«ПЕРВЫЙ СРЕДИ РАВНЫХ...»
Нормативные документы
Противодействие коррупции
Поступающим
Студентам
Выпускникам
Проект 5-100
Аккредитация специалистов
Нанотекстиль и наноодежда не только для гномов, карликов и лилипутов 02.11.2009

Нанотекстиль и наноодежда не только для гномов, карликов и лилипутов

В предлагаемой статье профессор Г.Е.Кричевский описывает нынешнее состояние и перспективы развития тестильной промышленности, а также рассказывает о роли нанотехнологий в текстильной индустрии.

Только ленивый сегодня не говорит о двух вещах: о кризисе и нанотехнологиях. И кризисы – дело не новое; время от времени они случаются, и человечество их преодолевает и движется дальше с еще большими успехами в науке и технике. И нанотехнологии были всегда, с тех пор, как на нашей планете появилась жизнь, даже в самой примитивной ее форме (простейшие микроорганизмы).

Рукотворные нанотехнологии, как междисциплинарные и межотраслевые технологии, вбирающие в себя самые последние достижения науки и техники и, прежде всего, физики, химии, биологии, математики, позволяют преодолевать не только тоже рукотворный, настоящий кризис, но и будущие кризисы. Впрочем, в будущем нанотехнологии, несущие с собой не малые риски и опасности (экология, здоровье человека, проблемы этики и др.), способны тоже порождать кризисы будущего. Но в этой статье мы коснемся только одной очень узкой проблему, а именно нанотехнологий в производстве текстиля и изделий из него.

Кризис мирового масштаба развивался в последние 15–20 лет, с тех пор, как развитые страны начали активно вывозить капиталы и технологии в развивающиеся страны с дешевой (ниже на порядок) рабочей силой, с почти нулевыми затратами на поддержание экологии и нормальных условий труда. В результате усилиями, прежде всего, США, Англии, Германии, Японии производство текстиля, одежды и обуви по традиционным технологиям и с низкой себестоимостью среднего и хорошего качества переместилось в Китай, Индию, Турцию, Вьетнам, Бразилию и т.д. А Китай стал сапожником и портным планеты, одевая и обувая половину населения мира, выйдя на первое-второе место по производству природных (хлопок, шерсть, шелк) и химических волокон, тканей и одежды. Все это делается с использованием российского газа и нефти, как сырья (производство химических волокон и красителей), и как топлива, с использованием в основном западного оборудования, западного капитала и китайских низкооплачиваемых рабочих. Сейчас кризис вносит свои коррективы в эту китайскую модель экономики. Уже начинается затоваривание китайской продукцией и, как следствие, меньший импорт наших нефти и газа в Китай и поиски возможности реализации продукции на внутреннем рынке Китая, покупательная способность которого невысока (низкая зарплата). Вот что значит экономики, базирующиеся на монопоток экспорта (в Китае – ширпотреба, в России – энергоносители). Экономика, как и природа, не любит моно, а любят полихромность. Это, как и в жизни. Очень опасно зацикливаться на чем-то одном. Становиться одержимым, фанатиком. Фанатичная, одержимая экономика становится опасной, суперрискованной для целой страны.

Но вернемся к нанотекстилю, потому что он имеет отношение к кризису. 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. Использование этих технологий позволило производить ткани и одежду с комплексом новых потребительских свойств, с высокой добавленной стоимостью, с новыми областями применения (армия, медицина, спорт, отдых, техника). И опять передовые страны (почему-то все с традиционной, полноценной, а не суверенной демократией) оказались в лидерах. А развивающиеся страны (с неполноценной или совсем без демократии) снова догоняют. А где Россия? Пока не выбрала пути (ну не гнаться же за Китаем – в производстве ширпотреба не догонишь!). Россия закупает в год более чем 60 % импортных одежды и обуви, технических волокон, красителей и т.д. на десятки млрд.DS, из них нанотекстиля на ~ 1,6 млрд.DS в год.

Производство текстиля, одежды и обуви в РФ не является приоритетным направлением для руководства страны уже не протяжении последних 15–20 лет. Ситуация не меняется и сегодня. В заявлениях руководящего страной тандема эта отрасль не числится в стратегических, ей никто не собирается помогать во время кризиса. Это же не «Интека», производящая пластиковые тазики. Да ведь 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 %. Кому помогать? Надо заново воссоздавать отрасль, производящую современный «умный» текстиль. Вернемся к нанотекстилю и наноодежде. В каких областях они уже сегодня используются в мире?

1. Нановолокна. Для интересующихся сообщаем, что природные волокна: растительные (хлопок, лен, пенька и др.), животные (шерсть, нат.шелк) по размеру пор (меньше 1–20 нм) являются нанопористыми материалами. Отсюда их непревзойденные потребительские (санитарно-гигиенические) свойства; они дышат, впитывают пот, быстро набухают и быстро сохнут. Этих свойств лишены синтетические волокна. 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 тому 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 нанонаполненные волокна с разными свойствами (высокая механическая прочность, электропроводность, фотоактивность, антимикробные, сенсорные свойства, чувствительность к изменению температуры и т.д.) и потенциальными областями 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.

