Fiber funktionalitet

Tysk tekstilteknik – stof til komposit-materiale

by

Jeg har været på tur, til det midttyske, nærmere bestemt; Køln og Aachen. Jeg har besøgt Tekstilteknik-instituttet i Aachen, med henblik på at etablere samarbejde, og sikke da et spændende sted!

Som navnet/logoet antyder, så er de virkelig tekniske, og har virkelig mange tekstil-maskiner. -Der dækker hele fremstillings-processen fra fremstilling af fibre af både syntetisk og biologiske polymerer, garnfremstilling, metervarefremstilling ved vævning, strik etc. og efterbehandling.

En af teknologier, de har diverse maskiner til, og hvilket jeg var ret imponeret over, er til at fremstille tekstiler til kompositter. Den store af deres maskiner kan man se in action herunder:

https://youtu.be/oFXUQGeg7Cc

Hele pointer er at lave såkaldt non-crimp stof; stof hvor de fibre, der skal give styrke til kompositterne, ikke bølger op-og ned som det gør i vævede og strikkede metervarer. I figur til venstre kan ses 3 forskellige typer stof, der bruges som fibre-styrkning af kompositter. Nonwoven stof, lavet af filament-fiber til venstre non-crimp stitched stof i midten og til højre; det traditionelt vævede stof.

 

 

Selve sammenstikningen kan gøre på et væld af forskellige måder, og sker ved en proces der mindre om en mange-nålet symaskine, der så kan sy enten lige ud eller zigzag.

På billedet til venstre ses forskellige måder at stikke/sy fiber-banerne sammen, og til højre et stykke stof, der er stukket sammen, formentlig af glasfiber.

 

 

 

 

 

Komposit-stof er jo typisk lavet af højstyrke-fibre som glasfiber, kulfiber eller aramid-fiber. -De kan ses som hvide, sorte eller gule fibre, på billedet til venstre. Når disse kompositstoffer fremstilles ved vævning, kan mønstrene blive virkelig flotte. Dels ved at benytte de kendte væveteknikker, som det kan ses i billedet til højre, dels ved at kombinere de forskellige fiber-typer.

 

Min interesse i ITAs kompositstof-maskiner bunder i at få fremstillet komposit-egnet stof af cellulose-filament. -Og få testet hvordan styrken af disse kompositter vil være i forhold til traditionelle kompositter.

Jeg har allerede været igang med manuelt at fremstille komposit-stof, og det er såmænd også blevet indstøbt i epoxy. Nu mangles der “bare” at få denne komposit styrke-testet (men, så skulle styrketester-udstyret flyttes, og så måtte den del af undersøgelsen desværre udsættes…:-/ Det lykkes vel på et tidspunkt…)

Der er ingen tvivl om at sådanne cellulose-fiber kompositter som udgangspunkt vil være svagere. -Men, sagen er jo at i mange tilfælde vil sådanne cellulose-filament kompositters styrke være fuldt tilstrækkelig; til interiør i biler eller huse, til møbler, til lampe, til skateboards og cykler..? Og hvad der især er vigtigt og spændende at have in mente er at cellulose-filamenter jo rent faktisk kan laves ret stærke, hvis man vil. Både med de allerede kendte og kommercialiserede cellulose fibre, der benyttes i for eksempel bildæk, men da især med de fibril-fibre som der aktuelt arbejdes vældig meget med i forskingen.

Der var MANGE andre seje maskiner dernede, ved ITA i Aachen: de må blive præsenteret  i senere indlæg. Og, det bliver da så spændende hvad det ender med at nørderne kommer til at arbejde sammen om:-)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Polyester – Egenskaber

by

Den tekstilbiologiske brevkasse fik et spørgsmål, som, i det store hele, lyder:

Jeg bryder mig ikke om stof med polyester – kan ikke komme af med varmen, det er underligt at røre ved – men – løbetøj er lavet af polyester – og lader varme passere.

Er det vævningen eller arten af polyester der gør forskellen?

Fra wiki; Polyester er en kategori af polymerer, som indbefatter den funktionelle gruppe kaldet ester i hovedkæden. Selvom der er mange polyestre, bruges termen polyester ofte til at betegne det specifikke materiale polyethylentereftalat (PET).

Som wiki antyder; polyester er et vidt begreb! Og, selv når vi begrænser det til polyesteren PET, så kan fibre af denne polymer fremstilles og funktionaliseres i det uendelige; kun fantasien (næsten) sætter grænser.

