Гидрофобный материал это: Гидрофобные покрытия | это… Что такое Гидрофобные покрытия?

Содержание

Статьи – Документация – Дальснаб.Ру

Поиск:


20.04.2022

Рассказываем, чем хороша обработка сухим туманом и почему она нужна каждому

23.09.2021

Ополаскиватель для посудомоечной машины: особенности выбора и рейтинг лучших средств

03.08.2021

Средства для химчистки салона автомобиля, рейтинг лучших очистителей

25.06.2020

ПАВ. Что это такое и нужно ли их бояться?

Как выбрать мешок для пылесоса?

Что такое обезжириватель для автомобилей?

Виды дозаторов для жидкого мыла

Что лучше жидкое мыло или твердое?

Как выбрать жидкое мыло и на что обратить внимание

Салфетка из микрофибры: что это такое и как выбрать

Лучшая керамика для авто, рейтинг альтернативных покрытий

Как нанести керамику на автомобиль своими руками

Рейтинг лучших чернителей шин – топ 10

Как делать детейлинг авто своими руками – инструкция для начинающих

Рейтинг лучших автошампуней для мойки автомобиля

Бизнес-план как открыть автомойку с нуля

ТОП 20 полиролей для пластика автомобиля рейтинг

Уровень pH моющих средств

Зачем нужно керамическое покрытие автомобиля?

Гидрофобное покрытие. Что это такое и зачем нужно?

Какие перчатки лучше? Виниловые, нитриловые, или латексные.

Пеногенератор для автомоек: устройство, принцип, инструкция.

Выбираем лучший воск для авто

ТОП-10 бактерий для септиков. Как выбрать бактерии для септиков и выгребных ям?

Химия для септиков и выгребных ям. ТОП средств для покупки

Гид по выбору антисептиков для рук, или почему не все они спасут от вирусов?

Дезинфицирующее средство широкого спектра действия, кожный антисептик – подробно о применении в период пандемии

Антибактериальное жидкое мыло, кожный антисептик – подробно о применении в период пандемии

Средство на основе глутарового альдегида и ЧАС – подробно о применении в период пандемии

Дезинфицирующее средство на ЧАС – подробно о применении в период пандемии

Дезинфицирующее средство НУК – подробно о применении в период пандемии

Список самых эффективных дезинфекционных средств и антисептиков

Отличие спиртовых и не спиртовых антисептиков, какой лучше и безопаснее для рук?

Использование спиртовых антисептиков, почему не даёт нужного эффекта?

Дезинфицирующее средство для уничтожения вируса африканской чумы и вирусной инфекции сибирской язвы – Forbicid (Форбицид)

Моющие средства для автосервисов и автомастерских

Предоставление и монтаж дозирующих систем – бесплатно

Основные моющие и дезинфицирующие средства для небольшого пищевого производства

Санитарный аудит пищевых предприятий

Дезинфекция помещений и цехов в пищевой промышленности

Санитарно-микробиологические исследования смывов

Санитарный аудит на пищевом предприятии

Пользовательское соглашение Индивидуальный предприниматель Иванченко Александр Сергеевич

Пользовательское соглашение ООО “Вортекс Дальний Восток”

Санитарно-гигиеническое оборудование, где и зачем применяется.

Диспенсеры для туалетной бумаги, полотенец и ёршики BXG

Автоматический освежитель воздуха BXG-AR-6006

Сильный и при этом деликатный очиститель любых загрязнений ORANGE KING

Сравнение двух профессиональных очистителей, LOCO против ORANGE KING

Универсальный очиститель Well

Универсальное, гелеобразное, пенное, моющее средство GEL Optima

Средство для прочистки канализации Draft

Профессиональное нейтральное средство для мытья пола Comfort

Очиститель – полироль для мебели TWIST 5в1

Щелочные моющие средства с активных хлором, как применять?

Дезинфицирующее средство для дезковриков и обработки автотранспорта

Дезинфицирующий коврик – где и как применятся?

Как удалить неприятный запах – нейтрализатор запаха Block

Моющее средство для посудомоечных машин BLANK

Концентрированное средство для биотуалетов на химической основе

Мойка фильтра вытяжки из дюралюминиевого сплава, специализированным средством.

Как заменить сетчатаю вставку (таблетку) в пенокомплекте?

Дезинфекционные коврики: Какой размер выбрать?

Дезинфекционные коврики – вопросы и ответы

Профессиональные распылители Kwazar

Профессиональные распылители и пеногенераторы KWAZAR™

Профессиональные моющие средства

Профессиональные моющие средства Vortex

Моющее средство для мойки и дезинфекции испарителей кондиционеров и холодильного оборудования

123

Промывка систем отопления, теплообеменников, радиаторов

Мойка и дезинфекция поверхности яиц

Мойка и дезинфекция поверхности яиц

Перчатки рабочие, как выбрать?

Химчистка салона авто своими руками

Как правильно использовать полироли?

Практическое тестирование автомобильных полиролей

Типы и виды полиролей

Сравнение отечественных и зарубежных полиролей

Средства для герметизации агрегатов

Полирующие средства

Добавки и присадки к маслам

Обработка воском

Что такое изопропиловый спирт и для чего он используется?

Средства индивидуальной защиты при работе с изопропиловым спиртом

Каким бывает изопропиловый спирт?

Как правильно использовать изопропиловый спирт для очистки оптических волокон и других поверхностей?

Особенности незамерзающих жидкостей на основе метилового, этилового и изопропилового спиртов

Чистящие средства

Где применяется вафельная ткань и какую плотность выбрать

Вафельное полотно – что это?

Почему выбирают жидкое мыло?

Удаление жвачек

Тестируем гель для сантехники Breeze

Прочистка засоров в системе канализации каустической содой и специальными химическими составами.

Воздействие высокощелочных автошампуней на компоненты кузова автомобиля

Полезные советы по мойке автомобиля зимой

В цветном замешательстве

Моющие средства для автомобилей

Какой химией лучше отмыть катер после зимы?

Технология бесконтактной мойки CLEAN TEC

Отечественные и зарубежные автошампуни

Практическое тестирование автошампуней

Процесс бесконтактной мойки

Тестирование автошампуня Complex® Master

Как правильно использовать автошампуни

Промывка и дезинфекция пивных линий с применением специализированной химии на основе ЧАС или хлора

Нанопокрытие для стекол автомобиля Антидождь


Статьи – Документация – Дальснаб.Ру

Поиск:


20.04.2022

Рассказываем, чем хороша обработка сухим туманом и почему она нужна каждому

23.09.2021

Ополаскиватель для посудомоечной машины: особенности выбора и рейтинг лучших средств

03. 08.2021

Средства для химчистки салона автомобиля, рейтинг лучших очистителей

25.06.2020

ПАВ. Что это такое и нужно ли их бояться?

Как выбрать мешок для пылесоса?

Что такое обезжириватель для автомобилей?

Виды дозаторов для жидкого мыла

Что лучше жидкое мыло или твердое?

Как выбрать жидкое мыло и на что обратить внимание

Салфетка из микрофибры: что это такое и как выбрать

Лучшая керамика для авто, рейтинг альтернативных покрытий

Как нанести керамику на автомобиль своими руками

Рейтинг лучших чернителей шин – топ 10

Как делать детейлинг авто своими руками – инструкция для начинающих

Рейтинг лучших автошампуней для мойки автомобиля

Бизнес-план как открыть автомойку с нуля

ТОП 20 полиролей для пластика автомобиля рейтинг

Уровень pH моющих средств

Зачем нужно керамическое покрытие автомобиля?

Гидрофобное покрытие. Что это такое и зачем нужно?

Какие перчатки лучше? Виниловые, нитриловые, или латексные.

Пеногенератор для автомоек: устройство, принцип, инструкция.

Выбираем лучший воск для авто

ТОП-10 бактерий для септиков. Как выбрать бактерии для септиков и выгребных ям?

Химия для септиков и выгребных ям. ТОП средств для покупки

Гид по выбору антисептиков для рук, или почему не все они спасут от вирусов?

Дезинфицирующее средство широкого спектра действия, кожный антисептик – подробно о применении в период пандемии

Антибактериальное жидкое мыло, кожный антисептик – подробно о применении в период пандемии

Средство на основе глутарового альдегида и ЧАС – подробно о применении в период пандемии

Дезинфицирующее средство на ЧАС – подробно о применении в период пандемии

Дезинфицирующее средство НУК – подробно о применении в период пандемии

Список самых эффективных дезинфекционных средств и антисептиков

Отличие спиртовых и не спиртовых антисептиков, какой лучше и безопаснее для рук?

Использование спиртовых антисептиков, почему не даёт нужного эффекта?

Дезинфицирующее средство для уничтожения вируса африканской чумы и вирусной инфекции сибирской язвы – Forbicid (Форбицид)

Моющие средства для автосервисов и автомастерских

Предоставление и монтаж дозирующих систем – бесплатно

Основные моющие и дезинфицирующие средства для небольшого пищевого производства

Санитарный аудит пищевых предприятий

Дезинфекция помещений и цехов в пищевой промышленности

Санитарно-микробиологические исследования смывов

Санитарный аудит на пищевом предприятии

Пользовательское соглашение Индивидуальный предприниматель Иванченко Александр Сергеевич

Пользовательское соглашение ООО “Вортекс Дальний Восток”

Санитарно-гигиеническое оборудование, где и зачем применяется.

Диспенсеры для туалетной бумаги, полотенец и ёршики BXG

Автоматический освежитель воздуха BXG-AR-6006

Сильный и при этом деликатный очиститель любых загрязнений ORANGE KING

Сравнение двух профессиональных очистителей, LOCO против ORANGE KING

Универсальный очиститель Well

Универсальное, гелеобразное, пенное, моющее средство GEL Optima

Средство для прочистки канализации Draft

Профессиональное нейтральное средство для мытья пола Comfort

Очиститель – полироль для мебели TWIST 5в1

Щелочные моющие средства с активных хлором, как применять?

Дезинфицирующее средство для дезковриков и обработки автотранспорта

Дезинфицирующий коврик – где и как применятся?

Как удалить неприятный запах – нейтрализатор запаха Block

Моющее средство для посудомоечных машин BLANK

Концентрированное средство для биотуалетов на химической основе

Мойка фильтра вытяжки из дюралюминиевого сплава, специализированным средством.

Как заменить сетчатаю вставку (таблетку) в пенокомплекте?

Дезинфекционные коврики: Какой размер выбрать?

Дезинфекционные коврики – вопросы и ответы

Профессиональные распылители Kwazar

Профессиональные распылители и пеногенераторы KWAZAR™

Профессиональные моющие средства

Профессиональные моющие средства Vortex

Моющее средство для мойки и дезинфекции испарителей кондиционеров и холодильного оборудования

123

Промывка систем отопления, теплообеменников, радиаторов

Мойка и дезинфекция поверхности яиц

Мойка и дезинфекция поверхности яиц

Перчатки рабочие, как выбрать?

Химчистка салона авто своими руками

Как правильно использовать полироли?

Практическое тестирование автомобильных полиролей

Типы и виды полиролей

Сравнение отечественных и зарубежных полиролей

Средства для герметизации агрегатов

Полирующие средства

Добавки и присадки к маслам

Обработка воском

Что такое изопропиловый спирт и для чего он используется?

Средства индивидуальной защиты при работе с изопропиловым спиртом

Каким бывает изопропиловый спирт?

Как правильно использовать изопропиловый спирт для очистки оптических волокон и других поверхностей?

Особенности незамерзающих жидкостей на основе метилового, этилового и изопропилового спиртов

Чистящие средства

Где применяется вафельная ткань и какую плотность выбрать

Вафельное полотно – что это?

Почему выбирают жидкое мыло?

Удаление жвачек

Тестируем гель для сантехники Breeze

Прочистка засоров в системе канализации каустической содой и специальными химическими составами.

Воздействие высокощелочных автошампуней на компоненты кузова автомобиля

Полезные советы по мойке автомобиля зимой

В цветном замешательстве

Моющие средства для автомобилей

Какой химией лучше отмыть катер после зимы?

Технология бесконтактной мойки CLEAN TEC

Отечественные и зарубежные автошампуни

Практическое тестирование автошампуней

Процесс бесконтактной мойки

Тестирование автошампуня Complex® Master

Как правильно использовать автошампуни

Промывка и дезинфекция пивных линий с применением специализированной химии на основе ЧАС или хлора

Нанопокрытие для стекол автомобиля Антидождь


Получение и свойства гидрофобного текстильного материала

АННОТАЦИЯ

На основе анализа современной тенденции создания гидрофобных текстильных материалов получены и исследованы свойства двух видов гидрофобных материалов. Материал, полученный обработкой раствором амида высшей карбоной кислоты в уксусной кислоте и акриловой эмульсии, проявляет умеренную гидрофобность. Гидрофобность оценена по времени впитывания воды материалом, которая после обработке в 7-8 раз увеличивается. При гидрофобной обработке х/б полотна полиперфторакрилатом и олигомерным диизоцианатом, при незначительном расходе реагентов, внешний вид, физико-механические и санитарно-гигиенические свойства материала не ухудшаются, а гидроизоляционные свойства значительно улучшаются. Нанесение гидрофобных веществ в материал производится в существующих агрегатах для заключительной отделки текстильных полотен.

ABSTRACT

Based on the analysis of the current trend in the creation of hydrophobic textile materials, the properties of two types of hydrophobic materials are obtained and investigated. The material obtained by treatment with a solution of the amide of higher carboxylic acid in acetic acid and acrylic emulsion exhibits moderate hydrophobicity. Hydrophobicity is estimated by the time of water absorption by the material, which after processing increases by 7-8 times. In hydrophobic treatment of cotton fabric with polyperfluoroacrylate and oligomeric diisocyanate, with a small consumption of reagents, the appearance, physical, mechanical and sanitary-hygienic properties of the material do not deteriorate, and the waterproofing properties are significantly improved. The application of hydrophobic substances to the material is carried out in existing units for the final finishing of textile fabrics.

 

Ключевые слова: гидрофобный текстильный материал, целлюлоза, акриловая и перфторакриловая эмульсия, диизоцианат.

Keywords: hydrophobic textile material, cellulose, acrylic and perfluoroacrylic emulsion, diisocyanate.

 

УДК 677.027.62.004.12

Введение

В эпоху высокотехнологичного производства, специализации отраслей экономики, возрастания потребления природных, особенно энергетических ресурсов, объемы производства специальных текстильных материалов для защиты объектов и работающих непрерывно увеличивается. В этом плане наиболее перспективной, способной сохранить целевые свойства материалов в процессе эксплуатации является метод химического закрепления веществ, придающих специальные свойства, к волокнам основного материала. За последние годы в мире предложены различные композиции для придания гидрофобных свойств текстильным материалам. Натуральные текстильные волокна – целлюлоза, белок (фиброин, коллаген, кератин) содержат активные функциональные группы и могут вступить во взаимодействие с функциональными группами модифицирующих веществ, придающих гидрофобные свойства. Целью данной работы является анализ имеющихся гидрофобных материалов, получение нескольких вариантов гидрофобных текстильных материалов с использованием азот и фторсодержащих олигомеров, взаимодействующих целлюлозой, сравнительная оценка их гидроизоляционных и физико-механических свойств.

Вещества, придающие текстильным материалам гидрофобность, состоят из неполярных молекул, значительно уменьшают смачиваемость полотна. При этом материал после обработки должен сохранять положительные качества – внешний вид, текстуру, физико-механическую прочность, воздухопроводность и другие санитарно-гигиенические свойства. Некоторые вещества придают материалу умеренную гидрофобность, уменьшая впитывание воды некоторое время. Другие же вещества придают материалу абсолютные водоотталкивающие свойства, в котором происходит полное растекание капли воды. Такие материалы принято называть «супергидрофобными».

