Гидрофобный материал это: Гидрофобные материалы покрытия, состав

Гидрофобные материалы покрытия, состав

Вода является основой жизни. Она необходима каждому живому организму, существующему на Земле. Но в то же время, вода обладает и разрушительной силой. Не зря существует пословица, что «вода камень точит». И это действительно так, излишняя влажность способна нанести вред даже самым прочным конструкциям и материалам. В связи с этим, для обеспечения защиты предметов от намокания ученые химики изобрели специальное покрытие, способное отталкивать влагу. Покрытия, способные предотвратить намокание предметов, называются гидрофобными. Первое гидрофобное покрытие появилось в обиходе примерно 40 лет назад.

В настоящее время гидрофобные покрытия имеют огромную популярность. Абсолютно каждый человек сталкивается с использованием гидрофобных покрытий. Область их применения колоссально широка. Они применяются как для защиты обуви и различных гаджетов, так и для защиты строительных материалов, уже готовых построек, автомобилей и многого другого.

В зависимости от материала поверхности, а также от способа их нанесения все гидрофобные материалы подразделяются на:

1. Лаки. Ими обрабатываются, в основном, деревянные поверхности. Гидрофобные лаки предотвращают впитывания деревом влаги, и как следствие, не допускают его разбухания и гниения. Производятся в неокрашенном виде, другими словами – бесцветными. Благодаря гидрофобным лакам, деревянные поверхности становятся не только защищенными, но и приобретают привлекательный вид и блеск.
2. Пропитки. Очень популярными являются во время строительства стен зданий и дорожек на террасах. Эффективным водоотталкивающим средством выступают для различных пористых поверхностей.
3. Морилки. В основе данного гидрофобного покрытия лежит олифа. Такие морилки также отлично подойдут для защиты от влаги деревянных покрытий. Нанесение вещества происходит с помощью валика, кисти или же методом распыления.
4. Краски. Имеет наиболее широкую область применения, так как подходит для абсолютно любых типов поверхностей. Гидрофобные краски легко наносятся, у них отсутствует запах, а также они являются гигиеничными.
5. Жидкости, воски, аэрозоли. Такие покрытия предназначены для защиты обуви, стекол, мониторов компьютеров и экранов планшетов и телефонов. Они продаются во многих магазинах и не требуют специальных инструментов для их нанесения.

Однако, при покупке того или иного водоотталкивающего покрытия, следует помнить, что для каждого материала существует свое гидрофобное покрытие, состав которого адаптирован для нанесения на определенную поверхность. Нельзя, например, использовать гидрофобное покрытие для стекол, которое предназначено для защиты от влаги обуви, и наоборот.

Тем не менее, все гидрофобные покрытия, вне зависимости от своего состава, схожи по своим свойствам, которые направлены на защиту поверхности от влаги. К ним, в основном, относятся антиадгезионные свойства, абсолютная экологичность, способность образовывать на поверхности защитную пленку, предотвращающую впитывание влаги, запотевание (например, стекла), налипание грязи.

Автомобиль является тем транспортным средством, которое эксплуатируется при любых погодных условиях. А у некоторых владельцев, по причине отсутствия гаража, авто может даже зимовать на улице. В связи с этим, и сам кузов автомобиля, и многие детали подвергаются воздействию агрессивных сред, в том числе и влаге, которая является основным врагом железа и многих других декоративных элементов. А в комплексе с пылью и солью, которой так любят посыпать зимой дороги, влага является отличным средством, способным за считанные годы полностью привести в негодность лакокрасочное покрытие автомобильного кузова, что, в свою очередь, является причиной появления коррозии. Поэтому, транспортные средства очень нуждаются в хорошей защите. Линейка гидрофобных покрытий для автомобиля очень разнообразна. Она включает:

• силиконовые гидрофобные покрытия с ингибиторами коррозии;
• кремнийорганические твердые гидрофобные покрытия;
• восковые покрытия;
• тефлоновые покрытия;
• соли жирных кислот и другие вещества.

Гидрофобные покрытия обладают антиадгезионными свойствами, обеспечивая отталкивание с поверхности не только влаги, но и различного рода загрязнения. Структура водоотталкивающих покрытий позволяет им просачиваться на достаточную глубину в поры краски и лака, где происходит их кристаллизация. В результате этого на поверхности образуется невидимая тонкая силиконовая или кремниевая пленка, которая предотвращает появление нежелательных царапин и сколов краски на кузове авто. Благодаря применению таких покрытий можно значительно продлить срок службы и молодость своему любимому автомобилю.

Большинство таких покрытий для автомобиля имеют консистенцию, которая не требует специальных навыков и специального оборудования для их нанесения. Благодаря этому, абсолютно каждый человек может нанести гидрофобное покрытие своими руками на кузов автомобиля, соблюдая при этом инструкцию по применению покрытия, которая написана на упаковке.

Кроме того, на рынке существуют и более профессиональные гидрофобные покрытия для автомобиля, нанесение которых в домашних условиях невозможно, а требуют определенных знаний и техники. К таким покрытиям относятся:

1. Специальная защитная пленка, обладающая уникальным составом. После нанесения данного покрытия поверхность становится менее уязвима к различного рода механическим повреждениям, а также уже существующие царапины становятся менее заметными. Данная технология защиты кузова автомобиля является на сегодняшний день наиболее доступной среди всех остальных.
2. Покрытие, предназначенное для нанесения на полированную поверхность автомобиля. Данные покрытия имеют густую консистенцию, напоминающую гель. После нанесения таких покрытий образуется специальная пленка, обладающая эффектом «лотоса» – мелкие капли попадающей на кузов воды соединяются в крупные и вместе с грязью смываются с поверхности.
3. «Жидкое стекло». Данное покрытие способно не только соответствующим образом защитить поверхность, но и вернуть лакокрасочному покрытию автомобильного кузова первозданный блеск. Покрытие имеет принципиальное отличие от всех остальных гидрофобных покрытий, которое заключается в его составе. «Жидкое стекло» способно проникнуть достаточно глубоко в лакокрасочное покрытие кузова, тем самым усилив его молекулярную структуру. Кроме этого, покрытие очень прочное и долговечное.
4. Нанокерамика. Данное покрытие чем-то похоже на «жидкое стекло», поскольку также надежно и длительно способно сохранить в целостности и сохранности кузов автомобиля вместе с покраской. Предотвращает появление сколов и царапин. Также является устойчивым не только к воздействию агрессивной влажной среды, но и многим химическим веществам.