PET som tekstil materiale er som udgangspunkt hydrofobt (“bange” for fugt) eller oleofilt (“glad” for fedt/olie). PET fibre er altså ikke fugt-absorberende, i samme grad som naturfibre (bomuld, hør, uld (til dels) silke), eller som de regenererede fibre (viskose, tencel, mælke-fibre, etc). At PET fibre ikke binder fugt udnyttes til funktions/sports-tøj; fugten/sveden fra vor hud ledes bort fra huden, og kan fordampe fra tekstil-overfladen. Det er der en del marketings-folk, der har omsat til de fineste sci-fi high-tech illustrationer;-)

 

Overfladen af PET fibre kan øges ved at fibrene fremstilles tyndere, såkaldte mikrofibre. I figuren herunder refererer “micron” til diameteren af fibrene, målt i mikrometer. Tallene er selvfølgelige gennemsnitstal og/eller eksempel-størrelser. Det ses at mikrofibre er for eksempel halvt så tykke som bomuld.

Dertil kommer at “fugt-bortlednings-egenskaben” kan øges ved at fibrene formes med “kanaler” i fibrenes længde-retning. Når “fugt-bortlednings-egenskaben” er forbedres, omtales fibrene som “wicking“. Fibrenes “kanaler” kan formes på alverdens flippede måder, og fibrene markedsføres typisk under deres deres handles-navne. Eksempler er Coolmax™, der ses i figuren herunder; “ovale” fibre, i tværsnit, med 4-6 kanaler i længde-retningen…

-eller de såkaldte 4DG™, der tager det der med kanaler i fiber-længderetningen til ekstremer;-)

 

 

 

 

 

 

 

 

Når PET fibre ikke binder fugt, betyder det ofte at de også er statisk elektriske. Fugt, der er bundet i fibre, kan være en af de måder elektroner kan “bindes” og “vandre” i materialet; Derved kan det undgås at den statiske elektricitet opbygges, og der springer gnister.

Statisk elektricitet kan være særdeles irriterende, men også direkte skadeligt, hvis PET tekstiler benyttes nær elektriske installationer. -Derfor er der selvfølgelig udviklet et væld af metoder til at reducere statisk elektricitet i syntetiske fibre. En af måderne er at tilsætte fugt- eller elektron-bindende stoffer til polyester-pærevællingen, inden denne formes til fibre. Lidt som når der tilsættes krydderier til pasta-dejen, inden der presses spagetti;-)

Der findes et væld af tilsætningsstoffer, der kan funktionalisere PET fibre, og for eksempel “fixe” denne uheldige egenskab ved PET, at statisk elektricitet opbygges; aske, mineraler, kulstof…

Så, når man oplever ens PET-beklædning som noget hvor man ikke “kan komme af med varmen” og at PET “er underligt at røre ved”, så er det jo nok fordi man ikke har været ambitiøs i design-fasen; defineret hvad man ønsker at ens tekstile produkt skal kunne… (eller, man har været knivskarp på at definere at det PET stof der benyttes skal være billigt og se godt ud). For eksempel kan der være benyttet stof der består af for tykke PET fibre, eller der er benyttet PET fibre uden den rette antistatiske funktionalisering. Ofte er PET et yndet materiale til fashion beklædning, fordi det er “let at arbejde med” (der er for eksempel ikke årstids-variation, som der kan være ved naturfibre) og det er billigt at fremstille, krymper ikke, og kan let og billigt fremstilles med de fineste (mode-)farver og mønstre. Metervarerne til fashion beklædning er ofte valgt på grund af pris og udseende, og ikke efter funktionalitet. Modsat forholder det sig med PET til sports- og funktionstøj; her benyttes PET fibre der er fremstillet til “at kunne” noget. Wicking, fugt-transporterende, anti-odor, anti-bakterielle, anti-statisk, bygge-frastødende, brand-hæmmende… you name it…

At “funktionelt påklædning” er forvist til sports- og arbejdstøj er lidt ærgerligt; Hvis jeg kunne bestemme, så skulle der afgjort være mere dagligdags påklædning, der er funktionaliseret meget mere efter at det skal have en funktionalitet ud over at være billigt og “se moderne ud”.

