Projekti / Programi
Razvoj naprednih procesov za doseganje visoko učinkovitih nano modificiranih tekstilnih materialov
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.14.02 |
Tehnika |
Tekstilstvo in usnjarstvo |
Tekstilna kemija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T390 |
Tehnološke vede |
Polimerska tehnologija, biopolimeri |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
Nano modificirane tekstilije, oplaščenje, TiO2 nano delci, plazma, funkcionalizacija tekstilij.
Raziskovalci (27)
Organizacije (4)
Povzetek
Zaradi povečanega zavedanja o pomembnosti zdravja, higiene, varnosti in zaščite okolja so se povečale tudi zahteve po učinkovitejših in fleksibilnejših tekstilnih plemenitilnih procesih. Nanoznanost in nanotehnologija odpirata tem procesom nove možnosti. »Nanoplemenitenje«, ki se nanaša tako na mokre kot suhe plemenetilne postopke, pridobiva vse večjo pomembnost. Veliko pozornost v zadnjih desetletjih je pritegnil titanijev dioksid (TiO2), predvsem zaradi njegovih odličnih fizikalno-kemijskih lastnosti, netoksičnosti in visoke odpornosti na toploto. Za povečanje adhezije in nadziranje fotokatalitične aktivnosti, je potrebno TiO2 jedra oplaščiti z inertnimi ovoji, ki so lahko iz različnih materialov, npr.: anorganski oksidi. Za pripravo optimalnih oplaščenih (core-shell) delcev obstajajo določene zahteve/omejitve, npr. priprava stabilnih TiO2 koloidov ali TiO2 disperzij je zahteven in dolgotrajen postopek, za njihovo pripravo je potrebno uporabiti potencialno nevarna organska topila, pri čemer prihaja do neželene aglomeracije delcev, itd. Za komercialno uporabo teh produktov je tako potrebno rešiti več dilem in sicer, kako zmanjšati aglomeracijo ter na kakšen način doseči enakomerno oplaščenje s siliko v vodnem mediju. Poleg tega se pojavi problem pri vezanju TiO2 na tekstilni material, zaradi česar ne moremo zagotoviti trajnosti in zadostnih obstojnosti na pranje in drgnjenje, kar predstavlja pomembno pomanjkljivost pri uporabi tekstilij. Tako je eden izmed glavnih ciljev projekta tudi optimizacija sinteze TiO2 hibridov, ki jih bomo naknadno aplicirali na vlakna ali jih dodajali v raztopino poliamida pred predenjem. S pomočjo preliminarnih preskusov bomo preučili in podrobno analizirali različne TiO2 kristalne oblike, primerne za obdelavo tekstilnih materialov za doseganje njihove več-funkcionalnosti. Izbira najprimernejše oblike bo odvisna od njenih fizikalnih, kemijskih in mehanskih lastnosti ter želene funkcionalnosti. Analizirali bomo različne anorganske okside (shell particles) ter izbrali najprimernejše, s katerimi bomo oplaščili izbrane nanodelce, jih nato aplicirali na različne (po obliki in surovinski sestavi) tekstilne materiale in tako izdelali več-funkcionalne tekstilije z izboljšanimi fizikalnimi, kemijskimi in specialnimi lastnostmi. Izbrane anorganske okside in oplaščene TiO2 (core-shell) delce bomo modificirali z ustreznimi organskimi spojinami (glede na želeno funkcionalnost) in tako inducirali funkcionalne skupine za učinkovito vezavo na polimere substrate. Površinski naboj modificiranih TiO2-hibridov bomo spremljali z določanjem zeta potenciala (metoda merjenja elektroforetične mobilnosti), strukturo in velikost optimalnih TiO2-hibridov ter velikost njihovih por pa bomo preučevali z metodami kot so FT-IR, XPS, SAXS in WAXS. Preučevali bomo različne plemenitilne aplikacije (postopki izčrpavanja ali impregniranja) izbranih TiO2-hibridov na naravna vlakna in s plazmo aktivirana sintetična vlakna. Pri tem bomo spreminjali različne obratovalne parametre (pH, temperatura, čas obdelave, količina in vrsta pomožnih sredstev, čas in vrsta fiksiranja, itd.) ter tako določili optimalne pogoje za trajno vezavo TiO2 hibridov. Raziskali bomo tudi možnost združevanja oz. kompatibilnosti postopka barvanja in aplikacije TiO2 (eno-kopelni postopek). Poleg tega bomo sintetizirali in oplaščili TiO2 nanodelce različnih velikosti in oblik (z odpornostjo na visoke strižne napetosti in visoke temperaturno-tlačne obremenitve) za vgradnjo v poliamid 6 (PA6) in poliamid 6,6 (PA6,6) vlaknotvorne polimere med fazo predenja ter določili optimalne tehnološke parametre izpredanja. Nazadnje bomo analizirali še UV zaščitne lastnosti, atioksidativno in protimikrobno aktivnost ter samočistilno sposobnost tekstilnih materialov modificiranih s TiO2 core-shell nanodelci kakor tudi njihovo biorazgradljivost s pomočjo standardnih in novo razvitih metod.
