Новые исследования, проведенные в Бингемтонском университете (Университет штата Нью-Йорк в Бингемтоне), могут привести к созданию более экологически чистых красок и покрытий.
В римской мифологии у бога Януса было два лица, он мог ясно видеть прошлое и будущее. Частицы Януса ("двуликие" частицы) имеют похожую двойственную природу; они имеют две поверхности, каждая из которых обладает различными физическими свойствами. Одно из сочетаний свойств такой частицы: одна сторона гидрофильная (смачиваемая водой), вторая — гидрофобная (отталкивающая воду).
До недавнего времени двуликие частицы нельзя было производить в больших количествах, и их коммерческая привлекательность была неопределенной. Исследование, проведенное в Бингемтоне совместно с исследованием Университета штата Айова, показало, что наночастицы могут стать ключевым элементом в создании более экологически чистых красок и покрытий.
Self-Stratified Top Layer: Amphiphilic Janus Particles — Самостратифицированный верхний слой: амфифильные частицы Януса
Contact angle ≈130° — Угол смачивания ≈130°
Hydrophobic Surface — Гидрофобная поверхность
Adhesion Layer: Binder Particles — Адгезионный слой: частицы связующего
Синь Юн (доцент кафедры машиностроения в колледже инженерных и прикладных наук Томаса Дж. Уотсона Бингемтонского университета) совместно с Шань Цзянем (доцентом кафедры материаловедения и инженерии Университета штата Айова) и Чуньхуэй Сян (доцентом кафедры дизайна, организации мероприятий и управления гостиничным бизнесом) занимался исследованием, которое было опубликовано в качестве заглавной статьи в августовском выпуске журнала Materials Horizons.
"Предыдущие исследования были в значительной степени сосредоточены на мелких структурах, образованных этими частицами, потому что они обладают уникальными поверхностными свойствами", — говорит Юн. "В данном исследовании мы попытались использовать эти частицы для улучшения характеристик красок и покрытий, о чем никто никогда не задумывался".
Представьте на минуту покраску стен в своем доме или квартире. Чтобы сделать это качественно, можно воспользоваться одним из распространенных методов. Можно нанести слой грунтовки, затем слой краски, что займет в два раза больше времени. Вы можете смешивать краски с растворителями, но растворители опасны для здоровья и могут вызвать проблемы при испарении в плохо проветриваемом помещении. Или же можно использовать краски на водной основе, такие как латексные или акриловые латексные, но многие из них все еще содержат растворители и могут быть не очень стойкими.
Производители электроники, мебели и множества других продуктов обращаются к тем же самым вариантам для покраски продуктов, которые они производят, и выбирают оптимальный метод для каждого отдельного продукта.
Для работы "Самостратификация амфифильных частиц на поверхности покрытия" члены исследовательской группы смешивали гидрофильные/гидрофобные двуликие частицы с коммерческими красками, затем окрашивали поверхности и наблюдали, как будут реагировать частицы.
Результат: гидрофильная сторона была ориентирована к поверхности и улучшала адгезию покрытий, в то время как гидрофобная сторона делала ее водоотталкивающей. Исследователи также обнаружили, что частицы самостоятельно рассредотачиваются и выстраиваются в слои, быстрее и иначе, чем предполагалось.
"В настоящее время ни одна теория не может объяснить самостратификацию двуликих частиц", — говорит Цзян. "Для более тщательного изучения поведения этих частиц требуются дополнительные исследования. Я надеюсь, что полное понимание механизма самостратификации частиц Януса позволит нам разрабатывать "умные" материалы для покрытий нового поколения с улучшенными свойствами и более экологически безопасные".
Команда полагает, что двуликие частицы можно будет использовать во множестве областей применения, включая косметику, 3D-печать и лекарственные препараты.