В настоящее время каждый владелец автомобиля может выбрать гидрофобное покрытие по своему вкусу. Каким бы оно не было, в любом случае, кузов и лакокрасочное покрытие будут защищены от воздействия влаги и загрязнения.

Статьи – Документация – Дальснаб.Ру

Поиск:

20.04.2022

Рассказываем, чем хороша обработка сухим туманом и почему она нужна каждому

23.09.2021

Ополаскиватель для посудомоечной машины: особенности выбора и рейтинг лучших средств

03.08.2021

Средства для химчистки салона автомобиля, рейтинг лучших очистителей

25. 06.2020

ПАВ. Что это такое и нужно ли их бояться?

Как выбрать мешок для пылесоса?

Что такое обезжириватель для автомобилей?

Виды дозаторов для жидкого мыла

Что лучше жидкое мыло или твердое?

Как выбрать жидкое мыло и на что обратить внимание

Салфетка из микрофибры: что это такое и как выбрать

Лучшая керамика для авто, рейтинг альтернативных покрытий

Как нанести керамику на автомобиль своими руками

Рейтинг лучших чернителей шин – топ 10

Как делать детейлинг авто своими руками – инструкция для начинающих

Рейтинг лучших автошампуней для мойки автомобиля

Бизнес-план как открыть автомойку с нуля

ТОП 20 полиролей для пластика автомобиля рейтинг

Уровень pH моющих средств

Зачем нужно керамическое покрытие автомобиля?

Гидрофобное покрытие. Что это такое и зачем нужно?

Какие перчатки лучше? Виниловые, нитриловые, или латексные.

Пеногенератор для автомоек: устройство, принцип, инструкция.

Выбираем лучший воск для авто

ТОП-10 бактерий для септиков. Как выбрать бактерии для септиков и выгребных ям?

Химия для септиков и выгребных ям. ТОП средств для покупки

Гид по выбору антисептиков для рук, или почему не все они спасут от вирусов?

Дезинфицирующее средство широкого спектра действия, кожный антисептик – подробно о применении в период пандемии

Антибактериальное жидкое мыло, кожный антисептик – подробно о применении в период пандемии

Средство на основе глутарового альдегида и ЧАС – подробно о применении в период пандемии

Дезинфицирующее средство на ЧАС – подробно о применении в период пандемии

Дезинфицирующее средство НУК – подробно о применении в период пандемии

Список самых эффективных дезинфекционных средств и антисептиков

Отличие спиртовых и не спиртовых антисептиков, какой лучше и безопаснее для рук?

Использование спиртовых антисептиков, почему не даёт нужного эффекта?

Дезинфицирующее средство для уничтожения вируса африканской чумы и вирусной инфекции сибирской язвы – Forbicid (Форбицид)

Моющие средства для автосервисов и автомастерских

Предоставление и монтаж дозирующих систем – бесплатно

Основные моющие и дезинфицирующие средства для небольшого пищевого производства

Санитарный аудит пищевых предприятий

Дезинфекция помещений и цехов в пищевой промышленности

Санитарно-микробиологические исследования смывов

Санитарный аудит на пищевом предприятии

Пользовательское соглашение Индивидуальный предприниматель Иванченко Александр Сергеевич

Пользовательское соглашение ООО “Вортекс Дальний Восток”

Санитарно-гигиеническое оборудование, где и зачем применяется.

Диспенсеры для туалетной бумаги, полотенец и ёршики BXG

Автоматический освежитель воздуха BXG-AR-6006

Сильный и при этом деликатный очиститель любых загрязнений ORANGE KING

Сравнение двух профессиональных очистителей, LOCO против ORANGE KING

Универсальный очиститель Well

Универсальное, гелеобразное, пенное, моющее средство GEL Optima

Средство для прочистки канализации Draft

Профессиональное нейтральное средство для мытья пола Comfort

Очиститель – полироль для мебели TWIST 5в1

Щелочные моющие средства с активных хлором, как применять?

Дезинфицирующее средство для дезковриков и обработки автотранспорта

Дезинфицирующий коврик – где и как применятся?

Как удалить неприятный запах – нейтрализатор запаха Block

Моющее средство для посудомоечных машин BLANK

Концентрированное средство для биотуалетов на химической основе

Мойка фильтра вытяжки из дюралюминиевого сплава, специализированным средством.

Как заменить сетчатаю вставку (таблетку) в пенокомплекте?

Дезинфекционные коврики: Какой размер выбрать?

Дезинфекционные коврики – вопросы и ответы

Профессиональные распылители Kwazar

Профессиональные распылители и пеногенераторы KWAZAR™

Профессиональные моющие средства

Профессиональные моющие средства Vortex

Моющее средство для мойки и дезинфекции испарителей кондиционеров и холодильного оборудования

123

Промывка систем отопления, теплообеменников, радиаторов

Мойка и дезинфекция поверхности яиц

Мойка и дезинфекция поверхности яиц

Перчатки рабочие, как выбрать?

Химчистка салона авто своими руками

Как правильно использовать полироли?

Практическое тестирование автомобильных полиролей

Типы и виды полиролей

Сравнение отечественных и зарубежных полиролей

Средства для герметизации агрегатов

Полирующие средства

Добавки и присадки к маслам

Обработка воском

Что такое изопропиловый спирт и для чего он используется?

Средства индивидуальной защиты при работе с изопропиловым спиртом

Каким бывает изопропиловый спирт?

Как правильно использовать изопропиловый спирт для очистки оптических волокон и других поверхностей?

Особенности незамерзающих жидкостей на основе метилового, этилового и изопропилового спиртов

Чистящие средства

Где применяется вафельная ткань и какую плотность выбрать

Вафельное полотно – что это?

