Biomimetične tekstilije - translectures.videolectures.nettranslectures.videolectures.net/site/normal_dl/tag=559764/7nanodan... · Laboratorij za spektroskopijo materialov, Kemijski

Biomimetine tekstilijeBarbara Simoni

Univerza v Ljubljani, Naravoslovnotehnika fakulteta, Oddelek za tekstilstvo

Vsebina predavanja

7. nanotehnoloki dan, Ptuj, 18. 3. 2011

Biomimetine tekstilije

3. Priprava superhidrofobnih,

oleofobnih in protimikrobnih tekstilij

2. Tekstilije z

lotosovim efektom

1. Tekstilije z

navdihom iz narave


High-tech tekstilije

Biomimetika(posnemanje oblik in procesov iz narave)



Biomimetika



Strukturno obarvana tkanina Morphotex

Metulj iz rodu Morpho

Struktura metuljevih kril MorphotexTM



Tekstilne kopalke koa morskega psa

Morski pes

Koa morskega psa FastskinTM



Oblaila s prilagodljivo dihalno aktivnostjo

Odzivna membrana

Trislojna vetrovka s

c_change membrano

portno oblailo

Macro React

vroe

hladno



Samoistilne tekstilije

List lotosa

SEM posnetek lista Samoistilne tekstilije



Superneomoljive tekstilije

Vodni pajek SEM posnetek noge Super waterproof tekstilije



Kompoziti tehnino rastlinsko steblo

Bambus Preni prerez stebla Tehnino rastlinsko steblo



Proteinska vlakna s tehnologijo rekombinacije DNA

(pajkova svila)

Biomimetini tekstilni materiali v razvoju



Nogavice in pletenine s posnemanjem rasti kaje

koe




Tekstilije z izredno nizkim koeficientom trenja

(koa kuarja peena riba)




Umetno krzno z izboljanimi toplotnoizolacijskimi

lastnostmi (kouh in koa severnega medveda)




http://rsta.royalsocietypublishing.org/content/367/1894/1749/F3.large.jpg

Katedra za kemijsko tekstilno

tehnologijo, OT, NTF, UL

(Programska skupina P2-0213)

Laboratorij za spektroskopijo

materialov, Kemijski intitut,

(Programska skupina P1-0030)

Biomimetika lotosov efekt sol-gel apretura



Publikacije

Znanstvena monografija

Poglavje v monografski publikaciji

10 izvirnih znanstvenih lankov

(Langmuir, J. sol-gel sci. Technol.,

Carbohydr. polym., Cellulose , Acta

chim. slov., Tekstilec)

Citiranost lankov: 69 citatov

2 vabljeni predavanji in 13 prispevkov

na znanstvenih konferencah.



Barthlott, W., Neinhuis, C. Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in

biological surfaces. Planta (1997) vol. 202, pp. 1-8 (1056 citatov, vir Scopus 2010).

Nelumbo nucifera

Lotosov efekt

Lotosov efekt

SEM posnetek povrine lotosovega lista bradaviaste epidermalne

celice prekrite s kristali epikutikularnih voskov



Superhidrofobnost +

hrapavost povrineSamoistilnost

Stina povrina med kapljo vode

in povrino lista je 2 3 %.

Lotosov efekt

Trdna snov

Voda

SEM posnetek kaplje vode na

povrini lotosovega lista

Kompozitna povrina



Drsenje kaplje Kotaljenje kaplje

po gladki povrini po hrapavi povrini

Lotosov efekt

Superhidrofobnost +

hrapavost povrineSamoistilnost



Ploskovne tekstilije z lotosovim efektom

Superhidrofobnost, oleofobnost, samoistilnost

Sol-gel apretura



Nanostrukturirana

hrapavost

Nizka povrinska

prosta energija

Sol-gel apretura

Visoka stopnja orientacije

Odlina pralna obstojnost

Brezformaldehidna apretura

Vefunkcionalnost

Elastinost polimera,trdnost keramike

Nanokompozitni film debeline nekaj 10 nm

Organska-anorganska hibridna struktura



Strukture sol-gel prekurzorjev

1.) PFOTES

(ABCR)

2.) AP2IO6 POSS

(sinteza na KI)

