RESEARCH FORUM 2014RESEARCH FORUM 2014ŠTRUKTURÁLNA POMOC EÚ PRE VÝSKUM A INOVÁCIE – ŠTRUKTURÁLNA POMOC EÚ PRE VÝSKUM A INOVÁCIE – EFEKTY, PRÍLEŽITOSTI A RIZIKÁEFEKTY, PRÍLEŽITOSTI A RIZIKÁVYSOKÉ TATRY, 9.-11.apríl 2014VYSOKÉ TATRY, 9.-11.apríl 2014

NANOTECHNOLÓGIE V TEXTILE A NANOTECHNOLÓGIE V TEXTILE A VÝSKUM INTELIGENTNÝCH ODEVOVVÝSKUM INTELIGENTNÝCH ODEVOV

VÚTCH-CHEMITEX, spol. s r.o., ŽilinaVÚTCH-CHEMITEX, spol. s r.o., Žilina

Ing. Jozef Šesták, CSc., Ing. Ľudmila Balogová

Názov projektu: Výskum technológií a výrobkov pre Inteligentné Výskum technológií a výrobkov pre Inteligentné a TECHnické TEXtílie a TECHnické TEXtílie ( (VY-INTECH-TEXVY-INTECH-TEX))

2

Termín riešenia: 01/2011 – 12/2014

Koordinátor projektu: VÚTCH-CHEMITEX, spol. s r. o., Žilina

Spoluriešiteľ: Elektrotechnická fakulta, Žilinská univerzita v Žiline

Katedra telekomunikácií a mutimédií

Katedra teoretickej elektrotechniky a biomedicínskeho inžinierstva,

2

Podporujeme výskumné aktivity na Slovensku / Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ

3

Aktivita 1.1: Výskum prípravy a aplikácie špeciálnych nanosólov využitím nízkoteplotnej plazmy pre úpravu textílií.

Aktivita 1.2: Výskum aplikácie nízkoteplotnej plazmy pre zvýšenie úžitkových vlastností technických textílií.

Aktivita 1.3: Výskum v oblasti textilnej humánnej ekológie a životného cyklu výrobkov.

Aktivita 2.1: Výskum prípravy inteligentných textílií.

Charakteristika predmetu projektu:Charakteristika predmetu projektu:

4

Aktivita 1.1Aktivita 1.1 „Výskum prípravy a aplikácie špeciálnych nanosólov „Výskum prípravy a aplikácie špeciálnych nanosólov využitím nízkoteplotnej plazmy pre úpravu textílií.“využitím nízkoteplotnej plazmy pre úpravu textílií.“

Ciele:

- výskumné overenie prípravy elektrovodivých, hydrofilných a antimikrobiálnych nanosólov s využitím organosilánov a aditivovaných nanočastíc,

- výskumné overenie vplyvu nízkoteplotnej plazmy na predúpravu povrchu textílií pred jeho nanoštrukturalizáciou nanosólmi,

- aplikácia výskumne pripravených nanosólov za účelom zmeny povrchových vlastností textílií: elektrických vlastností, hydrofilných vlastností a zvýšenia odolnosti voči baktériám,

5

Príprava nanosólového zošľachťovacieho

roztoku

Alkoxidová metódaHydrolýza / kohydrolýza alkoxidov a

alkoxysilánov

Aditivovanie nanoaditívom

Impregnácia / záterNános sólu na textíliu

Tvorba funkčnej vrstvy na povrchu textílie

Horúci vzduch / UV / katalyticky

(polykondenzácia – zosietenie)

Sól / alkosól

Xerogél

Funkčný sól

Funkčná nanoštruktúra na povrchu textílie vytvorená anorganicko–organickým komplexom

Sól-gél technika

6

Porovnanie vplyvu CNT nanotrubíc (obr. hore) a elektrovodivého aditíva(mikročastice) , Porovnanie vplyvu CNT nanotrubíc (obr. hore) a elektrovodivého aditíva(mikročastice) , (obr.dole) na zmenu povrchového elektrického odporu textílií.(obr.dole) na zmenu povrchového elektrického odporu textílií.

7

Makroštruktúra povrchu 100 % bavlnenej textílie upravenej elektrovodivým nanosólom elektrovodivým nanosólom

s podielom elektrovodivých sadzís podielom elektrovodivých sadzí

Makroštruktúra povrchu PES/bavlna textílie po aplikácii elektrovodivého

nanosólu s podielom elektrovodivých sadzí.

8

Porovnanie hodnoty vzlínavosti na PES textílii predupravenej plazmou, upravenej HFIL nanosólom a po údržbe praním.