Одним из первых веществ, используемых для гидрофобной обработки материалов, были кремнийорганические вещества, различные варианты которых применяются и в настоящее время. Целлюлозу химически гидрофобизировали с помощью винилтриметоксисилана и N-(2-аминоэтил) -3-аминопропилтриметоксисилана [1], 3-метакрилоксипропилтриметокси-силана [2]. По мнению исследователей, ткань из полиэтилентерефталата, модифицированная неорганическими покрытиями на основе метилтриметоксисилана, демонстрирует превосходную устойчивость к различным типам повреждений при износе, имитируя тем самым супергидрофобные биологические материалы [3]. Для гидрофобной отделки текстильных материалов использованы кремнийорганические соединения на основе олиго (этокси) силоксана [4].

Предпринята попытка изготовления нановолокнистых мембран из супер гидрофобного электроформованного полиакрилонитрила/полиуретана/ диоксида титана, и мембраны продемонстрировали водонепроницаемости и воздухопроницаемости путем модификации покрытия с помощью 2-гидрокси-4-н-октоксибензофенон и фторированный акриловый сополимер [5]. SiO2-покрытия и неорганические/органические полимерные гибридные покрытия были нанесены на текстиль, водопоглощение обработанного текстиля уменьшилось, и достаточно высокие значения были достигнуты только с сильно разбавленными растворами для покрытия. Для достижения гидрофобных текстильных свойств золь был модифицирован перфтороктилтриэтоксисиланом [6].

Для придания специальных свойств текстильным материалам используется привитая сополимеризация к макромолекулам текстильных волокон [7]. Для получения гидрофобных материалов синтезированы привитые сополимеры полистирола с этилцеллюлозой [8] и целлюлозой [9]. Поверхностная обработка тканей из хлопка, полиамида и полиэфира проводилась в высокочастотной плазме холодного воздуха с последующей реакцией прививки стиролом и химической обработкой специальными гидроизоляционными продуктами [10]. Гидрофобные свойства полученных материалов оценивали путем определения времени поглощения и угла контакта капли воды на поверхности. Чтобы улучшить водоотталкивающую способность хлопчатобумажной ткани, хлопчатобумажную ткань прививали с использованием мономера гексафторбутилметакрилата методом радикальной полимеризации с переносом атома [11]. Прививка поликапролактама [12], полиуретана [13] способствует приданию гидрофобных свойств целлюлозе.

Фторсодержащие средства, обладающие превосходными гидрофобными и олеофобными свойствами, являются хорошими отделочными средствами, используемыми для обработки текстильных, кожаных, бумажных и других поверхностей [14]. Полимеризация гомогенного раствора высокофторированных акриловых мономеров может быть достигнута в сверхкритическом диоксиде углерода [15] и растворе различных углеводородных мономеров [16] с использованием методов свободных радикалов.

Для придания гидрофобных и водоотталкивающих свойств текстильным материалам используются гидроксилсодержащие соединения и диизоцианаты: полиэтиленгликоль и толуилен-2,4-диизоцианат [17], поликапролактон, фенил изоцианат и 2,4-диизоцианат [18], толуилен-2,4-диизоцианат и полиэфиры с концевыми ОН-группами [19].

Наночастицы очень интересны из-за их поверхностных свойств, которые позволяют придавать обычным продуктам новые функциональные возможности [20]. Нанотехнология на молекулярном уровне может использоваться для развития желаемых текстильных характеристик, в том числе водоотталкивающих свойств [21]. Водоотталкивающие свойства в наномасштабе с использованием нефторированных соединений золь-гель методом стали важной проблемой при модификации поверхности. Наночастицы кремнезема, которые получают этим способом, наносят на текстильную поверхность путем модификации гидрофобных силанов и силановых сшивателей [22]. Покрытие текстиля химически или физически модифицированными золями кремнезема с диаметром частиц менее 50 нм позволяет многократно изменять их физико-механические, оптические, электрические и биологические свойства [23]. Пористая мембрана, состоящая из бамбукового целлюлозного волокна с наночастицами Ag/Ag2O, может придать мембране угол контакта с водой 140±3,0°, что свидетельствуют о значительном уменьшении смачиваемости [24].

Анализ известных работ показал, что для придания гидрофобности текстильным материалам, следует обрабатывать их с неполярными веществами, которые химически связываются с волокнами или образуют не растворимую пленку на их поверхности. Растворы и композиции придают водоотталкивающие свойства материалам в различной степени в зависимости от состава и назначения. В литературе нет достаточной информации о промышленной реализации какого-либо метода придания гидрофобных свойств, некоторые работы носят чисто научный характер, отсутствуют данные о технологии нанесения, не вписываются в традиционную технологию аппретирования текстильных материалов, требуют дополнительного оборудования, разработки и доработки методов.

Экспериментальная часть

Объектами исследования являются х/б полотно, амид высшей карбоновой кислоты, акриловая эмульсия, эмульсия полиперфторакрилата, эмульсия олигомерного диизоцаната, уксусная кислота, персульфат калия.

Подготовка текстильного материала. Для удаления воско-жировых примесей и остатка шлихтующего вещества суровую ткань нагревают в мыльно-содовом растворе, содержащем 5 г/л мыла и 10 г/л соды, при температуре 90-95оС в течение 2 часов. Затем ткань промывают и выдерживают в 3%-ном растворе гидроксида натрия в течение 1 часа.

Аппретирование материала амидом высшей карбоновой кислоты. Необходимое количество амида растворяют в уксусной кислоте, добавляют акриловую эмульсию, персульфат калия и воду. Смесь тщательно перемешают в электрическом смесителе до образования однородной эмульсии без включений, комочков и не диспергировавшихся частиц. Композицию наносят на подготовленный текстильный материал в пропитывающей ванне отделочного оборудования. Пропитанный текстильный материал проходит через отжимные валики (остаточный привес 100-120%), сушится при комнатной температуре, далее подвергается термической обработке при температуре 120-140оС (рис. 1).

 

Рисунок 1. Схема получения гидрофобного текстильного материала

 

Аппретирование материала перфторполимером и диизоцианатом. Эмульсию полиперфторакрилата и олигомерного диизоцианата разбавляют водой и вносят в ванну для пропитки. Композицию наносят на подготовленный текстильный материал в пропитывающей ванне отделочного оборудования. Пропитанный текстильный материал проходит через отжимные валики (остаточный привес 80-100%), сушится при температуре 60-70оС, далее подвергается термической обработке при температуре 150-170оС.

Физико-механические свойства текстильных материалов (поверхностная плотность, устойчивость к истиранию, воздухопроводность, водоупорность, прочность и относительное удлинение при растяжении) исследованы на сертификационном центре «CENTEXUZ» ТИТЛП по известным методикам согласно стандартам DIN 51 221, DIN 53 834, ISO 2062 [25].

ИК-спектры записывали в таблетках бромида калия на спектрометре System 2000 FT–IR фирмы Parker–Elmer в интервале длин волн 400–4000 см-1. Отнесение характеристических полос поглощения проводили согласно литературным данным [26].

Результаты и их обсуждение

Экспериментальные исследования проведены с целью оценки возможности использования некоторых гидрофобизирующих веществ для получения супергидрофобного текстильного материала, в том числе в разработке гидроизоляционного полотна для укрытия хлопкового бунта.

Произвели обработку поверхности х/б ткани гидрофобной композицией, содержащей амид высшей карбоновой кислоты (АВКК) – 25-150 г/л, уксусную кислоту – 10-35 г/л, акриловую эмульсию – 50-150 г/л, персульфат калия – 1% от массы амида. Исследована зависимость гидрофобных свойств материала от концентрации компонентов композиции и режимов формирования гидрофобного слоя (табл. 1).

Таблица 1.

Зависимость времени впитывания воды материалом от концентрации амида карбоновой кислоты, акриловой эмульсии и уксусной кислоты.

Концентрация вещества, g/l

Время впитывания, мин

АВКК

Акриловая эмульсия

Уксусная кислота

1

0

0

0

2

2

25

200

25

4

3

50

200

25

10

4

100

200

25

15

5

125

200

25

15

6

100

50

25

8

7

100

100

25

12

8

100

250

25

15

9

100

200

10

10

10

100

200

15

12

11

100

200

20

14

12

100

200

30

15

 

Определены предельные концентрации АВКК – 100 г/л, акриловой эмульсии – 200 г/л и уксусной кислоты – 25 г/л, выше которых время впитывания не увеличивается. Влияние температуры термообработки исследовано в интервале 80-160оС, максимальная время впитывания достигнута при 140оС и времени 10 мин. Наряду с ухудшением впитывания воды, увеличивается краевой угол смачивания, безусловно гидрофобность обработанного материала повышается. Но при обработке материала композицией на основе АВКК эффекта растекания капли воды не наблюдается, т.е. материал не оказался супергидрофобной.

При обработке текстильного полотна другим составом, содержащим эмульсию полиперфторакрилата 30-40 г/л, эмульсию олигомерного диизоцианата 10-15 г/л, получен супергидрофобный материал, который не впитывает воду и в котором наблюдается раскатывание капли воды. Исследуя влияние количества компонентов композиции, режимов сушки и термообработки определены оптимальные технологические параметры – сушка при температуре 70оС в течение 2 часов, термообработка при 160оС в течение 3 минут.

Для выяснения химизма процессов были сняты ИК-спектры исходных веществ и продуктов их взаимодействия (рис. 2). В ИК-спектрах волокон материала наблюдаются полосы поглощений, характерных для целлюлозы [27]. Полоса поглощения при 2906 см-1 относится к валентным колебаниям при 1373 см-1 – к деформационным колебаниям СН–групп, при 1457 см-1 – к валентным колебаниям СН2–групп, при 1164 см-1 – к деформационным колебаниям ОН– и групп. Валентные колебания СОС мостика имеют полосу поглощений при 1060 см-1 (ассиметричные) и 895 см-1 (симметричные). Полосу поглощений при ~1637 см-1 исследователи относят  к колебаниям молекул адсорбированной воды. Широкая полоса поглощения при 3435 см-1 относится к валентным колебаниям гидроксильных групп.

В ИК-спектре волокон, обработанных гидрофобной композицией сохраняются основные полосы поглощений целлюлозы, вместе с тем наблюдается смещение некоторых полос и появление новых полос поглощения в областях 1715, 1690, 1521 см-1. Новые полосы поглощений относятся, скорее всего, к валентным колебаниям новых π-связей карбонильной группы, С–N связей уретановой группы продукта взаимодействия целлюлозы с диизоцианатом.

Полоса поглощений в области 2890-2900 см-1 считается ответственным за аморфную область целлюлозы, а полоса поглощений в области 1370-1375 см-1 – за кристаллическую область [28]. Чем больше интенсивность сигнала (площадь, разграниченная спектральной и базовой линиями), тем больше соответственно степень кристалличности или аморфности целлюлозы. В спектре обработанных волокон наблюдается увеличение интенсивности полосы поглощения при 1373 см-1, большое число резких полос, что связано с наличием больших областей высокой молекулярной и структурной упорядоченности.

Рисунок 2. ИК-спектры волокон необработанного (а) и обработанного (б) гидрофобной композицией х/б полотна

 

При термообработке происходит полиприсоединение с образованием сетчатой структуры, которую можно представить следующей схемой:

 

Исследованы физико-механические свойства обработанных и необработанных гидрофобной композицией текстильных полотен (табл. 2).

Таблица 2.

Зависимость физико-механических свойств полотен от гидрофобной обработки

Полотно

Не обработанное

Обработанное

Число нитей на 10 sm, шт.

   

Основа

Уток

200х2 крученая

90х2 крученая

200х2 крученая

90х2 крученая

Поверхностная плотность, g/m2

502,4

546,4

Прочность к истиранию, циклы

23000

26500

Прочность (относительное удлинение) при разрыве, N (%):

   

Основа

уток 

865 (21)

432 (15)

855 (38)

499 (12)

Воздухопроводность, sm3/sm2·sek

2,85

3,05

Водоупорность, H2O mm

90

385

 

По данным таблицы 2 получены положительные результаты. После гидрофобной обработки при сохранении, даже незначительном улучшении основных физико-механических и санитарно-гигиенических свойств, водоупорность полотна возрастает более чем в 4 раза. Материал с такими свойствами можно использовать как гидроизоляционное брезентовое полотно для укрытия хлопковых бунтов.

Выводы

Гидрофобная обработка текстильного материала акриловой эмульсией и раствором амида высшей карбоновой кислоты уменьшает впитывание влаги в несколько раз, образуется материал с умеренной гидрофобностью. При гидрофобной обработке х/б полотна эмульсией полиперфторакрилата и олигомерного диизоцианата образуется супергидрофобный текстильный материал, которую рекомендуется использовать для гидроизоляционного укрытия хлопковых бунтов.

 

Список литературы:
1. Wolski K., Cichosz S., Masek A. Surface hudrophobisation of lignocellulosic waste for the preparation of biothermoelastoplastic composites // European Polymer Journal. 2019, V. 118. P. 481-491.
2. Yu Q., Yang W., Wang Q., Dong W., Du M., Ma P. Functionalization of cellulose nanocrystals with γ-MPS and effect on the adhesive behavior of acrylic pressure sensitive adhesives // Carbohydrate Polymers. 2019, V. 217. P. 168-177.
3. Rosu C., Lin H., Jiang L., Breedveld V., Hess D.W. Sustainable and long-time ‘rejuvenation’ of biomimetic water-repellent silica coating on polyester fabrics induced by rough mechanical abrasion // Journal of Colloid and Interface Science. 2018, V. 516. P. 202-214
4. Кольцова Ю.А. Теоретическое обоснование и разработка технологии гидрофобной отделки текстильных материалов с использованием кремнийорганических соединений на основе олиго(этоки)силоксана. Дисс. канд. тех. наук. Москва, 2001. https://www.dissercat.com/content/teoreticheskoe-obosnovanie-i-razrabotka-tekhnologii-gidrofobnoi-otdelki-tekstilnykh-material
5. Xu Y., Sheng J., Yin X., Yu J., Ding B. Functional modification of breathable polyacrylonitrile/polyurethane/TiO2 nanofibrous membranes with robust ultraviolet resistant and waterproof performance // Journal of Colloid and Interface Science. 2017, V. 508. P. 508-516.
6. Mahltid B., Fischer A. Inorganic/organic polymer coatings for textiles to realize water repellent and antimicrobial properties – A study with respect to textile comfort // Journal of Polymer Science, Part B: Polymer Physics. 2010, V. 48, Issue 14. P. 1562-1568.
7. Nabiev N., Md. Raju A., Quan H., Rafikov A. Exatraction of collagen from cattle skin and synthesis of collagen based flame retardant composition and introduction into cellulose textile material by graft colypolimerization // Asian Journal of chemistry. 2017, V. 29, №11. P. 2470-2475.
8. Shen, D.a, Yu, H.a, Huang, Y. Synthesis of graft copolymer of ethyl cellulose through living polymerization and its self-assembly // Cellulose. 2006, V. 13, Issue 3. P. 235-244.
9. Roy D., Guthrie J.T., Perrier S. Graft polymerization: Grafting poly(styrene) from cellulose via Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer (RAFT) polymerization // Macromolecules. 2005, V. 38, Issue 25. P. 10363-10372.
10. Loghin C., Muresan R., Ursache M., Muresan A. Surface treatments applied to textile materials and implications on their behavior in wet conditions // Industria Textila. 2010, V. 61, Issue 6. P. 284-290.
11. Li S.W., Xing T.L., Li Z.X., Chen G.Q. Water repellent finishing on cotton fabric via atom transfer radical polymerization // Journal of Donghua University. 2015, V. 32, Issue 1. P. 7-12.
12. Mohammed K., Julien B., Mohamed N.B. Cellulose surface grafting with polycaprolactone by heterogeneous click-chemistry // European Polymer Journal. 2008, V. 44. P. 4074-4081.
13. Barbara Pilch-Pitera. Blocked polyisocyanates containing monofunctional polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) as crosslinking agents for polyurethane powder coatings // Progress in Organic Coatings. 2013, V. 76. P. 33- 41.
14. Zhou Y.M., Huang J.Y., Xu Q.H. Advances in fluorine-containing finishing agents // Huagong Xiandai/Modern Chemical Industry, 2001. V. 21, Issue 5. P. 9-12
15. DeSimone J. M., Guan Z., Elsbernd C.S. Synthesis of fluoropolymers in supercritical carbon dioxide // Science. 1992, V. 257, Issue 5072. P. 945-947.
16. Thomas R.R., Anton D.R., Graham W.F., Darmon M.J., Sauer B.B., Stika, K.M., Swartzfager, D.G. Preparation and surface properties of acrylic polymers containing fluorinated monomers // Macromolecules. 1997, V. 30, Issue 10. P. 2883-2890.
17. Баданова А.К., Кричевский Г.Е., Таусарова Б.Р., Кутжанова А.Ж., Баданов К.И. Разработка и исследование нового способа гидрофобной отделки целлюлозных текстильных материалов // https://pandia.ru/text/80/641/23775.php
18. Paquet O., Krouit M., Bras J., Thielemans W., Mohamed M. Naceur rface modification of cellulose by PCL grafts // Acta Materialia. 2010, V. 58. P. 792-801.
19. Ibrahim N.A., Amr A., Eid B.M., Almetwally A.A., Mourad M. M. Functional finishes of stretch cotton fabrics // Carbohydrate Polymers, 2013. V. 98. P. 1603- 1609.
20. Rivero P.J., Urrutia A., Goicoechea J., Arregui F.J. Nanomaterials for Functional Textiles and Fibers // Nanoscale Research Letters. 2015, V. 10, Issue 1. P. 1-22.
21. Sawhney A.P.S., Condon B., Singh K.V., Pang S.S., Ii G., Hui D. Modern Applications of Nanotechnology in Textiles // Textile Research Journal. 2008, V. 78, Issue 8. P. 731-739.
22. Erayman Y., Korkmaz Y. Modification of superhydrophobic textile surfaces with sol-gel method by using nonfluorinated compounds // Tekstil ve Muhendis. 2017, V. 24, Issue 105. P. 41-52.
23. Mahltid B., Haufe H. Bottcher H. Functionalisation of textiles by inorganic sol-gel coatings // Journal of Materials Chemistry. 2005, V. 15, Issue 41. P. 4385-4398.
24. Wang Y., Zhang X., Zhang X., Zhao J., Zhang W., Lu C. Water repellent Ag/Ag2O bamboo cellulose fiber membrane as bioinspired cargo carriers // Carbohydrate Polymers. 2015, V. 133. P. 493-496.
25. Методическое указание по выполнению научно-исследовательских и лабораторных работ по испытанию продукции текстильного назначения. Ташкент: ТИТЛП, 2007, 96 с.
26. Тарасевич Т.Б. ИК спектры основных классов органических соединений. Справочные материалы. Москва: МГУ, 2012, 55 с.
27. Дехант И, Данц Р, Киммер В, Шмольке Р. Инфракрасная спектроскопия полимеров, Химия, Москва, 1976, 472 с.
28. Рабек Я. Экспериментальные методы в химии полимеров. Пер. с англ., М.: Мир, 1983, ч.1. С.251.

