HedvabnaStezka.cz SvetBehu.cz Pohora.cz SvetOutdooru.cz TuleniPasy.cz Pádler.cz Festival OBZORY Expediční kamera SNOW Film fest

ZAJÍMAVÉ VYBAVENÍ

Svět technologických inovací

Technologický pokrok je nedílnou součástí světa, který nás obklopuje, a nutně se s ním střetáváme i s oblasti vybavení pro outdoorové aktivity. Jak se vyznat v záplavě informací, kterými nás bombardují marketingová oddělení předních světových výrobců? Co je mýtus, a co je realita? To jsou jen některé z otázek, na které se tento článek pokusí najít odpověď.




Technologický pokrok je nedílnou součástí světa, který nás obklopuje, a nutně se s ním střetáváme i s oblasti vybavení pro outdoorové aktivity. Jak se vyznat v záplavě informací, kterými nás bombardují marketingová oddělení předních světových výrobců? Co je mýtus, a co je realita? To jsou jen některé z otázek, na které se tento článek pokusí najít odpověď.

KOUZELNÉ ZAKLÍNADLO NANOTECHNOLOGIE
Pod tímto pojmem se skrývá vše, co využívá specifických vlastnosti objektů velikosti jednotek až stovek nanometrů (nm). Současně jde o módní pojem, který v oblasti propagace používají někteří výrobci jako pojmenování pro materiály a technologie, které s nanorozměry mnoho společného nemají. Pro představu, 1 nm je miliontina milimetru, je to jednotka, ve které se měří rozteče atomů v krystalové mřížce, samotné atomy jsou přibližně o řád menší. Například viry měří od 20 do 300 nanometrů.  Vzhledem k možnostem uplatnění jsou nanotechnologie velmi širokým pojmem, proto jsme je rozdělili do několika oblastí.

 

NANOČÁSTICE
Nanočástice mohou být jednotlivé atomy, ionty, případně i molekuly, a v nanotechnologiích se využívá skutečnosti, že pokud jsou určité materiály zakomponovány i v malých koncentracích do materiálů jiných, mohou výrazně ovlivnit jejich původní vlastnosti. Pro názornost je vhodné uvést několik příkladů.

Dioxid titanu je známý oxidační katalyzátor a pokud jeho molekuly zabudujeme do textilního vlákna či tkaniny, získá tkanina schopnost rozkládat nečistoty uchycené na povrchu. Stačí k tomu expozice tkaniny UV zářením, a nečistoty na jejím povrchu díky oxidaci vyblednou a jsou méně patrné. Je poněkud přehnané nazývat tento efekt samočištění (selfcleaning), ovšem speciálně u tmavších oblekových látek je toto využití nanotechnologie uživateli pozitivně akceptováno a komerčně úspěšné.

Dalším příkladem je využiti antibakteriálních účinků kationtů určitých kovů (Ag, Cu, Zn). Kationty jsou schopny pronikat do buněk bakterií, vážou se na jejich chemickou strukturu a způsobují snížení jejich aktivity a úhyn. Přitom potřebné koncentrace kovových iontů pro úspěšný antibakteriální efekt se pohybují kolem miliontin procenta. Stačí tedy ionty těchto kovů navázat na polymerovou strukturu syntetických materiálů nebo zabudovat do jakékoli tkaniny molekuly solí těchto kovů, z nichž se pak požadované ionty zvolna uvolňují.  Většina výrobců textilních vláken nabízí speciální modifikovaná syntetická vlákna (polyamidová, polyakrylátová, polyesterová), z nichž lze vyrobit tkaninu či pleteninu s antibakteriálním účinkem (např. Livefresh, X-static, Saniwear). Existují však i technologie (např. Active>silver), které lze aplikovat na libovolnou hotovou tkaninu.  Antibakteriální efekt při obou zmíněných postupech je velmi dlouhodobý, antibakteriální tkaniny je možné mnohokrát opakovaně prát bez viditelného snížení účinnosti, a to hlavně díky tomu, že potřebné koncentrace kovových iontů pro účinnost antibakteriálního efektu jsou velmi nízké.

Účinky nepatrných částic v řádech jednotek nebo desítek nanometrů, které se dříve nebo později mohou z vyrobených nanomateriálů uvolnit, se celosvětově intenzivně zkoumají. Za neškodné se dnes považují nanomaterialy, které se do týdne rozloží v tělních tekutinách. Ty nerozložitelné jsou zatím považovány za potenciálně nebezpečné a tak se s nimi také zachází. Vzhledem k tomu, že se teprve připravují mezinárodní standardy pro jejich klasifikaci, hodnocení, povolování a manipulaci, je třeba k využití nanomateriálů přistupovat opatrně. Na druhou stranu přinášejí experimenty s nanočásticemi velký pokrok a v blízké budoucnosti se s nimi jistě setkáme.