Почему выбирают жидкое мыло?

Удаление жвачек

Тестируем гель для сантехники Breeze

Прочистка засоров в системе канализации каустической содой и специальными химическими составами.

Воздействие высокощелочных автошампуней на компоненты кузова автомобиля

Полезные советы по мойке автомобиля зимой

В цветном замешательстве

Моющие средства для автомобилей

Какой химией лучше отмыть катер после зимы?

Технология бесконтактной мойки CLEAN TEC

Отечественные и зарубежные автошампуни

Практическое тестирование автошампуней

Процесс бесконтактной мойки

Тестирование автошампуня Complex® Master

Как правильно использовать автошампуни

Промывка и дезинфекция пивных линий с применением специализированной химии на основе ЧАС или хлора

Нанопокрытие для стекол автомобиля Антидождь

Статьи – Документация – Дальснаб.Ру

Поиск:

20.04.2022

Рассказываем, чем хороша обработка сухим туманом и почему она нужна каждому

23.09.2021

Ополаскиватель для посудомоечной машины: особенности выбора и рейтинг лучших средств

03. 08.2021

Средства для химчистки салона автомобиля, рейтинг лучших очистителей

25.06.2020

ПАВ. Что это такое и нужно ли их бояться?

Как выбрать мешок для пылесоса?

Что такое обезжириватель для автомобилей?

Виды дозаторов для жидкого мыла

Что лучше жидкое мыло или твердое?

Как выбрать жидкое мыло и на что обратить внимание

Салфетка из микрофибры: что это такое и как выбрать

Лучшая керамика для авто, рейтинг альтернативных покрытий

Как нанести керамику на автомобиль своими руками

Рейтинг лучших чернителей шин – топ 10

Как делать детейлинг авто своими руками – инструкция для начинающих

Рейтинг лучших автошампуней для мойки автомобиля

Бизнес-план как открыть автомойку с нуля

ТОП 20 полиролей для пластика автомобиля рейтинг

Уровень pH моющих средств

Зачем нужно керамическое покрытие автомобиля?

Гидрофобное покрытие. Что это такое и зачем нужно?

Какие перчатки лучше? Виниловые, нитриловые, или латексные.

Пеногенератор для автомоек: устройство, принцип, инструкция.

Выбираем лучший воск для авто

ТОП-10 бактерий для септиков. Как выбрать бактерии для септиков и выгребных ям?

Химия для септиков и выгребных ям. ТОП средств для покупки

Гид по выбору антисептиков для рук, или почему не все они спасут от вирусов?

Дезинфицирующее средство широкого спектра действия, кожный антисептик – подробно о применении в период пандемии

Антибактериальное жидкое мыло, кожный антисептик – подробно о применении в период пандемии

Средство на основе глутарового альдегида и ЧАС – подробно о применении в период пандемии

Дезинфицирующее средство на ЧАС – подробно о применении в период пандемии

Дезинфицирующее средство НУК – подробно о применении в период пандемии

Список самых эффективных дезинфекционных средств и антисептиков

Отличие спиртовых и не спиртовых антисептиков, какой лучше и безопаснее для рук?

Использование спиртовых антисептиков, почему не даёт нужного эффекта?

Дезинфицирующее средство для уничтожения вируса африканской чумы и вирусной инфекции сибирской язвы – Forbicid (Форбицид)

Моющие средства для автосервисов и автомастерских

Предоставление и монтаж дозирующих систем – бесплатно

Основные моющие и дезинфицирующие средства для небольшого пищевого производства

Санитарный аудит пищевых предприятий

Дезинфекция помещений и цехов в пищевой промышленности

Санитарно-микробиологические исследования смывов

Санитарный аудит на пищевом предприятии

Пользовательское соглашение Индивидуальный предприниматель Иванченко Александр Сергеевич

Пользовательское соглашение ООО “Вортекс Дальний Восток”

Санитарно-гигиеническое оборудование, где и зачем применяется.

Диспенсеры для туалетной бумаги, полотенец и ёршики BXG

Автоматический освежитель воздуха BXG-AR-6006

Сильный и при этом деликатный очиститель любых загрязнений ORANGE KING

Сравнение двух профессиональных очистителей, LOCO против ORANGE KING

Универсальный очиститель Well

Универсальное, гелеобразное, пенное, моющее средство GEL Optima

Средство для прочистки канализации Draft

Профессиональное нейтральное средство для мытья пола Comfort

Очиститель – полироль для мебели TWIST 5в1

Щелочные моющие средства с активных хлором, как применять?

Дезинфицирующее средство для дезковриков и обработки автотранспорта

Дезинфицирующий коврик – где и как применятся?

Как удалить неприятный запах – нейтрализатор запаха Block

Моющее средство для посудомоечных машин BLANK

Концентрированное средство для биотуалетов на химической основе

Мойка фильтра вытяжки из дюралюминиевого сплава, специализированным средством.

Как заменить сетчатаю вставку (таблетку) в пенокомплекте?

Дезинфекционные коврики: Какой размер выбрать?

Дезинфекционные коврики – вопросы и ответы

Профессиональные распылители Kwazar

Профессиональные распылители и пеногенераторы KWAZAR™

Профессиональные моющие средства

Профессиональные моющие средства Vortex

Моющее средство для мойки и дезинфекции испарителей кондиционеров и холодильного оборудования

123

Промывка систем отопления, теплообеменников, радиаторов

Мойка и дезинфекция поверхности яиц

Мойка и дезинфекция поверхности яиц

Перчатки рабочие, как выбрать?

Химчистка салона авто своими руками

Как правильно использовать полироли?

Практическое тестирование автомобильных полиролей

Типы и виды полиролей

Сравнение отечественных и зарубежных полиролей

Средства для герметизации агрегатов

Полирующие средства

Добавки и присадки к маслам

Обработка воском

Что такое изопропиловый спирт и для чего он используется?

Средства индивидуальной защиты при работе с изопропиловым спиртом

Каким бывает изопропиловый спирт?

Как правильно использовать изопропиловый спирт для очистки оптических волокон и других поверхностей?