 

Гидрофобный песок – что это такое

SP-HFS 1609. Это кодовое название добавки, которое делает это с обычным песком. Это просто невероятно и в это сложно поверить, но это реально, как то, что зарплата у министра больше зарплаты тракториста и как то, что сын министра всегда выйдет сухим из воды, а сын тракториста — нет. К чертям политику. Мы говорим просто от гидрофобном песке.

Содержание:

  1. Песок и политика
  2. Что такое гидрофобный песок
  3. Как работает материал
  4. Использование гидрофобного песка
  5. Как сделать гидрофобный песок

Песок и политика

Хотя, почему — к чертям. Это и есть настоящая мировая политика — делать деньги и строить власть на бессилии людей перед силами природы, с которыми вполне можно справиться научными методами. Это как с опытами Тесла, упорством Королева или со схемой мироздания Рериха. Кому нужны эти возмутители спокойствия? Да никому. Без них спокойнее. Однако сейчас мы не об этом, сейчас нас интересует гидрофобный песок Что это такое, для чего его можно применить и как он работает.

Даже ребенку известно, что песок — кварцевый, известняковый, гранитный, это совершенно сухая сыпучая субстанция до тех пор, пока он не вступит в контакт с водой. Это понятно, как божий день и никто до недавнего времени с этим не спорил. Сегодня появился повод говорить, что это не совсем так. Песок может быть гидрофобным.

Что такое гидрофобный песок

Гидрофобный — значит отталкивающий воду. В природе очень мало веществ натурального происхождения, способных полностью нейтрально относиться к воде. Та же самая резина, слюда, пластик в конце концов, под действием воды рано или поздно меняют свои свойства в корне. Это очень легко проследить по поведению обычной капли воды на поверхности того или иного материала. Практически все материалы — гидрофильные, то есть, вступающие в контакт с водой в той или иной степени.

Капля воды на поверхности таких материалов рано или поздно растекается и впитывается в структуру. Гидрофобные материалы — полностью отталкивают воду, не давая ей проникнуть в свою структуру. Существуют частично гидрофобные материалы, так же, как и полностью гидрофобные. Частично гидрофобные материалы представлены металлами, жирами, восками, некоторыми видами полимерных пластиков. Это можно понять на примере брезента.

Как работает материал

Обычный брезент — это окрашенная хлопковая нить, которой придали свойства гидрофобности. Но для того чтобы ее окрасить, нужно, чтобы материал пропустил в себя влагу, как носитель пигмента, а после обработать его веществом определенного состава, чтобы оно отталкивало воду от окрашенного волокна.

Однако и в этом случае, по прошествии определенного времени, брезент пропускает влагу, как ни в чем не бывало. Гидрофобный песок — практически то же самое. В обычном, природном состоянии он запросто впитывает влагу. Для того чтобы сделать его гидрофобным, необходимо обработать каждую песчинку особым материалом, тогда-то он перестанет впитывать влагу и будет выглядеть в воде примерно так, как на фото.

Использование гидрофобного песка

На первый взгляд это может показаться чудовищным вздором — кому нужен и, главное, где найти полезное применение этому волшебному песку. Да где угодно. Полтора миллиона человек в год, по самым скромным подсчетам, погибают от нехватки питьевой воды в засушливых регионах, а все потому, что более 80% всей влаги, которой располагает природа в тех местах, идет на обработку плодородной почвы.

Специалисты компании Дайм Гидрофобик Материалз уже давно разработали такой состав, который способен придать песку гидрофобные свойства. Именно SP-HFS 1609 — эго кодовое название, а состав тщательно засекречен. Песок, обработанный этим материалом, сохраняет гидрофобные свойства как минимум лет тридцать. Но причем тут глобальные проблемы человечества?

Очень просто. Когда мы поливаем грядку, приходится это делать по несколько раз в день. Не потому что воды у нас — завались, а потому что вода для полива быстро уходит от корня растения в глубину, поэтому приходится поливать еще и еще, иначе растение погибнет. Этот самый волшебный песок смог бы создать водоотталкивающий слой, сокращающий потребление воды плодородной почвой в 5-7 раз, следовательно, сократить расходы воды на полив культурных растений на 80%.

Как сделать гидрофобный песок

Повторить подвиг ученых из ОАЭ можно и в домашних условиях, чтобы потешить детишек. Делается очень просто. Для этого нужно:

  1.  Взять необходимое количество кварцевого промытого песка.
  2. Высушить его в духовке.
  3. Промыть еще раз и снова высушить.
  4.  Купить в магазине водоотталкивающее средство для обработки тканей.
  5.  Тщательно обработать средством необходимое количество вымытого и просушенного песка.

Естественно, что такого гидрофобного песка хватит всего на несколько фокусов. Песок, полученный в лаборатории с применением специального состава сохраняет свойства гидрофобности десятилетиями.

Тем временем, компания DIME Hydrophobic Materials уже готова выпускать по 3 000 тонн песка в сутки. Вот только заказчиков не слишком много. У голодающих Африки слишком маленькое пособие, чтобы оплатить довольно крупные партии драгоценного песка…

Нетканые материалы – – Полезные статьи

Нетканые материалы

  • Спанбонд
  • Спанлейс
  • SMS (СМС) /SMMS (СММС)

Ламинированые материалы

  • Спанбонд
  • Спанлейс
  • Бумага

Инновационный материал TUTAMI

  • TUTAMI adsorb – 85г/м2
  • TUTAMI leve – 65г/м2
  • TUTAMI papyr – 60г/м2
Спанбонд 

— это нетканый гидрофобный материал.

Нетканый материал спанбонд нашего собственного производства является универсальным для изготовления медицинских халатов, акушерских комплектов, одноразовой медицинской одежды, масок, бахил и многого другого. Спанбонд прекрасно заменяет более дорогостоящие материалы. Однако, он не уступает им по тонкости и плотности материала и имеет высокую прочность. Спонбонд является воздухопроницаемым, что делает применение изделий из этого материала комфортным. Данный материал устойчив к кислотам и щелочам, изделия из него хорошо стерилизуются.

В состав спанбодна для производства медицинской одноразовой одежды и белья могут входить специальные добавки: антистатические, противобактериальные, антипирены, УФ-стабилизаторы, что повышает его качественные свойства. Состав материала: полимерное волокно Применяют для изготовления: бахил, медицинских халатов, простыней одноразовых, шапочек медицинских, одноразового белья и многого другого.

Свойства материала:

  • высокая прочность на разрыв
  • стойкость к химическим и температурным воздействиям
  • мягкость
  • создает приятные тактильные ощущения при контакте с открытыми участками тела
  • воздухоприницаемость


Спанлейс 

— нетканый гидрофильный материал с безворсовой структурой.

Состав: вискоза, полиэфир

Данный материал изготавливается по технологии “спанлейс” и представляет собой однослойное полотно, выполненное из натуральных и искусственных волокон на основе вискозы и полипропилена в водной среде без употребления клеев и наполнителей. Составляющие – вискоза и полиэфир- в зависимости от пожеланий клиента добавляются в различных пропорциях. Плотность варьируется от 35 г/м2 до 80 г/м2. По своим характеристикам спанлейс представляет из себя мягкий безворсовый материал белого цвета с хорошей адсорбцией. Такие качества, как мягкости и прочность сохраняются даже во влажном состоянии. Данный материал антистатичен, нетоксичен, не раздражает кожу и слизистые, не вызывает аллергических реакций, комфортен для потребителей при контакте.

Из данного нетканого материала изготавливаются одноразовые простыни, салфетки, а так же одноразовые хирургические комплекты и другое медицинское белье, которое так же нашло применение в косметологии и стоматологии. Спанлейс превосходит марлю и вату по гигроскопичности, отсутствию ворса.

Применяется для изготовления: одноразового белья, простыней одноразовых, хирургических комплектов для сложных операций.

Отличительные свойства материала:

  • высокая впитывающая способность
  • высокая воздухопроницаемость (самая высокая среди нетканых материалов)
  • приятные тактильные ощущение при контакте с открытыми участками кожи


SMS (СМС) /SMMS (СММС) 

– трехслойный /четырехслойный нетканый полипропиленовый материал.

Состав: синтетическое полимерное волокно и промежуточный адсорбирующий слой.

Эти нетканые материалы сочетают в себе свойства двух материалов – спанбонда и мелтблауна – это трехслойный материал SMS и четерыхслойный SMMS, которые состоят из нескольких слоев (спанбонд – мелтблаун – спанбонд ). Особеностью данных материалов является то, что при небольшой толщине и плотности материала они обладают свойствами, необходимыми для медицинских изделий — воздухопроницаемостью, прочностью, биологической инертностью. Спанбонд выполняет армирующую роль, промежуточный слой из материала мелтблаун обладает высокими барьерными свойствами, кроме этого он не впитывает влагу и препятствует проникновению различных бактерий. Применяется для изготовления хирургических халатов, одноразового белья, масок стирильных и других изделий.

Изделия из SMS/SMMS превосходят по своим защитным свойствам изделия из спанбонда. Благодаря структуре материала медицинсике изделия, изготавливаемые из них, обладают повышенной биологической инертностью. Тактильные ощущение от соприкосновения данного материала с открытыми участками кожи приятные, что немаловажно при использовании изделий персоналом и пациентами.

Отличительные свойства материала:

  • воздухопроницаемость
  • прочность материала благодаря наличию нескольких слоев
  • биологическая инертность


Ламинированный спанбонд

Нетканый двухслойный материал

Состав: полипропиленовые волокна, покрытые слоем полиэтилена.

Данный материал нашел широкое применение при изготовления медицинских халатов, фартуков, нарукавников, а так же для салфеток одноразовых, применяемых при манипуляциях с большим количеством отделяемого.

По свойствам и характеристикам данный материал аналогичен обыкновенному спабонду. Отличительными свойствами материала является слой полиэтиленового покрытия, которое очень устойчиво к отслаиванию, а так же обладает высокими водоотталкивающими свойствами.


Ламинированный cпанлейс 

Нетканый материал с безворсовой структурой, нижний слой которого обладает гидрофильными свойствами,а верхний слой покрыт водоотталкивающей пленкой. 

Состав: вискоза, полиэтилен. 

Применяется для изготовления медицинских халатов и салфеток одноразовых. Верхний слой ламината предотвращает проникание жидкости через материал – обладает хорошими водоотталкивающими свойствами. Нижний «слой комфорта» дарит приятные тактильные ощущения при контакте с открытым участком кожи. Таким образом нижний слой материала прекрасно впитывает влагу, а верхний предотвращает протекание при манипуляциях с большим количеством отделяемого.


Ламинированная бумага

Нетканый материал с многослойной структурой.

Состав: целлюлоза, полиэтилен.

Данный материал применяется в косметологии, медицине и стоматологии. Из ламинированной бумаги изготавливаются салфетки одноразовые, а так же этот материал выпускается в рулонах для гигиенических целей. Особенности материала: полиэтиленовое покрытие очень устойчиво к отслаиванию, не пропускает влагу.


Трехслойный материал TUTAMI adsorb. Плотность 85г/м2

Компания “Гекса” является разработчиком инновационного материала для стерильного белья и халатов. Это многослойный материал с высокими барьерными свойствами, который выпускается в трех разных плотностях плотностях. Изделия из данного материала соответствуют ГОСТ Р ЕН 13795 — 3 — 2008 «Хирургическая одежда и белье, применяемые как медицинские изделия для пациентов, хирургического персонала и оборудования».

Самая высокая плотность из выпускаемой линейки материала. Верхний слой изготовлен из нетканого материала и обладает высокой впитывающей способностью. Жидкость не стекает с простыни, а распределяется по всей поверхности,что способствует комфортному проведению манипуляций с большим количеством выделяемого. Средний слой из специальной мембранной пленки полностью исключает промокание и надежно изолирует операционное поле, обеспечивая стерильность, вместе с тем, обладает свойствами воздухопроницаемости. Нижний слой из мягкого материала – «слой комфорта пациента» впитывает испарения и пропускает их через мембранную пленку, предотвращает накопление влаги и раздражение кожи. Влага, накапливаемая в верхнем слое материала, не проходит через мембранную пленку. Защита стерильной зоны от бактерий и вирусов происходит за счет микропористой структуры материала. Простыни одноразовые из этого материала применяются в стерильных хирургических комплектах, для стерильного покрытия пациента в критической зоне.


Трехслойный материал TUTAMI leve. Плотность 65г/м2

Наша компания является разработчиком инновационного материала для стерильного белья и халатов. Это многослойный материал с высокими барьерными свойствами, который выпускается в трех разных плотностях . Изделия из данного материала соответствуют ГОСТ Р ЕН 13795 — 3 — 2008 «Хирургическая одежда и белье, применяемые как медицинские изделий для пациентов, хирургического персонала и оборудования».

Трехслойная структура материала позволяет использовать его для длительных операций и процедур с большим количеством отделяемой жидкости. Верхний слой материала Tutami выполнен из материала, предотвращающего впитывание жидкостей, обеспечивание ее скатывание с простыни одноразовой. Средний слой выполнен из мембранной пленки, который не пропускает жидкость, одновременно обеспечиваю циркуляцию воздуха. Третий слой «комфорта» впитывает испарения и пропускает их через средний слой- мембранную пленку. Таким образом обеспечиваются приятные тактильные ощущения при контакте материала с открытыми участками кожи, а так же исключает появления раздражения и аллергической реакции. Данный материал широко применяется для изготовления хирургических халатов в критической зоне изделия, простыней одноразовых, а так же салфеток одноразовых, которые используются не только в медицине, но и в стоматологии и косметологии.


