Китайские ученые разработали новую разновидность аэрогелевого волокна. Материал можно использовать для производства одежды, которая является такой же теплой, как пуховая куртка, но при этом имеет в пять раз меньшую толщину. Волокно, при создании которого изучались характеристики меха белых медведей, «не боится» окрашивания и многократных стирок.

Исследование является важным шагом на пути к преодолению ограничений, касающихся использования аэрогеля в текстиле. Как отметил Shengjie Ling, химик-материаловед из Шанхайского технологического университета, аэрогелевые волокна представляют собой высокопрочный, эластичный и многофункциональный материал. Запуск промышленного производства окрашиваемых, тянущихся, стираемых тканей на основе аэрогеля может расцениваться как прорыв в технологиях текстильной промышленности.

Аэрогели – это подвид синтетических гелей, получаемый за счет замены жидких компонентов газом. В результате такой реакции образуется вещество, отличающееся низкой теплопроводностью. Изначально аэрогели, созданные в 1930-х годах, применялись при производстве строительных материалов, загустителей и аккумуляторов энергии. До недавнего времени использование аэрогелевых волокон в текстиле ограничивалось технологическими особенностями, поскольку они являются слишком хрупкими для традиционных ткацких процессов.

Команда из Чжэцзянского университета поместила аэрогелевые волокна в тонкий эластичный слой термопластичного полиуретана, что позволило в значительной мере увеличить прочность материала. В итоге ученым удалось сымитировать полую сердцевину и высокоплотную структуру оболочки медвежьего меха. Первый этап производственного процесса заключается в сублимационном прядении полимерного раствора хитозана с последующим формированием непрерывной волокнистой структуры. Далее волокно подвергается сублимационной сушке и покрывается раствором термопластичного полиуретана (TPU).

Конечным продуктом является прочное инкапсулированное аэрогелевое волокно (EAF) с регулируемым уровнем внутренней пористости, структура которого соответствует архитектуре «сердцевина-оболочка». За счет плотного инкапсулирующего слоя не только обеспечивается необходимая прочность, но и усиливается защита сердцевины. EAF способно восстанавливать свою первоначальную длину даже после десятикратного растяжения, а одно волокно шириной 500 мкм выдерживает полукилограммовую нагрузку.

EAF с защитным инкапсулирующим слоем подходят для вязания тканей, изделия из которых незаменимы в холодную погоду. Например, свитер на основе EAF в пять раз тоньше пуховой куртки, но при этом демонстрирует аналогичные согревающие свойства при 20-градусном морозе. Внешний вид одежды не ухудшается после машинной стирки, а во время сублимационного прядения есть возможность придать тканям нужные оттенки путем добавления комбинаций различных красителей. Еще одной немаловажной особенностью материала является его экологичность.

Xuetong Zhang, ученый-материаловед, представляющий Китайскую академию наук (Сучжоу) и Университетский колледж (Лондон), считает, что основные проблемы коммерциализации EAF связаны с недостаточной эффективностью их производства. Скорость мокрого прядения аэрогелевых волокон составляет порядка 20 метров в минуту, то есть примерно в 25 раз меньше, чем в традиционном текстильном производстве. Более того, несмотря на разработку технологий непрерывного прядения и периодической сушки аэрогелевых волокон, объединить эти процессы в единый производственный цикл пока не удалось.

Нанопоры волокон могут захватывать молекулы, наночастицы и жидкости, что позволит расширить область их применения. В будущем, когда удастся преодолеть текущие технологические сложности, аэрогель можно будет использовать не только в текстильной промышленности, но также в энергетике, оптике, биомедицине и других сферах.

По материалам chemistryworld.com