Особенности незамерзающих жидкостей на основе метилового, этилового и изопропилового спиртов

Чистящие средства

Где применяется вафельная ткань и какую плотность выбрать

Вафельное полотно – что это?

Почему выбирают жидкое мыло?

Удаление жвачек

Тестируем гель для сантехники Breeze

Прочистка засоров в системе канализации каустической содой и специальными химическими составами.

Воздействие высокощелочных автошампуней на компоненты кузова автомобиля

Полезные советы по мойке автомобиля зимой

В цветном замешательстве

Моющие средства для автомобилей

Какой химией лучше отмыть катер после зимы?

Технология бесконтактной мойки CLEAN TEC

Отечественные и зарубежные автошампуни

Практическое тестирование автошампуней

Процесс бесконтактной мойки

Тестирование автошампуня Complex® Master

Как правильно использовать автошампуни

Промывка и дезинфекция пивных линий с применением специализированной химии на основе ЧАС или хлора

Нанопокрытие для стекол автомобиля Антидождь

Получение и свойства гидрофобного текстильного материала

АННОТАЦИЯ

На основе анализа современной тенденции создания гидрофобных текстильных материалов получены и исследованы свойства двух видов гидрофобных материалов. Материал, полученный обработкой раствором амида высшей карбоной кислоты в уксусной кислоте и акриловой эмульсии, проявляет умеренную гидрофобность. Гидрофобность оценена по времени впитывания воды материалом, которая после обработке в 7-8 раз увеличивается. При гидрофобной обработке х/б полотна полиперфторакрилатом и олигомерным диизоцианатом, при незначительном расходе реагентов, внешний вид, физико-механические и санитарно-гигиенические свойства материала не ухудшаются, а гидроизоляционные свойства значительно улучшаются. Нанесение гидрофобных веществ в материал производится в существующих агрегатах для заключительной отделки текстильных полотен.

ABSTRACT

Based on the analysis of the current trend in the creation of hydrophobic textile materials, the properties of two types of hydrophobic materials are obtained and investigated. The material obtained by treatment with a solution of the amide of higher carboxylic acid in acetic acid and acrylic emulsion exhibits moderate hydrophobicity. Hydrophobicity is estimated by the time of water absorption by the material, which after processing increases by 7-8 times. In hydrophobic treatment of cotton fabric with polyperfluoroacrylate and oligomeric diisocyanate, with a small consumption of reagents, the appearance, physical, mechanical and sanitary-hygienic properties of the material do not deteriorate, and the waterproofing properties are significantly improved. The application of hydrophobic substances to the material is carried out in existing units for the final finishing of textile fabrics.

 

Ключевые слова: гидрофобный текстильный материал, целлюлоза, акриловая и перфторакриловая эмульсия, диизоцианат.

Keywords: hydrophobic textile material, cellulose, acrylic and perfluoroacrylic emulsion, diisocyanate.

 

УДК 677.027.62.004.12

Введение

В эпоху высокотехнологичного производства, специализации отраслей экономики, возрастания потребления природных, особенно энергетических ресурсов, объемы производства специальных текстильных материалов для защиты объектов и работающих непрерывно увеличивается. В этом плане наиболее перспективной, способной сохранить целевые свойства материалов в процессе эксплуатации является метод химического закрепления веществ, придающих специальные свойства, к волокнам основного материала. За последние годы в мире предложены различные композиции для придания гидрофобных свойств текстильным материалам. Натуральные текстильные волокна – целлюлоза, белок (фиброин, коллаген, кератин) содержат активные функциональные группы и могут вступить во взаимодействие с функциональными группами модифицирующих веществ, придающих гидрофобные свойства. Целью данной работы является анализ имеющихся гидрофобных материалов, получение нескольких вариантов гидрофобных текстильных материалов с использованием азот и фторсодержащих олигомеров, взаимодействующих целлюлозой, сравнительная оценка их гидроизоляционных и физико-механических свойств.

Вещества, придающие текстильным материалам гидрофобность, состоят из неполярных молекул, значительно уменьшают смачиваемость полотна. При этом материал после обработки должен сохранять положительные качества – внешний вид, текстуру, физико-механическую прочность, воздухопроводность и другие санитарно-гигиенические свойства. Некоторые вещества придают материалу умеренную гидрофобность, уменьшая впитывание воды некоторое время. Другие же вещества придают материалу абсолютные водоотталкивающие свойства, в котором происходит полное растекание капли воды. Такие материалы принято называть «супергидрофобными».

Одним из первых веществ, используемых для гидрофобной обработки материалов, были кремнийорганические вещества, различные варианты которых применяются и в настоящее время. Целлюлозу химически гидрофобизировали с помощью винилтриметоксисилана и N-(2-аминоэтил) -3-аминопропилтриметоксисилана [1], 3-метакрилоксипропилтриметокси-силана [2]. По мнению исследователей, ткань из полиэтилентерефталата, модифицированная неорганическими покрытиями на основе метилтриметоксисилана, демонстрирует превосходную устойчивость к различным типам повреждений при износе, имитируя тем самым супергидрофобные биологические материалы [3]. Для гидрофобной отделки текстильных материалов использованы кремнийорганические соединения на основе олиго (этокси) силоксана [4].

Предпринята попытка изготовления нановолокнистых мембран из супер гидрофобного электроформованного полиакрилонитрила/полиуретана/ диоксида титана, и мембраны продемонстрировали водонепроницаемости и воздухопроницаемости путем модификации покрытия с помощью 2-гидрокси-4-н-октоксибензофенон и фторированный акриловый сополимер [5]. SiO₂-покрытия и неорганические/органические полимерные гибридные покрытия были нанесены на текстиль, водопоглощение обработанного текстиля уменьшилось, и достаточно высокие значения были достигнуты только с сильно разбавленными растворами для покрытия. Для достижения гидрофобных текстильных свойств золь был модифицирован перфтороктилтриэтоксисиланом [6].