Трехслойный материал TUTAMI paryr. Плотность 60г/м2

Наша компания является разработчиком инновационного материала для стерильного белья и халатов. Это многослойный материал с высокими барьерными свойствами, который выпускается в трех разных плотностях плотностях. Изделия из данного материала соответствуют ГОСТ Р ЕН 13795 — 3 — 2008 «Хирургическая одежда и белье, применяемые как медицинские изделия для пациентов, хирургического персонала и оборудования».

Особенностью данного материала является выполненные из целлюлозосодержащего материала верхний и нижний слой. Средний слой выполнен из полимерного материала, который полностью предотвращает его промыкание. Материал отлично впитывает влагу, распределяя ее по всей поверхности – это исключает стекание жидкости за края изделия. Простыни одноразовые и пеленки из этого материала удобны для применения для смотровых ЛПУ, диагностических и процедурных кабинетах, а так же для стоматологии и косметологии. Применения изделий из Tutami papyr обеспечивает высокую гигиеничность в зоне проведения манипуляций.

Источник: сайт компании Гекса 

При использовании материалов сайта

ссылка на источник обязательна

КЕНЕК

Гидрофобность

Гидрофобность (греч. рЬоЬоз – страх, боязнь) – буквально боящийся растворения – свойство веществ слабо взаимодействовать с водой (не смачиваться).[ …]

К гидрофобным эмульгаторам относятся асфальтены, кальциевые, магниевые, алюминиевые слои нафтеновых и других жирных кислот, сернистый свинец и др. Однако действие таких эмульгаторов в дальнейшем не рассматривается, так как при концентрациях нефти, которые встречаются в сточных водах, существование обратной эмульсии («вода в нефти») практически исключено (при содержании воды более 45% образуется эмульсия «нефть в воде»).[ …]

Гидрофобный фильтр

Тенакс GC — гидрофобный и термостабильный (450°С) ППС, эффективно улавливающий примеси из загрязненного воздуха и легко отдающий их при нагревании до 200—250°С. Этот сорбент давно и хорошо известен в качестве отличной насадки для хроматографических колонок и материала для концентрационных трубок.[ …]

Одним из наиболее гидрофобных материалов является парафин. Если пропустить раствор, в котором золото находится в тонкодисперсном состоянии, сквозь сетку, покрытую тонким слоем парафина, или колонку, заполненную парафиновыми гранулами, частицы металла, также обладающие высокой степенью гидрофобности, прилипают к поверхности фильтра и задерживаются на нем. Скапливаясь на материале фильтра, мелкие частицы металла укрупняются и сбор их может быть совмещен с процессом регенерации фильтра. Смазка» растворяется и частицы выпадают в осадок. По мере накопления осадок отделяется и направляется на переплавку.[ …]

Устойчивость суспензии гидрофобных частиц, не обладающих сродством к воде, зависит от их электрического заряда. К этому типу веществ принадлежит большая часть органических и неорганических веществ, создающих мутность природной воды. Силы, действующие на гидрофобные коллоиды, показаны на рис. 2.4,а. Отдельные частицы удерживаются на расстоянии друг от друга вследствие электростатических сил отталкивания, вызываемых положительно заряженными ионами, которые адсорбируются из раствора на поверхностях этих частиц. Силы отталкивания аналогичны силам, возникающим между одноименными полюсами двух электромагнитов. Величина сил отталкивания, развиваемых заряженным двойным слоем ионов на поверхности частиц, называется электрокинетическим потенциалом (дзета-потенциалом) .[ …]

Поскольку углеводородная (гидрофобная) часть мицеллы не имеет открытого участка, контактирующего непосредственно с водой, то и размер одной из полуосей сфероида не должен превышать длину максимально вытянутой цепи углеводородного радикала иона ПАВ. Отклонение от сферичности является результатом того, что уменьшение размеров полярных групп, вызванное сжатием их ионных атмосфер под влиянием добавок посторонних электролитов, вызывает возрастание степени ассоциации углеводородных радикалов (в противном случае сжатие полярных групп неизбежно должно приводить к появлению контакта молекул растворителя с гидрофобным ядром мицеллы). Если ассоциация углеводородных радикалов ионов ПАВ возрастает настолько, что концевые метальные группы этих радикалов не могут разместиться вокруг геометрического центра сферы, то часть радикалов смещается на расстояние, приблизительно эквивалентное размеру метальной группы (около 2 А), при увеличении ионной силы раствора приблизительно на 0,1 единицы. [ …]

Вследствие относительно большой гидрофобности цианэтилиро-ванный хлопок сорбирует меньше влаги, чем исходный хлопок. Величина равновесной влажности эфира целлюлозы составляет 5,0—5,5%, а исходного хлопка при той же относительной влажности воздуха — 7,0—7,5% [34].[ …]

Сложные эфиры и масла должны иметь гидрофобный радикал не менее чем из девяти атомов углерода. Из всех испытанных товарных фракций лучшие противопенные свойства показали фракция спиртов С7—Си и фракция спиртов из вторых неомыляемых производства синтетических жирных кислот, а также кубовые остатки от спиртов C¡4—С2о одного из нефтехимком-бинатов. Фракция спиртов С7—Си содержит спиртов С9—Ci2 более 90%, фракция спиртов из вторых неомыляемых содержит спиртов Cg—С]2 15% и спиртов С12—С20 85%. В аэротенках с активным илом (2 г/л) при дозе противовспенивателя 8,7 мг/л и работе аэротенка в течение 5 ч высота пены не превышала 10 см. При испытании этой фракции спиртов как пеногасителя расход ее составил около 5 мг/л. Есть все основания предполагать, что при работе на непрерывном режиме и поддержании пены на допустимом уровне и снижении в сточных водах сульфатного мыла доза пеногасителя может быть значительно снижена.[ …]

На рис. 47 представлена схема отстойника с гидрофобным фильтром. Очищаемая сточная вода из отстойника по трубопроводу 1 подается в цилиндрическую емкость 2, в которой при помощи отверстий достигается равномерное распределение воды в слое нефти высотой 1 м. Суммарная площадь отверстий подбирается из расчета обеспечения скорости струи очищенной воды не более 1 м/с. Вода, пройдя слой нефти, поступает в дырчатые трубы 3 в нижней части отстойника и через гидрозатвор 4 отводится в буферную емкость и далее перекачивается на КНС. Гидрозатвор состоит из восходящей и нисходящей вертикальных труб, сообщающихся между собой в верхней части, и подвижного патрубка 9, перемещение которого вверх или вниз позволяет устанавливать необходимый уровень водонефтяного контакта в отстойнике. Отработанная нефть из нижней части гидрофобного фильтра поступает в устройство 10 и отводится по трубе 5. [ …]

Пенной флотацией называется процесс, при котором гидрофобные частицы прилипают к вводимым в пульпу пузырькам воздуха или газа и поднимаются с ними кверху, образуя пену, а гидрофильные частицы остаются взвешенными в пульпе.[ …]

Вывод извлеченных нефтепродуктов осуществляется из отстойника, гидрофобного фильтра, электрофлотатора; вывод твердых взвешенных веществ – из танка исходной воды и электрофлотатора.[ …]

В случае хорошо растворимых веществ, содержащих полярные группы и гидрофобные радикалы (например, спиртов) полярная часть может замещать молекулу воды каркаса, а гидрофобная может заполнять пустоты («гидрофильное» внедрение). При слабом взаимодействии молекул неэлектролита с молекулами воды заполнение пустот гидрофобной частью может быть значительным. Таким образом, дифильные молекулы могут по-разному влиять на структуру и свойства воды. Максимальная стабилизация структуры происходит при заполнении всей полости молекулами неэлектролита. Все эти сложные вопросы подробно рассмотрены в специальной литературе [5—10]. [ …]

Говоря о свойствах активного угля как сорбента, мы употребили термин «гидрофобное вещество». По степени прочности связи между дисперсной фазой и дисперсионной средой все дисперсные системы делят на лиофобные и лиофильные или для случая, когда дисперсионной средой является вода,— на гидрофобные и гидрофильные.[ …]

Все ПАВ, которые были нами рассмотрены, состояли из высокомолекулярного гидрофобного углеводородного радикала и полярной низкомолекулярной гидрофильной группы. Они удовлетворяют вышеприведенным условиям применимости метода пенного фракционирования.[ …]

Минимальное количество гидрофильного вещества, вызывающее устойчивость гидрофобных коллоидов, называется по защищаемому коллоиду «золотым числом», «серебряным числом», «рубиновым числом» и т. д. Все эти зольные «числа» являются обратной мерой защитного действия, так как они тем меньше, чем сильнее это действие.[ …]

Анализируя явление взаимодействия трех фаз, можно отметить, что чем большей гидрофобностью обладает поверхность частицы, тем больше вероятность присоединения частицы к воздушному пузырьку при столкновении, так как газы также относятся к гидрофобным веществам. С другой стороны, чем более гидрофобна частица, тем вероятнее образование на ней пузырьков газов, выделяющихся из раствора.[ …]

Механизм защиты состоит в том, что гидрофильный коллоид обволакивает частицы гидрофобного коллоида и таким образом препятствует проникновению к ним ионов электролита и образованию крупных агрегатов.[ …]

Большинство веществ, обусловливающих мутность и цветность природных вод, является гидрофобными или слабогидрофильными коллоидами. Гидрофобны или слабогидрофильны и коллоиды, которые образуются при очистке воды в результате гидролиза вводимых в воду коагулянтов. Поэтому полное представление о поведении коллоидов в процессе очистки природных вод можно получить лишь при учете факторов устойчивости гидрофобных и гидрофильных коллоидов.[ …]

Для коагуляции гидрофильных коллоидов требуется большее количество электролита, чем для гидрофобных. Процесс коагулирования гидрофильных коллоидов называют высаливанием (например, высаливание мыла из водного щелочного раствора). Основную роль в этом процессе играет разрушение гид-ратной оболочки частиц, в то время как роль заряда частиц становится второстепенной. На рис. 36 показана схема коагуляции гидрофильного и гидрофобного золей.[ …]

Используя эти зависимости, Хорн показал, что наряду с кулоновской гидратацией ионов существует и гидрофобная гидратация молекул неполярных или гидрофобных веществ, а также присутствующих в растворе молекул газов. Сущность ее основана на окружении этих молекул клеткоподобной или клат-ратной гидратационной атмосферой.[ …]

Иа потенциальной кривой 1 (см. рис. 34) на расстоянии Г частиц друг от друга существует минимум М. Для гидрофобных золей глубина его незначительна, но для сравнительно крупных асимметричных частиц, имеющих форму палочек или пластин, энергия взаимодействия в точке М превышает энергию теплового движения и происходит взаимное притяжение частиц с большого расстояния (порядка нескольких толщин двойного электрического слоя). Это явление способствует образованию геля, который легко разрушается при встряхивании системы. Тиксотропные структуры ¡возникают лишь при определенных концентрациях коллоидных частиц и электролитов. Количественная характеристика тикоотропии дается путем измерения кинетики самопроизвольного восстановления механических свойств (модуля упругости на сдвиг, прочности и др.) в зависимости от времени стояния системы.[ …]

Принципы действия. После предварительного отстоя исходная сточная вода подается в камеру ввода с гидрофобного фильтра, где в слое коалесцирующей загрузки 3 происходит предварительное укрупнение нефтяной фазы эмульсии. Далее сточная вода через перфорированный распределитель 7 поступает на первый каскад фильтрации, где, распадаясь на капли, падает вниз через нефтяной слой. При падении водяных капель эмульсированная нефть и гидрофобные твердые частицы контактируют с нефтяной средой и переходят в ее состав. Высота фильтрующего слоя нефтепродуктов составляет 25 – 30 см. Находящиеся в фильтрующем слое полиэтиленовые гранулы 10 повышают степень очи-стаи, а также стабилизируют фильтрующий слой. [ …]

В очистке сточных вод в основном используются процессы пенной флотации, основанные на способности гидрофобных частиц прилипать к пузырькам газа (воздуха) и всплывать на поверхность с образованием пены. Отличительной особенностью флотации является большая скорость всплывания сфлотированных загрязнений с одновременной высокой степенью концентрации их в пенном продукте. Метод флотации достаточно широко применяется при очистке производственных сточных вод с целью выделения специфических загрязнений, таких, как жиры, нефть, нефтепродукты, бумажное волокно и др. В последние годы область применения процессов пенной флотации значительно расширилась. Эти процессы используются для разделения иловой смеси (взамен вторичного отстаивания), уплотнения избыточного активного ила и для доочистки сточных вод. В последнем случае флотация используется для удаления ПАВ и остаточных загрязнений — преимущественно взвешенных веществ (в случае предварительной коагуляции— скоагулированной взвеси). Процесс извлечения нерастворенных загрязнений, в том числе коллоидов, обычно называют пенной флотацией, а выделение из растворов ионов и молекул растворенных веществ путем адсорбции их на поверхности раздела жидкость — газ (например, ПАВ)—пенной сепарацией или пенным фракционированием. Применительно к выделению загрязнений из сточных вод такое разделение приемов флотации очень условно, так как сточные воды представляют собой сложную гетерогенную систему. Поэтому в любом флотационном процессе происходит в той или иной мере извлечение ионов, молекул, коллоидов и взвешенных веществ.[ …]

Для проявления поверхностно-активных свойств вещество должно быть полярным соединением, состоящим из гидрофобной и гидрофильной частей. Гидрофильной частью у ПАВ служат карбоксильная — СОО -, сульфатная — SO , сульфонатная — OSO1-, скопление гидрофильных остатков с группами — СН2— СН2—О—СН2—СН2 или группы, содержащие азот. Чаще всего гидрофобная часть состоит из парафиновой цепи, бензольного или нафталинового кольца с алкильными радикалами.[ …]

Анионоактивные ПАВ. Щелочные соли кислот, в которых кислотная группа (—СООН, —803Н или —ОБОзН) связана с гидрофобным остатком.[ …]

Пенная флотация. Сущность процесса пенной флотации состоит в том, что частицы водных дисперсий, имеющих гидрофобную поверхность, способны прилипать к пузырькам газа и выноситься с ними в слой пены. [ …]

Особым физико-химическим методом является флотация. Флотационная очистка эффективна при извлечении природных гидрофобных примесей. При флотации извлечение эмульгированных нефтепродуктов осуществляется пузырьками воздуха или углеводородных газов, введенных в воду разными способами. Эффективность процесса электрической флотации может быть повышена при использовании коагулянтов и флокулянтов, подкислении до изоэлектрической точки, электрохимическом подкислении. Преимуществом электрофлотации являются быстрота процесса, бесшумность, возможность утилизации извлекаемых компонентов [34].[ …]

Коллоиды почвы обладают способностью поглощать молекулы воды. Эта способность называется гидратацией коллоида. Гидрофобные коллоиды практически не гидратируются, почвы характеризуются плохой смачиваемостью, при насыщении почвы высоко-гидратированными катионами происходит пептизация почвенных коллоидов.[ …]

Элементарный акт флотации заключается в следующем: при сближении подымающегося в воде пузырька воздуха с твердой гидрофобной частицей разделяющая их прослойка воды при некоторой критической толщине прорывается и происходит слипание пузырька с частицей. Затем комплекс пузырек – частица подымается на поверхность воды, где пузырьки собираются и возникает пенный слой с более высокой концентрацией частиц, чем в исходной сточной воде.[ …]

Фильтрование эмульгированных веществ. При фильтровании эмульсий через зернистый слой имеет значение первоначальный характер поверхности. При гидрофобной поверхности прилипание частиц сильнее, чем при гидрофильной, так как на поверхности зерен гидрофильных материалов имеется гидратная оболочка. Прилипание происходит только там, где эта оболочка нарушена.[ …]

Катионоактивные ПАВ. Соли органических оснований, чаще всего первичных, вторичных, третичных аминов или полностью замещенного аммония, содержащие гидрофобную группу.[ …]

