Гидрофобные покрытия становятся все более популярными в различных отраслях благодаря своей способности защищать поверхности от влаги и загрязнений. Эти инновационные материалы не только продлевают срок службы изделий, но и упрощают уход за ними.
Рассмотрим основные свойства, состав, принцип работы, а также основные аспекты разработки гидрофобных покрытий.
Что такое гидрофобные покрытия и где они применяются?
Гидрофобные покрытия – это материалы, которые придают поверхностям способность не смачиваться водой, отталкивать влагу.
Это свойство очень полезно во многих отраслях промышленности, а также в обычной жизни.
Сферы применения гидрофобных покрытий в промышленности достаточно разнообразны.
Они, во-первых, защищают детали от скапливания влаги и примерзания. Например, используются для обработки компонентов фюзеляжей летательных аппаратов, проводов и контактных сетей, крышного оборудования.
Во-вторых, такие покрытия защищают оборудование от образования отложений солей, смол, парафинов – например, в нефтегазовом секторе, – а также от морского обрастания. Применение гидрофобных покрытий против морского обрастания помогает отказаться от использования биоцидных добавок, несущих вред экосистеме.
С гидрофобными покрытиями мы сталкиваемся и в быту практически каждый день. Такими материалами обрабатывают стекла автомобилей для предотвращения скапливания влаги, а также достижения свойства самоочищения, сантехнику и варочные панели для предотвращения их быстрого загрязнения, обувь и ткань для снижения риска промокания.
Как достигается гидрофобность? Этапы разработки и оборудование для создания гидрофобных покрытий
Человечество вдохновилось на создание гидрофобных покрытий в процессе наблюдения за природой. Крылья бабочек, лепестки роз, листья лотоса и других растений не смачиваются водой, при попадании на эти поверхности капли воды принимают шарообразную форму и скатываются, не оставляя следа. Это явление получило название «эффект лотоса».
При детальном изучении выяснилось, что эти поверхности покрыты тонким восковым слоем и имеют развитый микрорельеф (шероховатость). Микроскопические неровности на поверхностях способствуют образованию под каплями воды воздушных «карманов», снижающих площадь контакта и смачиваемость.
Эти аспекты лежат в основе разработки гидрофобных покрытий.
Состав гидрофобных материалов включает различного рода полимеры, которые уменьшают адгезию молекул воды, обладают низкой поверхностной энергией. Структурная градиентность поверхности повышается благодаря добавлению в состав наноразмерных материалов.
При разработке гидрофобных покрытий шероховатость поверхностей контролируется при помощи прибора профилометра.
Шероховатость должна быть оптимальной. При слишком высоких значениях увеличивается вероятность застревания капли в углублениях, создаются условия для конденсации. На гладких поверхностях затруднено формирование капель воды.
Ключевым понятием в создании гидрофобных покрытий является краевой угол смачивания – угол между поверхностью твердого тела и границей жидкой и газообразной фаз. Чем меньше угол смачивания, тем более смачиваемым является материал. Подробно это проиллюстрировано на схеме.
Значения краевого угла смачивания зависят от величины поверхностной энергии материала. Имеется обратная зависимость между этими показателями: чем ниже поверхностная энергия на границе «твердое тело – жидкость», тем хуже смачивание и тем больше краевой угол.
Для измерения угла смачивания мы в своей лаборатории используем инструмент, имеющий передовую специальную цифровую камеру, микроскоп с высоким разрешением и высокой яркостью светодиодной фоновой подсветки. Его работа представлена в коротком ролике.
Еще одной характеристикой гидрофобности материалов является угол скатывания. Чем меньше угол наклона поверхности, при котором начинается скольжение капли воды, тем лучше гидрофобные свойства этой поверхности.
Итак, для достижения максимальной гидрофобности важно учитывать как физико-химические свойства используемых покрытий, так и текстуру поверхности, на которую они наносятся.
Супергидрофобные покрытия
Супергидрофобными называются такие поверхности, угол смачивания которых превышает 150°, а угол скатывания не превышает 10°.
Они имеют огромный потенциал для применения в промышленности, в будущем сферы использования этих материалов будут существенно расширяться.
Как наносить гидрофобные покрытия?
В лаборатории «Моденжи» разрабатываются гидрофобные и супергидрофобные покрытия, которые наносятся стандартными методами окрашивания, преимущественно – распылением.
После отверждения они образуют тонкий, прочно сцепленный с поверхностью слой.
Гидрофобные и супергидрофобные материалы обладают рядом уникальных функциональных свойств – водонепроницаемость, стойкость к коррозии, устойчивость к биообрастанию и к обледенению, способность самоочищаться, снижение аэродинамического сопротивления.
Статьи, которые могут быть интересны:
1. Как мы разрабатывали медную пасту для резьбовых соединений
2. Как мы разрабатывали новое топовое покрытие для крепежа с цинк-ламельной базой в рамках импортозамещения
3. Дисульфид молибдена: структура, свойства, области применения самого популярного твердого смазочного материала
4. Сухие смазки: как они работают, из чего состоят и где применяются
Подписывайтесь на нас в социальных сетях ВКонтакте, Telegram, YouTube, RUTUBE и следите за разработкой инновационных смазочных и функциональных покрытий MODENGY.