 

 

Umorfil® skjorte-stof

by
Yes!
Efter længere tids ben-arbejdet, inklusiv møde med forretnings-folkene og forskerne bag materialet, ved årets Premiere Vision i Paris, har jeg såmænd modtaget en flok meter af det fineste vævede stof, indeholdende Umorfil®; Viskose, “beklædt” med kollagen-protein fra fiskeskæl.
Ud over at indeholde 20% Umorfil®, består det af 60%hør og 20% Tencel®. LÆKKER kombi:-)
-nu skal der analyseres og undersøges og testes. Og jeg skal have nogen til at sy mig en efterfølger for min trofaste Levis commuter skjorte. Og nogen til at bistå med at få det farvet. -Bleget hvid er ikke rigtig mig…;-) Og, det er da også for spændende en opgave, at undersøge hvordan dette bionic materiale tager imod tekstilfarver, til at lade vær’:-)

Jeg har tidligere kort omtalt dette spændende material her, i forbindelse med omtale af alle de spændende man-made protein-fibre, der popper op, derude. Umorfil® er jo ikke egentlig en protein-fiber. I marketings-jargon hedder det:

“UMORFIL® viscose is the first fiber which combines both animal and botanic features”.

Umorfil® er altså en kombination af cellulose og protein, plante biomolekyle og animalske biomolekyler. -Alle klassiske klassifikations-skemaer må dermed kapitulere, i forhold til at få indpasset Umorfil®:-)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Den måde, hvorpå “beklædningen” af viskose-fibrene, med kollagen-protein, rent teknisk og molekylært finder sted, er omgæret med inspirerende hemmelighed… Alle mulige fede buzz-words benyttes; Biomimetic, supramolecular material, biotechnology, biomimicry, engineering… -Jeg er selvfølgelig godt igang med at finde ud af hvad det EGENTLIG betyder;-) Det er svært spændende, for en nørd som jeg:-)

Specifikationerne for materialet er særdeles imponerende, i forhold til funktionalitet ved hud-kontakt:
Og på behørig vis er der udviklet den fineste consumer-facing grafik, til at kommunikere disse tekniske specifikationer.
What’s not to like:-)
Skjorten, der skal syes, er en remake af Levis commuter skjorte, som jeg har brugt flittigt i et par år, efterhånden, og som har været en trofast del af min workwear uniform; den kan man læse meget mere om her.  http://tekstilbiologi.dk/decision-fatigue-avoidance-work-uniform/
Farvning af stoffet bliver virkelig spændende. Både fordi Umorfil® består af både protein og cellulose, og fordi stoffet består af en ret go’ andel hør. Hør er jo kendt for at tage lidt ringere imod farven, end andre cellulose fibre, da fibrene typisk har en højere grad af krystalinitet.
Det vil tiden alt samme vise!
Hvis nogen har lyst til at samarbejde, og lege med, så meld jer endelig:-)
-Ellers, stay tuned, og følg med fra sidelinjen.

Farvning af tekstiler

by

Farvning af tekstiler er et KÆMPE område, der er særdeles spændende og komplekst… – Guf for en tekstilbiolog:-) Så, dette indlæg er del 1 af en helt sikkert længere række af indlæg;-)

I weekenden lavede vi arbejdende værksted ved Bæredygtighedsfestivallen i Aalborg; farvning af “skaterhuer” eller “bandana-tørklæde”, med mikroovns farvning med reaktive farver. Både “skaterhue” og “bandana” er syet af genanvendte Bombus-tekstiler, nemlig bomulds-undertrøjer og bomulds-lagner der ikke længere kan benyttes ved de danske hospitaler.

 

Forud for dette arrangement har der været en særdeles spændende proces med overhovedet af få ideen (Tak til de seje og dygtige studerende ved tekstilformidler-uddannelsen i Herning!), undersøge principperne ved mikroovns-farvning, undersøge egenskaberne ved de forskellige reaktiv-farvestoffer, afprøve forskellige varianter på diverse protokoller, og få “skåret” et egnet “koncept”, der kan tages med “ud af huset”.

Vi benyttes, som sagt, reaktiv-farver til farvning, nærmere bestemt remazol-farver, eller vinyl sulfon farvestoffer. Det finurlige ved reaktiv farverne er at de, ud over at bestå af selve farvepigmentet, også består af en “reaktiv gruppe”; denne “reaktive gruppe” er et håndtag til at farven kan binde, rent kemisk, til tekstil-fibre.

