Un gruppo di ricerca della Facoltà di Ingegneria della National University of Singapore (NUS) ha ideato un veloce, metodo economico ed ecologico per convertire gli scarti di tessuto a base di cotone, come indumenti indesiderati, in aerogel di cotone altamente comprimibili e ultraleggeri. I ricercatori hanno anche dimostrato l'applicazione di questo nuovo materiale per mantenere fredde le bottiglie d'acqua militari e per un controllo efficace dell'emorragia rapida.

Gli aerogel sono tra i materiali più leggeri al mondo e sono altamente porosi con una forte capacità di assorbimento e una bassa conduttività termica. Queste proprietà uniche rendono gli aerogel altamente adatti per applicazioni in aree tra cui la pulizia delle fuoriuscite di olio, prodotti per la cura della persona come pannolini, e per l'isolamento termico e acustico. Mentre gli aerogel furono creati per la prima volta negli anni '30, non sono stati ampiamente adottati dall'industria a causa degli elevati costi di produzione. Il team NUS ha aperto la strada con successo allo sviluppo di aerogel utilizzando fibre di cotone raccolte da rifiuti tessili.

Guidati dal Professore Associato Hai Minh Duong e dal Professor Nhan Phan-Thien del Dipartimento di Ingegneria Meccanica della Facoltà di Ingegneria della NUS, il team di ricerca ha scoperto che i nuovi aerogel di cotone possono essere facilmente compressi, e possono anche recuperare molto rapidamente fino al 97 percento della loro dimensione originale quando vengono posti in acqua.

"Questo nuovo aerogel di cotone ecologico è un importante miglioramento rispetto all'aerogel che il nostro team aveva precedentemente sviluppato utilizzando rifiuti di carta. È altamente comprimibile, quindi i costi di stoccaggio e trasporto potrebbero essere notevolmente ridotti. Per di più, questi aerogel di cotone possono essere fabbricati entro otto ore, nove volte più velocemente della nostra precedente invenzione, e circa 20 volte più veloce degli attuali processi di fabbricazione commerciale. Sono anche più forti, rendendoli più adatti alla produzione di massa. Mentre abbiamo dimostrato una nuova applicazione degli aerogel di cotone per un efficace controllo dell'emorragia e isolamento termico, continueremo a esplorare nuove funzioni per questo materiale avanzato, ", ha affermato il Professore Associato Duong.

Controllo efficace del sanguinamento rapido

Emorragia, la rapida perdita di sangue, è causato da ferite da arma da fuoco o altre lesioni profondamente penetranti, e spesso può essere pericoloso per la vita. I dispositivi di controllo dell'emorragia vengono utilizzati per esercitare una pressione interna per arrestare l'emorragia e favorire la coagulazione del sangue.

I dispositivi esistenti per il controllo dell'emorragia comprendono una siringa riempita con piccole capsule di spugna a base di cellulosa ricoperta di chitosano, un agente coagulante naturale del sangue derivato dai gusci di gamberi e altri crostacei. Una siringa viene inserita nella ferita per rilasciare la capsula, che si espande e fa pressione sulla ferita per fermare il flusso sanguigno. Però, i tassi di espansione e assorbimento delle spugne a base di cellulosa sono ancora relativamente lenti.

Per affrontare queste limitazioni, i ricercatori del NUS hanno sviluppato palline di aerogel di cotone ibrido altamente comprimibili che sono più efficaci delle spugne a base di cellulosa per il trattamento delle ferite emorragiche profonde. Il pellet, composto da un mix ottimale di cotone e aerogel di cellulosa rivestiti con chitosano, sono semplici ed economici da produrre, e possono essere facilmente integrati in una siringa clinica da utilizzare per il controllo dell'emorragia. I pellet di cotone aerogel sono anche biocompatibili, quindi possono essere somministrati in sicurezza per il trattamento.

"Ogni pallina di aerogel di cotone può espandersi fino a 16 volte la sua dimensione in 4,5 secondi, più grande e più di tre volte più veloce delle spugne a base di cellulosa esistenti, pur mantenendo la loro integrità strutturale. La morfologia unica degli aerogel di cotone consente una maggiore capacità di assorbimento, mentre la natura comprimibile consente al materiale di espandersi più velocemente per esercitare una pressione sulla ferita, " ha aggiunto Duong.

I risultati di questa nuova applicazione sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Colloidi e Superfici A nel gennaio 2018.

Isolamento termico

Una mensa militare in genere può contenere un litro d'acqua e mantenere una temperatura fresca per circa 30 minuti in un clima tropicale. Il team di ricerca NUS, in collaborazione con Laboratori Nazionali DSO, ha sviluppato una giacca termica leggera per mantenere la temperatura del liquame di ghiaccio - ghiaccio tritato e acqua liquida - da 0,1 a 1,0 gradi Celsius per più di quattro ore. La giacca termica, che pesa circa 200 grammi, è costituito da uno strato di aerogel di cotone incorporato all'interno di tessuti comunemente usati per fornire isolamento termico.

La borraccia militare isolata in cotone aerogel offre migliori prestazioni di isolamento termico rispetto alle bottiglie d'acqua isolate commerciali come le bottiglie FLOE, ed è altamente paragonabile a quello dei palloni sotto vuoto. Però, Le bottiglie e i flaconi sottovuoto FLOE sono molto più pesanti e costosi.

"La proprietà di isolamento termico dei nuovi aerogel di cotone può essere applicata a vari prodotti di consumo, come borse termiche per mantenere freschi gli alimenti. Prevediamo anche un enorme potenziale per altre applicazioni di alto valore, come l'isolamento delle tubazioni e il trasporto di gas naturale liquefatto che deve essere immagazzinato a bassa temperatura, ", ha detto il professor Nhan.