Исследователи из MIT разработали новый материал, который намного эффективнее существующих водоотталкивающих покрытий: капли воды и других жидкостей от него просто отскакивают! Причем этот эффект достигается и на натуральных тканях.
Ткани, которые противостоят воде, необходимы для многого, от непромокаемой одежды до военных палаток, но обычные водоотталкивающие покрытия сохраняются в окружающей среде и накапливаются в наших телах, и поэтому они, вероятно, будут поэтапно устранены из производств по соображениям безопасности. Поэтому исследователи стремятся найти безопасные заменители.
Теперь команда MIT придумала многообещающее решение: покрытие, которое не только придает водоотталкивающие свойства 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 и 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, про которые говорят «водоотталкивающие», действительно водостойкие, - говорит Варанаси. «Если вы стоите под дождем, в конечном итоге вода пройдет. Но цель должна быть, чтобы капли просто отскакивали от материала. По его словам, новое покрытие приближается к этой цели.
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 от воды.
Исследования показали, что полимеры с менее чем четырьмя перфторированными углеродными группами 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 (initiated chemical vapor deposition, iCVD), который был разработан в последние годы соавтором Карен Глисон и ее сотрудниками.
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 во втором этапе обработки для повторного открытия пор. Затем дополнительный шаг, вроде пескоструйной обработки поверхности, можно добавить в качестве необязательного процесса, чтобы еще больше повысить водоотталкивающие свойства.
Этот процесс работает на многих различных видах тканей, говорит Варанаси, включая хлопок, нейлон и лен, и даже на таких материалах, таких как бумага, открывая множество потенциальных приложений. Система была протестирована на разных типах тканей, а также на разных тканевых структурах.
Ткани с покрытием были подвергнуты испытанию в лаборатории, в том числе стандартное испытание дождем, используемое в промышленности. Материалы были подвергнуты бомбардировке не только водой, но и различными другими жидкостями, включая кофе, кетчуп, гидроксид натрия, различные кислоты и основания, и хорошо отражали 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», - говорят исследователи.
Команда планирует продолжить работу по оптимизации химической формулы для наилучшей возможной водоотталкивающей способности и надеется лицензировать запатентованную технологию для существующих тканей и одежды.