Новый метод производства нановолокон для масок от COVID-19

Исследователи из KAIST разработали новую технику производства нановолокон — «центробежное мультипрядение». Она открывает путь к безопасному и экономичному массовому производству высококачественных полимерных нановолокон.

Проблема существующих методов

Нановолокна — отличный материал для фильтров масок, так как их механическое взаимодействие с аэрозольными частицами позволяет улавливать более 90% вредных частиц (например, мелкой пыли или капель, содержащих вирусы). Однако основной метод их получения — электроспиннинг — имеет недостатки:

• Требует высокого напряжения и электропроводящей мишени.
• Это затрудняет безопасное и экономичное массовое производство.

Альтернатива — центробежное прядение, использующее центробежную силу вместо высокого напряжения. Оно безопаснее и дешевле, но его производительность ограничена, так как используется всего одна вращающаяся прядильная головка.

Новое решение

Исследовательская группа под руководством профессора До Хёна Кима разработала прядильную головку для центробежного мультипрядения. Её ключевая особенность — разделение вращающегося диска на три субдиска.

Результаты

• Новая система показала максимальную скорость производства до 25 грамм нановолокон в час.
• Это примерно в 300 раз выше, чем у обычного электроспиннинга.
• Такая производительность в лабораторных условиях соответствует изготовлению около 30 фильтров для масок в день.

Из полученных нановолокон были изготовлены маски, по эффективности фильтрации сопоставимые с корейскими масками стандартов KF80 и KF94 (отфильтровывают ≥80% и ≥94% вредных частиц соответственно).

Перспективы

По словам ведущего автора работы, аспиранта Бён Ын Квака, масштабирование системы с лабораторного до промышленного уровня позволит организовать крупномасштабное производство и значительно снизить стоимость фильтров для масок на основе полимерных нановолокон.

Исследование было опубликовано на обложке журнала ACS Macro Letters (том 10, номер 3) в марте 2021 года.