Lad det regne! Nye belægninger gør naturlige stoffer vandtætte

Stoffer, der modstår vand, er essentielle til alt fra regntøj til militærtelte, men konventionelle vandafvisende belægninger har vist sig at bestå i miljøet og akkumuleres i vores kroppe, og det vil sandsynligvis blive udfaset af sikkerhedsmæssige årsager. Det efterlader et stort hul, hvis forskere kan finde sikre erstatninger.

Nu, et team på MIT er kommet med en lovende løsning:en belægning, der ikke kun tilføjer vandafvisende til naturlige stoffer som bomuld og silke, men er også mere effektiv end de eksisterende belægninger. De nye fund er beskrevet i tidsskriftet Avancerede funktionelle materialer , i et papir af MIT -professorer Kripa Varanasi og Karen Gleason, tidligere MIT postdoc Dan Soto, og to andre.

"Udfordringen er blevet drevet af miljøregulatorerne" på grund af udfasningen af ​​de eksisterende vandtætningskemikalier, Varanasi forklarer. Men det viser sig, at hans teams alternativ faktisk overgår de konventionelle materialer.

"De fleste tekstiler, der siger 'vandafvisende' er faktisk vandtætte, " siger Varanasi, som er lektor i maskinteknik. "Hvis du står ude i regnen, til sidst vil vand komme igennem." I sidste ende, "Målet er at være frastødende - at få dråberne bare til at hoppe tilbage." Den nye belægning kommer tættere på det mål, han siger.

På grund af den måde, de ophobes i miljøet og i kropsvæv, EPA er i gang med at revidere reglerne for de langkædede polymerer, der har været industristandarden i årtier. "De er overalt, og de nedbrydes ikke let, "Siger Varanasi.

De belægninger, der i øjeblikket bruges til at gøre stoffer vandafvisende, består generelt af lange polymerer med perfluorerede sidekæder. Problemet er, kortkædede polymerer, der er blevet undersøgt, har ikke så meget af en vandafvisende (eller hydrofob) effekt som de længere kædede versioner. Et andet problem med eksisterende belægninger er, at de er væskebaserede, så stoffet skal nedsænkes i væsken og derefter tørres ud. Dette har en tendens til at tilstoppe alle porerne i stoffet, Varanasi siger, så stofferne ikke længere kan trække vejret, som de ellers ville. Det kræver et andet fremstillingstrin, hvor luft blæses gennem stoffet for at genåbne disse porer, øger produktionsomkostningerne og fortryder noget af vandbeskyttelsen.

Forskning har vist, at polymerer med færre end otte perfluorerede kulstofgrupper ikke vedvarer og bioakkumuleres næsten lige så meget som dem med otte eller flere - dem, der er mest i brug. Hvad dette MIT-hold gjorde, Varanasi forklarer, er at kombinere to ting:en kortere-kædet polymer, der, af sig selv, giver nogle hydrofobe egenskaber og er blevet forbedret med noget ekstra kemisk behandling; og en anden belægningsproces, kaldet initieret kemisk dampaflejring (iCVD), som blev udviklet i de senere år af medforfatter Karen Gleason og hendes kolleger. Gleason er Alexander og I. Michael Kasser professor i kemiteknik og associeret proost ved MIT. Kredit for at have fundet den bedste kortkædede polymer og gjort det muligt at deponere polymeren med iCVD, Varanasi siger, går primært til Soto, hvem er papirets hovedforfatter.

Ved at bruge iCVD-belægningsprocessen, som ikke involverer nogen væsker og kan udføres ved lav temperatur, producerer en meget tynd, ensartet belægning, der følger fibrenes konturer og ikke fører til tilstopning af porerne, dermed elimineres behovet for det andet behandlingstrin for at genåbne porerne. Derefter, et ekstra trin, en slags sandblæsning af overfladen, kan tilføjes som en valgfri proces for at øge vandafvisningen endnu mere. "Den største udfordring var at finde det søde sted, hvor præstationer, holdbarhed, og iCVD -kompatibilitet kunne arbejde sammen og levere den bedste ydeevne, "siger Soto.

Processen fungerer på mange forskellige slags stoffer, Varanasi siger, herunder bomuld, nylon, og linned, og endda på nonfabric materialer såsom papir, åbner op for en række potentielle applikationer. Systemet er testet på forskellige typer stof, samt på forskellige vævemønstre af disse stoffer. "Mange stoffer kan drage fordel af denne teknologi, " siger han. "Der er et stort potentiale her."

De coatede stoffer er blevet udsat for en byge af tests i laboratoriet, inklusive en standard regntest brugt af industrien. Materialerne er blevet bombarderet ikke kun med vand, men med forskellige andre væsker, herunder kaffe, ketchup, natriumhydroxid, og forskellige syrer og baser - og har frastødt dem alle godt.

De belagte materialer har været udsat for gentagne vaske uden nedbrydning af belægningerne, og har også bestået alvorlige slidprøver, uden skader på belægningerne efter 10, 000 gentagelser. Til sidst, under kraftig slid, "fiberen vil blive beskadiget, men belægningen vil ikke, " han siger.

Holdet, som også inkluderer tidligere postdoc Asli Ugur og Taylor Farnham '14, SM '16, planlægger at fortsætte arbejdet med at optimere den kemiske formel for den bedst mulige vandafvisning, og håber at licensere den patentanmeldte teknologi til eksisterende tekstil- og beklædningsvirksomheder. Arbejdet blev støttet af MIT's Deshpande Center for Technological Innovation.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT -forskning, innovation og undervisning.