Широкое использование флотации для очистки масло- и.нефтесодержащих сточных вод обусловлено в первую очередь тем, что масла и нефтепродукты являются гидрофобными веществами и- легко поддаются флотации . Кроме того, их плотность значительно меньше плотности воды, что также способствует флотационному разделению систем масло – вода. [ …]

С уменьшением размеров частиц скорость отстаивания шлама должна уменьшаться, но при этом увеличивается их удельная поверхность и поверхностная энергия, что ускоряет агрегацию частиц гидрофобного шлама. Этим можно объяснить причину хорошего отстаивания даже очень мелких частиц красного шлама, полученного при высокой температуре выщелачивания, когда он становится гидрофобным.[ …]

В связи с резко возросшими требованиями к степени очистки воды широкое применение приобретает сорбция. Установлено, что этот метод особенно эффективен при очистке воды от органических веществ, молекулы которых гидрофобны или слабо гидратированы. Как известно, в качестве сорбентов могут быть использованы различные материалы, достаточно сильно измельченные и имеющие большую поверхность. Однако наибольшей сорбционной способностью и универсальностью обладают активированные угли. Вместе с тем эти сорбенты являются и наиболее дорогими. Поэтому их рационально применять в тех случаях, когда необходимо обеспечить особенно высокую степень очистки или когда другие методы оказываются неэффективными. [ …]

Вследствие гигроскопичности кальциевую селитру перевозят и хранят во влагонепроницаемых мешках, пропитанных особым составом. Для уменьшения гигроскопичности кристаллическую соль кальциевой селитры смешивают с гидрофобными добавками в количестве 0,5% веса соли (например, с парафинистым мазутом). Кроме того, для улучшения физических свойств продукта к его концентрированному раствору в процессе производства добавляют до 5% аммиачной селитры.[ …]

Адсорбция осуществляется в вертикальных аппаратах, заполненных твердым поглотителем (активный уголь, силикагель, цеолиты). Наиболее широкое применение в промышленности получил активный уголь с активной поверхностью 600-1700 м2/г. Это обусловлено гидрофобностью этого адсорбента, что является очень важным качеством, учитывая, что отходящие промышленные и вентиляционные газы, как правило, влажные. Десорбция поглощенного углеводорода проводится с помощью водяного пара, активность угля восстанавливается при обработке горячим воздухом. [ …]

Наиболее часто в практике очистки воды в качестве коагулянта используют сернокислый алюминий А12(804)3, применяют также хлорное железо РеС13, железный купорос Ре804, сернокислое трехвалентное железо Ре2(804)з. Значение этих коагулянтов заключается в том, что они способны образовывать гидрофобные коллоидные системы, которые при коагуляции дают хлопья, сорбирующие и захватывающие частицы загрязнений воды.[ …]

Имеется обратное соотношение между степенью адсорбции органического вещества и его растворимостью в воде (гидрофильностью). Растворимость органических соединений в воде в пределах одного химического класса уменьшается с возрастанием длины цепи. Следовательно, адсорбция из водного раствора увеличивается по мере роста цепи в гомологическом ряду, что обусловлено возрастанием степени гидрофобности молекул. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что структурно простые соединения хуже адсорбируются в ионной форме и лучше — в нейтральной. По мере усложнения структуры соединений влияние ионизации ослабевает. [ …]

Размеры этих частиц, называемых коллоидами, колеблются от 1 до 500 ¡нм; ¡¡при наблюдении под обычным микроскопом они невидимы. Дисперсная система, образованная коллоидными частицами, устойчива в воде, находящейся в покое, так как отдельные частицы имеют настолько большую поверхность относительно их веса, что силы тяжести не влияют на состояние такой системы. Коллоиды классифицируются на гидрофобные («не любящие воду») и гидрофильные («любящие воду»).[ …]

Вода — прекрасный растворитель кислот, щелочей и солей, многих газов, в том числе таких важных для жизни, как кислород и углекислый газ. В то же время вещества, не содержащие в своих молекулах заряженных или поляризованных групп, практически нерастворимы в воде. Способность взаимодействовать с водородными связями воды делит все вещества на гидрофильные — растворимые или, как минимум, смачиваемые водой, и гидрофобные – нерастворимые и даже активно, с высвобождением энергии, вытесняемые водой и водными растворами. Сочетание гидрофильных и гидрофобных свойств различных органических веществ используется живыми организмами для создания очень прочных структур ультрамикроскопических размеров — клеточных мембран и других «молекулярных конструкций», обеспечивающих протекание важнейших жизненных процессов на клеточном уровне. [ …]

Маленков и Самойлов показали, что льдоподобная и клатратная структуры энергетически близки, но первые более предпочтительны при низких температурах. При 30—60° С не исключена возможность перехода тетраэдрического льдоподобного каркаса в додекаэдрические структуры клатрат-ного типа, что может быть связано с тепловыми аномалиями свойств воды, проявляющимися при температурах 30—40° С. Они также могут быть преобладающей структурной формой в участках воды, примыкающих к поверхностям раздела, гидрофобным ионам или отдельным частям макромолекул.[ …]

Противопенные добавки вносятся в сточную воду перед поступлением ее в аэротенки или непосредственно в аэротенки. Пеногасители распыляются на пену, причем, чем лучше их распыление, тем меньше их расход. Но во всех случаях использование химических средств борьбы с ценообразованием связано с дополнительными расходами, размер которых определяется дозой противопенной добавки или пеногасителя, что в свою очередь зависит от содержания сульфатного мыла в сточных водах. Проведенные исследования показали, что способность спиртов подавлять пену возрастает с ростом длины углеводородного гидрофобного радикала. Спирты нормального строения с числом углеродных атомов в молекуле девять и более показали вполне удовлетворительные результаты. Из спиртов с одинаковым числом углеродных атомов в молекуле спирты нормального строения обладают лучшими противопенными свойствами, чем спирты с разветвленной структурой. Сложные эфиры, образованные жирными кислотами, от масляной до капроновой, и водорастворимыми жирными спиртами, показали неудовлетворительные результаты. Для того чтобы выяснить влияние на противопенные свойства строения кислотных остатков, входящих в состав сложных эфиров и масел, испытаны в качестве противопенной добавки подсолнечное и касторовое масла. Из этих двух масел касторовое масло показало худшие результаты.[ …]

Супергидрофобные материалы природного происхождения | Feature

Химики, которые хотят создавать материалы, отталкивающие воду, но не содержащие фторуглеродов, черпают вдохновение в природе, Рэйчел Бразил находит

Химики ищут альтернативы фторорганическим соединениям для антипригарных покрытий. Тефлон, политетрафторэтилен, покрывает наши сковороды с 1940-х годов. Но с увеличением количества свидетельств устойчивости, биоаккумуляции и токсичности фторорганических соединений в окружающей среде начинается поиск новых антипригарных решений. Одним из мест, куда химики с завистью смотрят, является сама природа. Поверхность многих растений и животных отталкивает воду, а в некоторых случаях даже масло. Но химия этих поверхностей — не единственная хитрость природы — огромную роль играет сложное наноструктурирование. Использование этих конструкций теперь помогает химикам производить антипригарные покрытия следующего поколения.

Смачиваемость поверхности измеряется углом контакта капли жидкости с поверхностью. По сути, это измеряет, какая часть капли находится в контакте с поверхностью — чем больше угол, тем меньше контакт с поверхностью. В случае воды, когда этот угол превышает 150°, поверхность считается супергидрофобной и очень трудно смачиваемой.

Существует огромное количество веществ, которые можно использовать

Биолог Вильгельм Бартлотт из Боннского университета в Германии за последние 30 лет совершил один из крупных прорывов в понимании супергидрофобности в биологии. Он предполагает, что супергидрофобность должна была развиться 450 миллионов лет назад, когда жизнь вышла на сушу и начала дышать посредством газообмена. «Мы изучили около 24 000 различных видов растений и животных, и многие из них являются супергидрофобными или, по крайней мере, имеют супергидрофобные части», — говорит он.

Многие выдавливают кристаллический восковой слой. Бартлотт говорит, что обычно это сложные смеси длинноцепочечных углеводородов (20–30 атомов углерода), которые могут быть алканами, кетонами, альдегидами, спиртами, жирными кислотами и сложными эфирами. 1 Но не только химия снижает смачиваемость. «Существует огромное количество веществ, которые можно использовать, но они никогда не достигнут качества тефлонового покрытия», — объясняет Бартлотт. «Секрет жизни заключался в том, чтобы изобрести сложную, очень изощренную иерархическую структуру поверхности.» Поверхности образуют кристаллические структуры, такие как трубочки, пластинки или нити, но они покрывают другой текстурированный слой клеток или волосков, создавая два или три наложенных друг на друга уровня. «иерархическая скульптура» на микро- и нано-уровне. «Единственное, что запрещено, — это плоскость!» — говорит Бартлотт.

Липкая или скользкая

Функция шероховатой иерархической поверхности — создавать воздушные карманы. Капля воды находится поверх захваченного воздуха, и это резко уменьшает контакт между твердым телом и жидкостью, позволяя каплям образовывать почти идеальные сферы, которые легко скатываются. Одним из самых известных примеров такого поведения является лист лотоса, чья самоочищающаяся поверхность имеет краевой угол, приближающийся к 180°. Сканирующая зондовая микроскопия показывает, что листья покрыты бугорками размером 1–5 мкм, называемыми сосочками, под восковым кристаллическим верхним слоем. Это означает, что капли дождя будут скатываться вместе с любой поверхностной грязью.

Источник: © Science Photo Library

Лепестки роз имеют текстурированную поверхность, покрытую гидрофобным воском. Элементы имеют размер около 16 мкм, что означает, что они удерживают капли воды

Другой пример из биологии — лепесток розы. Его поверхность также гидрофобна, но ведет себя совсем по-другому. «Когда вы кладете каплю воды на лепесток розы, вы, должно быть, замечаете, что вода прилипает к поверхности, а не падает. Это липкая гидрофобность», — объясняет Айяппанпиллай Аджаягош, химик из Национального института междисциплинарных наук и технологий (NIIST) в Тируванантапураме, Индия. Аджаягош пытался имитировать поверхности листа лотоса и лепестка розы.

Как и лист лотоса, лепесток розы имеет гидрофобный восковой слой, покрывающий иерархически текстурированную поверхность, образованную наноскладками кутикулы и сосочками конической формы. Но разница заключается в размере этих структур — 16 мкм в диаметре по сравнению с 11 мкм у листа лотоса. Это означает, что вода способна проникать в структурированную поверхность, создавая большую поверхность раздела твердое тело-жидкость и, следовательно, липкость. Закрепление известно как состояние Вензеля, тогда как капли, скатывающиеся с листа лотоса, находятся в состоянии Кэсси-Бакстера, названном в честь ученых, которые определили эти различные явления смачивания.

Можно ли воспроизвести эти состояния химически? Аджаягош начал с глинозема — материала, который по своей природе гидрофильный. 2 Его команда работала над ковалентно-органическими каркасами, классом кристаллических пористых полимеров, и поняла, что эти материалы могут самособираться в гидрофобные покрытия. Они покрыли поверхность оксида алюминия лигандом на основе азобензола (AzPBA), а затем покрыли ее ароматическим бис-альдегидом (BA) с двумя алкокси-цепями, что приблизило эффект воскового покрытия. Контактный угол достиг почти супергидрофобных 145°, а поверхность демонстрировала «липкое» поведение, похожее на лепесток розы.

Затем Аджаягош обрабатывал поверхность, покрытую AzPBA, ионами цинка перед нанесением слоя BA. Контактный угол новой поверхности увеличился до 165°, и поверхность стала скользкой, как лист лотоса. «Когда вы [добавляете] ионы цинка, он образует на поверхности [координационный] полимер — своего рода сеть, в которой есть [новая] наноархитектура», — говорит Аджаягош. Ионы цинка присоединяются к группам карбоновой кислоты AzPBA, и новая поверхность имеет пальцевидные выступы размером 1 мкм и шириной 200 нм. Этого достаточно, чтобы задержать воздух под каплей воды, размещенной на поверхности. Аджаягош говорит, что работа показала, что вполне возможно химически имитировать супергидрофобные состояния, встречающиеся в природе, путем создания различной морфологии поверхности. «Мы не используем никакой фторированной химии — это очень простая химия», — добавляет он.

Всеобъемлющая ногохвостка

В то время как природа может относительно легко освоить супергидрофобную поверхность, гораздо сложнее создать суперолеофобные поверхности, которые также могут противостоять маслам, и суперомнифобные поверхности, которые противостоят любым жидкостям. Химики обычно прибегают к фторсодержащим полимерам, но у природы нет такой возможности. Тем не менее, в природе есть несколько примеров омнифобных поверхностей, таких как коллембола или ногохвостка — небольшое бескрылое насекомое, обитающее в почве. «Животное подвергается воздействию сильно загрязненной [воды] поверхностно-активными веществами, поэтому она имеет низкое поверхностное натяжение и смачивает поверхность намного легче, чем [чистая] вода», — объясняет Карстен Вернер из Центра биоматериалов Макса Бергмана в Дрездене. , Германия. «На кожу воздействует трение частиц и механическая сила, поэтому было разработано решение, которое является гораздо более захватывающим шаблоном для копирования».

Источник: © Science Photo Library

Тело ногохвостки имеет иерархическую структуру и способно удерживать пузырьки воздуха для отталкивания воды иерархические слои. 3 Полученная структура образует нанополости (0,3–1 мкм), покрывающие все тело, но на поперечном сечении имеются характерные грибовидные выступы. «Эта особая структура поперечного сечения удерживает наноразмерные пузырьки воздуха в структуре, и это удержание газа предотвращает смачивание даже неполярных жидкостей», — говорит Вернер.

«Мы смогли создать структуры, которые действительно точно воспроизводят наноморфологию кожи, однако, конечно, ограничены довольно маленькими образцами», — говорит Вернер. Их копии были изготовлены путем прямого слепка кожи насекомых с использованием диакрилата полиэтиленгликоля. Они сделали две версии — одна с точным воспроизведением поверхности, другая без наноструктурных элементов. Они обнаружили, что необычные выступающие наноструктуры были ключом к созданию суперомнифобной поверхности — образцы, изготовленные без нее, имели краевые углы, близкие к нулю, а те, у которых — до 150°. 4

«Омнифобные свойства, которые мы наблюдали у этих животных, зависят только от наноморфологии поверхности, а не от химического состава материалов, которые мы используем — мы продемонстрировали, что можно достичь этого эффекта в совершенно разных типах материалов. , — говорит Вернер. Выступы, по-видимому, создают энергетический барьер, который не может быть преодолен даже жидкой фазой с низким поверхностным натяжением, такой как гексадекан (которая могла смачивать образец тефлона).

Werner стремится использовать эти поверхности в качестве антибактериальных покрытий, например, для защиты хирургических инструментов. «Морфология, которую мы заимствовали у ногохвостка, сама по себе весьма эффективна, и сейчас мы работаем над объединением этих структурированных поверхностей с покрытиями, содержащими антисептики». или керамика. В 2018 году команда из Южной Кореи объединила нанолитографию и метод образования складок, при котором части полимерной поверхности сжимались, чтобы изготовить искусственную поверхность ногохвостка с высокой репеллентностью, способную выдерживать экстремальные нагрузки. Они пришли к выводу, что их сфабрикованная система превосходит саму кожу насекомого.

Подводный

Источник: © Science Photo Library

Папоротник Salvinia molesta имеет невероятно сложную поверхность, что означает, что он может выжить под водой под водой в течение длительного времени. Одним из примеров является Salvinia molesta , чрезвычайно инвазивный папоротник, который может выживать под водой в течение нескольких недель, продолжая фотосинтез. «У него самая сложная поверхность, которую мы знаем у растений», — говорит Бартлотт. «Ни один ученый-материаловед в своем самом странном кошмаре не догадался бы о таком решении!» Его водоотталкивающая поверхность удерживает защитный воздушный слой через множество волосков в форме метелки (называемых трихомами), которые составляют поверхность. Кончики венчиков химически различны, они гидрофильны, и это прочно прикрепляет слой воды к поверхности с воздухом, находящимся под ним. Эффект закрепления удерживает воздушный слой размером до 3,5 мм под отрицательным давлением в небольших отдельных карманах.