Для придания специальных свойств текстильным материалам используется привитая сополимеризация к макромолекулам текстильных волокон [7]. Для получения гидрофобных материалов синтезированы привитые сополимеры полистирола с этилцеллюлозой [8] и целлюлозой [9]. Поверхностная обработка тканей из хлопка, полиамида и полиэфира проводилась в высокочастотной плазме холодного воздуха с последующей реакцией прививки стиролом и химической обработкой специальными гидроизоляционными продуктами [10]. Гидрофобные свойства полученных материалов оценивали путем определения времени поглощения и угла контакта капли воды на поверхности. Чтобы улучшить водоотталкивающую способность хлопчатобумажной ткани, хлопчатобумажную ткань прививали с использованием мономера гексафторбутилметакрилата методом радикальной полимеризации с переносом атома [11]. Прививка поликапролактама [12], полиуретана [13] способствует приданию гидрофобных свойств целлюлозе.

Фторсодержащие средства, обладающие превосходными гидрофобными и олеофобными свойствами, являются хорошими отделочными средствами, используемыми для обработки текстильных, кожаных, бумажных и других поверхностей [14]. Полимеризация гомогенного раствора высокофторированных акриловых мономеров может быть достигнута в сверхкритическом диоксиде углерода [15] и растворе различных углеводородных мономеров [16] с использованием методов свободных радикалов.

Для придания гидрофобных и водоотталкивающих свойств текстильным материалам используются гидроксилсодержащие соединения и диизоцианаты: полиэтиленгликоль и толуилен-2,4-диизоцианат [17], поликапролактон, фенил изоцианат и 2,4-диизоцианат [18], толуилен-2,4-диизоцианат и полиэфиры с концевыми ОН-группами [19].

Наночастицы очень интересны из-за их поверхностных свойств, которые позволяют придавать обычным продуктам новые функциональные возможности [20]. Нанотехнология на молекулярном уровне может использоваться для развития желаемых текстильных характеристик, в том числе водоотталкивающих свойств [21]. Водоотталкивающие свойства в наномасштабе с использованием нефторированных соединений золь-гель методом стали важной проблемой при модификации поверхности. Наночастицы кремнезема, которые получают этим способом, наносят на текстильную поверхность путем модификации гидрофобных силанов и силановых сшивателей [22]. Покрытие текстиля химически или физически модифицированными золями кремнезема с диаметром частиц менее 50 нм позволяет многократно изменять их физико-механические, оптические, электрические и биологические свойства [23]. Пористая мембрана, состоящая из бамбукового целлюлозного волокна с наночастицами Ag/Ag₂O, может придать мембране угол контакта с водой 140±3,0°, что свидетельствуют о значительном уменьшении смачиваемости [24].

Анализ известных работ показал, что для придания гидрофобности текстильным материалам, следует обрабатывать их с неполярными веществами, которые химически связываются с волокнами или образуют не растворимую пленку на их поверхности. Растворы и композиции придают водоотталкивающие свойства материалам в различной степени в зависимости от состава и назначения. В литературе нет достаточной информации о промышленной реализации какого-либо метода придания гидрофобных свойств, некоторые работы носят чисто научный характер, отсутствуют данные о технологии нанесения, не вписываются в традиционную технологию аппретирования текстильных материалов, требуют дополнительного оборудования, разработки и доработки методов.

Экспериментальная часть

Объектами исследования являются х/б полотно, амид высшей карбоновой кислоты, акриловая эмульсия, эмульсия полиперфторакрилата, эмульсия олигомерного диизоцаната, уксусная кислота, персульфат калия.

Подготовка текстильного материала. Для удаления воско-жировых примесей и остатка шлихтующего вещества суровую ткань нагревают в мыльно-содовом растворе, содержащем 5 г/л мыла и 10 г/л соды, при температуре 90-95^оС в течение 2 часов. Затем ткань промывают и выдерживают в 3%-ном растворе гидроксида натрия в течение 1 часа.

Аппретирование материала амидом высшей карбоновой кислоты. Необходимое количество амида растворяют в уксусной кислоте, добавляют акриловую эмульсию, персульфат калия и воду. Смесь тщательно перемешают в электрическом смесителе до образования однородной эмульсии без включений, комочков и не диспергировавшихся частиц. Композицию наносят на подготовленный текстильный материал в пропитывающей ванне отделочного оборудования. Пропитанный текстильный материал проходит через отжимные валики (остаточный привес 100-120%), сушится при комнатной температуре, далее подвергается термической обработке при температуре 120-140^оС (рис. 1).

 

Рисунок 1. Схема получения гидрофобного текстильного материала

 

Аппретирование материала перфторполимером и диизоцианатом. Эмульсию полиперфторакрилата и олигомерного диизоцианата разбавляют водой и вносят в ванну для пропитки. Композицию наносят на подготовленный текстильный материал в пропитывающей ванне отделочного оборудования. Пропитанный текстильный материал проходит через отжимные валики (остаточный привес 80-100%), сушится при температуре 60-70^оС, далее подвергается термической обработке при температуре 150-170^оС.

Физико-механические свойства текстильных материалов (поверхностная плотность, устойчивость к истиранию, воздухопроводность, водоупорность, прочность и относительное удлинение при растяжении) исследованы на сертификационном центре «CENTEXUZ» ТИТЛП по известным методикам согласно стандартам DIN 51 221, DIN 53 834, ISO 2062 [25].

ИК-спектры записывали в таблетках бромида калия на спектрометре System 2000 FT–IR фирмы Parker–Elmer в интервале длин волн 400–4000 см^-1. Отнесение характеристических полос поглощения проводили согласно литературным данным [26].

Результаты и их обсуждение

Экспериментальные исследования проведены с целью оценки возможности использования некоторых гидрофобизирующих веществ для получения супергидрофобного текстильного материала, в том числе в разработке гидроизоляционного полотна для укрытия хлопкового бунта.

Произвели обработку поверхности х/б ткани гидрофобной композицией, содержащей амид высшей карбоновой кислоты (АВКК) – 25-150 г/л, уксусную кислоту – 10-35 г/л, акриловую эмульсию – 50-150 г/л, персульфат калия – 1% от массы амида. Исследована зависимость гидрофобных свойств материала от концентрации компонентов композиции и режимов формирования гидрофобного слоя (табл. 1).

