Покрытие, придающее натуральным тканям водонепроницаемость
23-01-2019 Coatings Today 108

Кэмбридж, штат Массачусетс – Ткани, не пропускающие воду, важны везде, от дождевиков до военных навесов, но традиционные водоотталкивающие покрытия остаются в окружающей среде и накапливаются в наших организмах, поэтому из соображений безопасности их, вероятно, скоро выведут из употребления. Таким образом, остается ниша, которую необходимо заполнить, для этого исследователям нужно найти безопасную замену.

Одна группа исследователей предложила многообещающее решение: покрытие, не только добавляющее водоотталкивающие свойства таким натуральным тканям, как хлопок и шелк, но также более эффективное, чем все существующие покрытия. Новые открытия описаны в журнале Advanced Functional Materials, в статье профессоров Массачусетского технологического института, Крипы Варанаси и Карен Глисон, доктора наук, ранее работавшего в МТИ, Дэна Сото и двух других авторов.

"Наша задача заключалась в соблюдении законов об охране окружающей среды, поскольку существующие водоотталкивающие вещества сейчас постепенно выводят из употребления", - поясняет Варанаси. Однако выяснилось, что альтернатива, предложенная его группой, превосходит традиционные материалы.

"Большинство тканей, считающихся водоотталкивающими, на самом деле являются водостойкими", - говорит Варанаси, доцент в области машиностроения. "Если вы стоите под дождем, рано или поздно вода просочится. В конечном итоге, суть водоотталкивающей ткани в том, чтобы капли просто отскакивали. Новое покрытие приближается к этой цели", - утверждает он.

Поскольку старые покрытия накапливаются в окружающей среде и тканях организма, Агенство по охране окружающей среды сейчас разрабатывает новые правила в отношении длинноцепных полимеров, которые десятилетиями были промышленным стандартом. "Они повсюду, и их действие не так просто ослабить", - говорит Варанаси.

Покрытия, используемые в настоящее время для изготовления водоотталкивающих тканей, как правило, состоят из длинноцепных полимеров с перфторированными боковыми цепями. Проблема в том, что изучаемые полимеры с более короткими цепями, не обладают таким водоотталкивающим (или гидрофобным) эффектом как варианты с более длинными цепями. Другая сложность с существующими покрытиями заключается в том, что они основаны на жидкости, поэтому ткань приходится погружать в жидкость, а затем высушивать. Варанаси отмечает, что из-за этого забиваются все поры в ткани и они не могут дышать так же, как до обработки. Поэтому необходим следующий этап производства, во время которого через ткань продувается воздух, чтобы заново открыть эти поры, а это добавляет производственных затрат и в определенной степени снижает водозащитные свойства.

Исследования показали, что полимеры, в которых содержится менее восьми перфторированных углеродных групп, не остаются и не накапливаются в окружающей среде и организмах так сильно, как те, в которых таких групп восемь и более (а их используют чаще всего). Варанаси поясняет, что на счету этой группы МТИ два достижения: полимер с более короткой цепью, сам по себе обладающий определенными гидрофобными свойствами, усиленными дополнительной химической обработкой; и новый процесс нанесения покрытий, названный инициированным химическим осаждением из газовой фазы, разработанный за последние годы соавтором статьи Карен Глисон и ее коллегами. Основная заслуга в разработке наилучшего полимера с короткой цепью и способа его нанесения с помощью инициированного химического осаждения из газовой фазы, по мнению Варанаси, принадлежит Сото, основному автору статьи.

Благодаря процессу нанесения покрытий химическим осаждением из газовой фазы, который не предполагает использования каких-либо жидкостей и выполняется при низких температурах, получается очень тонкое, равномерное покрытие, повторяющее контуры ткани и не вызывающее забивания пор, что устраняет необходимость в повторной обработке для их открытия. В качестве дополнительного этапа еще большего усиления водоотталкивающих свойств, по желанию, можно добавить пескоструйную обработку поверхности. "Основной трудностью был поиск оптимального варианта, при котором характеристики покрытия, его прочность и возможность применения инициированного химического осаждения из газовой фазы можно было совместить для получения наилучших результатов", - говорит Сото.

Варанаси утверждает, что данный процесс совместим со многими видами тканей, включая хлопок, нейлон и лен, а также с неткаными материалами, например, бумагой, что открывает возможности самых разнообразных вариантов применения. Систему испытали на различных типах тканей с разными ткацкими рисунками.

Ткани с покрытием подвергали всевозможным лабораторным испытаниям, включая стандартное промышленное испытание в условиях дождя. Материалы подвергались воздействию не только воды, но и других жидкостей, включая кофе, кетчуп, гидроксид натрия и различные кислоты и щелочи, и остались устойчивы ко всем из них.

Материалы с покрытием выдержали несколько промывок без ослабления свойств покрытий, а также прошли испытания на интенсивный абразивный износ, и после 10000 повторов повреждений покрытий обнаружено не было. "В конечном счете, при интенсивном абразивном износе ткани будут повреждены, а покрытия - нет", - говорит Варанаси.

Исследовательская группа планирует продолжать работать над оптимизацией химической формулы для достижения наилучших водоотталкивающих свойств и надеется передать лицензию на использование запатентованной технологии компаниям, занимающимся производством тканей и одежды. Центр технологических инноваций Deshpande при МТИ оказал поддержку в работе.