Геометрия волокон и силикон сделали ткани олеофобными

Лайнуть/Поделиться

Парафиновые капли на поверхности обработанной металлической сетки. Sadaf Shabanian et al. / Nature Sustainability, 2020

Канадские ученые разработали подход к обработке тканей смесью на основе полидиметилсилоксана для придания им олеофобных свойств и проверили его на металлических сетках и нейлоновой куртке. Водные и масляные капли образовывали с обработанной нейлоновой тканью краевые углы больше 90 градусов. Вещество со значением поверхностного натяжения меньше 24 миллиньютонов на метр также образовывало ненулевой угол контакта с обработанной тканью. Результаты исследования опубликованы 10 августа в журнале Nature Sustainability.

Несмачиваемые водой и маслом ткани находят применение как в текстильной промышленности, так и в других отраслях. Одежда из таких материалов дольше остается чистой и сохраняет исходный вид. Обычно маслоотталкивающие ткани обрабатывают перфторированными органическими веществами с низкой поверхностной энергией (около 10-20 миллиньютон на метр), что позволяет отталкивать как водные, так и масляные капли. Однако эти соединения оказывают негативное влияние на окружающую среду и здоровье человека. Материалы, в которых нет перфторированных веществ, имеют обычно поверхностное натяжение выше 24 миллиньютон на метр, что не позволяет назвать их маслоотталкивающими. Согласно теории смачивания, такие материалы все же могут существовать, если правильно подобрать структуру поверхности ткани и ее химический состав.

Садаф Шабанян (Sadaf Shabanian) с коллегами из Университета Британской Колумбии разработали подход к созданию смесей для отделки текстиля без использования перфторированных веществ, после обработки которыми, ткани отталкивали масла. Отделочные смеси из полидиметилсилоксана при нанесении на ткань выполняли роль наноразмерной вторичной структуры, способствующей маслооталкивающим свойствам. Авторы теоретически рассчитывали геометрические параметры получаемой ткани, от которых, в частности, согласно представленной в работе математической формуле, зависело, будет ли ткань обладать олеофобными свойствами. Теоретические предположения исследователи проверяли в экспериментах с обработанными металлическими сетками и нейлоновой тканью, помещая на них капли масел и воды и регистрируя краевой угол.

Краевые углы между каплями масла и обработанной нейлоновой тканью, а также микрофотография самой тканиSadaf Shabanian et al. / Nature Sustainability, 2020

Все три исследованных стальных сетки без силиконового покрытия полностью смачивались углеводородом гесадеканом, как и ожидалось. Покрытие же обеспечивало возникновение ненулевого угла смачивания, значение которого доходило до 98 градусов. А капля смеси этанола с водой соприкасалась с сеткой с краевым углом в 120 градусов. На обработанной нейлоновой ткани капли воды, искусственного пота, рапсового, оливкового и касторового масел образовывали углы контакта больше 90 градусов. Капля гексадекана лучше смачивала нейлоновую поверхность (краевой угол составил 33 градуса), чем металлическую из-за различия геометрических параметров ткани, что и было предсказано авторами теоретически. Даже жидкость с таким низким значением поверхностного натяжения как 23,9 миллиньютон на метр, не растекалось по ткани, а находилось в виде капли с углом контакта в 22 градуса.

Предсказанные и экспериментальные данные о олеофобности обработанных тканей. Черными ромбами обозначены наблюдаемые краевые углы, красным точкам отвечают значения поверностного натяжения смесей. Sadaf Shabanian et al. / Nature Sustainability, 2020

По словам авторов, предложенная технология не универсальна, как использование перфторированных веществ: каждая ткань, в зависимости от ее природы, требует особой подготовки к отделке. Однако опубликованная работа является доказательством концепции и при дальнейшем развитии теории, может способствовать переходу к более экологичным видам обработки тканей.

DOI: 10.1038/s41893-020-0591-9 Источник: nplus1