Forskere opfinder nano-coating til syntetisk læder, der renser sig selv - og ikke bliver klistret på en varm dag

Hvis du nogensinde har plettet din yndlingsjakke i læder-look eller skulle pille dine bare ben fra en klæbrig vinylautostol om sommeren, løsningen på dine problemer kan bare findes på overfladen af ​​et lotusblad.

Forskere ved Ohio State University har tidligere brugt en nano-konstrueret tekstur baseret på de uklare blade til at udtænke selvrensende glas og et net, der adskiller olie fra vand.

Nu, i journalen Kolloider og overflader A , de rapporterer, at de fandt en måde at tilpasse den samme naturinspirerede belægning til plastbaseret syntetisk læder. Både vand og olie ruller af belægningen, som holder den læderlignende overflade fra at blive klistret op til temperaturer på 70 grader Celsius (158 grader Fahrenheit).

Belægningen kunne gøre det renere, mindre klistrede møbler, bilinteriør, tøj, sko og håndtasker - alle produkter, som folk bruger syntetisk læder til, sagde Bharat Bhushan, Ohio Eminent Scholar og Howard D. Winbigler Professor i maskinteknik ved Ohio State.

"Ægte læder har været et vigtigt materiale siden begyndelsen af ​​menneskehedens historie, " sagde Bhushan. "I dag, markedet for syntetisk læder vokser, fordi det er billigere og nemmere at arbejde med. Så vidt vi ved, det er første gang nogen har formået at fremstille syntetisk læder, der ikke kun er vandtæt, men super-likvifobisk - det afviser både vand og oliebaserede væsker."

Syntetisk læder er lavet af stof belagt med plastik, sædvanligvis polyurethan (PU) eller polyvinylchlorid (PVC). Både PVC og PU kan støbes til flade plader med riller, der giver den en læderlignende tekstur. Som ægte læder, syntetisk læder er noget gennemtrængeligt for væsker. I modsætning til ægte læder, det bliver klistret ved høje temperaturer, fordi varme blødgør plastoverfladen.

Bhushan har specialiseret sig i biomimetik, videnskaben om at skabe materialer og processer, der efterligner naturen. Meget af hans arbejde er inspireret af lotusblade, hvis ujævne overflader naturligt afviser vand.

Som i deres tidligere eksperimenter med at skabe vand- og olieafvisende overflader, forskerne forsøgte at skabe en ujævn tekstur ved at sprøjte en belægning af silica nanopartikler på overfladen af ​​det syntetiske læder.

Men Bhushan og ph.d.-studerende Dev Gurera opdagede hurtigt, at blødgøringsmidlerne i det syntetiske læder – dvs. de kemikalier, der giver plastik dets plasticitet - forhindrede nanopartiklerne i at klæbe, især inde i læder-look rillerne. Så de rensede overfladen med en ultraviolet lysbehandling, der almindeligvis bruges til fremstilling af computerchips.

Resultatet:Nanopartiklerne klæber til det rensede syntetiske læder, skabe en ujævn overflade. Derefter forseglede forskerne nanopartiklerne med en silikoneharpiks. Belægningen var for det meste gennemsigtig, så den læderlignende tekstur stadig var synlig.

Bhushan og Gurera coated prøver af PU og PVC og testede dem for vand- og olieafvisende og selvrensende egenskaber, samt holdbarhed og varmebestandighed.

De pressede dråber af olie og vand på det syntetiske læder og testede, hvor meget overfladen skulle vippes for at dråben kunne rulle af. Vand rullede af med en hældning på 2 grader og olie med en hældning på 4 grader. Enhver hældning under 10 grader betragtes som super-likvifobisk.

For at se, hvordan slid påvirkede belægningen, the researchers scratched a groove into the surface by dragging a small sapphire bead back and forth over it 100 times. The tilt angle required to get droplets to roll off the scratched surface increased to 7 degrees—still super-liquiphobic—but only when the droplet rolled across (that is, perpendicular to the direction of) the worn-in groove.

When the leather was placed so that the droplet would have to roll inside the worn groove, the required angle for the droplet to roll off increased to 44 degrees. That sounds pretty bad, but it's still better than the untreated PU and PVC surfaces, which remained coated with water or oil even when they were tilted to 90 degrees.

To test self-cleaning, the researchers sprayed black silicon carbide powder on the leather and measured how much of the powder could be washed away by a single water droplet. On untreated synthetic leather, the water washed away about 10 percent of the powder, while on the treated leather, 90 percent of it was washed away.

And the stickiness? The hottest temperature reported inside a closed car sitting in the sunlight is around 80 degrees Celsius (176 degrees Fahrenheit). At that temperature, sagde forskerne, the coating can't maintain its integrity, because the PU or PVC beneath it begins to flow like an extremely viscous fluid. The coating did remain un-sticky up to 70 degrees Celsius (158 degrees Fahrenheit), so it could keep your legs from sticking to a car seat on most hot days.

It won't prevent a very hot seat from burning you, however—so watch out. At least your favorite "leather" jacket will look and feel the same.