Несмотря на свою экологичность, волокна из биополимеров растительного или животного происхождения по-прежнему остаются нишевым продуктом. В конце 19 века уже предпринимались попытки переработать белки в текстиль. Например, патент на текстильные изделия из желатина был подан в 1894 году. Однако после Второй мировой войны появляющиеся синтетические волокна быстро и полностью вытеснили с рынка биологические белковые волокна.
За последние несколько лет возрос спрос на натуральные волокна, произведенные из возобновляемых источников экологически чистыми методами. Шерстяное волокно, в частности, пережило возрождение спортивной одежды из мериносовой шерсти.
А несколько лет назад молодой предприниматель из Германии начал производить высококачественные ткани из казеина молочного белка.Новое использование отходов
Филипп Стоссель, 28-летний аспирант лаборатории функциональных материалов профессора Венделина Старка (FML), представляет новый метод получения высококачественных волокон из желатина. Метод был разработан в сотрудничестве с Лабораторией передовых волокон в Empa St. Gallen. Штоссель смог сплести волокна в пряжу, из которой можно было изготавливать текстиль.
Желатин состоит в основном из коллагена, основного компонента кожи, костей и сухожилий. Большое количество коллагена содержится в отходах скотобойни, и его можно легко превратить в желатин.
По этим причинам Старк и Стоссель решили использовать этот биоматериал для своих экспериментов.Совпадение помогает найти решение
В своих экспериментах Стоссель заметил, что, когда он добавил органический растворитель (изопропил) в нагретый водный раствор желатина, белок осаждается на дне сосуда. Он удалил бесформенную массу с помощью пипетки и смог без труда выдавить из нее эластичную бесконечную нить.
Это было отправной точкой его необычной исследовательской работы.В рамках своей диссертации Штоссель разработал и усовершенствовал метод, который он недавно представил в статье для журнала Biomacromolecules.Усовершенствованный метод заменяет пипетку несколькими шприцевыми приводами, расположенными параллельно. Используя равномерное давление, шприцы выталкивают тонкие бесконечные нити, которые направляются по двум роликам с тефлоновым покрытием.
Рулоны постоянно влажными в ванне с этанолом; это предотвращает слипание волокон и позволяет им быстро затвердеть, прежде чем они будут намотаны на конвейерную ленту. Используя разработанную им прядильную машину, Штоссель смог производить 200 метров волокон в минуту. Затем он скрутил около 1000 отдельных нитей в пряжу с помощью ручного веретена и в качестве экспоната связал из пряжи перчатку.Привлекательный блеск
Чрезвычайно тонкие, отдельные волокна имеют диаметр всего 25 микрометров, что примерно вдвое меньше толщины человеческого волоса. Стоссель вспоминает, что в его первых лабораторных прядильных машинах толщина волокна составляла 100 микрометров.
Это было слишком толсто для производства пряжи.В то время как волокна натуральной шерсти имеют крошечные чешуйки, поверхность волокон желатина гладкая. «В результате они имеют привлекательный блеск», — говорит Стоссель.
Более того, внутренняя часть волокон заполнена полостями, как показано на изображениях, сделанных исследователями под электронным микроскопом. Это также могло быть причиной хорошей теплоизоляции желатиновой пряжи, которую Штоссель смог измерить по сравнению с перчаткой из мериносовой шерсти.
Водостойкие волокнаГлавный недостаток желатина — его растворимость в воде. Stossel пришлось значительно улучшить водостойкость желатиновой пряжи с помощью различных стадий химической обработки.
Сначала он обработал перчатку эпоксидной смолой, чтобы более прочно скрепить желатиновые компоненты. Далее он обработал материал формальдегидом, чтобы он лучше затвердел.
Наконец, он пропитал пряжу ланолином, натуральным жиром для шерсти, чтобы сделать ее эластичной.Завершая диссертацию в ближайшие месяцы, Стоссель будет исследовать, как сделать волокна желатина еще более водостойкими. В этом отношении овечья шерсть по-прежнему превосходит желатиновую пряжу. Однако Стоссель убежден, что он очень близок к своей конечной цели: изготовлению биополимерного волокна из отходов.
Три года назад исследователи подали заявку на патент на свое изобретение. Стоссель объясняет, что они достигли точки, когда их возможности в лаборатории достигли предела, но коммерческое производство будет возможно только в том случае, если они смогут найти партнеров и финансирование.