De kemiske “reaktive grupper” kan for eksempel være en dichlorotriazine eller en vinylsulfonyl gruppe; dichlorotriazine-gruppen benyttes ved de såkaldte “procion” farve-stoffer, og kan ses øversl i figuren herunder. Vinylsulfonyl gruppen indgår i remazol-farvestofferne, og kan ses nederst i figuren herunder:

 

 

Et reaktiv farvestof består altså at både pigment-delen og den reaktive gruppe; Herunder ses remazol farvestoffet Brilliant Blue R, hvor den reaktive gruppe er “S-kæden” til højre i billedet.

Og når vi nu alligevel er igang med molekylerne, tillader jeg mig lige at vise også et (2) billede(r) af cellulose-molekylet:-) -Fordi det er så fint, og for at vise hvor de 3 -OH grupper findes, på hver af “sukker”-delene på cellulose-molekylet. OH-grupperne er lige præcis det sted som farvestofferne reagerer med. Og er også den gruppe, der kan modificeres ved “acetylering” af cellulose, til cellulose acetat. -Og som kan modificeres ved kationisering, som jeg har beskrevet i indlægget om “salt-fri farvning af bomuld, med reaktiv farve“.

 

Når der så skal farves uld, silke eller andre protein-fibre, er det en helt anden kemi, der er i spil.

-Det kommer der (formentlig) mere om senere:-)

Superwash (“anti-felt”) behandling af uld

by

Uld kradser. Eller retter; NOGET uld kradser. Der er nemlig stor forskel på forskellige typer ulds tilbøjelighed til “at kradse”. Dertil komme at uld kan behandles, under forædlingen af rå uld til tekstilfiber, så ulden ikke længere kradser helt så meget. Denne type behandles kendes som superwash behandling eller anti-felt behandling. Når ulden efter-behandles på denne måde, bevirker det nemlig både at den kradser mindre, men også at den bedre tåler maskinvask, uden at krympe.

Grunden til at uld krymper ved vask, og kradser, skyldes den fysiske opbygning af uld-fiberen. Overfladen er særdeles ru, da den er opbygget med en skæl-struktur, der mindre hvordan tagsten lægges.

På billedet herover ses forskellige tekstile fibre i forstørrelse (ved hjælp af skanning elektron mikroskopi). Der ses tydelig “skæl-struktur” for de forskellige uld-typer, corse (grov), fine, alpaca, cashmere, og denne skælstruktur er især påfaldende for uld-fibrene, når man sammenligner med de andre fiber-typer; silke, linen (hør), cotton (bomuld) og polyester.

Det ses også at der er forskel på størrelsen af skællene på de forskellige uld-fibre, og at fibrene har forskellig tykkelse. Skællene er dem, der bevirker at det kan opleves at uld “kradser”, og at uld krymper ved vask; skællene virker simpelthen som modhager, så fibrene filter sammen.

Derfor, når man forsøger at modvirke at uld kradser og krymper, arbejder man ud fra princippet for at få formindsket skællene. Dette kan gøres på forskellige måder;

  • formindske skællene ved at nedbryde dem, kemisk eller enzymatisk.
  • “coate” fiber-overfladen, så der lægges en tynd hinde hen overskæl-strukturen.

Kemisk formindskelse af skællene har typisk været udført med klor eller basisk væske. Begge behandlinger kendes som værende ganske miljøbelastende, især hvis der ikke er ordnede forhold for spildevands-rensning. Den enzymatiske formindskelse af uldens skæl kendes som for eksempel bio-poolishing, og betragtes som værende mere miljøvenlig. Her benyttes enzymer fra for eksempel Novozymes, til at nedbryde spidserne på skællene, så de ikke er så skarpe længere.

Coating af uld-fibre, hvor der lægges en tynd hinde rundt om hver enkelt uld-fiber, kan benyttes sig af forskellige polymere til at coat’e fibrene.

Dilling, dansk producent af økologisk undertøj, har lavet en fin, pædagogisk grafisk fremstilling af princippet for de forskellige behandlinger af uld-fibrene.

Coat’ede uldfibre opleves typisk som værende blødere end kemisk og/eller enzymatisk behandlede fibre, da modhagerne er helt dækkede. Til gengæld mistes også nogle af ulds andre gode egenskaber, nemlig evnen til at binde fugt og modvirke sved-lugt. -Og, der er en tilbøjelighed til at coatingen/hinden vaskes af, med tiden, så man kan opleve at ens yndlings-uldtrøje lige pludselig krymper ved vask, efter at være blevet vasket uden problemer masser af gange…

 

I forhold til coating af uld-fibrene, sker der spændende teknologiske landvindinger; Schoeller-gruppen vandt således i 2013 Outdoor Industry Award 2013 GOLD prisen for deres chlorine-free EXP 4.0 machine-washable treatment. 