NANOPOVRCHY
Pod tímto pojmem si můžeme představit velmi hladké povrchy, kde lokální nerovnosti jsou menší (nižší) než 100 nanometrů. Obecně lze říci, že převážná většina syntetických vláken má velmi hladký povrch a pokud jde o mikrovlákna s průměrem ve stovkách až tisících nanometrů, v podélném směru podmínku hladkosti nanopovrchu splňují. Na takových površích nesnadno ulpívá nejen voda, ale také některé nečistoty. A pokud ulpí, příliš nedrží a jde je uvolnit a spláchnout třeba proudem vody. Pokud z vláken vytvoříme přízi a z ní tkaninu či pleteninu, je situace ohledně hladkosti povrchu geometricky složitější. Je třeba si uvědomit, že tkaniny a pleteniny si mohou pouze v určitém rozsahu zachovávat vlastnosti povrchu vláken, z nichž jsou vytvořeny. Navíc tu totiž fungují efekty kapilárního vzlínání v mezivláknových prostorech a ty jsou tím výraznější, čím jsou vlákna tenčí.

Na tomto místě má smysl se zmínit o dnes klasických impregnacích. Impregnace vnější tkaniny membránových sendvičů je naprosto nezbytná pro správnou funkci membrány, neboť jenom vodoodpudivý povrch vnější krycí textilie zaručí, že během deště nebude membrána překryta souvislou vrstvičkou vody, která následně výrazně omezí prodyšnost. Impregnace vytvářejí na vláknech impregnované tkaniny hladký nesmáčivý povrch. K impregnaci se ponejvíce využívají tzv. C8 fluorokarbony, které se velmi zjednodušeně řečeno skládají z molekul s osmi uhlíkovými a sedmnácti fluorovými atomy. Jako vše, i používání fluorokarbonů přináší výhody i nevýhody. Výhodou je odpudivost pro vodu a oleje a také to, že neulpívají na PTFE membráně (silikonové impregnace, například oleje, neodpuzují a na PTFE membráně ulpívat mohou). Nevýhodou je nesnadná stabilizace fluorokarbonové impregnace na tkanině a také problémy ekologické. Problémem je například obsah perfluorooktanové kyseliny (PFOA) nebo perfluorooktanových sulfidů (PFOS) v impregnaci. I když dnes dostupné impregnace splňují všechny současně platné bezpečnostní normy, pro budoucnost je snaha hledat jiné impregnační prostředky než C8 fluorokarbony. Ideální cestou by bylo hledat takové tkaniny, které by impregnaci nepotřebovaly, jinou možností je dlouhodobě stabilní impregnace.

Efekt samočištění - kapka vody, která díky nanostruktuře povrchu je k povrchu vázána menší silou, na sebe nachytává nečistoty a odstraňuje je z povrchu - vlevo náčrtek situace pro hladký povrch, uprostřed pro povrch s nanonerovnostmi a vpravo reálný snímek.

Jak teoretické výpočty, tak i praktické experimenty prokazují, že ještě lepších vodoodpudivých výsledků než u velmi hladkého povrchu dosáhneme tehdy, když z hladkého povrchu budou pravidelně ../../Images/Clankyovat opakující se výstupky v rozměru jednotek až desítek nanometrů. Kapka vody nemůže přilnout k povrchu a tím, že mezi ní a povrchem je určitá vzdálenost, klesá vzájemná adhezní síla a kapka zaujme jen velmi málo zploštělý kulový tvar a z nakloněného povrchu velmi snadno sklouzne.

V současnosti už byly vyvinuty technologie jak povrch tkaniny pravidelně v nanoměřítku „zdrsnit“.  Nejde však o mechanickou úpravu povrchu, jedná se o určitou formu stabilnějších impregnací.

První možností jsou impregnace na bázi C6 fluorokarbonů (na šest atomů uhlíku třináct atomů fluoru). Ty se nanášejí na hotovou tkaninu před oděvním zpracováním s využitím vysokých teplot. Impregnace obklopí jednotlivá vlákna ošetřené textilie a vytvoří na nich požadovanou nanostrukturu.  Příkladem mohou být tkaniny s úpravou NanoSphere od firmy Schoeller. Vykazují vysokou vodoodpudivost, na jejich povrchu se nesnadno uchytávají nečistoty a většinu z nich lze snadno z povrchu jednoduše spláchnout proudem vody.

