Мировой уровень производства нановолокон, нанотекстиля и наноодежды. Достижения, проблемы, риски

Мировой уровень производства нановолокон, нанотекстиля и наноодежды. Достижения, проблемы, риски

Г. Е. Кричевский

ГОУ ВПО «Российский заочный институт текстильной и легкой промышленности»

Нановолокна, нанотекстиль и наноодежда – это продукция и изделия, произведенные по нанотехнологиям (согласно классическому определению путем самосборки или манипулированием наночастицами различной природы по принципу «снизу вверх» или «сверху вниз»). Такие материалы, изделия уже широко используются в мировой практике. Они не «за углом», как многое, что еще ждут от нанотехнологии, они на рынке, на нашей улице, в доме, быту, на отдыхе, в различных областях индустрии и техники. Один только гигиенический текстиль (прокладки, памперсы, пеленки и т.д.), изготовленный из нановолокон, наполненных антимикробными веществами, используется 200 млн. человек планеты (дети, стареющее население, инвалиды). Медицинский текстиль (защитная одежда медперсонала, лечебный текстиль, протезы различных органов, сосуды и т.д.) изготавливается по нанотехнологиям. Армейская одежда с комплексом защитных (химия, радиация, от перегрева, от холода, водо- и маслозащитная) и сенсорных (мониторинг основных параметров организма) и коммуникационных (оперативная связь) свойств, композиты, наполненные нановолокнами (ракеты, ракетки, болиды, лыжи), строительный и геотекстиль – все это сегодня изготавливается также с использованием нанотехнологий.

К 2015 году эксперты прогнозируют, что мировой оборот нанотекстиля составит 4,9 млдр. DS, а это ~ 25% от всего мирового текстиля. Годовой прирост вложения в нанотекстиль в период 2010 – 2015 гг. составит 5-10% в зависимости от вида продукции. Наибольший вклад ожидается в производстве гигиенического и медицинского текстиля, произведенных по нанотехнологиям.

Российская промышленность очень робко начинает осваивать нанотехнологии, проявляя очень сильный консерватизм. При этом существует много объективных и субъективных трудностей, главная из которых глубокий, затянувшийся (с 1991 года) кризис текстильной и легкой промышленности. 60-70% волокон, красителей, тканей, трикотажа, одежды импортируются из стран юго-восточной Азии (Китай, Индия, Вьетнам). Значительная часть (~ 40%) текстильных фабрик закрыты, а работающие существенно сократили объем производства и борются за выживание с налетевшим на наш рынок, как саранча импортом. Эта импортная «саранча» не знает границ и законов таможни, проникая к нам по серым и черным схемам. В такой конкуренции отечественное производство текстиля обреченно на вымирание без помощи государства, которое обязано обеспечить цивилизованную конкуренцию и подавление таможенного криминала.

Какие бы не были успехи в разработке нанотехнологий для отечественной текстильной промышленности, эти технологии повисают в воздухе без самой отрасли. Совершенно правильно отмечает вице-президент НОР, профессор Г.Г.Малинецкий: «Что нанотехнологии – это как замечательные специи к основной промышленности».

Поэтому значительную часть нанопродукции (волокна, гигиенические текстиль, защитный текстиль) РФ импортирует на значительную сумму (~ 1 млрд. DS).

Нановолокна и нанотекстиль (ткань, трикотаж, нетканка) не являются готовыми продуктами. Первые – нановолокна широко используются в технике (наполнители композитных пластиков), в производстве собственно текстиля. Вторые – нанотекстиль используются в производстве одежды, головных уборов, обуви, предметов домашнего пользования и т.д.).

Волокна и нановолокна могут иметь принципиально разное происхождение: природные (растительные, животные) и химические – рукотворные (man made fibers).

Природные волокна: растительные (хлопок, лен, пенька и др.) и животные (шерсть, натуральный шелк) природа создает изначально нанообъектами, поскольку они обладают чрезвычайно развитой нанопористостью (Ø ~ 1-50 нм). Так 1 г хлопкового волокна имеет суммарную внутреннюю поверхность пор > 100 м². Природные волокна представляют собой нанопористые контейнеры и депо для размещения там наночастиц различной природы (органические, неорганические, антимикробные, токопроводящие, фотоактивные и т.д.). Так окраска волокон формируется путем инкорпорирования наночастиц красящего вещества в нанопоры.

Химические волокна (искусственные и ситнтетические) могут производится в наноформе по двум технологиям:

- электропрядение растворов или расплавов волокнообразующих полимеров, когда при выходе из фильеры раствор или расплав полимера попадает в электрическое поле с определенными параметрами и волокно вытягивается до диаметра наноразмеров 10-100 нм. По этой технологии принципиально можно производить нановолокна из любых волокнообразующих полимеров;

- производство наполненных наночастицами химических волокон, когда в раствор или расплав полимера перед прядением вводят наночастицы различной природы (минеральные, органические), которые придают волокнам различные новые или существенно улучшенные исходные свойства;

- особое направление составляет производство волокон из углеродных нанотрубок различной геометрии.

Все химические нановолокна находят очень широкое применение в различных областях техники и в быту.