Pomen za razvoj znanosti
Z novimi dognanji o lastnostih, modifikaciji in permanentnem nanosu anataznih TiO2 nanodelcev in različno oplaščenih rutilnih TiO2 hibridov, smo prispevali k obogatitvi temeljnega znanja (korelacija med reaktivnostjo, strukturo in površinskimi lastnostmi) kakor tudi uporabnega znanja (uvajanje novih stabilnih struktur in preskusnih metod ter razvoj novih tehnologij) s tega področja; ter k razvoju novih tekstilnih materialov z večfunkcionalnimi lastnostmi kot so UV zaščitne lastnosti, samočistilne lastnosti, hidrofilnost/hidrofobnost, itd. za različne namene uporabe. Funkcionalizacijo tekstilij smo dosegli na dva načina in sicer z uvajanjem izbranih anorganskih TiO2 nano struktur v polimerno raztopino pred predenjem ter z modifikacijo površine materialov z uporabo plazme in/ali z aplikacijo TiO2-hibridov, vendar tako, da nismo vplivali na poslabšanje njihovih fizikalno-mehanskih lastnosti (pretržna trdnost, elastičnost, zračna prepustnost, otip, itd.). Tekom projekta smo razvili različne industrijsko uporabne postopke aplikacije nanoTiO2 hibridnih struktur, ki smo jih uspešno združili z barvanjem materialov ter preučili vpliv UV svetlobe na fotostabilnost barve in možno samorazgradnjo polimerov na mikro nivoju zaradi prisotnosti TiO2 katalizatorja. Površinske pojave pri plazemski obdelavi smo raziskali s pomočjo izvirnega znanstvenega pristopa in sicer kot funkcijo časa in gostote toka reaktivnih plazemskih delcev na površino materialov. Prednost omenjenega načina je ta, da lahko tako dobljene rezultate enostavno prenesemo na katerikoli plazma reaktor (tako dolgo, dokler so parametri znani). S kombinacijo številnih sodobnih analiznih metod in eksperimentalnih tehnik (XPS, SEM, TEM, DLS in UV/Vis spektrofotometričnih metod za karakterizacijo nano struktur, ATR-FTIR, SEM, difuzno refleksijsko spektroforometrijo, merjenjem beline, tenziometrijo, goniometrijo in merjenjem zeta potenciala za določanje površinskih modifikacij tekstilij ter uporaba katalitične sonde in OES za karakterizacijo plazme) bolje razumemo dogajanja pri modifikaciji polimernih materialov. Rezultate tega projekta smo objavili v 4-ih izvirnih znanstvenih člankih v mednarodnih revijah, ki jih indeksira SCI Expanded in SSCI (glede na faktor vpliva) in v 13-ih prispevkih na mednarodnih konferencah, kar predstavlja pomemben izvirni znanstveni doprinos tako na slovenskem kot mednarodnem raziskovalnem področju. Na tak način smo predstavili rezultate širši raziskovalni srenji ter izmenjali izkušnje in ideje s tujimi strokovnjaki na področju funkcionalizacije različnih vlaknotvornih polimernih materialov, ter dolgoročno povečali možnost vključevanja v različne bilateralne projekte in raziskovalne projekte EU.