Takovéto vlastnosti můžeme už bez jakékoli nadsázky říkat přirozená samočisticí funkce (naturally selfcleaning). Takto ošetřené tkaniny není třeba tak často prát, mnohé nečistoty se prostě jen opláchnou vodou. Praní této impregnaci sice vadí, ale na druhé straně můžeme prát v jemnějších detergentech, neboť špína na povrchu drží méně než na běžné tkanině. A také stačí prát při nízkých teplotách. Je to tedy v určitém ohledu ekologická technologie – snižuje spotřebu pracích detergentů, snižuje frekvenci praní, šetří energii, nutnou pro praní a ohřev prací lázně a také nekontaminuje ošetřenou látku nežádoucími fluorovými sloučeninami PFOA a PFOS. Někteří výrobci, užívající v oděvní výrobě takto upravené tkaniny, pro ně používají poetické označení tkaniny se strukturou lotosového květu.

Stabilizace fluorokarbonů vyžaduje jejich zesíťování a k tomu je třeba dodat po nanesení na tkaninu energii.  To se většinou řeší teplem v sušičce (což má svá omezení), existují však i jiné možnosti. 

Anglická firma P2i nabízí technologii Ion Mask, která využívá ke stabilizaci impregnace ionizační výboj v parách impregnačního materiálu za velmi nízkého tlaku. Podle výrobce například u bot takto provedená impregnace zcela nahrazuje membránu. Testy bot s impregnací Ion Mask potvrzují dobrou funkčnost této úpravy, ale také to, že vydrží jen po omezenou dobu. Useň je navíc třeba zvláčňovat, takže u kožených bot by mohl nastat problém s údržbou, kdyby impregnace byla trvalá. Výrobce doporučuje klasickou údržbu vyjma prostředků obsahujících líh.

 

NANOVLÁKNA
Za nanovlákna považujeme vlákna s příčným rozměrem pod 500 nanometrů. Díky tak malému příčnému rozměru neobsahují nanovlákna strukturální defekty, protože ty by velmi často znamenaly, že vlákno nepokračuje. Pokud snížíme koncentraci strukturálních defektů, zlepšíme mechanické vlastnosti vlákna, například pevnost. Kdybychom z mikrovláken byli schopni vytvořit přízi, byla by ve srovnání s běžnou přízí výrazně pevnější. Bohužel to zatím nedovedeme. I když je měrná pevnost u nanovláken výrazně vyšší, absolutní pevnost, která je součinem měrné pevnosti a průřezu, je pro předení  příze současnými technologiemi nedostatečná.

Nanovlákna jsou vyráběna buď z taveniny (spin moulding – Toray, Japonsko), nebo z roztoku odstředivým vytahováním s pomocí radiálního elektrického pole (elektrospinning – pomocí Nanospideru firmy Elmarco, Liberec).  Nanospider (vyvinutý v Liberci) vytváří nanovlákna s vysokou rozměrovou reprodukovatelností a dokáže je ukládat na nekonečnou nosnou podložku o šířce až 1,6 m, je to tedy skutečně průmyslová technologie. Z nanovláken se takto vytváří netkaná textilie (fleece), kterou je třeba překrýt horní ochrannou vrstvou. Takto vytvořený sendvič má obrovský povrch s vysokou sorpční schopností. Tohoto efektu je možné například v lékařství využít pro ukládání léčiv, která se pak postupně uvolňují do organismu, nebo k vytváření obvazového materiálu prosyceného hojivými přísadami. I některé léčivé látky mohou vytvářet nanovlákna a ta mohou být míchána s jinými vlákny do výsledné netkané textilie. Příkladem jsou chytinová vlákna urychlující hojení ran apod. Blíže k praktické realizaci jsou už zmíněné aplikace v lékařství,  elektronice a v chemickém průmyslu (jako membrány). V současnosti je využití nanovláknových struktur v textilním a oděvním průmyslu hudbou budoucnosti.

 

ZÁVĚR
Nanotechnologie jsou samozřejmě jen částí technologického pokroku. Zajímavou budoucnost můžeme očekávat třeba od využití fázových přeměn určitých materiálů ve funkčních textiliích a také od technologií pro vkládání mikrokapsulí s účinnými látkami do textilních materiálů. Společnou vlastností všech novinek je dlouhá cesta z laboratorních podmínek, kde se dá udělat nejeden zázrak, do běžného výrobního provozu. Mnohé novinky zůstanou bez praktického významu, protože jejich vlastnosti jsou sice úžasné, ale výrobní cena může být v praxi neúměrně vysoká, výroba pomalá a problém bývá i s dodržením potřebné kvality. Výroba totiž vyžaduje precizně zvládnutou technologii a přijatelnou cenu výsledného výrobku. Splnit obě podmínky není věc jednoduchá. Konkrétní praktické výstupy tohoto vývoje budeme pro čtenáře Světa outdooru i nadále sledovat.

 

© Svět outdooru 2010, převzato z MP 10, připravili Alena Čermáková, Jan Čermák a redakce Světa outdooru

Placené odkazy k tomuto článku:
Zde může být váš odkaz! Napište nám.

24.09.2010, Redakce