet. Die Wechselwirkung Zelle – Silberionen verursacht strukturelle Veränderungen in der Zelle, die zum Reißen der Zellwand und zum Absterben des Bakteriums führen.

Auch Wissenschaftler, die Nanofasergewebe entwickeln, sind von Silber fasziniert. Sie betten Silberpartikel entweder in die Fasermatrix ein oder beschichten damit die Faseroberfläche. Der geringe Durchmesser der Fasern und die Nanometergröße der Silberpartikel bieten eine enorme Oberfläche pro Volumeneinheit der Faser. Dies hilft, ihre antimikrobielle Wirksamkeit zu erhöhen.

Derzeit ist die Wirksamkeit von silberbeschichteten Nanofasern gegen Escherichia coli und Staphylococcus aureus am besten untersucht. Erste Studien deuten darauf hin, dass die Fasern die Stoffwechselaktivität und die Lebensfähigkeit der Zellen verringern. Außerdem hat sich gezeigt, dass die Bestrahlung der erhaltenen Fasern mit UV‑Licht die Bildung von Silber‑Nanopartikeln beschleunigt, und die so erhaltenen Nanofasern die größte bakterizide Wirkung haben.

Verwendete Quellen: