Een onderzoeksteam van de faculteit Ingenieurswetenschappen van de National University of Singapore (NUS) heeft een snel, goedkope en groene methode om op katoen gebaseerd textielafval om te zetten, zoals ongewenste kleding, in zeer samendrukbare en ultralichte katoenen aerogels. De onderzoekers toonden ook de toepassing van dit nieuwe materiaal aan om militaire waterflessen koud te houden en voor een effectieve controle van snel bloeden.

Aerogels behoren tot de lichtste materialen ter wereld en zijn zeer poreus met een sterk absorptievermogen en een lage thermische geleidbaarheid. Deze unieke eigenschappen maken aerogels zeer geschikt voor toepassingen in onder meer het reinigen van olievlekken, persoonlijke verzorgingsproducten zoals luiers, en voor warmte- en geluidsisolatie. Terwijl aerogels voor het eerst werden gemaakt in de jaren dertig, ze zijn niet op grote schaal door de industrie overgenomen vanwege de hoge productiekosten. Het NUS-team heeft met succes een pioniersrol vervuld bij de ontwikkeling van aerogels met behulp van katoenvezels die zijn geoogst uit textielafval.

Onder leiding van universitair hoofddocent Hai Minh Duong en professor Nhan Phan-Thien van de afdeling Werktuigbouwkunde van de NUS-faculteit Ingenieurswetenschappen, het onderzoeksteam ontdekte dat de nieuwe katoenen aerogels gemakkelijk kunnen worden samengeperst, en ze kunnen ook zeer snel tot 97 procent van hun oorspronkelijke grootte herstellen wanneer ze in water worden geplaatst.

"Deze nieuwe milieuvriendelijke katoenen aerogel is een grote verbetering ten opzichte van de aerogel die ons team eerder had ontwikkeld met papierafval. Het is zeer samendrukbaar, vandaar dat de opslag- en transportkosten aanzienlijk kunnen worden verlaagd. Verder, deze katoenen aerogels kunnen binnen acht uur worden gefabriceerd - dit is negen keer sneller dan onze eerdere uitvinding, en ongeveer 20 keer sneller dan de huidige commerciële fabricageprocessen. Ze zijn ook sterker waardoor ze meer geschikt zijn voor massaproductie. Hoewel we een nieuwe toepassing van de katoenen aerogels hebben aangetoond voor effectieve bloedingscontrole en warmte-isolatie, we zullen doorgaan met het verkennen van nieuwe functies voor dit geavanceerde materiaal, " zei universitair hoofddocent Duong.

Effectieve controle van snel bloeden

Bloeding, het snelle bloedverlies, wordt veroorzaakt door schotwonden of ander diep doordringend letsel, en kan vaak levensbedreigend zijn. Hulpmiddelen voor bloedingscontrole worden gebruikt om interne druk uit te oefenen om het bloeden te stoppen en de bloedstolling te bevorderen.

Bestaande hulpmiddelen voor het beheersen van bloedingen omvatten een injectiespuit gevuld met kleine capsules van een spons op cellulosebasis bedekt met chitosan, een natuurlijk bloedstollingsmiddel afgeleid van de schelpen van garnalen en andere schaaldieren. Er wordt een spuit in de wond gestoken om de capsule vrij te geven, die uitzet en druk uitoefent op de wond om de bloedstroom te stoppen. Echter, de uitzettings- en absorptiesnelheden van op cellulose gebaseerde sponzen zijn nog relatief traag.

Om deze beperkingen aan te pakken, de NUS-onderzoekers ontwikkelden sterk samendrukbare hybride katoenen aerogelpellets die effectiever zijn dan op cellulose gebaseerde sponzen voor de behandeling van diepe hemorragische wonden. de korrels, bestaande uit een optimale mix van katoen en cellulose aerogels gecoat met chitosan, zijn eenvoudig en kosteneffectief te produceren, en ze kunnen eenvoudig worden geïntegreerd in een klinische spuit om te worden gebruikt voor bloedingscontrole. De katoenen aerogelkorrels zijn ook biocompatibel, daarom kunnen ze veilig worden toegediend voor behandeling.

"Elke katoenen aerogelpellet kan in 4,5 seconden tot 16 keer zijn grootte uitzetten - groter en meer dan drie keer sneller dan bestaande op cellulose gebaseerde sponzen - terwijl ze hun structurele integriteit behouden. De unieke morfologie van de katoenen aerogels zorgt voor een grotere absorptiecapaciteit, terwijl de samendrukbare aard het materiaal in staat stelt sneller uit te zetten om druk uit te oefenen op de wond, ", voegde Duong eraan toe.

De bevindingen voor deze nieuwe toepassing zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Colloïden en oppervlakken A in januari 2018.

Warmte-isolatie

Een militaire kantine kan doorgaans één liter water bevatten en in een tropisch klimaat ongeveer 30 minuten koel blijven. Het NUS-onderzoeksteam, in samenwerking met DSO Nationale Laboratoria, ontwikkelde een lichtgewicht thermische jas om de temperatuur van ijsslurry - gemalen ijs en vloeibaar water - gedurende meer dan vier uur op 0,1 tot 1,0 graad Celsius te houden. De thermische jas, die ongeveer 200 gram weegt, bestaat uit een katoenen aerogellaag die is ingebed in veelgebruikte stoffen om warmte-isolatie te bieden.

De katoenen aerogel-geïsoleerde militaire kantine biedt betere warmte-isolatieprestaties in vergelijking met commerciële geïsoleerde waterflessen zoals FLOE-flessen, en is zeer vergelijkbaar met die van vacuümflessen. Echter, FLOE-flessen en thermosflessen zijn veel zwaarder en duurder.

"De warmte-isolerende eigenschap van de nieuwe katoenen aerogels kan worden toegepast op verschillende consumentenproducten, zoals koeltassen om etenswaren vers te houden. We voorzien ook een enorm potentieel voor andere hoogwaardige toepassingen, zoals pijpleidingisolatie en vervoer van vloeibaar aardgas dat bij een lage temperatuur moet worden opgeslagen, zei professor Nhan.