Si

Si

Si

Si

Si Si

SiSi

O

OO O

O

O

OOO

O

O O

i-Oc

i-Oc

H2N(H2C)3

i -Oc

H2N(H2C)3

i -Oc

i-Oc

i-Oc

3.) AP2PF2IO4 POSS

(sinteza na KI)

4.) Perfluoroalkil funkcionalni

siloksan, FAS

(Dynasylan F 8815,

Degusa, Nemija)

Si

H3CH2CO

H3CH2CO

H3CH2CO

CH2CH2(CF2)5CF3



OH

OH

OH

OH

Si

(CH2)2

C FF

CF F

CF F

C

C

F F

C

F

F F

F F

HO OH

n

Hidroliza Polikondenzacija

Hidroliza in kondenzacija PFOTES-a

C FF

CF F

CF F

C

C

F F

C

F

F F

F F

SiO

(CH2)2Si

O

O

Si

O

(CH2)2Si

OO

(CH2)2

O

Si

(CH2)2

O

(CH2)2Si

(CH2)2C FF

CF F

CF F

C

C

F F

C

F

F F

F F

C FF

CF F

CF F

C

C

F F

C

F

F F

F F

C FF

CF F

CF F

C

C

F F

C

F

F F

F F

C FF

CF F

CF F

C

C

F F

C

F

F F

F F

C FF

CF F

CF F

C

C

F F

C

F

F F

F F

O

O

OC2H5

Si

(CH2)2

C FF

CF F

CF F

C

C

F F

C

F

F F

F F

C2H5O OC2H5

n



celulozna vlakna

fibre surface

NH

O

NH

O

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

O

O

O

O

OO

O

O

O

O O

O

i-Oci-Oc

i-Oc

i-Oc

NHNH

F

F

F F

F

F F

F F

FF

F F

F

F

FF

F

FF

FF

F F

FF

NH

O

CH3

NH

O

CH3

OO

NH

O

NH

O

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

O

O

O

O

OO

O

O

O

O O

O

i-Oci-Oc

i-Oc

i-Oc

NHNH

F

F

F F

F

F F

F F

FF

F F

F

F

FF

F

FF

FF

F F

FF

NH

O

CH3

NH

O

CH3

OO

NH

O

NH

O

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

Si

O

O

O

O

OO

O

O

O

O O

O

i-Oci-Oc

i-Oc

i-Oc

NHNH

F

F

F F

F

F F

F F

FF

F F

F

F

FF

F

FF

FF

F F

FF

NH

O

CH3

NH

O

CH3

O O

POSS

DICH

BOMBA

Kemijsko vezanje POSS-a na vlakna preko DICH



celulozna vlakna

C FF

CF F

CF F

C

C

F F

C

C

C

F

F F

F F

F F

F F

SiO

(CH2)2Si

O

O

Si

O

(CH2)2Si

OO

(CH2)2

O

Si

(CH2)2

O

(CH2)2Si

(CH2)2C FF

CF F

CF F

C

C

F F

C

C

C

F

F F

F F

F F

F F

C FF

CF F

CF F

C

C

F F

C

C

C

F

F F

F F

F F

F F

C FF

CF F

CF F

C

C

F F

C

C

C

F

F F

F F

F F

F F

C FF

CF F

CF F

C

C

F F

C

C

C

F

F F

F F

F F

F F

C FF

CF F

CF F

C

C

F F

C

C

C

F

F F

F F

F F

F F

O

O

Kemijska sestava apreturnega filma (FT-IR)

Wave number (cm-1

)

60080010001200140016001800

Ab

sorb

an

ce

0,4

13781324

-CF2

1295

-OEt

1240

1209

11441105

1083

-CF2

ASAS CF2 CF3+

CF2S

-OEt

Si-O-Si

1070

1040

962910 778

-OEt-OEtSiOH

a

b1672

1603

1238

12071143

820

Valovno

tevilo

(cm-1)

Skupina

1105, 1083,

962, 820, 778

Si-OEt

910 Si-OH

1082, 1020 Si-O-Si

1260, 800 Si-CH3

1378, 1324,

1240, 1209,

1144

CF2, CF3

ATR spekter nehidroliziranega ( ) in hidroliziranega (___ )

PFOTES-a (a) in FAS-a (b) na Al ploici.