Таблица 1.

Зависимость времени впитывания воды материалом от концентрации амида карбоновой кислоты, акриловой эмульсии и уксусной кислоты.

№	Концентрация вещества, g/l			Время впитывания, мин
	АВКК	Акриловая эмульсия	Уксусная кислота
1	0	0	0	2
2	25	200	25	4
3	50	200	25	10
4	100	200	25	15
5	125	200	25	15
6	100	50	25	8
7	100	100	25	12
8	100	250	25	15
9	100	200	10	10
10	100	200	15	12
11	100	200	20	14
12	100	200	30	15

 

Определены предельные концентрации АВКК – 100 г/л, акриловой эмульсии – 200 г/л и уксусной кислоты – 25 г/л, выше которых время впитывания не увеличивается. Влияние температуры термообработки исследовано в интервале 80-160^оС, максимальная время впитывания достигнута при 140^оС и времени 10 мин. Наряду с ухудшением впитывания воды, увеличивается краевой угол смачивания, безусловно гидрофобность обработанного материала повышается. Но при обработке материала композицией на основе АВКК эффекта растекания капли воды не наблюдается, т.е. материал не оказался супергидрофобной.

При обработке текстильного полотна другим составом, содержащим эмульсию полиперфторакрилата 30-40 г/л, эмульсию олигомерного диизоцианата 10-15 г/л, получен супергидрофобный материал, который не впитывает воду и в котором наблюдается раскатывание капли воды. Исследуя влияние количества компонентов композиции, режимов сушки и термообработки определены оптимальные технологические параметры – сушка при температуре 70^оС в течение 2 часов, термообработка при 160^оС в течение 3 минут.

Для выяснения химизма процессов были сняты ИК-спектры исходных веществ и продуктов их взаимодействия (рис. 2). В ИК-спектрах волокон материала наблюдаются полосы поглощений, характерных для целлюлозы [27]. Полоса поглощения при 2906 см^-1 относится к валентным колебаниям при 1373 см^-1 – к деформационным колебаниям СН–групп, при 1457 см^-1 – к валентным колебаниям СН₂–групп, при 1164 см^-1 – к деформационным колебаниям ОН– и групп. Валентные колебания СОС мостика имеют полосу поглощений при 1060 см^-1 (ассиметричные) и 895 см^-1 (симметричные). Полосу поглощений при ~1637 см^-1 исследователи относят  к колебаниям молекул адсорбированной воды. Широкая полоса поглощения при 3435 см^-1 относится к валентным колебаниям гидроксильных групп.

В ИК-спектре волокон, обработанных гидрофобной композицией сохраняются основные полосы поглощений целлюлозы, вместе с тем наблюдается смещение некоторых полос и появление новых полос поглощения в областях 1715, 1690, 1521 см^-1. Новые полосы поглощений относятся, скорее всего, к валентным колебаниям новых π-связей карбонильной группы, С–N связей уретановой группы продукта взаимодействия целлюлозы с диизоцианатом.

Полоса поглощений в области 2890-2900 см^-1 считается ответственным за аморфную область целлюлозы, а полоса поглощений в области 1370-1375 см^-1 – за кристаллическую область [28]. Чем больше интенсивность сигнала (площадь, разграниченная спектральной и базовой линиями), тем больше соответственно степень кристалличности или аморфности целлюлозы. В спектре обработанных волокон наблюдается увеличение интенсивности полосы поглощения при 1373 см^-1, большое число резких полос, что связано с наличием больших областей высокой молекулярной и структурной упорядоченности.

Рисунок 2. ИК-спектры волокон необработанного (а) и обработанного (б) гидрофобной композицией х/б полотна

 

При термообработке происходит полиприсоединение с образованием сетчатой структуры, которую можно представить следующей схемой:

 

Исследованы физико-механические свойства обработанных и необработанных гидрофобной композицией текстильных полотен (табл. 2).

Таблица 2.

Зависимость физико-механических свойств полотен от гидрофобной обработки

Полотно	Не обработанное	Обработанное
Число нитей на 10 sm, шт.
Основа Уток	200х2 крученая 90х2 крученая	200х2 крученая 90х2 крученая
Поверхностная плотность, g/m2	502,4	546,4
Прочность к истиранию, циклы	23000	26500
Прочность (относительное удлинение) при разрыве, N (%):
Основа уток	865 (21) 432 (15)	855 (38) 499 (12)
Воздухопроводность, sm3/sm2·sek	2,85	3,05
Водоупорность, H2O mm	90	385

 

По данным таблицы 2 получены положительные результаты. После гидрофобной обработки при сохранении, даже незначительном улучшении основных физико-механических и санитарно-гигиенических свойств, водоупорность полотна возрастает более чем в 4 раза. Материал с такими свойствами можно использовать как гидроизоляционное брезентовое полотно для укрытия хлопковых бунтов.

Выводы

Гидрофобная обработка текстильного материала акриловой эмульсией и раствором амида высшей карбоновой кислоты уменьшает впитывание влаги в несколько раз, образуется материал с умеренной гидрофобностью. При гидрофобной обработке х/б полотна эмульсией полиперфторакрилата и олигомерного диизоцианата образуется супергидрофобный текстильный материал, которую рекомендуется использовать для гидроизоляционного укрытия хлопковых бунтов.