Особенно широко использование нановолокон в производстве композитов; сами, обладая повышенной прочностью, нановолокна сообщают композиту очень высокие физико-механические свойства. Без таких композитных материалов не производят современные ракеты, болиды, самолеты, автомобили, катера, яхты, лыжи, сани, ракетки, копья и т.д.

Из нановолокон, наполненных токопроводящими, сенсорными наночастицами изготавливают нанотекстиль и специальную наноодежду с такими свойствами, гибкие экраны дисплеев и другие устройства аудио- и видеотехники.

Нанотекстиль (ткань, трикотаж, нетканка) изготавливают, используя следующие приемы:

- из нановолокон различной природы и видов. При этом свойства нановолокон переносятся на свойства нанотекстиля;

- обычному текстилю на стадии его производства, как правило, в химико-технологической фазе (отделочное производство), используя приемы нанотехнологии и нанопрепараты (нанодисперсии, наноэмульсии), на текстиль наносят и закрепляют наночастицы, придающие текстилю различные свойства, зависящие от их природы (химическое строение, размер, геометрия, сформированная структура). Это могут быть антимикробные, лечебные, защитные, сенсорные и другие свойства.

В настоящее время наиболее распространен нанотекстиль, обладающий антимикробными, лечебными, водоотталкивающими свойствами.

Как и в случае всех нанопродуктов и нанотекстиля и изделий из него возникают проблемы безопасности на всех стадиях производства, использования, утилизации.

Известно, что токсичность любого химического соединения зависит не только от его химического строения, но и от размера частиц. Чем меньше частица, тем легче она преодолевает диффузионные барьеры, в том числе и в живом организме. Поэтому все наночастицы и наноматериалы представляют бóльшую опасность для человека и окружающей среды, чем такие же химические вещества, но не в наноформе. Поскольку нанотекстиль, как одежда, белье контактирует с кожей человека, то проблемы их безопасности имеют свою специфику, которая пока не нашла никакого отражения в существующих системах сертификации. Этим проблемам необходимо уделять большее внимание, чем это делается во всем мире и в России. Пока затраты на исследования, производство, продвижение нанопродукции в сотни раз превышают усилия на исследования проблемы возможных рисков от нанотехнологии и нанопродукции. Поскольку нанотекстиль и изделия из него (одежда, обувь, предметы интерьера и т.д.) – это продукция повседневной жизни человека, то по ее качеству, функциональности, безопасности население будет составлять мнение о проблеме нанотехнологий в целом. К сожалению, в ассортименте текстильной нанопродукции много спекуляций, подделок, симуляторов, от которых нужно избавляться строгой, объективной экспертизой.

Общественный контроль за наноподделками может сыграть важную роль в реализации нанотехнологического проекта России. НОР, где собраны лучшие специалисты во всех направлениях нанотехнологий, должно участвовать в формирование политики государства и общества по отношению защиты населения и природы от реальных опасностей, связанных с этим направлением.

Типичный пример явного, негативного проявления токсичности наночастиц – асбестовые волокна, существующие в природе в форме нановолокон (10-100 нм). Несмотря на замечательные свойства негорючести, эти волокна и изделия из них не находят широкого применения. Разработка месторождения асбеста, переработка его в волокна и в ткани связано с большой опасностью, профессиональной болезнью легких – силикозом.

Несмотря на вышеуказанные риски к 2015 году 50% всей новой продукции в мире будут произведены с использованием нанотехнологий и нанотекстиль занимает достойнее место среди нанопродукции в ряду других секторов экономики. При этом опрос потребителей в странах Западной Европы показывает, что ~ 80% из них положительно относятся к нанотекстилю, в то время как к нанокосметике только ~ 60%.

В реальной, сегодняшней практике, на рынке Западной Европы находят широкое применение следующая продукция, изделия из нанотекстиля, произведенная по нанотехнологиям (наноэмульсии, нанодисперсии, химические модификаторы): супергидрофобная (одежда, спецодежда), супергидрофильные материалы, материалы пониженной горючести, каталитически активные, антиадгезионные, незагрязняемые, устойчивые к УФ-лучам, с новыми колористическими эффектами, электропроводящие, антистатические, электроизоляционные, высокопрочные на разрыв и истирание, антимикробные, биостойкие, термостойкие, термоизоляционные, теплоизоляционные, изменяющие свойства под действием температуры, света, электрического потенциала.

Выводы:

- для успешного развития производства нановолокон, нанотекстиля и наноодежды необходимо восстановление на новом технологическом уровне отечественного производства волокон, текстиля и одежды;

- экспертному сообществу (НОР) необходимо разработать дорожную карту отечественного производства нановолокон, нанотекстиля и наноодежды, учитывая специфику состояния экономики РФ;

- нанотехнология в текстильной и легкой промышленности, как и в других отраслях не сможет развиваться без госзаказов для силовых структур и стратегических секторов экономики;

- для заслона от потока некачественной импортной и отечественной текстильной нанопродукции необходимо модифицировать существенную систему сертификации с учетом особенностей токсилогических свойств наноматериалов.