Бартлотт и его коллеги из Университета Ростока в Германии изучают, как можно использовать синтетическую версию для покрытия корпуса корабля для уменьшения лобового сопротивления. Учитывая, что на судоходство приходится примерно 3% глобальных выбросов парниковых газов (1 миллиард тонн углекислого газа в год), сокращение выбросов может иметь значительные последствия. Barthlott не готова сообщить подробности своего нового материала, но другие начали создавать поверхности с аналогичным дизайном. Группа итальянских инженеров недавно использовала 3D-лазерную литографию и гидрофильный фоторезист на основе эпоксидной смолы, чтобы сформировать массив из волосков размером 7 мкм, имитирующих 9 волосков.0073 S. molesta лист. 5

Воздействие такого покрытия на сопротивление подводному плаванию можно было бы максимально увеличить, объединив его с такими технологиями, как система воздушной смазки Mitsubishi, запатентованная в 2010 году. Здесь сжатый воздух образует микропузырьки. «Если у вас есть супергидрофобная поверхность, она будет притягивать [эти] пузырьки воздуха, как магнит, и удерживать их, так что это может быть идеальной комбинацией», — говорит Бартлотт. Он считает, что их нынешний прототип покрытия может снизить лобовое сопротивление до 30%.

Химический пластрон для отделения масла

Воздухозаборные поверхности также распространены у водных насекомых. Ряд крошечных волосков или бугорков, известных как щетинки или микротрихии, улавливают тонкий слой воздуха, который позволяет насекомому дышать под водой, по сути действуя как внешние жабры. Эта особенность известна как пластрон. «В Техасе целые колонии огненных муравьев объединяются и образуют эти плавучие плоты с пластронами, удерживающими [воздух] между ними [для повышения их плавучести]», — говорит химик Сарбаджит Банерджи из Техасского университета A&M в США. Он воспроизвел этот принцип для создания суперомнифобных поверхностей.

Источник: © Hu and Mlot/Georgia Tech

Огненные муравьи могут собираться вместе, чтобы увеличить свою плавучесть – свойство, которое ученые надеются воспроизвести для очистки разливов нефти

Отталкивать нефть всегда сложнее, чем воду, объясняет Банерджи. «Все, что удерживает молекулы нефти вместе, — это лондонские дисперсионные силы, поэтому склонность нефтяных капель к растеканию намного выше». Углеводородные парафины, встречающиеся в природе, обычно легко смачиваются нефтью.

Чтобы спроектировать сверхомнифобную поверхность со свойствами пластрона, Банерджи обратился к нанотетраподам из оксида цинка, нанесенным распылением на нержавеющую сталь. Эти четырехногие нанокристаллы образуются при быстром окислении цинковой фольги на воздухе. — Как ни ставь, а одна-две ноги на тебя надвигаются; вы не можете сформировать что-то плоское», — говорит Банерджи. Нанотетраподы прикрепляются к поверхности стали с помощью тетраэтилортосиликата, который создает связь из диоксида кремния. «Сеть четвероногих застряла там, и когда мы погружаем [поверхность] в воду, вы видите это мерцание, соответствующее пузырькам воздуха, которые оказались в ловушке», — объясняет он.

Но чтобы воспроизвести суперолефобную поверхность, Banerjee также функционализировала поверхность перфтороктановой фосфоновой кислотой (C 8 H 6 F 13 O 3 P). 6 Неполярный фторсодержащий монослой обеспечивает еще более низкую поверхностную энергию. «По сути, у нас есть выступающие связи C–F, взаимодействующие с молекулами воды или масла, что дает нам олеофобность, а также гидрофобность, обусловленную как химическим составом, так и текстурой», — объясняет он. «Грубость действует, чтобы усилить внутреннюю химию».

Суперолеофобность этих материалов делает их идеальными для покрытия оборудования для хранения и транспортировки нефти, но Банерджи особенно заинтересован в их использовании для отделения вязких масел от воды. В настоящее время большие объемы сырой нефти извлекаются из пластов с помощью закачиваемого пара, но разделение полученной эмульсии затруднено и требует материалов, способных работать при температуре выше 130°C.

Компания Banerjee разработала совершенно новый процесс фильтрации на основе сетки из нержавеющей стали, покрытой нанотетраподами оксида цинка. «Сам по себе он довольно гидрофобный из-за слоя воздуха [на поверхности], но он также и олеофильный», — объясняет он. Сетчатая мембрана образует взаимосвязанную пористую пластронную сеть, пропускающую масло. Но он удерживает капли воды во взвешенном состоянии над воздушными карманами, образованными между выступающими нанотетраподами. Капли воды находятся в состоянии Кэсси-Бакстера, в отличие от капель масла, которые находятся в режиме Вензеля и проникают через сетку. Фильтр может снизить содержание воды в вязком масле до 0,69.% по объему. 7

Скользкий подход

Еще один инновационный подход к омнифобным поверхностям, не основанный на воздушном кармане, был разработан в лаборатории Джоанны Айзенберг в Гарвардском университете в Массачусетсе, США, и также черпает вдохновение из природы. Насекомоядное растение-кувшин захватывает свою добычу, используя скользкую, смазанную водой поверхность, которая отталкивает масла, содержащиеся на ногах насекомых. Сама смазка удерживается на месте неровной микротекстурированной поверхностью.

Источник: © Так-Синг Вонг и Джоанна Айзенберг. Синг Вонг, в настоящее время доцент Пенсильванского государственного университета в США, разработал поверхности, основанные на принципе растения-кувшина, называемые скользкими пористыми поверхностями, пропитанными жидкостью (Slips). «Вы начинаете с текстурированной или пористой поверхности, похожей на губку, а затем мы наносим смазочную жидкость, которая имеет сильное химическое сродство к основной текстурированной [поверхности], и с этой комбинацией Slips может отталкивать все, что не смешивается со смазкой». он говорит. «Если вы хотите отталкивать жидкость на масляной основе, вы можете разработать смазку либо на водной основе, либо использовать перфторированную жидкость, которая не смешивается с водной и масляной фазами. Основываясь на этих проектных критериях, вы можете исследовать все виды жидкостей в качестве смазочных материалов».

Смазка, глубина которой обычно составляет от 100 нм до нескольких микрометров, удерживается на месте за счет капиллярных сил, но она должна иметь высокое химическое сродство к основному материалу, иначе жидкость, которую вы хотите отталкивать, вытеснит ее. «В принципе, вы можете использовать любой материал, если найдете способ текстурировать его», — говорит Вонг. Он использовал пористые эпоксидные смолы диаметром 300 нм и нанопорами высотой 5 мкм. 8

Вонг исследовал, как смазанные поверхности могут быть полезны для сбора воды в тех частях мира, где ощущается нехватка воды. Он обнаружил, что гидрофобные шлипсы не обеспечивают наиболее эффективного способа сбора водяного пара или тумана, поскольку ограничивают зародышеобразование капель воды. И простое использование иерархической текстурированной поверхности привело к тому, что капли были закреплены, как с лепестком розы, а не скатывались для сбора. 9

Вместо этого он и его команда придумали решение, вдохновленное кувшином и рисом, которые они назвали скользкой шероховатой поверхностью (SRS). Чтобы предотвратить скопление воды, листья риса имеют иерархическую поверхность с определенными бороздками, образующими гофрированную структуру, которая заставляет капли воды скатываться в направлении, перпендикулярном этим бороздкам. Вонг и его команда создали кремниевые пластины с такой структурой. Поверхность с канавками сама по себе была модифицирована второй иерархической текстурой и покрыта силанами для повышения химического сродства со смазкой. Только эта самая внутренняя структура покрыта масляной смазкой на основе гидрофильного силикона размером 1 мкм.

«Теперь он может не только притягивать водяной пар или капли воды из воздуха, но, как только вода соприкасается с поверхностью, она может легко соскальзывать», — объясняет Вонг. Набор конкурирующих эффектов способствует тому, что поверхность отталкивает жидкости независимо от того, как они ее смачивают. Гидрофильная смазка помогает каплям воды зарождаться, а гребни рисовых листьев позволяют каплям скатываться. Вонг говорит, что текущий лабораторный тест показал, что система может собирать примерно 500 мг воды на см 2 за час: «почти в 10 раз больше воды, чем обычный материал для сбора тумана», — добавляет он.

Природа вдохновила на разнообразные решения для создания супергидрофобных, а в некоторых случаях и суперолеофобных поверхностей из различных материалов. Эти решения исходят из сложных поверхностных структур в дополнение к химическому составу поверхности. Но достаточно ли этого, чтобы заменить фторированные полимеры, которые мы используем в настоящее время? Сетка Banerjee с покрытием из оксида цинка по-прежнему использует внешний фторированный слой для создания сверхомнифобного поведения. «Я не видел ничего, что работало бы так же хорошо, — признается он. «Мы действительно избегали использования [объемных] фторполимеров, вместо этого использовали по существу монослои». Вернер считает, что в будущем правильная наноморфология может заменить фторированные полимеры для более экологически безопасных защитных поверхностей. Его синтетическая кожа ногохвостка способна превзойти такие поверхности. «На самом деле они отталкивают неполярные жидкости и сильно загрязненные водные растворы с очень низким поверхностным натяжением».0003

Но, наверное, еще не время совсем забывать о химии при разработке материалов. Далее, исследуя кожу ногохвостка, Вернер говорит, что структурированная кожа — это еще не все. «Оказывается, это, возможно, только первая линия защиты организмов от биоадгезии», — объясняет он. Химия поверхности и биология также играют роль. Богатый липидами внешний слой содержит органические соединения, которые, как известно, обеспечивают антибактериальные свойства за счет минимизации адгезии белков. 10 «У этого также есть что предложить нам для приложений биомимикрии», — предлагает Вернер.

Очевидно, нам еще есть чему поучиться у природы. «Я думаю, что мы просто взламываем поверхность», — соглашается Банерджи.

Рэйчел Бразил, научный писатель из Лондона, Великобритания. Транс. Р. Соц. A , 2016, 374 , 20160191 (DOI: 10.1098/rsta.2016.0191)

2 RD Mukhopadhyay, B Vedhanarayanan and A Ajayaghosh, Анжю. хим. Междунар. Эд. , 2017, 56 , 16018 (DOI: 10.1002/anie.201709463)

3 R Hensel, C Neinhuis and C Werner, Chem. соц. Rev. , 2016, 45 , 323 (doi: 10.1039/c5cs00438a)

4 R Hensel и др. , NPG Asia Materials , 2013, 5 , E37 (DOI: 10.1038 /666, 2013, 5 , E37 (DOI: 10.1038 /66666666.6.

5 O Tricinci и др. , ACS Appl. Матер. Интерфейсы , 2015, 7 , 25560 (DOI: 10.1021/acsami.5b07722)

6 T E O’Loughlin и др. в Энциклопедии неорганической и бионорганической химии , Wiley, 2017 (DOI: 10. 1002/9781119951438.eibc2493)

7 TE e’lough . англ. Матер. , 2017, 19 , 1600808 (doi: 10.1002/adem.201600808)

8 T-S Wong и др. , Nature , 2011, 477 , 443 (DOI: 10,1038/Nature1047) , 443 (DOI: 10,1038/Nature1047). Dai и др. , Sci. Доп. , 2018, 4 , eaaq0919 (DOI: 10.1126/sciadv.aaq0919)

10 J Nickerl и др. , J. R. Soc. Интерфейс , 2014, 11 , 20140619 (DOI: 10.1098/rsif.2014.0619)

Гидрофобность материалов | ATRIA Innovation

Материалы с гидрофобными свойствами стали очень привлекательными благодаря возможностям, которые они предлагают, и появлению на рынках всевозможных продуктов. Если вы не знаете основ этого свойства материалов, мы объясним вам это.

Гидрофобность – это способность материала отталкивать воду от своей поверхности, а гидрофильность – это свойство притягивать воду. Это свойство обычно измеряется путем наливания капли воды определенного объема на поверхность, которую мы хотим измерить, и наблюдения за углом, который капля образует с поверхностью. Если капля имеет угол больше 90°, она будет напоминать сферическую каплю, обладающую гидрофобным поведением. Если же, наоборот, капля имеет краевой угол меньше 90°, то она будет очень плоской каплей и будет растекаться по поверхности; это означает, что материал представляет собой гидрофильное поведение.

Например, если капнуть каплю воды на стальной лист, капля растечется по поверхности и останется очень плоской, так как угол смачивания стали очень мал и она очень гидрофильна. Если, наоборот, на тефлон налить каплю воды, то она будет иметь форму шара и будет легко двигаться по поверхности, не смачивая ее, имея очень большой краевой угол и поэтому обладая высокой гидрофобностью.

Как мы уже говорили, это свойство материала, но есть методы, с помощью которых это свойство можно изменить, чтобы получить сталь, которая отталкивает воду, как это происходит в ваших тефлоновых сковородах. Чтобы изменить это свойство, можно использовать два разных типа методов: изменить вовлеченные химические механизмы или изменить физические механизмы.

Первый вариант широко применялся в течение многих лет и включает изменение химического состава материала. В основе этого метода лежит изменение силы сцепления, существующей между водой и различными материалами. Если материал имеет очень сильное сродство и силы связи между водой и его поверхностью, то капля будет сильно прилипать и очень гидрофильна. Чтобы лучше понять это, можно представить, что поверхность материала и вода — это два магнита, которые притягиваются друг к другу и, следовательно, остаются очень близко друг к другу. Если, наоборот, силы сцепления очень слабые, то вода будет иметь сферическую форму и будет катиться по поверхности материала, не смачивая его. В этом случае вода была бы как бы в космосе, без какой-либо силы, заставляющей ее соприкасаться с поверхностью.

После понимания механизма химической связи между водой и поверхностью материалов можно модифицировать его путем нанесения покрытия на материал. Если мы создадим тонкослойное покрытие (даже нанометров) для материала, мы сможем превратить гидрофильный материал в гидрофобный и наоборот. Таким образом, мы можем изменить контактный угол любого материала.

Покрытия можно наносить погружением, погружением, распылением или добавками в случае полимеров. Технология нанесения покрытий будет зависеть от типа и геометрии изделия.[подробнее]

Второй вариант, более новый, который начинает внедряться в промышленности, заключается в физическом изменении взаимодействия между водой и материалом. Если в случае химической модификации мы сосредоточимся на силах связи между водой и поверхностью материала, то физическая модификация действует на поверхностное натяжение между твердым материалом и жидкостью. Эти силы поверхностного натяжения такие же, как когда мы играем в мыльные пузыри с помощью обруча, слой мыльной воды остается внутри обруча, и тогда мы можем дуть, чтобы сделать пузырь. Теоретически из-за веса мыльной воды это должно быть невозможно, но поверхностное натяжение препятствует падению воды. Это также поверхностное натяжение, которое заставляет некоторых комаров ходить над водой, не опускаясь, поскольку оно создает восходящую силу, превышающую их вес.

Как мы видели, существуют определенные материалы и животные, которые из-за поверхностного натяжения между водой и ими могут создавать гидрофобные свойства. Чтобы изменить это поверхностное натяжение, нам нужно только изменить контактную поверхность между материалом и водой, создавая пики или линии в материале микрометрического или нанометрового размера, между которыми вода плавает в воздухе. Основание похоже на ложе факира. Если бы они легли на доску одним гвоздем, то прибили бы его, но так как они лежат на многих, то вес распределяется по многим точкам, и они остаются в воздухе.

То же самое происходит и с водой, и она остается в воздухе, при очень слабом взаимодействии шпажек поверхности с водой, придавая сферическую форму каплям воды и заставляя их катиться по поверхности, не смачивая ее. В этом случае технология, которую мы будем использовать, — это микроструктурирование в форме для полимеров, лазер для всех типов материалов и рулонная технология для полимеров и некоторых металлов. [Дополнительная информация]

Будь то путем изменения химических свойств или изменения физические свойства материалов, гидрофобность и гидрофильность теперь достижимы для любого материала, поэтому, если вы хотите изменить свои свойства, свяжитесь с нами, и мы вам поможем!