0

10

20

30

40

50

60

70

Ato

mska

koncentr

acija

(at. %

)

C

O

F

Si

Kemijska sestava povrine CO tkanine (XPS)

Sestava povrine neapretirane bombane tkanine (CO UN) in tkanine

apretirane s PFOTES, FAS, AP2PF2IO4 POSS in AP2IO6 POSS soli.

CO UN PFOTES FAS AP2PF2IO4 AP2IO6

Vzorec tkanine

OH

H

CH2OH

H

OHH

OH H

O

OH

H

H

OHH

OH

CH2OH

HO ...... O



Apreturni filma)[mJ/m2] [mJ/m2] [mJ/m2] [mJ/m2]

PFOTES 14,0 0,7 0,1 14,5

FAS 11,3 0,6 0,5 12,4

AP2PF2IO4 POSS 12,0 0,6 0,4 12,9

AP2IO6 POSS 23,4 0,5 0,6 24,5

LW

S

S

Stot

S

a) S doloena na podlagi meritev stinih kotov W, FA in DIM na ploici.

Komponente S apreturnih filmov na aluminijevi ploici.

Povrinska prosta energija apreturnega filma

Van Ossov model: LSLSLW

L

LW

SLAW 222)cos1(



Morfoloke in topografske lastnosti povrine CO vlaken

SEM posnetek vlaken. (A) neapretirana, (B) apretirana s FAS.

Mikroskopija na atomsko silo (AFM)

vlaken apretiranih s FAS.

(A)

(B)



0

20

40

60

80

100

120

140

160

(o

)

W

C16

147 152 151 153

119 124 124

PFOTES FAS AP2PF2IO4 AP2IO6

Prekurzor

Stini kot, , vode (W) in n-heksadekana (C16) na povrini apretirane bombane tkanine.

Vodo- in oljeodbojnost tkanine



Superhidrofobnost,

oleofobnost,

samoistilnost

Protimikrobna

aktivnost

Rezultati raziskav



3-(trimethoxysilyl)-

propyldimethyl-

octadecyl ammonium

chloride, Si-QAS

Fluoroalkil

funkcionalni siloksan,

FAS

Si

(CH2)3

C2H5O

OC2H5

OC2H5

NH3C CH3

(CH2)17

CH3

+Br-

Rezultati raziskav



Protimikrobna aktivnost Si-QAS

(CH2)17 CH3

-

-

-

-

-

-

-

-

- --

-

-

-

-

-

-

-

-

-

cell membrane

(CH2)3Si N

CH3

(CH2)17

CH3

CH3+

Elektrostatske interakcije

Hidrofobne interakcije

Celina

membrana



Hidroliza in

kondenzacija

n

FAS

(PFOTES)

OC2H5

Si

(CH2)2

(CF2)5

C2H5O OC2H5

CF3

Si-QAS

Si

(CH2)3

C2H5O

OC2H5

OC2H5

NH3C CH3

(CH2)17

CH3

+Br-

n

O

Si

(CH2)2

(CF2)5

O O

CF3

O

Si

(CH2)2

(CF2)5

CF3

O

Si

(CH2)2

(CF2)5

O

CF3

Si

(CH2)3

OO

NH3C CH3

(CH2)17

CH3

+Br-

OSi

(CH2)3

O

O

NH3C CH3

(CH2)17

CH3

+Br-

Hidroliza in kondenzacija FAS in Si-QAS v meanici



celulozna vlakna

Protimikrobna aktivnost apreture

SIST EN ISO 20743:2007 Tekstilije Ugotavljanje protibakterijske

aktivnosti na izdelkih s protibakterijsko apreturo (metoda s prenosom)

Bakterijska vrsta Escherichia coli (ATCC 25922).



Mikrobioloki testi so bili opravljeni v Laboratoriju za biotehnologijo

Kemijskega intituta, Ljubljana

Bakterijska redukcija, R (A), in stini kot, , vode in n-heksadekana

(C16) (B) na povrini bombane tkanine apretirane s FAS/SiQAS .

Protimikrobna aktivnost in hidrofobnost apreture

(A) (B)



153

80124

Hvala za pozornost



Documents

Biomimetične tekstilije - translectures.videolectures.nettranslectures.videolectures.net/site/normal_dl/tag=559764/7nanodan... · Laboratorij za spektroskopijo materialov, Kemijski