Биотехнологии в производстве текстильных волокон

«High-tech» текстильные материалы технического и бытового назначения. Текстиль – важнейший приоритет культуры, объект удовлетворения потребностей человека и важнейшая компонента наукоемких технологий, необходимых для решения прикладных программ, важных для безопасного развития общества, решения научно-технических проблем.
Главенствующая роль в развитии текстиля, принадлежит химии полимеров. История текстиля в XX в. – это история химии. В 30–40 годы XX в. были сделаны первые технологические открытия: новые виды химических волокон (вискозное, полиамидное) с уникальными новыми возможностями по формированию свойств готовой
продукции. Сейчас произошел новый виток развития этой наукоемкой отрасли. С точки зрения науки, текстиль – сложный наукоемкий продукт. На пороге XXI в. посредством текстиля инженерная мысль стала решать почти все человеческие и технические проблемы. Среди главных из них:

• функциональная одежда (с эффектом сухого белья, защитная от воздействий критических температур, огня, влаги, ветра, механических воздействий (прокол, износ), от микроорганизмов, от москитов, с компрессионным эффектом и т. п. ), защита от техногенных воздействий: физических, электрических, магнитных и биологических (скопления микроорганизмов);
• «геотекстиль» – текстильные полотна для защиты от эрозии почв; дренаж, формирование искусственного ландшафта (набережные, дамбы); дорожное строительство;
• сельскохозяйственные проблемы (защита урожая от птиц, града,
затаривания продукции);

• обивочные материалы (салоны автомобилей, космическая техника), дублированные, подкладки для искусственной кожи; звуко и теплоизоляция, герметизация салона;
• композиты (наполнители пластмасс);
• защитные материалы при строительстве объектов от солнечной радиации, снежных заносов, камнепада;
• маскирующие и защитные (военный камуфляж, техника, чехлы);
• антенны (в средствах коммуникационной и спутниковой связи);
• радиоотражающие, радиопрозрачные и эрозионностойкие объекты летательных аппаратов;
• фильтры (воздушные, масляные, для очистки воды, отходов производства, нефти, функциональные избирательные, биологические, для защиты человека и помещений от химического, биологического и радиологического воздействий);
• высокопрочные композиты (на основе биаксиальных и других структур);
• технические ткани (брезенты, парусные, парашютные, транспортерные);
• маскировочные (одежда, покрытия, военные объекты, в том числе ложные цели);
• область профилактической и функциональной медицины, посттравматические изделия;
• рыболовство и фермерское разведение рыбы, устриц (различного вида сети) и другие направления в области морского хозяйства

В целях расширения ассортимента и области применения химических волокнистых материалов (волокон и нитей) в различных областях техники созданы высокопрочные, высокомодульные (малорастяжимые), высокоэластичные, термостойкие, негорючие, светостойкие и другие виды волокон со специальными свойствами, которые могут быть названы химическими волокнами нового поколения. Особое место среди таких волокон занимают так называемые «high-tech» (высокотехнологичные) волокна, отличающиеся уникальными свойствами. В производстве высокопрочных и высокомодульных волокон или «супер волокон» можно выделить четыре новых технологии их получения.

Первая технология заключается в прядении высокомолекулярного полиэтилена из геля с последующей значительной вытяжкой волокна (до 30 раз). По данной технологии в США получены высокопрочные волокна Спектр 900 и Спектр 100, используемые для производства технических изделий широкого назначения: шлемов, канатов и тросов, чемоданов и др., а также волокно Dyneema SK60, отличающееся от других высокопрочных волокон самой высокой износостойкостью, значительной химической устойчивостью, малым весом. Эти волокна имеют точку плавления 145–155 °С, при этом сохраняют свои механические свойства в течение короткого промежутка времени даже при температурах, близких к точке плавления.

Вторая технология получения высокопрочных и высокомодульных волокон – это процесс прядения из жидких кристаллов, который предполагает прядение жидкокристаллического раствора твердых полимеров в полусухом и полувлажном состоянии с высокой степенью ориентации макромолекул при кристаллизации твердых полимеров. В качестве растворителя при этом используется концентрированная серная кислота. По данной технологии получают волокна из ароматических полиамидов.

Третья технология получения «супер-волокон» предполагает преобразование твердой параарамидной молекулярной структуры в полусухую и полувлажную системы путем растворения в органическом растворителе. Хотя вещество на стадии прядения находится в аморфном состоянии, эта новая технология позволяет добиться высокой степени ориентации макромолекул благодаря вытягиванию при высокой температуре. При данной технологии используется органический растворитель вместо высококонцентрированной серной кислоты.

