Vědci z ÚFE pomocí plazmatu vylepšili vlastnosti filtrů s nanovlákny

EU prostřednictvím projektů ELIIT (European Light Industries Innovation and Technology) podporuje konkurenceschopnost malých a středních podniků v textilním, oděvním či obuvnickém průmyslu. Tento prestižní projekt pod vedením prof. RNDr. Mirko Černáka, CSc. se podařilo získat výzkumné skupině Plazmových nanotechnologií a bioaplikací Ústavu fyzikální elektroniky.

Cílem projektu „In-line plasma technology for a large throughput manufacturing of advanced nanofiber-based filter fabrics (Plasma Nanotex)” bylo zlepšení filtračních schopností vodních a vzduchových filtrů používaných v textilním průmyslu. Pro představu se tyto materiály mohou používat jako filtry v rouškách nebo HEPA filtry. Průmyslovým partnerem byla společnost NAFIGATE Corporation a.s., která vlastní závod na výrobu nanovláken NAFIGATE Park s.r.o. Výrobní továrna se nachází v Chrastavě na Liberecku. Liberecký kraj je považován za kolébku výroby nanovláken v ČR. Ústav fyzikální elektroniky je vybaven zařízením Nanospider™, které vědci k přípravě nanovláken používali.

Do řešení projektu v období 09/2020 - 11/2021 zasáhla covidové pandemie. Jedním z řešitelů na ÚFE byl Mgr. Oleksandr Galmiz, Ph.D., dle kterého byla spolupráce a koordinace měření a testování „extrémně náročná”. Kvůli covidové situaci byl zásadně omezen kontakt mezi laboratoří ÚFE a výrobní linkou v NAFIGATE Park. Dle dr. Galmize se všechny experimenty musely naplánovat tak, aby mohly být uskutečněny pouze v laboratorních podmínkách ÚFE, což bylo velmi náročné časově i technicky. Právě kvůli pandemii musel být projekt prodloužen o tři měsíce, aby byli vědci schopni implementovat svou plazmovou technologii přímo do výrobní linky v závodu firmy Nafigate Park. „Tím jsme ověřili její účinnost in-line, v kontinuálním režimu, odpovídajícímu danému výrobnímu procesu,” doplňuje dr. Galmiz.

Dle doc. Mgr. Dušana Kováčika, Ph.D., vedoucího výzkumné skupiny, hlavní problém při řešení projektu představovala přilnavost nanovláken k substrátu. Firma dodala vzorky různých velikostí i složení, například ze skelných vláken, polyesteru, polypropylenu nebo polyethylenu. Vzorky sloužící jako nosné substráty bylo ale třeba nejdříve modifikovat pomocí plazmatu. Plazma vědci generovali difúzním koplanárním povrchovým bariérovým výbojem (DCSBD) ve vzduchu a na vzorky přímo v zařízení Nanospider™ poté nanášeli nanovlákna pomocí tzv. elektrospinningu. Více o procesu výroby nanovláken se můžete dozvědět přímo na stránkách firmy NAFIGATE Park zde. Pro nanovlákenné vrstvy k využití ve vodních filtrech byla vrstva ještě následně vystavena účinku DCSBD plazmatu pro zlepšení jejích hydrofilních vlastností, šlo o tzv. post-treatment.

I samotné měření přilnavosti nanovláken na substrát představovalo pro vědce výzvu. Dle dr. Galmize byly standardní metody měření adheze nedostačující. „Adhezní síly jsou tak slabé, že jsou prakticky nezměřitelné. Museli jsme přijít s novou alternativní metodou měření adheze pomocí testu lepivosti smyčky lepicí pásky, který určuje sílu potřebnou k odtrhnutí nanovláken od povrchu substrátu.”

Výzkumný tým doc. Kováčika se plánuje do budoucna zaměřit i na jiné materiály a substráty a nadále prohlubovat spolupráci se soukromým sektorem při vývoji plazmové technologie a jejím uplatnění v průmyslové praxi.

Úspěšnost realizovaného ELIIT projektu dokládají také aplikované výsledky – užitný vzor, dvě ověřené technologie, dva funkční vzorky a také příspěvky na konferencích 13th International Conference on Nanomaterials (Nanocon 2021) a 8th Plasma Science & Entrepreneurship Workshop. V současné době výzkumný tým připravuje také odbornou publikaci. Tématem připravovaného článku je právě využití plazmatu ke zvýšení adheze nanovlákenné vrstvy k nosnému substrátu a zvýšení hydrofilních vlastností pro potřeby vodních filtrů. Vědci výsledky svého výzkumu prezentovali také na nedávném mezinárodním veletrhu Techtextil 2022 v německém Frankfurtu nad Mohanem, o kterém informovali na stránkách CEPLANT.