Автор AZoNano 12 апреля 2021 г. ]

Инновационный метод производства нановолокон, известный как «центробежное мультиспиннинг», был разработан учеными из Корейского передового института науки и технологий (KAIST). Новый метод проложит путь к безопасному и экономичному массовому производству высококачественных полимерных нановолокон.

Последний метод продемонстрировал в 300 раз более высокую скорость производства нановолокна за каждый час по сравнению с традиционным методом электропрядения и может найти несколько возможных применений, таких как разработка фильтров лицевой маски для защиты от коронавируса.

Нановолокна могут быть использованы для создания идеальных фильтров маски для лица, поскольку их механическое взаимодействие с аэрозольными частицами дает им более высокую способность задерживать более 90% вредных частиц, таких как мелкая пыль и вирусосодержащие капли.

В последние годы пандемия COVID-19 дополнительно ускорила растущий спрос на более качественные маски для лица. Фильтр-маска на основе полимерного нановолокна, который может более эффективно улавливать вредные частицы, пользуется большим спросом, поскольку пандемия имеет тенденцию продолжаться.

«Электроформование» – это общий процесс получения тонких и ровных полимерных нановолокон, но с точки зрения рентабельности, массового производства и безопасности он имеет ряд недостатков.

Технология электропрядения требует наличия электропроводящей мишени и электрического поля высокого напряжения, а это препятствует безопасному и экономичному массовому производству полимерных нановолокон.

В ответ на этот недостаток было предложено «центробежное прядение», которое предполагает использование центробежной силы, а не высокого напряжения для создания полимерных нановолокон, как более безопасную и более экономичную замену электропрядению.

Простая масштабируемость – еще одно преимущество, потому что для этой технологии нужен только коллектор и вращающаяся фильера.

Но поскольку нынешняя технология прядения, основанная на центробежной силе, использует только одну вращающуюся фильеру, производительность ограничена и ненамного выше по сравнению с несколькими передовыми технологиями электропрядения, такими как «электропрядение с несколькими соплами» и «электропрядение без сопел». Эта проблема сохраняется даже при увеличении размера фильеры.

Черпая вдохновение в этих недостатках, группа исследователей под руководством профессора До Хён Кима из отдела химической и биомолекулярной инженерии KAIST разработала центробежную фильеру с множественным вращением, которую можно производить в массовом порядке. Они достигли этого, разделив вращающуюся фильеру на три субдиска.

Это исследование было опубликовано на обложке журнала ACS Macro Letters том 10, выпуск 3, в марте 2021 года.

Бён Ын Квак, ведущий автор статьи и кандидат наук, и его коллеги Хё Чжон Ю и Ынджун Ли использовали эту новую центробежную фильеру с множественным вращением с тремя субдисками, чтобы проиллюстрировать синтез нескольких полимерных нановолокон в масштабе грамма. оптимальная производительность до 25 г / час, что примерно в 300 раз выше, чем у традиционной системы электропрядения.

Производительность до 25 г / час полимерных нановолокон соответствует производительности примерно 30 фильтров для лицевых масок каждый день в производственной системе лабораторного масштаба.

Команда смогла изготавливать маски для лица с фильтрационными характеристиками, сопоставимыми с характеристиками масок KF94 и KF80, доступных в настоящее время на корейском рынке, путем комбинирования массовых полимерных нановолокон в форме масок-фильтров.

Маски KF94 и KF80 получили одобрение Министерства продовольствия и безопасности Кореи на удаление не менее 94% и 80% вредных частиц соответственно.

Когда масштаб нашей системы будет увеличен с лабораторного до промышленного, станет возможным крупномасштабное производство центробежных мультиспряденных полимерных нановолокон, а стоимость фильтров для лицевых масок на основе полимерных нановолокон также будет резко снизился .

Бён Ын Квак, автор исследования и кандидат наук, Корейский передовой институт науки и технологий

Это исследование было выполнено при финансовой поддержке Глобальной исследовательской программы сингулярности на 2020 год, финансируемой KAIST.

Ссылка на журнал:

Kwak, B.E., и др. . (2021) Крупномасштабное центробежное многокомпонентное производство полимерных микро- и нановолокон для применения в масковых фильтрах с возможностью совместного прядения смешанных многокомпонентных волокон. Буквы макросов ACS . doi.org/10.1021/acsmacrolett.0c00829.

Источник: https://www.kaist.ac.kr/en/[19459008visible