Современные «high-tech» технологии позволяют получать волокна, сочетающие в себе целый ряд уникальных свойств, обеспечивающих их широкое применение в различных областях. Например, углеродное волокно Витлан применяется в восстановительной хирургии. Его способность при прохождении электрического тока выделять тепло используется при создании костюмов с электроподогревом, применяемых в космической промышленности. Оно успешно применяется в фильтрах для очистки лекарств и донорской крови, для защиты органов дыхания. Волокно сочетает в себе огнестойкость и морозостойкость при температурах, близких к температуре жидкого азота, и при этом сохраняет прочность и эластичность при длительном радиационном и ультрафиолетовом облучении. Такой уникальный набор достоинств дает сверхстойкому волокну право занять одно из ведущих мест в наиболее перспективных областях науки. Разработанные сверхпроводящие синтетические волокна успешно заменяют хрупкие стеклянные световоды в волокнистой оптике, с которой связано будущее кибернетических машин.
Новые химические волокна обладают многими особенностями свойств, которые отсутствуют не только у натуральных, но и у традиционных химических волокон. К таким свойствам относятся: одновременная способность к поглощению влаги и водоупорность, электропроводимость, антибактериальные и аромопрофилактические свойства; устойчивость к действию ультрафиолетовых излучений, антимикробные свойства, ионообменность, очень малый вес, фотохромность и термохромность (способность изменять цвет под действием света или температуры соответственно), радужная (переливающаяся) поверхность и другие.

Эковолокна и нити. Переворот в молекулярной и биологической отраслях науки привел к тому, что в настоящее время ученые способны не только изобретать новые, но и использовать уже известные и считавшиеся непригодными материалы в качестве потенциального сырья для создания волокна и пряжи. Сельскохозяйственные культуры, органические отходы, а также отрасли животноводства, ранее не представлявшие интереса для мира модных тканей, теперь являются новыми источниками производства полотна. Появление многих из этих новшеств стало возможным благодаря возрастающей сложности научных методов.

Кукуруза. Из кукурузы делают не совсем натуральную ткань – правильнее ее назвать синтетической, но это синтетика биоразлагаемая и весьма приятная в носке. Кукурузные нити получают из полимера, который в свою очередь добывается из кукурузного крахмала. Чем же хороша эта необычная синтетическая материя? Достоинств у нее множество. Во-первых, она мягка и приятна на ощупь и, в отличие от большинства других синтетических материалов, полностью гипоаллергенна. Во-вторых, она очень устойчива и к солнечным лучам и любым другим внешним воздействиям, что влияет на износостойкость и сохранение первоначального цвета. А в-третьих, она едва ли не лучше всех других тканей обладает гигроскопичностью, поглощает влагу и быстро сохнет.

Водоросли. Для производства экотканей используются исландские водоросли. Ценность тканям из водорослей придают их уникальные характеристики.
Помимо антибактериальных свойств, благодаря обогащению серебром они оказывают антимикробное и тонизирующее воздействие на организм человека. А содержащиеся в водорослях аминокислоты, минералы, микроэлементы, полезные жиры и витамины положительно влияют на состояние кожи человека и его здоровье в целом.
При контакте такого материала с кожей активизируется клеточный метаболизм, кровообращение и регенерация клеток. Оздоровительные и прочие позитивные качества тканей из водорослей не вымываются после множества стирок, а сами материалы способны служить долго и эффективно. Волокна из крабовых панцирей. Экологические ткани сегодня производят и из нетрадиционного материала, такого как панцири крабов. Для их изготовления применяют экстракты этого богатого хитином сырья, из которого благодаря специальной технологии получается особая хитиновая вискоза.

Современное соевое волокно – это экологически чистый природный материал, создаваемый с помощью новейших биотехнологий. Появился этот материал еще в 30-е годы ХХ века. Костюмы из сои носил один из самых передовых деятелей того времени – создатель известной автомобильной марки и один из отцов-основателей автопромышленности в целом Генри Форд, признанный чуть позднее «бизнесменом века». Известный предприниматель ценил соевое полотно, в частности, за то, что оно не линяло, не садилось и удивительно быстро сохло. Костюмы можно было стирать в холодной воде и не использовать при этом стиральных средств – любые загрязнения сходили с них без малейших хозяйственных ухищрений.

Ткани из бамбуковых волокон. Производить из бамбука ткань начали не так давно – первые образцы появились чуть больше десяти лет назад и сразу получили звание – ткани ХХI века. Бамбуковая ткань имеет превосходные эксплуатационные качества, минимальный вред окружающей среде при выращивании сырья для ее производства. Ткань, произведенная из бамбукового волокна легкая, мягкая и обладает приятным естественным блеском – по этим качествам превосходит натуральный шелк. Ткань обладает высокой упругостью, в связи с чем она практически не мнется, и высокой износостойкостью.