Ett forskargrupp från National University of Singapore (NUS) Tekniska fakulteten har tagit fram en snabb, billig och grön metod för att konvertera bomullsbaserat tygavfall, som oönskade kläder, i mycket komprimerbara och ultralätta aerogeler i bomull. Forskarna demonstrerade också tillämpningen av detta nya material för att hålla militära vattenflaskor kalla och för effektiv kontroll av snabba blödningar.

Aerogels är bland de lättaste materialen i världen och är mycket porösa med stark absorptionskapacitet och låg värmeledningsförmåga. Dessa unika egenskaper gör aerogeler mycket lämpliga för applikationer inom områden som oljespillrengöring, personligvårdsprodukter som blöjor, och för värme- och ljudisolering. Medan aerogeler först skapades på 1930 -talet, de har inte blivit allmänt antagna av industrin på grund av höga produktionskostnader. NUS -teamet har framgångsrikt utvecklat aerogeler med bomullsfibrer som skördats från textilavfall.

Leds av docent Hai Minh Duong och professor Nhan Phan-Thien från Institutionen för maskinteknik vid NUS tekniska fakultet, forskargruppen upptäckte att de nya bomulls aerogelerna lätt kan komprimeras, och de kan också mycket snabbt återställa upp till 97 procent av sin ursprungliga storlek när de placeras i vatten.

"Denna nya miljövänliga bomullsgelgel är en stor förbättring från den aerogel som vårt team tidigare hade utvecklat med hjälp av pappersavfall. Den är mycket komprimerbar, därför kan lagring och transportkostnader minskas kraftigt. Vidare, dessa bomulls aerogeler kan tillverkas inom åtta timmar - det här är nio gånger snabbare än vår tidigare uppfinning, och cirka 20 gånger snabbare än nuvarande kommersiella tillverkningsprocesser. De är också starkare, vilket gör dem mer lämpliga för massproduktion. Även om vi har visat ny tillämpning av bomulls aerogeler för effektiv blödningskontroll och värmeisolering, vi kommer att fortsätta att utforska nya funktioner för detta avancerade material, sa docent Duong.

Effektiv kontroll av snabb blödning

Blödning, snabb förlust av blod, orsakas av skottskador eller andra djupt penetrerande skador, och kan ofta vara livshotande. Blödningskontrollanordningar används för att utöva internt tryck för att stoppa blödning och främja blodproppar.

Befintliga blödningskontrollanordningar består av en spruta fylld med små kapslar av cellulosabaserad svamp belagd med kitosan, ett naturligt blodproppsmedel som härrör från skal av räkor och andra kräftdjur. En spruta sätts in i såret för att frigöra kapseln, som expanderar och applicerar tryck på såret för att stoppa blodflödet. Dock, expansions- och absorptionshastigheterna för cellulosabaserade svampar är fortfarande relativt långsamma.

För att hantera dessa begränsningar, NUS-forskarna utvecklade mycket komprimerbara hybridbomullsuggelpellets som är mer effektiva än cellulosabaserade svampar för behandling av djupa hemorragiska sår. Pellets, bestående av en optimal blandning av bomulls- och cellulosa -aerogeler belagda med kitosan, är enkla och kostnadseffektiva att producera, och de kan enkelt integreras i en klinisk spruta som ska användas för blödningskontroll. Airgelpellets av bomull är också biokompatibla, därför kan de säkert administreras för behandling.

"Varje bomullsgelgelpellet kan expandera till 16 gånger sin storlek på 4,5 sekunder-större och mer än tre gånger snabbare än befintliga cellulosabaserade svampar-samtidigt som den behåller sin strukturella integritet. Bomulls aerogels unika morfologi möjliggör en större absorptionskapacitet, medan den komprimerbara naturen gör att materialet kan expandera snabbare för att utöva tryck på såret, "tillade Duong.

Resultaten för denna nya applikation publicerades i den vetenskapliga tidskriften Kolloider och ytor A i januari 2018.

Värmeisolering

En militärmatsal kan vanligtvis rymma en liter vatten och hålla en sval temperatur i cirka 30 minuter i ett tropiskt klimat. NUS -forskargruppen, i samarbete med DSO National Laboratories, utvecklat en lätt termisk jacka för att bibehålla temperaturen på isuppslamning - krossad is och flytande vatten - vid 0,1 till 1,0 grader Celsius i mer än fyra timmar. Den termiska jackan, som väger cirka 200 gram, består av ett bomullsagellagerskikt inbäddat i vanliga tyger för att ge värmeisolering.

Den bomullsgelgelisolerade militära matsalen erbjuder bättre värmeisoleringsprestanda jämfört med kommersiella isolerade vattenflaskor som FLOE-flaskor, och är mycket jämförbar med vakuumkolvar. Dock, FLOE -flaskor och vakuumkolvar är mycket tyngre och dyrare.

"Värmeisoleringsegenskapen för de nya bomulls aerogelerna kan appliceras på olika konsumentprodukter, t.ex. kylpåsar för att hålla matvarorna färska. Vi förutser också en enorm potential för andra applikationer med högt värde, såsom rörledningsisolering och transport av flytande naturgas som måste lagras vid låg temperatur, sa professor Nhan.