0

10

20

30

40

50

60

70

10 20 30 60 300 600 900 1800

doba nasiakania [s]

vý

šk

a s

tĺp

ca

[m

m]

Čas nasiakania kvapaliny (s)

Hod

nota

vzl

ínav

osti

(mm

)

0

10

20

30

40

50

60

70

10 20 30 60 300 600 900 1800

585 PES Plazma 350W/60s 591 PES 591 PES po praní 585 PES plazma po praníplazmovaná PES textília, upravená,nepraná

0

10

20

30

40

50

60

70

10 20 30 60 300 600 900 1800

585 PES Plazma 350W/60s 591 PES 591 PES po praní 585 PES plazma po praní PES textília, upravená HFIL, pred praním

0

10

20

30

40

50

60

70

10 20 30 60 300 600 900 1800

585 PES Plazma 350W/60s 591 PES 591 PES po praní 585 PES plazma po praní PES textília, upravená HFIL, po praní

0

10

20

30

40

50

60

70

10 20 30 60 300 600 900 1800

585 PES Plazma 350W/60s 591 PES 591 PES po praní 585 PES plazma po praníplazmovaná PES textília, upravená, po praní

9

SEM snímky PES vlákna neupraveného (vľavo) a upraveného hydrofilným nanosólom hydrofilným nanosólom (vpravo a dole).

10

Ciele:

- výskumné overenie technológie prípravy zmesných priadzí, na báze štandardných a špeciálnych elektrovodivých vlákien, za účelom ich využitia pri príprave inteligentných textilných senzorov,

- výskum technológie prípravy textilných senzorov na báze elektrovodivých priadzí a ich implementácia do inteligentných odevov

- príprava funkčných vzoriek inteligentných odevov so zabudovanými mikroelektronickými prvkami, komunikačným rozhraním a terminálom s používateľským rozhraním pre interpretáciou nameraných biodát,

- návrh technológie prípravy inteligentného odevu a overenie jeho využitia v systéme prenosu biomedicínskych dát.

Aktivita 2.1 „Výskum prípravy inteligentných textílií.“Aktivita 2.1 „Výskum prípravy inteligentných textílií.“

Multidisciplinárny výskum

Textilné materiály Komunikačné technológie

- špeciálne vlákna- elektricky vodivé

priadze- textilné senzory

- špeciálne vlákna- elektricky vodivé

priadze- textilné senzory

- mikrosystémy - bezdrôtová mobilná

komunikácia- spracovanie informácií

- mikrosystémy - bezdrôtová mobilná

komunikácia- spracovanie informácií

- monitoring fyziologických funkcií a zdravotného stavu človeka

- monitoring fyziologických funkcií a zdravotného stavu človeka

Telemedicína

Progresívne inteligentné biomedicínske odevy, Progresívne inteligentné biomedicínske odevy, „„smart“ materiály , „inteligentné“ textílie smart“ materiály , „inteligentné“ textílie

(elektronické textílie, e-textílie)

Progresívne inteligentné biomedicínske odevy, Progresívne inteligentné biomedicínske odevy, „„smart“ materiály , „inteligentné“ textílie smart“ materiály , „inteligentné“ textílie

(elektronické textílie, e-textílie)

11

Základné fyziologicko-funkčné signály:Základné fyziologicko-funkčné signály:

-aktivita svalstva (dýchanie),

-aktivita srdca (elektrokardiogram - EKG),

-aktivita nervového systému (elektroencefalogram - EEG),

-telesná teplota,

-a ďalšie impulzy.

Mobilné monitorovanie fyziologických funkcií človeka Mobilné monitorovanie fyziologických funkcií človeka pomocou inteligentných odevov umožňuje:

-snímať (monitorovať)

-zaznamenávať

-spracovávať

-prenášať

namerané životné fyziologicko-funkčné signály.

12

13

Prototyp inteligentného odevu Prototyp inteligentného odevu

Predný diel: Zadný diel: 1. LED zobrazovacia jednotka stavu pacienta

2. Napájacie a dátové vodiče LED zobrazovacej jednotky

3. Senzor dýchania (spirometer)

4. Napájacie a dátové vodiče senzora dýchania

5. Spoločná elektr. uzemnenia

6. Senzor snímania teploty

7. Napájacie a dátové vodiče senzora teploty

8. 8L/8R senzory kapacitného snímania EKG

9. Napájacie a dátové vodiče senzora EKG

10. Kontaktné pole textil-kov (pripojenie senzorov a zobrazovacej jednotky k riadiacej elektronike

Na výrobu textilných senzorov, dátových a napájacích káblov sa používajú špeciálne typy priadzíšpeciálne typy priadzí, ktoré vo svojej konštrukcii obsahujú vlákna s vysokou vlákna s vysokou elektrickou vodivosťouelektrickou vodivosťou ktoré znižujú elektrický odpor na rozhraní pokožka – elektróda:

14

- kovové vlákna: napr. vlákna z nehrdzavejúcej ocele, medené vlákna, ...

- pokovované vlákna: napr. postriebrené polyamidové vlákna, ...

