Российские специалисты разработали сверхскользкие покрытия, которые защищают поверхности от воды, масел, грязи и других загрязнений. Новые материалы отличаются стабильностью и устойчивостью к внешним воздействиям. Также ученые создали методику нанесения покрытия. Ее преимущества — в возможности обработки материалов со сложной структурой и экологичность производства. Эксперты отрасли отмечают перспективность разработки, но указывают на сложности при внедрении в производство.
Чистого грязью не измажешь
В институте элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук разработали новаторскую методику изготовления сверхскользких полимерных покрытий. Такие материалы представляют собой особые полимерные пленки, которые обладают водоотталкивающим и самоочищающимся эффектом.
Эти пленки состоят из твердой пористой основы, заполненной жидким наполнителем. Надежно внедренный в матрицу, он образует ровное и гладкое покрытие с низким поверхностным натяжением. Попав на него, частицы вещества или капли жидкости попросту соскальзывают.
В мировой науке такие материалы обозначают аббревиатурой SLIPS — Slippery Liquid-Infused Porous Surfaces». На русский язык она переводится как «скользкие пропитанные жидкостью пористые поверхности».
— Представить себе структуру такого покрытия можно в виде кухонной губки для мытья посуды, вымоченной в масле. За счет тонкого сплошного масляного слоя капли жидкости могут эффективно скатываться с таких покрытий, — объяснила «Известиям» один из ведущих исполнителей проекта, научный сотрудник лаборатории физической химии полимеров ИНЭОС Полина Казарян.
Большая стирка
Благодаря своим свойствам сверхскользкие материалы получили широкое распространение в разных сферах жизни. Например, их применяют для создания поверхностей с водо-, масло- и грязеотталкивающими свойствами.
С помощью специальных добавок покрытиям придают антимикробные, огнеупорные, противообледенительные и другие полезные свойства.
— Большая проблема SLIPS-материалов в том, что по мере их использования наполнитель вымывается из матрицы и покрытие теряет свои свойства. То есть жидкий слой требует постоянного обновления, — рассказала Полина Казарян.
Она объяснила, что химики из несмеяновского института добились прочной сшивки жидкого полимерного наполнителя и матрицы.
Это позволило сделать сверхскользкие покрытия более стабильными и долговечными. Опыты показали, что при нанесении на ткани они сохраняют свои свойства в течение как минимум 20 циклов стирок.
— Действующий технический регламент предписывает, чтобы спецткани не теряли своих свойства после пяти циклов стирки. Обычно производители устанавливают свои повышенные регламенты, — пояснила «Известиям» доцент кафедры материаловедения и товарной экспертизы РГУ им. А.Н. Косыгина Алла Курденкова.
Эксперт считает, что разработка химиков из ИНЭОС укладывается в эту тенденцию.
Технология и экология
Полина Казарян отметила, что в работе был применен сухой метод нанесения сверхскользких покрытий с использованием в качестве растворителя углекислого газа под давлением. Такой метод позволяет обрабатывать поверхности со сложной структурой. Например, ткани или нетканые волокнистые и пористые материалы.
— В сверхкритическом состоянии (пограничном между жидкой и газообразной фазой. — «Известия») углекислый газ равномерно растворяет полимеры и распределяет из между волокнами материала. Когда давление сбрасывается, полимеры осаждаются на каждое отдельное волокно, образуя ультратонкую пленку.
Для создания соответствующих условий химики используют реакторы — специальные емкости с клапанами, которые позволяют управлять режимами температуры и давления. После завершения технологической операции углекислый газ возвращается в газообразное состояние. Поэтому не нужно очищать обрабатываемое изделие от остатков растворителя, так как он попросту улетает.
— Еще одно преимущество метода — его экологичность. После обработки одного изделия мы можем собрать использованный газ и направить его на следующий цикл, — пояснила Полина Казарян.
Ученые протестировали свою разработку на разных видах поверхностей и надеются, что новация поможет создавать стойкую защиту от воды, масел и грязи для многих видов материалов. Это может быть мебель, одежда, обувь и многое другое. Также способ применим для обработки промышленной и бытовой тары, чтобы избежать потери продуктов в результате налипания различных веществ на стенки сосудов.
Перспективное направление — использование сверхскользких покрытий для борьбы с биологическим обрастанием, негативным воздействием вредоносных микроорганизмов и плесневелых грибов.
Внедрить в производство
Специалисты отрасли отмечают перспективность разработки химиков, но при этом указывают на сложности при организации серийного производства.
— Например, в текстильной промышленности важна организация поточной линии производства. Поэтому возникают вопросы, как предложенную технологию встроить в поток. Во-первых, для этого нужно разработать соответствующее оборудование и придумать, как загружать в него изделия для обработки и выгружать их. Во-вторых, операция по рекуперации (возвращение части вещества или энергии для повторного использования. — «Известия») углерода тоже требует дополнительных мероприятий и оборудования, — пояснил главный технолог компании «ТК-Иннотек», соавтор книги «Текстильные материалы с защитными свойствами» Олег Ерофеев.
Поэтому, считает эксперт, для использования в массовом производстве технология требует серьезной доработки. Важно, чтобы в итоге получилась приемлемая себестоимость продукции.
— Чем больше будет новых разработок, тем больше шансов у отечественной промышленности быть конкурентоспособной на мировом уровне. В настоящее время мы наблюдаем отставание по разнообразию материалов, — объяснила «Известиям» доцент Российского технологического университета МИРЭА Юлия Бойко.
Она считает, что для того, чтобы организовать массовое производство изделий по предложенной методике, необходимо заинтересовать инвесторов, потому что государственной поддержки в этом направлении недостаточно.
Сейчас ученые из ИНЭОС продолжают исследования и эксперименты для поиска новых вариантов применения сверхскользких покрытий. В частности, на их основе они намерены разработать огнестойкие покрытия.