Ris_1.jpg Рис. 1

2. Колорирование, т.е. крашение и печатание (цветной рисунок) текстильных материалов по определению – Нанотехнология, т.к. под действием сродства красителей к волокну (термодинамический параметр) и законов диффузии молекулы или ионы красителей (имеют размеры 2–3 нм) диффундируют 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 ковалентную связь с полимером волокна. Можно сказать, что в этом случае формируются единые окрашенные макромолекулы волокна. Окраска становится суперустойчивой к многократным стиркам. Сейчас нанотехнологии подбираются к формированию устойчивых окрасок без всяких окрашенных веществ (красители, пигменты). Это так называемая структурная окраска, когда тот или иной цвет возникает за счет структуры, состоящей из отверстий определенного размера и геометрии и образующих «нанокружева» определенного орнамента. Это удается успешно сделать живой природе. Так глубокий черный и ярко-голубой цвет крыльев бабочки Papilio Ulysses обязаны именно такой структурной окраске (Рис.1). Такая окраска возникает в результате взаимодействия света и кружевной структуры крыльев бабочки. Она исключительно устойчива к действию света, что не удается достичь в случае окраски, полученной с помощью окрашенных веществ. Кружевными наноструктурами можно добиться не только цветного эффекта, но и получить эффект «невидимки». Этот принцип используется в случае самолетов – невидимки «Стелс». Положительные результаты на опытных образцах получены и для производства одежды – невидимки. Одежда – невидимка по отношению к приборам ночного видения (видят ИК-излучение) по технологии с элементами нанотехнологии колорирования традиционными классами красителей широко используется армиями многих стран и террористами.

3. Чрезвычайно широко используются нанотехнологии для получения 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, которые сообщаются текстилю и проявляются в определенных условиях эксплуатации изделия. С помощью таких веществ можно придавать текстилю и одежде из него следующие свойства: водо- и маслоотталкивающие, пониженная горючесть, антимикробные, лечебные, хемозащитные, косметические, репелентные (отпугивание насекомых) и др.

Ris_3.jpg Рис. 2

 

 

В заключении один положительный пример из отечественной практики производства и успешного применения нанотекстиля в медицине, более того в ее одной из самых кровожадных областей – онкологии. Оказалось, что на текстильной основе, как бипористом суперсорбенте с помощью текстильной технологии (печать) и полимерной нанокомпозиций – гелей с включением в них широкого ассортимента лекарств можно создать композиционный лечебный текстиль «Колетекс» широкого ассортимента, 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 являются универсальными лечебными депопрепаратами, куда могут быть включены любые лекарства сегодняшнего дня и завтрашнего. Этими нанокомпозициями пользуются многие отечественные онкологические медицинские учреждения, сочетая их с классическими методами лечения (хирургия, химиотерапия, радиационная терапия). Это позволяет улучшить качество жизни онкологических больных и увеличить срок их жизни без рецидивов (Рис.3).

 

4. Особое направление в производстве нанотекстиля занимает производство сенсорных волокон, тканей и трикотажа. Такой текстиль называют электронным, и он используется в обмундировании, в спортивной одежде (Рис.2), одежде для больных. Такой сенсорный текстиль позволяет в непрерывном режиме отслеживать (мониторить) основные параметры организма человека (температура, давление, пульс и т.д.), контактирующего с этой одеждой. Из такого текстиля изготавливают гибкие экраны для дисплеев и другие электронные устройства. В одежду монтируют микро- (нано) видео и аудиотехнику.

 

Можно и дальше перечислять настоящие достижения в производстве нанотекстиля (годовой объем производства нанотекстиля ~ 50 млрд.$, ежегодный прирост ~ 10%), а также, что следует ожидать. Но в этой области и из сказанного выше можно сделать вывод о том, что нанотекстиль – это не миф, а реальная действительность и у него богатая перспектива. Уже сегодня нановолокна, более прочные, чем стальная проволока, используются для изготовления кузовов баллидов формулы 1, автомобилей, скутеров, оболочек ракет и ракеток, лыж и лыжных палок. Обмундирование защитное от многих видов оружия (пули, бактерии, вирусы, радиация, химические яды и т.д.) современных армий (но не нашей) изготавливаются по нанотехнологиям. И в заключение о злополучных, сакраментальных «наноносках», которые являются последнее время притчей во языцех; особенно любят по этому поводу изголятся и забавляться журналисты.

Человек давно научился защищаться от вредных (патогенных) микроорганизмов, окружающих его со всех сторон (земля, вода, воздух). Содержаться они и на коже человека, и не только вредные, и между ними существует равновесие. Издавна серебро в разных формах (ионы, металлическое) использовали как антимикробное вещество. Известны и другие антимикробные, антисептические органические, металлорганические, неорганические вещества. Все они широко и давно используются (в микро- и наноформах) при производстве чулочно-носочных изделий, нательного и постельного белья. Если эти антимикробные вещества будут в наноформе, то антимикробное действие только усилится, т.к. они будут легче проникать в клетку микроорганизмов и убивать их или прекращать их рост.

Только я сам бы не стал и другим бы не советовал (в отличие от реклам этой продукции) использовать эту продукцию как каждодневную. Это стоит делать только в случае каких-либо кожных заболеваний или если человек продолжительное время находится в нештатных ситуациях, когда затруднено регулярное принятие душа (больничный стационар, работники горячих цехов, космонавты, подводники, альпинисты, туристы и т.д.). При использовании такой одежды происходит неизбирательное подавление микрофлоры на коже человека и нарушение равновесия между микроорганизмами разного вида. Что не хорошо. К тому же может происходить привыкание (мутация) патогенных микробов на коже и появление их устойчивых видов. Что тоже не очень хорошо.

Другими словами не увлекайтесь наноносками, даже если они содержат серебро, золото и другие драгоценные металлы.

Ris_4.jpg 

Рис.3


Исходная статья: NanoNewsNet.ru