Ткани, которые противостоят воде, необходимы для всего, от непромокаемой одежды до военных палаток, но, как было показано, обычные водоотталкивающие покрытия сохраняются в окружающей среде и накапливаются в наших телах, и поэтому они, вероятно, будут поэтапно устранены по соображениям безопасности. Это оставляет большой пробел, который нужно заполнить, если исследователи смогут найти безопасные заменители.
Теперь команда MIT придумала многообещающее решение: покрытие, которое не только добавляет водоотталкивающие свойства к натуральным тканям, таким как хлопок и шелк, но также более эффективно, чем существующие покрытия. Новые результаты описаны в журнале Advanced Functional Materials, в статье профессоров Массачусетского технологического института Крипа Варанаси и Карен Глисон, бывшего постдоката MIT Дэн Сото и двух других.
«Задача была вызвана экологическими регуляторами» из-за поэтапного отказа от существующих гидроизоляционных химикатов, объясняет Варанаси. Но, оказывается, альтернатива его команды фактически превосходит обычные материалы.
«Большинство тканей, которые говорят« водоотталкивающие », действительно водостойкие, - говорит Варанаси, который является доцентом машиностроения. «Если вы стоите под дождем, в конечном итоге вода пройдет». В конечном счете, «цель должна быть отталкивающей - чтобы капли просто оправлялись». По его словам, новое покрытие приближается к этой цели.
Из-за того, как они накапливаются в окружающей среде и в тканях тела, EPA находится в процессе пересмотра правил для длинноцепочечных полимеров, которые десятилетиями были промышленным стандартом. «Они повсюду, и они не деградируют легко», - говорит Варанаси.
Покрытия, используемые в настоящее время для изготовления водоотталкивающих материалов, обычно состоят из длинных полимеров с перфторированными боковыми цепями. Проблема заключается в том, что более короткоцепочечные полимеры, которые были изучены, не обладают таким образом водоотталкивающим (или гидрофобным) эффектом, что и более длинноцепочечные версии. Другая проблема с существующими покрытиями заключается в том, что они основаны на жидкости, поэтому ткань должна быть погружена в жидкость и затем высушена. Варанаси говорит, что это забивает все поры в ткани, поэтому ткани больше не могут дышать, как в противном случае. Для этого требуется вторая производственная ступень, в которой воздух продувается через ткань, чтобы вновь открыть эти поры, добавив к стоимости производства и уничтожив часть защиты воды.
Исследования показали, что полимеры с менее чем восьмеркой перфторированных углеродных групп не сохраняются и биоаккумулируются почти так же, как и у восьми или более - наиболее используемых. То, что сделала эта команда MIT, объясняет Варанаси, состоит в том, чтобы объединить две вещи: более короткоцепочечный полимер, который сам по себе обладает некоторыми гидрофобными свойствами и был усилен некоторой дополнительной химической обработкой; и другой процесс покрытия, называемый инициированным химическим осаждением из паровой фазы (iCVD), который был разработан в последние годы соавтором Карен Глисон и ее сотрудниками. Глисон - Александр и И. Майкл Кассер Профессор химической инженерии и помощник провокатора в Массачусетском технологическом институте. Кредит на покупку лучшего короткоцепочечного полимера и возможность нанесения полимера на iCVD, говорит Варанаси, касается прежде всего Сото, который является ведущим автором бумаги.
Используя процесс покрытия iCVD, который не включает никаких жидкостей и может быть выполнен при низкой температуре, образуется очень тонкое однородное покрытие, которое следует за контурами волокон и не приводит к засорению пор, что устраняет необходимость в второй этап обработки для повторного открытия пор. Затем дополнительный шаг, вроде пескоструйной обработки поверхности, можно добавить в качестве необязательного процесса, чтобы еще больше повысить водоотталкиваемость. «Самой большой проблемой было найти сладкое место, где производительность, долговечность и совместимость с iCVD могли бы работать вместе и обеспечивать лучшую производительность», - говорит Сото.
Этот процесс работает на многих различных видах тканей, говорит Варанаси, включая хлопок, нейлон и лен, и даже на непахристых материалах, таких как бумага, открывая множество потенциальных приложений. Система была протестирована на разных типах тканей, а также на разных тканевых рисунках этих тканей. «Многие технологии могут воспользоваться этой технологией», - говорит он. «Здесь много возможностей».
Ткани с покрытием были подвергнуты испытанию в лаборатории, в том числе стандартное испытание дождем, используемое промышленностью. Материалы были подвергнуты бомбардировке не только водой, но и различными другими жидкостями, включая кофе, кетчуп, гидроксид натрия и различные кислоты и основания - и хорошо отразили их.
Материалы с покрытием были подвергнуты повторным промывкам без разрушения покрытий, а также прошли серьезные испытания на истирание, без повреждений покрытий после 10000 повторений. В конце концов, при сильном истирании, «волокно будет повреждено, но покрытие не будет», - говорит он.
Команда, которая также включает в себя бывшие postdoc Asli Ugur и Taylor Farnham '14, SM '16, планирует продолжить работу по оптимизации химической формулы для наилучшей возможной водоотталкивающей способности и надеется лицензировать запатентованную технологию для существующих тканей и одежды компаний. Работа была поддержана Центром технологических инноваций Массачусетского технологического института (Массачусетский технологический институт).