Pomen za razvoj Slovenije
Za trajnostni družbeno-ekonomski razvoj Slovenije je nujno potrebna ohranitev dela visoko tehnološke in inovativne industrije. Za dosego tega cilja je potrebno poglobljeno sodelovanje različnih raziskovalnih skupin z univerz, inštitutov in industrije, od katerih se je vsaka že izkazala z bogato ekspertizo na svojem področju. Le tako lahko pričakujemo potencialno mreženje industrijskih partnerjev, kar bo olajšalo slovenski industriji preboj na globalna tržišča. Praktično predstavlja raziskava korak v smeri sinteze novih produktov sodelujočega podjetja Cinkarna Celje, ki spada med največja slovenska kemično-predelovalna podjetja, za specialna področja uporabe ter s tem povečanje tržnega deleža v segmentu visoko cenovno in tehnološko zahtevnih izdelkov v Sloveniji in na mednarodnem tržišču, kar je v skladu s strateško usmeritvijo družbe (eden od ciljev je pridobivanje ultrafinega TiO2 izključno v obliki suspenzije; torej razvoj sinteznih postopkov za pridobivanje anatasa in rutila brez vmesne suhe faze, s čimer preprečujejo negativni vpliv na okolje - emisija nanodelcev ter širjenje področja uporabe ultrafinega TiO2). Korelacija med tekstilno in polimerno kemijo ter fizikalno-kemijskimi znanji oz. pristopi je omogočila tudi razvoj novih poliamidnih filamentov (PA6 in PA 6,6 preje z vključenimi TiO2 core-shell delci) v sodelujočem podjetju Julon, ki želi s tem razširiti svojo ponudbo izdelkov ter s pomočjo domačega znanja in tehnologij doseči nove funkcionalnosti kot so UV odpornost, antistatičnost, izboljšanje mehanskih, toplotnih in elektrokemijskih lastnosti, odpornost na organska topila, pa tudi možnost samočistilne sposobnosti in na tak način vplivati na razvoj neprijetnih vonjav in antimikrobne lastnosti, kar je njihov odgovor na najnovejše modne trende in povpraševanje po visokotehnoloških oblačilih in oblačilih za šport. Vizija podjetja Aquafil Divisione Bulgari Filati skupine Bonazzi (eden največjih proizvajalcev poliamidnih filamentov in granulatov v Evropi) katerega del je Julon, je postati vodilni globalni proizvajalec sintetičnih vlaken, predvsem poliamida 6 in ključni igralec pri trajnostnem razvoju inovativnih rešitev v segmentu športnih oblačil, kopalk in spodnjega perila z naložbami v rast in odličnost. Predstavljen projekt je povezal različne industrijske panoge (kemijsko, polimerno in tekstilno) z močno znanstveno bazo in na tak način doprinesel k uspešnemu sodelovanju in tehnološkim izboljšavam različnih nano-struktur ter njihovih aplikacij v prihodnjosti, glede na namen uporabe. To pomeni hitro prilagajanje izdelkov potrebam in zahtevam kupcev in s tem ohranjanje in pridobivanje novih kupcev in posledično povečanje gospodarskega poslovanja obeh podjetij. Tehnologija, ki je bila razvita v okviru projekta bi se kot taka lahko aplicirala tudi na druga industrijska področja v Sloveniji, kot so papirna industrija, kemijska industrija in farmacija. Prenos znanja, ki smo ga pridobili v sklopu projekta, je potekal na različnih nivojih (promocija, informiranje, sodelovanje, povečanje zavedanja) in je bil namenjen različnim skupinam: znanstveni skupnosti, potencialnim industrijskim uporabnikom, zainteresiranim porabnikom, itd.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