Эволюция гидрофобного дизайна

Фото Кайла Уилке предоставлено Массачусетским технологическим институтом.

В 1990-х годах биолог Боннского университета Вильгельм Бартлотт отметил сверхъестественную способность растений лотоса сбрасывать воду и грязь, несмотря на то, что они живут в темных болотах. Этот так называемый «эффект лотоса» побудил его и его исследовательскую группу в Германии проанализировать поверхность листьев растений, где они обнаружили микроструктуру, сводящую к минимуму площадь контакта с водой. Разработав аналогичную микроструктуру краски Lotusan для наружных работ для Sto Corp., Бартлотт разработал самоочищающееся покрытие.

С тех пор, как в 1999 году Lotusan был выпущен на рынок, стремление к гидрофобности (что буквально переводится как «боязнь воды») в промышленных продуктах усилилось. До сих пор водоотталкивание в зданиях в основном достигалось на макроуровне за счет использования однородных невпитывающих материалов, таких как керамическая плитка, или покрытий, таких как герметики. Отталкивание влаги не только помогает воде не проникать в материалы, но и не разрушает их с течением времени, как это видно на ржавчине металла или гниющей древесине.

Разработка такого свойства на микро- и наноуровне, как в случае с краской Lotusan, предлагает дополнительные функции помимо устойчивости к гниению. К ним относятся функции защиты от запотевания, обледенения, защиты от микробов, олеофобии, самоочищения и снижения лобового сопротивления. Многие строительные материалы, включая бетон, дерево, стекло и даже бумагу, можно улучшить с помощью таких свойств.

Вариации микроструктуры поверхности гидрофобных материалов могут привести к совершенно разным результатам. «Гидрофобные свойства чрезвычайно зависят от морфологии и топографии поверхностей», — утверждают ученые Тьерри Дарманин и Фредерик Гитар в 2015 году. 0271 Материалы Сегодня статья. Фундаментальная характеристика касается того, насколько быстро материал может отталкивать жидкость, и измеряется углом контакта с водой. Гидрофобные материалы определяются как имеющие угол контакта с водой или «смачиваемость» 90 градусов или больше. Так называемые супергидрофобные материалы имеют угол контакта с водой, превышающий 150 градусов, что очень затрудняет прилипание воды к поверхности.

Фото Zengame через Flickr Commercial Commons Лист лотоса считается супергидрофобным растением.

Эти поверхности напоминают многие природные организмы, которые, как и лотос, извлекают выгоду из отталкивания воды и грязи. «Мы рассмотрели около 24 000 различных видов растений и животных, и многие из них являются супергидрофобными или, по крайней мере, имеют супергидрофобные части», — сказал Бартлотт Chemistry World в апреле. И ученые продолжают анализировать состав поверхности этих организмов. Распространено мнение, что свойства наноструктурированных поверхностей основаны на форме, а не на химическом составе; однако реальность такова, что они являются результатом их комбинации.

Согласно Дарманину и Гиттарду, природа создает большинство супергидрофобных поверхностей из наноструктурированных восков. Водонепроницаемая кутикула ногохвостка, например, состоит из нескольких слоев белков и липидов — безвредный для окружающей среды композит. К сожалению, большинство коммерческих гидрофобных покрытий сегодня содержат смесь промышленных химикатов. Полироль для различных поверхностей, например, включает в себя такие ингредиенты, как алифатические углеводороды, гексилциннамаль и бутилфенилметилпропиональ — химические вещества, вызывающие известные проблемы со здоровьем человека. Обычные гидроизоляционные спреи содержат фторполимеры, которые, как известно, вызывают респираторные заболевания. Исследование, проведенное в 2008 году Колледжем медицины человека Университета штата Мичиган, побудило Департамент общественного здравоохранения Мичигана рекомендовать обращаться со всеми брендами гидрофобных спреев с «крайней осторожностью». Подрядчикам слишком хорошо знакома неприятная и небезопасная задача гидроизоляции фундаментов зданий, которую G reen Обозреватель Builder Дженнифер Коги описывает это как «грязную, токсичную работу, выполняемую с использованием очень летучих герметиков на нефтяной основе, от которых у вас кружится голова до конца дня».

Хорошая новость заключается в том, что изменения уже происходят. В настоящее время доступно все больше продуктов без сомнительных ингредиентов. Некоторые проникающие герметики, например, состоят из полимеров на водной основе без использования растворителей. Однако многие из этих покрытий по-прежнему основаны на ископаемом топливе и не обладают такой изощренностью, как природная супергидрофобность.

Новые материалы, которые могут имитировать это свойство с использованием нетоксичных ингредиентов, имеют большие перспективы для будущих строительных продуктов. Одним из примеров является новый супергидрофобный материал из наночастиц оксида алюминия, разработанный учеными из Университета Райса и Университета Суонси в Уэльсе. Подобно краске Lotusan, наночастицы образуют разветвленную микроструктуру, которая имитирует текстуру поверхности листьев лотоса. Полученный материал имеет угол контакта с водой 155 градусов и так же эффективен в отталкивании воды, как и обычные коммерческие покрытия, содержащие опасные материалы.

Ученые Института космических технологий в Исламабаде также использовали наночастицы оксида алюминия вместе с PDMS, органическим полимером на основе кремния, для создания супергидрофобного покрытия для дерева. Микроструктуры, которые появляются на поверхности древесины после нанесения покрытия, продемонстрировали преимущества защиты, особенно во влажной среде. Исследователи из Университета Кадиса в Испании использовали другое абиотическое, нетоксичное вещество — наночастицы кремнезема — для создания супергидрофобного покрытия для камня. Плотно упакованные частицы поверхности препятствуют проникновению жидкости через слой молекул воздуха, образующийся под каплями воды. По мнению ученых, покрытие можно производить недорого и наносить в больших количествах на открытом воздухе, что делает его пригодным для строительства зданий.

Другие достижения в области исследований демонстрируют управление водой с помощью формы поверхности и возможности настройки. Например, инженеры-механики Массачусетского технологического института недавно определили, что сборка чашеобразной формы на гидрофобных поверхностях может еще больше увеличить отток воды. Вытравливая вогнутые микроструктуры на внешних поверхностях материалов, исследователи могут снизить поверхностное натяжение и взаимодействие с водой еще на 40 процентов. По словам инженеров, этот метод можно использовать для «ограничения потерь тепла при осадках [и] обледенения поверхностей, уменьшения отложения солей на поверхности, подвергающейся воздействию брызг океана, или предотвращения образования водяной пленки на крыльях или лопастях ветряных турбин. ».

Ученые Гарвардского университета создали интеллектуальную настраиваемую поверхность с адаптируемыми порами. В зависимости от того, находится ли гидрофобный материал в расслабленном или натянутом состоянии, он по-разному взаимодействует с водой — либо останавливается на месте, либо быстро теряет ее. Эта вдохновленная биологией «переключаемая смачиваемость» обещает новый уровень контроля над взаимодействием воды и поверхности материала, предполагая, что будущее супергидрофобных материалов будет сильно отличаться от технологий, существовавших до Lotusan.

Гидрофобные и противообрастающие свойства поверхности при параболической морфологии

1. Чемберс Л.Д., Стоукс К.Р., Уолш Ф.К., Вуд Р.Дж.К. Современные подходы к морским необрастающим покрытиям. Серф. Пальто. Технол. 2006; 201:3642–3652. doi: 10.1016/j.surfcoat.2006.08.129. [CrossRef] [Google Scholar]

2. Sethi S.K., Manik G. Недавний прогресс в области супергидрофобных/гидрофильных самоочищающихся поверхностей для различных промышленных применений: обзор. Полим.-Пласт. Технол. англ. 2018;57:1932–1952. doi: 10.1080/03602559.2018.1447128. [CrossRef] [Google Scholar]

3. Фэн Л., Ли С.Х., Ли Ю.С., Ли Х.Дж., Чжан Л.Дж., Чжай Дж., Сун Ю.Л., Лю Б.К., Цзян Л., Чжу Д.Б. Супергидрофобные поверхности: от натуральных до искусственных. Доп. Матер. 2003; 14: 1857–1860. doi: 10.1002/adma.2002

. [CrossRef] [Google Scholar]

4. Woodward I., Schofield W.C.E., Roucoules V., Badyal J.P.S. Супергидрофобные поверхности, полученные плазменным фторированием полибутадиеновых пленок. Ленгмюр. 2003;19:3432–3438. doi: 10.1021/la020427e. [CrossRef] [Google Scholar]

5. Башир С., Рашид Н., Ашраф Р., Акрам М.С., Сиддики М.А., Иманака Т., Ахтар М. Идентификация новой активированной медью и устойчивой к галогенидам лакказы в Geobacillus термопакистанский. Экстремофилы. 2017;21:563–571. дои: 10.1007/s00792-017-0925-3. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

6. Джайн Р., Питчумани Р. Изготовление и характеристика супергидрофобных покрытий на основе цинка. Серф. Пальто. Технол. 2018; 337: 223–231. doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.01.014. [CrossRef] [Google Scholar]

7. Genzer J., Efimenko K. Последние разработки в области супергидрофобных поверхностей и их значение для морского обрастания: обзор. Биообрастание. 2006; 22: 339–360. doi: 10.1080/08927010600980223. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

8. Мармур А. Основы супергидрофобности: влияние на предотвращение биологического обрастания. Биообрастание. 2006; 22:107–115. doi: 10.1080/08927010600562328. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

9. Биль П., фон дер Люэ М., Дутц С., Шахер Ф. Х. Синтез, характеристика и применение магнитных наночастиц с полицвиттерионными покрытиями. Полимеры. 2018;10:91. doi: 10.3390/polym10010091. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

10. Ilcíková M., Tkác J., Kasák P. Переключаемые материалы, содержащие фрагменты Polyzwitterion. Полимеры. 2015;7:2344–2370. дои: 10.3390/polym7111518. [CrossRef] [Google Scholar]

11. Рубашка Н.Дж., Макхейл Г., Ньютон М.И., Чжан Ю. Супергидрофобные медные трубы с возможным усилением потока и уменьшением сопротивления. Приложение ACS Матер. Интерфейсы. 2009; 1:1316–1323. doi: 10.1021/am37. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

12. Shi F. , Niu J., Liu J.L., Liu F., Wang Z.Q., Feng XQ, Zhang X. На пути к пониманию того, почему водомеркам необходимо супергидрофобное покрытие. Доп. Матер. 2010;19:2257–2261. doi: 10.1002/adma.200700752. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

13. Оттен А., Хермингхаус С. Как растения остаются сухими: точка зрения физика. Ленгмюр. 2004; 20:2405–2408. doi: 10.1021/la034961d. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

14. Кере Д. Нелипкие капли. Респ. прог. физ. 2005;68:2495–2535. doi: 10.1088/0034-4885/68/11/R01. [CrossRef] [Google Scholar]

15. Colangiuli D., Lettieri M., Masieri M., Calia A. Полевое исследование в городской среде самоочищающихся и гидрофобных наноразмерных покрытий на основе TiO2 на камне для защиты поверхность здания. науч. Общая окружающая среда. 2018;650:2919–2930. doi: 10.1016/j.scitotenv.2018.10.044. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

16. Диттрих П.С., Манц А. Лаборатория на чипе: микрофлюидика в разработке лекарств. Нац. Преподобный Друг Дисков. 2006; 5: 210–218. doi: 10.1038/nrd1985. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

17. Матошевич С., Шита Н., Баганц Ф. Основы и применение иммобилизованных микрофлюидных ферментативных реакторов. Дж. Хим. Технол. Биотехнолог. 2011; 86: 325–334. doi: 10.1002/jctb.2564. [CrossRef] [Академия Google]

18. Нишино Т., Мегуро М., Накамаэ К., Мацусита М., Уэда Ю. Самая низкая свободная энергия поверхности на основе выравнивания −CF3. Ленгмюр. 1999;15:4321–4323. doi: 10.1021/la981727s. [CrossRef] [Google Scholar]

19. Янг Т. Очерк сцепления жидкостей. Филос. Транс. Р. Соц. Лонд. 1800; 95: 65–87. doi: 10.1098/rspl.1800.0095. [CrossRef] [Google Scholar]

20. Венцель Р.Н. Стойкость твердых поверхностей к смачиванию водой. Инд.Инж. хим. 1936; 28: 988–994. doi: 10.1021/ie50320a024. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

21. Кэсси А.Б.Д., Бакстер С. Смачиваемость пористых поверхностей. Транс. Фарадей Сок. 1944; 40: 546–551. doi: 10.1039/tf9444000546. [CrossRef] [Google Scholar]

22. Shi Z., Liu Z., Song H., Zhang X. Прогнозирование краевого угла для гидрофобной поверхности, изготовленной с помощью микрообработки, на основе минимальной свободной энергии Гиббса. заявл. Серф. науч. 2016; 364: 597–603. [Google Scholar]

23. Сальвадори М.К., Каттани М., Оливейра М.Р.С., Тейшейра Ф.С., Браун И.Г. Проектирование и изготовление супергидрофобных поверхностей, образованных микрополостями. заявл. физ. лат. 2010;96:074101. doi: 10.1063/1.3327836. [CrossRef] [Google Scholar]

24. Биттун Э., Мармур А. Оптимизация супергидрофобных поверхностей: критерии сравнения топографии поверхности. Дж. Адхес. науч. Технол. 2009; 23:401–411. doi: 10.1163/156856108X369958. [CrossRef] [Google Scholar]

25. Носоновский М. Модель твердо-жидкостного и твердо-твердого трения шероховатых поверхностей с гистерезисом сцепления. хим. физ. 2007;126:224701. doi: 10.1063/1.2739525. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

26. Ямамото К., Огата С. Трехмерный термодинамический анализ супергидрофобных поверхностей. J. Коллоидный интерфейс Sci. 2008; 326: 471–477. doi: 10.1016/j.jcis.2008.06.044. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

27. Цянь З. Магистерская диссертация. Чанъаньский университет; Сиань, Китай: 2017 г. Прогноз супергидрофобных характеристик и приложений для разделения нефти и воды для материала сетчатой ​​мембраны. (на китайском языке) [Google Scholar]

28. Gao X., Yan X., Yao X., Xu L., Zhang K., Zhang J., Yang B., Jiang L. Противозапотевающие свойства Dry-Style. Составные глаза комаров и искусственные аналоги, полученные методом мягкой литографии. Доп. Матер. 2007;19: 2213–2217. doi: 10.1002/adma.200601946. [CrossRef] [Google Scholar]

29. Zhang M., Wu Z., Meng F., Lin H. Простое приготовление сетки из нержавеющей стали с травяной иерархической структурой, покрытой Γ-AlOOH, с супергидрофобным и суперолеофильным покрытием для высокоэффективного масло- разделение воды. Сентябрь Пуриф. Технол. 2019;212:347–354. doi: 10.1016/j.seppur.2018.08.069. [CrossRef] [Google Scholar]

30. Long Y., Shen Y., Tian H., Yang Y., Feng H., Li J. Суперсмачиваемые мембраны, покрытые Coprinus comatus, используемые для контролируемого разделения эмульгированных смесей масло/вода. . Дж. Член. науч. 2018; 565: 85–94. doi: 10.1016/j.memsci.2018.08.013. [CrossRef] [Google Scholar]

31. Кан Х., Ченг З., Лай Х., Ма Х., Лю Ю., Май Х., Ван Ю., Шао Ц., Сян Л., Го Х. , и другие. Суперлиофобная, антикоррозийная и самоочищающаяся прочная сетчатая мембрана из титана с улучшенным отделением масла от воды. Сентябрь Пуриф. Технол. 2018;201:193–204. doi: 10.1016/j.seppur.2018.03.002. [CrossRef] [Google Scholar]

32. Ren G., Song Y., Li X., Zhou Y., Zhang Z., Zhu X. Супергидрофобная медная сетка как передовая платформа для разделения нефти и воды. заявл. Серф. науч. 2018; 428: 520–525. doi: 10.1016/j.apsusc.2017.09.140. [CrossRef] [Google Scholar]

