Nanovlákna
Co jsou to nanovlákna?
Mají obrovský měrný povrch
Membrána z nanovláken o rozměrech 1 m² má stejnou velikost povrchu jako fotbalové hřiště.
Malá velikost pórů
Póry mezi nanovlákny mají rozměry cca 20-100 nanometrů. Takže jimi neprojdou bakterie, viry, alergeny. Ale umí propustit molekuly vzduchu.
Variabilní průměr
Průměr vláken můžeme řídit podle toho, jak je potřebujeme aplikovat.
Nanovlákna jsou vlákna jejichž průměr je v rozmezí několika nanometrů až několika stovek nanometrů. Jeden nanometr je 0.000000001 metru nebo-li 10 ¯9 metru a není
viditelný okem bez použití optického aparátu. Pro srovnání lidský vlas má průměr
okolo 75 000 nanometru.
První nanovlákna dokázali vědci vyrobit již v první polovině 20. století a tudíž se nejedná ve vědecké komunitě o novinku, avšak v minulosti bylo možné s technologiemi své doby vyrobit jenom velmi limitované množství nanovláken a tudíž nebyla vhodná pro masově rozšířené průmyslové aplikace. Teprve až na přelomu 20. a 21. století dosáhla technologická vyspělost výroby nanovláken do takové míry, že se nanovlákna začala vyrábět ve velkém množství, a tím se otevřely nové možnosti pro průmysl.
Jak se vyrábějí?
Nanovlákna se vyrábějí z různých přírodních polymerů, jakými jsou kupříkladu celulóza, keratin, kolagen anebo syntetických polymerů, jakými mohou být kupříkladu PLA, polyurethan PU, PHBV a mnoho dalších. Každý z těchto materiálů dává nanovláknům své unikátní vlastnosti.
Je mnoho způsobů jakými se nanovlákna, jak pro experimentální, tak průmyslové využití, dají vyrobit. Mezi nejpoužívanější metody výroby nanovláken se používá:
Co je to elektrospinning?
Elektrospinning je populární metoda výroby nanovláken, která využívá při výrobě vysokého napětí o velikosti několika desítek kV.
V roce 1964 britský vědec Geoffrey Ingram Talyor zkoumal roztoky tekutin a jejich chování, když jsou vystaveny vysokému napětí. Taylor nabral roztok do jehly a pozoroval, jak se bude chovat kapka na špičce jehly vystavená vysokému napětí. Kapka se stupňujícím napětím měnila tvar, až dosáhla tvaru kužele a v momentě, kdy napětí dosáhlo kritické hranice, tak ze špičky tohoto kužele vytrysklo vlákno. Tento jev byl pojmenován po svém objeviteli a je tedy znám jako Taylorův kužel. U roztoků se vlákno nadále rozpadá v elektrickém poli na malé částečky (jev zvaný elektrospraying), v případě tekutých polymerů se vlákno nerozpadá na drobné částečky, ale natahuje se.
Tento jev je základem elektrospinningu. Vlákno z polymeru, které takto vznikne ze špičky kužele, se v elektrickém poli začne natahovat a tím zároveň i zužovat, až se vlákno zúží natolik, že dosáhne nanorozměrů. Toto vlákno poté dopadne na sběrnou desku, kde se s ním může nadále pracovat. Důležitou dovedností při výrobě nanovláken elektrospinningovou metodou je kontrola elektrického napětí a jeho vlivu na roztok polymeru a to je závislé na mnoha faktorech včetně parametrů výrobního stroje.
Nanovlákna
Využití nanovláken
Filtrační membrány
Membrány vyrobené nanovlákny mohou dosáhnout menších rozměrů pórů, a tudíž filtrovat i velmi malé částice. Zároveň mohou nanovlákenné membrány dosáhnout vyšší poréznosti,.
Obvazy na rány
Za pomocí nanovláken je možné vytvořit vhodné textilie, které mají dostatečně malé póry na to, aby jimi neprošla většina bakterií a zároveň dobře propouštěla vzduch,
Tkáňové inženýrství
V tkáňovém inženýrství nanovlákna zastupují důležitou roli stavby „lešení“ (scuffold) pro tkáňové buňky.
Jak nanovlákna chrání
Nanovlákna
Využití nanovláken
Je důležité si uvědomit, že fakt, že produkty obsahují nanovlákna neznamená automaticky, že dochází k filtraci v nejvyšší filtrační třídě. Je to právě hustota nanovláken a velikost pórů, které určují filtrační kvalitu produktu. Proto je důležité věnovat pozornost filtrační certifikaci produktu. Pokud produkt nemá žádnou certifikaci, doporučujeme se těmto produktům vyhnout, jelikož jejich filtrační kvalita může být na tak nízké úrovni, že certifikačními testy neprošla.
EN149 je evropský standard, který stanovuje minimální kvalitu respirátorů a masek, co zakrývají polovinu obličeje. Tento standard stanovuje minimální požadavky těsnosti ochranné pomůcky a dále parametry kategorií FFP. Během koronavirové pandemie jsme mohli slyšet mnohokrát skloňované FFP kvality masek a respirátorů. FFP je zkratka pro „filtering facepiece“ a je rozdělena do tří kategorií, nejnižší filtrační kategorie je 1 a naopak nejvyšší je kategorie 3. V USA je rozdílná standardizace a ekvivalentem FFP je N. Níže můžeme vidět porovnání FFP a N standardu, procentová míra je minimální požadavek záchytu všech částic 0.3µm a větší.
FFP1
Alespoň 80%
FFP2
Alespoň 94%
N95
Alespoň 95%
N99 & FFP3
Alespoň 99%
N100
Alespoň 99,7%