 

Список литературы:
1. Wolski K., Cichosz S., Masek A. Surface hudrophobisation of lignocellulosic waste for the preparation of biothermoelastoplastic composites // European Polymer Journal. 2019, V. 118. P. 481-491.
2. Yu Q., Yang W., Wang Q., Dong W., Du M., Ma P. Functionalization of cellulose nanocrystals with γ-MPS and effect on the adhesive behavior of acrylic pressure sensitive adhesives // Carbohydrate Polymers. 2019, V. 217. P. 168-177.
3. Rosu C., Lin H., Jiang L., Breedveld V., Hess D.W. Sustainable and long-time ‘rejuvenation’ of biomimetic water-repellent silica coating on polyester fabrics induced by rough mechanical abrasion // Journal of Colloid and Interface Science. 2018, V. 516. P. 202-214
4. Кольцова Ю.А. Теоретическое обоснование и разработка технологии гидрофобной отделки текстильных материалов с использованием кремнийорганических соединений на основе олиго(этоки)силоксана. Дисс. канд. тех. наук. Москва, 2001. https://www.dissercat.com/content/teoreticheskoe-obosnovanie-i-razrabotka-tekhnologii-gidrofobnoi-otdelki-tekstilnykh-material
5. Xu Y., Sheng J., Yin X., Yu J., Ding B. Functional modification of breathable polyacrylonitrile/polyurethane/TiO2 nanofibrous membranes with robust ultraviolet resistant and waterproof performance // Journal of Colloid and Interface Science. 2017, V. 508. P. 508-516.
6. Mahltid B., Fischer A. Inorganic/organic polymer coatings for textiles to realize water repellent and antimicrobial properties – A study with respect to textile comfort // Journal of Polymer Science, Part B: Polymer Physics. 2010, V. 48, Issue 14. P. 1562-1568.
7. Nabiev N., Md. Raju A., Quan H., Rafikov A. Exatraction of collagen from cattle skin and synthesis of collagen based flame retardant composition and introduction into cellulose textile material by graft colypolimerization // Asian Journal of chemistry. 2017, V. 29, №11. P. 2470-2475.
8. Shen, D.a, Yu, H.a, Huang, Y. Synthesis of graft copolymer of ethyl cellulose through living polymerization and its self-assembly // Cellulose. 2006, V. 13, Issue 3. P. 235-244.
9. Roy D., Guthrie J.T., Perrier S. Graft polymerization: Grafting poly(styrene) from cellulose via Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer (RAFT) polymerization // Macromolecules. 2005, V. 38, Issue 25. P. 10363-10372.
10. Loghin C., Muresan R., Ursache M., Muresan A. Surface treatments applied to textile materials and implications on their behavior in wet conditions // Industria Textila. 2010, V. 61, Issue 6. P. 284-290.
11. Li S.W., Xing T.L., Li Z.X., Chen G.Q. Water repellent finishing on cotton fabric via atom transfer radical polymerization // Journal of Donghua University. 2015, V. 32, Issue 1. P. 7-12.
12. Mohammed K., Julien B., Mohamed N.B. Cellulose surface grafting with polycaprolactone by heterogeneous click-chemistry // European Polymer Journal. 2008, V. 44. P. 4074-4081.
13. Barbara Pilch-Pitera. Blocked polyisocyanates containing monofunctional polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) as crosslinking agents for polyurethane powder coatings // Progress in Organic Coatings. 2013, V. 76. P. 33- 41.
14. Zhou Y.M., Huang J.Y., Xu Q.H. Advances in fluorine-containing finishing agents // Huagong Xiandai/Modern Chemical Industry, 2001. V. 21, Issue 5. P. 9-12
15. DeSimone J. M., Guan Z., Elsbernd C.S. Synthesis of fluoropolymers in supercritical carbon dioxide // Science. 1992, V. 257, Issue 5072. P. 945-947.
16. Thomas R.R., Anton D.R., Graham W.F., Darmon M.J., Sauer B.B., Stika, K.M., Swartzfager, D.G. Preparation and surface properties of acrylic polymers containing fluorinated monomers // Macromolecules. 1997, V. 30, Issue 10. P. 2883-2890.
17. Баданова А.К., Кричевский Г.Е., Таусарова Б.Р., Кутжанова А.Ж., Баданов К.И. Разработка и исследование нового способа гидрофобной отделки целлюлозных текстильных материалов // https://pandia.ru/text/80/641/23775.php
18. Paquet O., Krouit M., Bras J., Thielemans W., Mohamed M. Naceur rface modification of cellulose by PCL grafts // Acta Materialia. 2010, V. 58. P. 792-801.
19. Ibrahim N.A., Amr A., Eid B.M., Almetwally A.A., Mourad M. M. Functional finishes of stretch cotton fabrics // Carbohydrate Polymers, 2013. V. 98. P. 1603- 1609.
20. Rivero P.J., Urrutia A., Goicoechea J., Arregui F.J. Nanomaterials for Functional Textiles and Fibers // Nanoscale Research Letters. 2015, V. 10, Issue 1. P. 1-22.
21. Sawhney A.P.S., Condon B., Singh K.V., Pang S.S., Ii G., Hui D. Modern Applications of Nanotechnology in Textiles // Textile Research Journal. 2008, V. 78, Issue 8. P. 731-739.
22. Erayman Y., Korkmaz Y. Modification of superhydrophobic textile surfaces with sol-gel method by using nonfluorinated compounds // Tekstil ve Muhendis. 2017, V. 24, Issue 105. P. 41-52.
23. Mahltid B., Haufe H. Bottcher H. Functionalisation of textiles by inorganic sol-gel coatings // Journal of Materials Chemistry. 2005, V. 15, Issue 41. P. 4385-4398.
24. Wang Y., Zhang X., Zhang X., Zhao J., Zhang W., Lu C. Water repellent Ag/Ag2O bamboo cellulose fiber membrane as bioinspired cargo carriers // Carbohydrate Polymers. 2015, V. 133. P. 493-496.
25. Методическое указание по выполнению научно-исследовательских и лабораторных работ по испытанию продукции текстильного назначения. Ташкент: ТИТЛП, 2007, 96 с.
26. Тарасевич Т.Б. ИК спектры основных классов органических соединений. Справочные материалы. Москва: МГУ, 2012, 55 с.
27. Дехант И, Данц Р, Киммер В, Шмольке Р. Инфракрасная спектроскопия полимеров, Химия, Москва, 1976, 472 с.
28. Рабек Я. Экспериментальные методы в химии полимеров. Пер. с англ., М.: Мир, 1983, ч.1. С.251.