33. Chen C., Du C., Weng D., Mahmood A., Feng D., Wang J. Прочное супергидрофобное политетрафторэтиленовое нановолокнистое покрытие, изготовленное методом самосборки, и его применение для нефти/ разделение воды. Приложение ACS Нано Матер. 2018;1:2632–2639. doi: 10.1021/acsanm.8b00315. [CrossRef] [Google Scholar]

34. Jiang B., Zhang H., Zhang L., Sun Y., Xu L., Sun Z., Gu W., Chen Z., Yang H. Новый одношаговый , термическая полимеризация на месте изготовления прочной супергидрофобной сетки для эффективного разделения нефти и воды. Инд.Инж. хим. Рез. 2017;56:11817–11826. doi: 10.1021/acs.iecr.7b03063. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

35. Li J., Xu C., Zhang Y., Wang R., Zha F., She H. Прочная полиуретановая губка с супергидрофобным покрытием из аттапульгита для эффективного разделения несмешивающихся масляно-водных смесей и эмульсий. Дж. Матер. хим. А. 2016;4:15546–15553. doi: 10.1039/C6TA07535E. [CrossRef] [Google Scholar]

36. Xue C.H., Guo X.J., Zhang M.M., Ma J.Z., Jia S.T. Изготовление прочных супергидрофобных поверхностей путем модификации химически шероховатых волокон с помощью тиол-еновой клик-химии. Дж. Матер. хим. А. 2015;3:21797–21804. doi: 10.1039/C5TA04802H. [CrossRef] [Google Scholar]

37. Li C., Wu L., Yu C., Dong Z., Jiang L. Перистомо-миметическая изогнутая поверхность для спонтанного и направленного разделения микрокапель воды в масле. Ангью. хим. 2017;129:13811–13816. doi: 10.1002/ange.201706665. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

38. Liu G., Wang J., Wang W., Yu D. Новая ПЭТ-ткань с прочными противообрастающими характеристиками для многократного использования и эффективного отделения масла от воды. Коллоидный прибой. А. 2019 г.;583:123941. doi: 10.1016/j.colsurfa.2019.123941. [CrossRef] [Google Scholar]

39. Li N., Wu L., Yu C., Dai H., Wang T., Dong Z., Jiang L. Баллистические прыжки капель на супергидрофобных поверхностях с помощью электростатических манипуляций. Доп. Матер. 2018;30:1703838. doi: 10.1002/adma.201703838. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

40. Wang T., Si Y., Luo S., Dong Z., Jiang L. Управление смачиваемостью поведением перелива с помощью везикулярного поверхностно-активного вещества для очистки водонепроницаемой поверхности. Матер. Гориз. 2019;6:294–301. doi: 10.1039/C8MH01343H. [CrossRef] [Google Scholar]

41. Wang Q., Dai B., Bai J., Yang Z., Guo S., Ding Y., Yang L., Lei P., Han J., Zhu J. Синтез вертикально ориентированного композитного микроконусного мембранного фильтра для разделения воды и масла. Матер. Дес. 2016; 111:9–16. doi: 10.1016/j.matdes.2016.08.068. [CrossRef] [Google Scholar]

42. Zang D., Liu F., Zhang M., Niu X., Gao Z., Wang C. Супергидрофобное покрытие на стеклоткани для селективного удаления масла из воды. хим. англ. Дж. 2015; 262: 210–216. дои: 10.1016/j.cej.2014.090,082. [CrossRef] [Google Scholar]

43. Qiao X., Yang C., Zhang Q., Yang S., Chen Y., Zhang D., Yuan X., Wang W., Zhao Y. Получение параболического супергидрофобного материал для разделения нефти и воды. Материалы. 2018;11:1914. doi: 10.3390/ma11101914. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

44. Wu D., Wang P., Wu P., Yang Q., Liu F., Han Y., Xu F., Wang L. Определение угла смачивания капли на выпуклой и вогнутой сферических поверхностях. хим. физ. 2015; 457:63–69. doi: 10.1016/j.chemphys.2015.05.020. [CrossRef] [Google Scholar]

45. Чжао Дж., Су З., Ян С. Термодинамический анализ на анизотропно-супергидрофобной поверхности с иерархической структурой. заявл. Серф. науч. 2015; 357:1625–1633. doi: 10.1016/j.apsusc.2015.10.031. [CrossRef] [Google Scholar]

46. Луо Б.Х., Шум П.В., Чжоу З.Ф., Ли К.Ю. Модификация геометрической модели поверхности и прогнозирование контактного угла для стальной поверхности с лазерным рисунком. Серф. Пальто. Технол. 2010;205:2597–2604. doi: 10.1016/j.surfcoat.2010.10.003. [CrossRef] [Google Scholar]

47. Никельсен С., Могадам А.Д., Фергюсон Дж.Б., Рохатги П. Моделирование и экспериментальное исследование угла контакта масло/вода на биомиметических самоочищающихся поверхностях с микропараллельным рисунком из выбранных сплавов, используемых в водная промышленность. заявл. Серф. науч. 2015; 353:781–787. doi: 10.1016/j.apsusc.2015.06.166. [CrossRef] [Google Scholar]

48. Цао З.Ф., Ван Дж., Цю П., Ян Ф., Ван С., Лю Г., Чжун Х. Гидрофобные покрытия для повышения коррозионной стойкости марганцевой подложки. Серф. Пальто. Технол. 2018; 347: 235–244. doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.04.075. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

49. Лю Г.Х., Чжоу Б.Х., Ли Ю.Ф., Ци Т.Г., Ли Х.Б. Поверхностные свойства высокодисперсного тригидрата оксида алюминия после модификации поверхности стеариновой кислотой. Междунар. Дж. Майнер. Металл. Матер. 2015; 22: 537–542. doi: 10.1007/s12613-015-1104-0. [CrossRef] [Google Scholar]

50. Ma Q., Cheng H., Fane A.G., Wang R., Zhang H. Недавняя разработка передовых материалов со специальной смачиваемостью для селективного разделения нефти и воды. Маленький. 2016;12:2186–2202. doi: 10.1002/smll.201503685. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

51. Лю Ю.К., Чжан Ю.Л., Фу С.Ю., Сунь Х.Б. Биоинспирированная подводная суперолеофобная мембрана на основе проволочной сетки с покрытием из оксида графена для эффективного разделения масла и воды. Приложение ACS Матер. Интерфейсы. 2015;7:20930–20936. doi: 10.1021/acsami.5b06326. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

52. Lin X., Choi M., Heo J., Jeong H., Park S., Hong J. Супергидрофобная многомасштабная литниковая мембрана, вдохновленная паутиной, со встроенной сетевой структурой для надежной разделение эмульсии вода-в-масле. ACS Sustain. хим. англ. 2017;5:3448–3455. doi: 10.1021/acssuschemeng.7b00124. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

53. Цао С., Цзян С. Изготовление прочных поверхностей со специальной смачиваемостью на пористых медных подложках для различных видов разделения масло/вода. хим. англ. Дж. 2018; 347: 585–594. doi: 10.1016/j.cej.2018.04.146. [CrossRef] [Google Scholar]

54. Zhang D., Li L., Wu Y., Sun W., Wang J., Sun H. Одностадийный метод изготовления супергидрофобной и суперолеофильной поверхности для разделения вода-нефть. . Коллоидный прибой. Физикохим. англ. Асп. 2018; 552:32–38. doi: 10.1016/j.colsurfa.2018.05.006. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]

Гидрофобные и супергидрофобные поверхности – Nature’s Raincoats

Гидрофобные и супергидрофобные поверхности

Наиболее водоотталкивающие поверхности, которые можно получить химическим путем, называются гидрофобными поверхностями. Гидрофобный означает «водобоязненный». Уровень гидрофобности определяется контактным углом между поверхностью жидкости и пара и твердой поверхностью. Это обозначено как ϴ Y на изображении ниже.

Одной из самых гидрофобных поверхностей в повседневном использовании является тефлон. На кухне мы видим, что капля воды катится по сковороде с тефлоновым покрытием. Контактный угол тефлона составляет около 105°. Тем не менее, многие растения и животные развились, чтобы иметь поверхности с гораздо более высокими краевыми углами, как показано ниже на изображении капель воды на листе настурции. Капли воды на этих поверхностях гораздо более «свернуты», а значит, легче скатываются.

Лист настурции

Поверхности с краевым углом больше 150° называются супергидрофобными поверхностями, если разница в краевых углах продвижения и удаления движущейся капли (называемая гистерезисом краевого угла) невелика.

В случае растений супергидрофобные поверхности могут быть созданы за счет отложения восковых башен, например, на листьях капусты, или с помощью волосков, например, на листьях манжетки. Для животных это может быть за счет использования супергидрофобных структур. Это может быть «шуба», которая позволяет водному лодочнику проходить по поверхности пруда, не попадая в ловушку поверхностного натяжения, или чешуйчатая структура крыльев бабочки, которая не дает им промокнуть под дождем.

Капля воды на супергидрофобной поверхности будет катиться по поверхности и отрываться от нее. Когда она катится, к капле прилипает пыль, поэтому поверхность не только остается сухой, но и самоочищается во время дождя, как на листе лотоса.

Обучение на «ложе из гвоздей»

Мы можем понять основные идеи, лежащие в основе многих супергидрофобных поверхностей (как природных, так и искусственных), рассматривая «ложе из гвоздей». Если мы прижмем шарик к одному гвоздю, гвоздь пробьет кожу шарика и легко лопнет. Однако, если у нас есть кровать, содержащая много близко расположенных гвоздей, мы можем достаточно сильно прижать воздушный шар к гвоздям, и он не лопнет. Это связано с тем, что надавливание на многие точки распределяет силу и снижает давление.

По той же причине человек может лежать на ложе из гвоздей (ковер Факира). Пока гвозди находятся достаточно близко друг к другу, можно лежать на острых концах, не пронзаясь. Это хорошо известное цирковое представление, но его также видели на лекциях в университете, как показано в видеоклипе ниже.

Гидрофобные материалы для производства без химикатов

Хотите поверхность, которая не промокает? Возьмите немного наждачной бумаги, так как исследователи Университета Райса разработали новые гидрофобные материалы.

Хотите поверхность, которая не промокает? Возьмите немного наждачной бумаги, так как исследователи Университета Райса разработали новые гидрофобные материалы.

Исследователи из Университета Райса разработали простой метод придания поверхностям супергидрофобности — очень водоотталкивающих свойств — без химических веществ, часто используемых в таких процессах.

Их техника включает в себя наждачную бумагу, набор порошков и немного жира.

Лаборатории профессоров Райса К. Фреда Хиггса III и Джеймса Тура, соавторов статьи в журнале Американского химического общества ACS Applied Materials and Interfaces, показали, что шлифование поверхности увеличивает ее способность отводить воду, не намокая. Но измельчение в порошок при этом придает ему гидрофобные сверхспособности.

Кроме того, их супергидрофобные поверхности обладают превосходными антиобледенительными свойствами. Они обнаружили, что воде требуется в 2,6 раза больше времени, чтобы замерзнуть на обработанных поверхностях, чем на необработанных материалах. Они также заметили, что лед теряет 40% прочности сцепления даже при температуре до минус 31 градуса по Фаренгейту.

Насколько хорошо поверхность впитывает или отталкивает воду, можно измерить, анализируя контактный угол оседающих на ней капель. Чтобы быть супергидрофобным, материал должен иметь угол контакта с водой — угол, под которым поверхность воды встречается с поверхностью материала — более 150 градусов. Чем больше бусинка, тем выше угол. Угол в ноль градусов — это лужа, а максимальный угол в 180 градусов — это сфера, которая только касается поверхности.

О гидрофобных материалах

Гидрофобные материалы имеют низкую поверхностную энергию и шероховатую поверхность для достижения их суперстатуса. Лучшие материалы команды Rice показали контактный угол около 164 градусов.

Хиггс, чья лаборатория специализируется на трибологии, изучении поверхностей в скользящем контакте, сказал, что определенные типы наждачной бумаги могут придать поверхности шероховатость, которая способствует желаемому водоотталкивающему или гидрофобному поведению.

«Однако идея группы Tour о введении выбранных порошковых материалов между трущимися поверхностями во время процесса пескоструйной обработки означает, что образуется трибопленка», — сказал Хиггс. «Это дает дополнительный бонус в виде функциональности поверхности, которая больше отталкивает воду».

Трибопленка образуется в результате химической реакции на поверхностях, скользящих друг относительно друга. Он сказал, что поверхность поршня двигателя является хорошим примером.

Что произошло в ходе исследования

Хиггс сказал, что шлифование придает шероховатость более мягким поверхностям и позволяет порошкам прилипать за счет сил Ван-дер-Ваальса. «Эти силы максимальны, когда поверхности вступают в тесный контакт», — сказал он. «Поэтому частицы порошка могут прилипать даже после завершения процесса присыпки».

Структурные изменения и перенос массы и электронов, по-видимому, снижают поверхностную энергию гидрофобных материалов. По словам исследователей, до обработки материалы уже были либо слегка гидрофобными, либо гидрофильными.

Команда Райса применила технику на различных поверхностях, в том числе на тефлоне с различными порошковыми добавками. К ним относятся индуцированное лазером графеновое волокно, турбостратный флэш-графен, дисульфид молибдена, тефлон и нитрид бора. Использовались различные наждачные бумаги с оксидом алюминия зернистостью от 180 до 2000.

Прочные материалы оказались прочными. Ни нагрев до 130 градусов по Цельсию, ни 18 месяцев под палящим хьюстонским солнцем не испортили их. Приклеивание прозрачной ленты к поверхности и отклеивание ее 100 раз также не ухудшило их качество. Но даже когда материалы начали разрушаться, лаборатории обнаружили, что их повторная шлифовка может легко восстановить их гидрофобность.

Группа также обнаружила, что, изменяя условия песка и порошковые добавки, можно сделать материалы гидрофильными или водопоглощающими.

Чем отличаются их гидрофобные материалы

Тур сказал, что упрощение производства супергидрофобных и антиобледенительных материалов должно привлечь интерес промышленности. «Трудно производить эти материалы», — сказал он. «Супергидрофобные материалы не допускают накопления воды. Вода струится и катится сразу же, если есть даже малейший угол или слабый ветер.

«Теперь почти любую поверхность можно сделать супергидрофобной за считанные секунды», — сказал Тур. «Порошки могут быть такими простыми, как тефлон или дисульфид молибдена. Оба эти порошка легко доступны, как и новые графеновые материалы. Этим могут воспользоваться многие отрасли, от производителей самолетов и лодок до небоскребов, где необходимо сцепление с низким льдом».

«Производители самолетов не хотят, чтобы на их крыльях образовывался лед, капитаны кораблей не хотят, чтобы сопротивление океанской воды замедляло их, а биомедицинские устройства должны избегать биологического обрастания, когда бактерии накапливаются на влажных поверхностях», — сказал Хиггс. «Метод засыпки может решить многие из этих проблем: прочные, долговечные супергидрофобные материалы производятся в один этап.

«Ограничение других методов создания гидрофобных материалов заключается в том, что они не масштабируются до больших площадей поверхности, таких как на самолетах и ​​кораблях», — сказал он. «Простые методы применения, подобные разработанному здесь, должны быть масштабируемыми».

Исследовательская группа по гидрофобным материалам

Аспирант риса Вейин Чен, соавтор новой статьи, сказал, что лаборатория Tour также применила свою технику песка к различным металлическим поверхностям, включая литиевую и натриевую фольгу для металлических батарей, а также сообщается в другой недавней газете.

«Самопроизвольные химические реакции вызывают образование трибопленок, в данном случае — искусственного твердого электролита», — сказал Чен. «Модифицированные металлы можно использовать в качестве анода для перезаряжаемых металлических батарей».

Выпускник Rice Уинстон Ван и приглашенный академик Дуй Суан Луонг являются соавторами статьи. Соавторами являются выпускники Rice Джон Тианчи Ли, Иеу Чьян, Кайчун Ян и Вала Альгозиб, а также аспиранты Виктория Гранжа, Пол Адвинкула и Чанг Ге.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *