Исследователи из Университета Джорджии разработали новый материал, свойства которого идеально подходят для медицинских изделий, таких как маски и бинты. Он также более экологичен, чем используемые в настоящее время материалы.
Используя нетканые материалы (материалы, полученные путём соединения волокон без ткачества или вязания), команда под руководством Гаджанана Бхата смогла создать гибкие, дышащие и абсорбирующие композитные материалы, идеально подходящие для медицинских изделий. Добавление хлопка также делает полученный материал приятным на ощупь (что важно для медицинских целей) и более поддающимся компостированию, что делает его более экологичным, чем аналогичные продукты, представленные на рынке.
В своей лаборатории в Исследовательской лаборатории Северного Ривербенда профессор Гаджанан Бхат демонстрирует, как эластичные нетканые материалы можно обматывать и использовать в качестве медицинских повязок. (Фото Эндрю Дэвиса Такера/Университет Джорджии)
При финансовой поддержке Министерства сельского хозяйства США исследователи протестировали различные комбинации хлопка и нетканых материалов, а также оригинальные нетканые материалы на такие свойства, как воздухопроницаемость, водопоглощение и растяжимость. Композитные ткани показали хорошие результаты в ходе испытаний, обеспечив хорошую воздухопроницаемость, повышенное водопоглощение и хорошее восстановление после растяжения, что означает, что они могут выдерживать многократное использование.
Спрос на нетканые материалы в последние годы растёт, и, согласно отчёту Acumen Research and Consulting, ожидается, что к 2027 году объём рынка достигнет 77 миллиардов долларов США. Нетканые материалы широко используются в производстве товаров для дома, таких как подгузники, средства женской гигиены, а также воздушные и водяные фильтры. Они водонепроницаемы, гибки, воздухопроницаемы, а их способность фильтровать воздух делает их идеальными для медицинского применения.
«Некоторые из этих изделий, используемых в биомедицинских целях, такие как пластыри и бинты, требуют некоторого растяжения и восстановления после растяжения. Но поскольку они контактируют с телом, использование хлопка может быть даже полезным», — утверждает Колледж семьи и потребителей. Барт, заведующий кафедрой текстиля, мерчандайзинга и дизайна интерьера, который является соавтором статьи вместе с нынешним аспирантом — студентами Д. Партхой Сикдар (первый автор) и Шафикулом Исламом.
Хотя хлопок не так эластичен, как нетканый материал, он лучше впитывает влагу и мягче, что делает его более комфортным в носке. Хлопок также является одной из основных сельскохозяйственных культур в Джорджии и важной частью экономики штата. Министерство сельского хозяйства США (USDA) постоянно ищет новые возможности применения хлопка, и Барт предложил «комбинировать эластичные нетканые материалы с хлопком, чтобы создать материал с высоким содержанием хлопка и высокой эластичностью».
Профессор Гаджанан Бхат тестирует растягивающиеся нетканые материалы с помощью прибора для определения проницаемости в своей лаборатории в исследовательской лаборатории Riverbend North. (Фото Эндрю Дэвиса Такера/Университет Джорджии)
Барт, специализирующийся на нетканых материалах, считает, что полученный материал сможет сохранить желаемые свойства нетканых материалов, но при этом будет более простым в обработке и компостируемым.
Для испытания свойств композитов Бхат, Сикдар и Ислам комбинировали хлопок с двумя типами нетканых материалов: спанбондом и мелтблауном. Нетканые материалы спанбонда содержат более грубые волокна и, как правило, более эластичны, в то время как нетканые материалы, полученные экструзией из расплава, содержат более тонкие волокна и обладают лучшими фильтрующими свойствами.
«Идея была в том, какое сочетание даст нам хорошие результаты», — сказал Батт. «Нужно, чтобы материал хорошо восстанавливал форму, но при этом был дышащим и влагоотводящим».
Исследовательская группа подготовила нетканые материалы различной толщины и соединила их с одним или двумя листами хлопчатобумажной ткани, получив в результате 13 разновидностей для тестирования.
Испытания показали, что композитный материал обладает улучшенным водопоглощением по сравнению с исходным нетканым материалом, сохраняя при этом хорошую воздухопроницаемость. Композитные материалы впитывают в 3–10 раз больше воды, чем нехлопковые ткани. Композит также сохраняет способность нетканых материалов восстанавливаться после растяжения, что позволяет им компенсировать спонтанные движения без деформации.
По словам Барта, профессора кафедры волокон и текстиля Спортивной ассоциации Джорджии, при производстве композитных нетканых материалов может использоваться хлопок более низкого качества, а иногда даже отходы или переработанный хлопок, оставшийся после производства таких товаров, как футболки и постельное белье. Таким образом, получаемый продукт более экологичен и дешевле в производстве.
Исследование опубликовано в журнале Industrial Textiles. Соавторами выступили Даг Хинчлифф и Брайан Кондон из Южного регионального исследовательского центра Министерства сельского хозяйства США.
Время публикации: 23 января 2024 г.