- vlákna obsahujúce dispergované fázy vodivých materiálov napr. uhlíka, ...

Elektrická vodivosť – základné kritérium Elektrická vodivosť – základné kritérium funkčnosti inteligentného odevufunkčnosti inteligentného odevu

Technológia prípravy Technológia prípravy zmesných elektrovodivých priadzí zmesných elektrovodivých priadzí na báze na báze štandardných a špeciálnych elektrovodivých vlákienštandardných a špeciálnych elektrovodivých vlákien

Použité strojné zariadenie:Multifunkčné zosúkavacie zariadenie DirecTwist 2B

Technológia výroby zmesných priadzí:

- príprava dvoj-, troj-, viaczložkových zmesných priadzí technológiou zosúkavania štandardných (ba, PP, PES, PA, Lycra) a špeciálnych elektrovodivých vlákien/priadzí do jednej elektricky vodivej zmesnej priadze.

15

- dosiahnutý elektrický odpor vyvinutých zmesných elektrovodivých priadzí : 130-270 130-270

(v závislosti od typu priadze a počtu vodivých vlákien v priadzi)

Etapa 02Podetapa 2.3

- overenie spracovateľnosti elektrovodivých priadzí do sortimentu hladkých jednolícnych záťažných hadicových pletenín a krytých jednolícnych záťažných hadicových pletenín,

- príprava rôznych typov a veľkostí textilných senzorov technológiou šitia,

- elektrický odpor textilných senzorov: 1 dosiahnutý v závislosti od počtu vodivých vlákien, typu textilného senzora a smeru merania elektrického odporu.

Príprava Príprava textilných senzorovtextilných senzorov

16

Etapa 02Podetapa 2.3

Snímanie EKG signálu pomocou Snímanie EKG signálu pomocou textilných senzorovtextilných senzorov

17

- z povrchu pôvodnej aktívnej elektródy na meranie EKG signálu bola odstránená vrstva medi (Cu), ktorá bola nahradená textilným senzorom (obrázok 1),

- textilný senzor bol s elektronickou časťou prepojený pomocou elektrovodivej priadze (obrázok 2).

Obr. 1: Aktívna elektróda s Cu vrstvou (vľavo) a textilným senzorom (vpravo)

Obr. 2: Doska plošných spojov - prepojenie textilného senzora (líc)

s elektronikou (rub).

Etapa 02Podetapa 2.3

Vyhodnotenie EKG signálu snímaného Vyhodnotenie EKG signálu snímaného textilným senzoromtextilným senzorom

18

Obr. 3: Nameraný EKG signál (signál hore) pomocou aktívnej elektródy s textilným senzorom.

Nahradením medenej vrstvy aktívnej elektródy textilným senzorom je možné získať EKG signál vyhovujúcej kvality a teda použitý textilný senzor vykazuje požadované

funkčné vlastnosti.

19

Systémy e-zdravotníctva určené pre monitoring zdravotného stavu, prioritne starších ľudí, predstavujú v súčasnej dobe aj v budúcnosti technológie s vysokým potenciálom. Demografické prognózy predpokladajú nárast počtu obyvateľov na Zemi, vo veku nad 60 rokov, do roku 2050 na viac ako 2 miliardy ľudí.

Využitie inteligentných textílií v zdravotníctve umožňuje zlepšenie podmienok monitorovania pacientov najmä s chronickým chorobami a umožňuje znížiť náklady na zdravotnú starostlivosť o týchto pacientov.

Inteligentné textílie a odevy sú jednou z priorít výskumu a vývoja 21. storočia v oblasti zdravotníctva, komunikačných technológií a textilného a odevného priemyslu.

Záver:Záver:

Rozvoj aplikácie nanotechnológií je v súčasnosti high-tech trendom vo svete. Naše priebežné výsledky potvrdzujú, že prostredníctvom nanoštrukturalizácie povrchu textílií, je možné dosiahnuť zásadnú zmenu ich funkčných a úžitkových vlastností.

Z hľadiska environmentálneho je veľkým prínosom využitie sól-gél techniky pre prípravu nanosólov na báze anorganických zlúčenín, organosilánov, oproti v súčasnosti používaným organickým zlúčeninám často ohrozujúcim zdravie človeka.

This contribution was worked out in the frame of solution of the project „Research of technologies and products for smart and technical textiles (VY-INTECH-TEX), ITMS code 26220220134 with financial support of the European Regional Development Fund (ERDF) and Ministry of Education, Science,

Research and Sport of the Slovak Republic on the base of contract No. 137/2010/2.2/OPVaV.

Podporujeme výskumné aktivity na Slovensku/ Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ

ACKONOWLEDGEMENT

Ďakujeme za pozornosťĎakujeme za pozornosťĎakujeme za pozornosťĎakujeme za pozornosťjozef.sestak@vutch.skjozef.sestak@vutch.sk

balogova@vutch.skbalogova@vutch.sk