Умный нанотекстиль

Футуристические проекты экипировки солдат с использованием нанотехнологий – нанотекстиль, технологии «стеллс» – не такое уж далекое будущее.
Источник: i23.photobucket.com

Развитые страны, передав традиционные текстильные технологии в развивающиеся страны, заранее, с опережением, очень активно и эффективно начали внедрять самые передовые технологии: информационные, био-, нано-, плазменные, лазерные, радиационные и т.д.

Россия же закупает в год более чем 60% импортных одежды и обуви, технических волокон, красителей и проч. – на десятки миллиардов долларов. Из них нанотекстиля примерно на 1,6 млрд. долл. в год.

Производство текстиля, одежды и обуви в РФ не является приоритетным направлением уже на протяжении последних 15–20 лет. Ситуация не меняется и сегодня. Кризис в этой отрасли, как одной из перерабатывающих, начался не сегодня, а в 1993 году; объем производства текстиля сократился за это время на 60–70%. Надо заново воссоздавать отрасль, производящую современный «умный» текстиль.

В каких областях уже сегодня используются нанотекстиль и наноодежда?

Во-первых, это производство нановолокон. Для интересующихся сообщаем, что природные волокна: растительные (хлопок, лен, пенька и др.), животные (шерсть, натуральный шелк) по размеру пор (меньше 1–20 нм) – это нанопористые материалы. Отсюда их непревзойденные потребительские (санитарно-гигиенические) свойства: они дышат, впитывают пот, быстро набухают и быстро сохнут.

Химические волокна можно производить ультратонкими, используя специальную технологию электропрядения, когда на выходе из фильеры раствор или расплав волокнообразующего полимера проходит электрическое поле. Эта технология была много лет назад предложена академиком Петряновым и использовалась для производства из ультратонких волокон фильтров специального назначения. Сейчас электропрядение широко используется за рубежом для производства ультратонких и нановолокон для медицины, гигиенического текстиля (прокладки, памперсы и т.д.).

В структуру любого химического волокна на стадии приготовления раствора или расплава волокнообразующего полимера можно вносить частицы наполнителя наноразмеров. В зависимости от химической природы наночастиц наполнителя мы будем получать волокна с разными свойствами (высокая механическая прочность, электропроводность, фотоактивность, антимикробные, сенсорные свойства, чувствительность к изменению температуры и т.д.). Отсюда и потенциальные области применения: силовые структуры, спорт, медицина, домашний текстиль, одежда.

В качестве нанонаполнителей используют различные формы углерода (в том числе фуллерены), природные минералы, окислы различных металлов (Ti, Mn, Si, Zn и др.). В принципе нет ограничений по введению наночастиц любой природы в структуру волокон. Идет широкий поиск в этом направлении.

Другая важная область использования нанотехнологий в текстильной промышленности – это колорирование, то есть крашение и печатание. Цветной рисунок текстильных материалов по определению – нанотехнология. Дело в том, что молекулы или ионы красителей (имеют размеры 2–3 нм) проникают в структуру волокон, и там происходит их самосборка в моно- и полиадсорбционные слои толщиной не более 2–6 нм.

В некоторых случаях (класс активных красителей) окрашенное вещество вступает в химическую реакцию с функциональными группами волокон и образует прочную связь с полимером волокна. Можно сказать, что в этом случае формируются единые окрашенные макромолекулы волокна. Окраска становится суперустойчивой к многократным стиркам.

Сейчас нанотехнологи подбираются к формированию устойчивых окрасок вообще без всяких красителей и пигментов. Это так называемая структурная окраска, когда тот или иной цвет возникает за счет структуры, состоящей из отверстий определенного размера и геометрии, образующих «нанокружева» определенного орнамента.

Впрочем, живая природа давно уже освоила этот процесс. Так, глубокий черный и ярко-голубой цвета крыльев бабочки Papilio Ulysses обязаны именно такой структурной окраске. Такая окраска возникает в результате взаимодействия света и кружевной структуры крыльев бабочки.

Кружевными наноструктурами можно добиться не только цветного эффекта, но и получить эффект «невидимки». Этот принцип используется в знаменитых самолетах-невидимках «Стеллс». Положительные результаты на опытных образцах получены и для производства одежды-невидимки. Эта одежда становится невидимой, например, для приборов ночного видения.

Еще одна интересная область использования нанотехнологий – получение различных потребительских эффектов с помощью нанесения и закрепления на текстиле различных структур-контейнеров: нанокапсулы, липосомы, макроциклические химические соединения с нанополостями внутри цикла. В эти контейнеры могут быть временно помещены вещества с различными свойствами, воздействие которых на текстиль проявляется в определенных условиях эксплуатации изделия. С помощью таких веществ можно, например, придавать одежде водо- и маслоотталкивающие свойства, пониженную горючесть, антимикробные, лечебные, химзащитные, косметические, репеллентные (отпугивание насекомых) свойства.

Особое направление в нанотекстиле занимает производство сенсорных волокон, тканей и трикотажа. Такой текстиль еще называют электронным. Такой сенсорный текстиль позволяет в непрерывном режиме отслеживать основные параметры организма человека (температура, давление, пульс). Из такого текстиля изготавливают гибкие экраны для дисплеев и другие электронные устройства.

Можно и дальше перечислять настоящие достижения в производстве нанотекстиля (годовой объем производства нанотекстиля около 50 млрд. долл., ежегодный прирост – 10%). Уже сегодня нановолокна более прочные, чем стальная проволока, используются для изготовления кузовов гоночных болидов «Формулы-1», скутеров, оболочек ракет и теннисных ракеток, лыж и лыжных палок. Обмундирование, изготовленное по нанотехнологиям, защищает от многих видов оружия (пули, бактерии, вирусы, радиация, химические яды); оно широко используется в современных армиях.

В заключение – один положительный пример из отечественной практики производства и успешного применения нанотекстиля в медицине. Оказалось, что на текстильной основе с помощью полимерных нанокомпозиций – гелей с включением в них широкого ассортимента лекарств, – можно создать композиционный лечебный текстиль, в том числе и для помощи в лечении онкологических больных.

Такие нанокомпозиты на текстильной основе позволяют адресно подводить к раковой опухоли необходимые лекарства (радио- и фотосенсибилизаторы, цитостатики, радиопротекторы). Эти нанокомпозиты, по сути дела, своеобразные депо, куда могут быть включены любые лекарства. Это позволяет улучшить качество жизни онкологических больных и увеличить срок их жизни без рецидивов.