Princippet for Schoellers EXP-metode illustreres i denne figur:

 I stedet for at overtrække hele fiberen med en vand-holding hinde, “beklædes” kun de steder på uldfiberen hvor modhagerne/skællene er. Det beskrives på Schoellers webside at der benyttes ecological polymer i micro patches. Af deres webside fremgår det at EXP is the first wool finishing process in the world to meet the strict criteria of the “bluesign®” and “Global Organic Textile (G.O.T.S)” standards, and it also conforms with the “Öko-Tex standard”.

 

 

 

 

Tekstilfibre af lab-fremstillede (rekombinante) proteiner

by

2015-07-24-1437765014-8619988-boltthreads-thumb

At proteiner kan spindes (i betydningen; fiberfremstilles) af mennesker, til tekstile fibre, er på ingen måde nyt. Faktisk startede det for et par århundreder siden, da man eksperimenterede med vådspinding af de såkaldte Azlons; regenererede/fremstillede tekstilfibre af protein. -Den tekstilfiber, der formentlig er bedst kendt, er mælkeprotein-fiberen, men også sojaproteinfiber og majsproteinfiber er ret let at skaffe sig, fx i velassorterede garn-forretninger. I sin tid skrev jeg en lille artikel om mælkeprotein-fibrene.

Istedet for at benytte proteiner fra fx køer, sojaplanter eller majskolber, er der efterhånden stadig flere beretninger om laboratorie-fremstilling af protein til tekstilfibre. Protein-fibre kender vi jo i forvejen som særdeles komfortable materialer til beklædning; både uld og silke er protein-fibre. Uld og silke er naturlige tekstilfibre. Ved at fremstille protein til fiberfremstilling i bioreaktorer, behøver vi ikke “dyrke” får eller silkeorme, for at høste deres fibre. Derved muliggøres mere miljøvenlig og dyre-etisk fremskaffelse af udgangsmaterialet for tekstiler. Man kan snildt forestille sig at også de ovenfor nævnte azlon-proteiner, kasein, soja-protein og majs-protein, kan fremstilles rekombinant vha mikroorganismer, i stedet for at skulle “dyrke” henholdsvis køer, sojaplanter eller majs.

SPIBER_LOGO

Det japanske firma Spiber fremstiller edderkoppesilkeprotein vha bakterier; såkaldt rekombinant udtryk af protein (på samme måde som fx insulin til mennesker kan fremstilles vha bakterier). Dette materiale af edderkoppeprotein benyttes til at fremstille tekstilfibre, og sammen med firmaet North Face er der blevet  fremstillet en parka.

north-face-moon-parka-4

North Face – Spiber Moon Parka Jacket – Synthetic Spider Silk Fabric …

nav.logo

Foretagenet Bolt Threads fremstiller også protein vha bakterier, for eksempel silkeprotein, med henblik på at kunne producere silkeprotein i stor skala, og med mulighed for at modificere proteinet.

Screen Shot 2016-05-06 at 23.57.30

Når proteiner fremstilles på denne måde, i bioreaktorer vha bakterier eller gær, er der uanede muligheder for at ændre på proteinet, så det får nye egenskaber. Et mere ekstremt eksempel er modificering af silke-proteinet så det blev selvlysende, ved at koble sekvensen for GFP til sekvensen for fibroin, inden dette kombi-protein blev udtrykt af mikroorganismer (omtalt i dette indlæg).

Fluorescent-Cocoons-Crop

Også firmaet Kraiglabs fremstiller protein, der har ændrede egenskaber, i forhold til naturlig silke; det såkaldte Monster Silk™

logo

KraigLabs fiber er fremstillet af protein der er en “blanding” af edderkoppens og silkeormens silke. De har blandet opskriften (sekvensen) fra de 2 proteiner, og får fibrene fremstillet ved hjælp af transgene silkeorm.

monster-spider-silk-moths

Ved at blande sekvenserne fra de 2 naturlige silkespindere, edderkop og silkeorm, opnår firmaet en markant stærkere og mere fleksibel fiber en kommercielt tilgændeligt silke.

Spændende at se hvad fremtiden bringer!