 

Гидрофобное покрытие для авто – виды, технологии, выбор гидрофобных покрытий

Как защитить дорогостоящую краску на кузове нового автомобиля с сиянием бриллианта и мокрого асфальта? Ведь одно неосторожное движение и могут появиться царапины и пятна, а неблагоприятные условия внешней среды в осенне-зимний период способны превратить безупречный внешний вид машины из салона в авто десятилетней давности. Полировка кузова и гидрофобное покрытие способны надежно защитить не только краску цвета бриллиант для автомобиля, но и практически любое покрытие металла. Специальные составы водоотталкивающих веществ могут выпускаться для древесины, пластика, стекла, карбона, камня, кирпича, керамики и других поверхностей.

Новые гидрофобные покрытия выпускаются самых различных видов, которые устойчивы к воздействию влаги, отличаются не токсичным составом, индифферентностью, полностью изолируют поверхность, покрытую краской и лаком, полиролем от неблагоприятных воздействий внешней среды. Объемная ассортиментная линейка современных гидрофобных покрытий включает в себя:

• силиконовые с ингибиторами коррозии;
• кремнийорганические твердые покрытия;
• восковые составы;
• тефлоновые покрытия;
• соли жирных кислот и другие вещества.

Уникальная структура, которой обладают водоотталкивающие покрытия, глубоко проникает в поры краски автомобиля или покрытия полировочного состава и создает микро поверхностную оболочку в результате кристаллизации. При этом состав кремниевых гидрофобных покрытий обладает достаточной твердостью и еще одним важным качеством, эластичностью. Покрытие для кузова может наноситься самостоятельно, а некоторые виды лучше доверить опытным специалистам.

Какой вид полировки и защитного покрытия выбрать для кузова своего автомобиля, определяет сам владелец, но современное гидрофобное покрытие – это необходимый способ защиты авто, который позволяет нанести эффективную защиту сравнительно недорого, в минимальные сроки и гарантировать защиту кузова.

Защитная кремниевая или силиконовая пленка позволяет предупредить появление новых царапин и повреждений, а также придает зеркальный блеск автомобилю. При сравнении машины до и после полировки можно отметить полную маскировку следов царапин, проявление цвета, который становится ярче, насыщеннее и приобретает глянцевый блеск. А дополнительное гидрофобное покрытие позволяет еще больше усилить эффект и сохранить безупречный внешний вид автомобиля долгие годы.

Нанести некоторые водоотталкивающие покрытия можно своими руками, а можно доверить работы высококвалифицированным специалистам компании, которая специализируется в данном сегменте современного рынка. Шикарный блеск и безупречный внешний вид автомобиля после полировки и нанесения гидрофобного покрытия может свидетельствовать о том, что владелец действительно заботится о надежной защите своего авто. Какие виды современных покрытий можно заказать на профессиональном уровне?

Технология покрытия защитной пленкой

Представляет собой защитное водоотталкивающее покрытие кузова специальной пленкой из особого состава, который позволяет замаскировать царапины и защитить от нанесения механических воздействий, появления сколов и повреждений. Данный способ защиты представляет собой один из самых доступных на современном рынке, который можно заказать по невысоким ценам.

Гидрофобное покрытие полированной поверхности авто

Полированный кузов автомобиля с глянцевым блеском можно надежно защитить при помощи специального гидрофобного покрытия, в качестве которого могут использоваться гели с высокотехнологичной структурой, создающие на поверхности равномерную и довольно прочную пленку. Гидрофобное покрытие – это не просто защитная пленка, это новый формат твердых эластичных покрытий, в виде микро поверхностной оболочки повышенной твердости, которые обладают важными преимуществами:

• высокотехнологичным составом;
• обладают эффектом «лотоса», при котором мелкие капли воды соединяются в крупные и вместе с грязью смываются с поверхности авто;
• надежно защищают от пыли и грязи;
• предупреждают запотевание стекол и зеркал;
• проявляется цвет автомобиля, который становится более ярким и контрастным;
• появляется эффект глянца, особенно у машин с краской перламутрового спектра или цвета металлик;
• эстетичность покрытия в любых погодных условиях.

Покрытие «жидкое стекло» для сверкающего блеска автомобиля

Каждый владелец мечтает придать максимальный блеск своему автомобилю, нанесение которого позволяет подчеркнуть стильный и престижный внешний облик нового автомобиля. При этом оптимальным вариантом может стать технология с использованием жидкого стекла, нанесение которого позволяет создавать сверхпрочное защитное покрытие. Жидкое стекло способно восстановить безупречный внешний вид автомобиля и придать ослепительный блеск. Высокотехнологичный состав способен создавать водоотталкивающее покрытие повышенной прочности по сравнению с органическими соединениями и обладает уникальным механизмом действия.

Жидкое стекло по своему нанесению и воздействию кардинально отличается от всех других составов, и проникает внутрь пор лакокрасочного покрытия автомобиля, тем самым усиливает его молекулярную структуру. После полного наполнения пор покрытие образует на поверхности тонкую защитную пленку, которая по своей прочности вряд ли уступает настоящему стеклу. Уникальный вид покрытий создает надежную оболочку кузова и придает автомобилю ослепительный глянцевый блеск.

Важным преимуществом является долговечность покрытия, которое после нанесения долгие годы радует безупречным внешним видом и защитными качествами. Стоимость жидкого стекла на порядок выше гидрофобных покрытий.

Нанокерамика – максимальная защита кузова и сверкающий блеск

Каждый, кто хоть раз воспользовался услугами по нанесению нанокерамики, смог отметить для себя особые удобства при уходе и мойке машины, которая намного легче моется и практически не поддается воздействию химически агрессивных веществ. Водоотталкивающее нанопокрытие кузова – это инновационные технологии по защите автомобиля и приданию сверкающего блеска. Уникальный состав покрытия обусловлен использованием нанотехнологий, которые обеспечивают надежную защиту лакокрасочного покрытия кузова, а также стекол, зеркал, различных элементов и деталей в условиях воздействия влаги.

Нанокерамика позволяет защитить автомобиль от царапин, сколов, повреждений и сохранить шикарный блеск в течение долгих лет эксплуатации.

Купить кремневые гидрофобные покрытия по оптимальным ценам для долгих сроков эксплуатации автомобиля, полного сохранения эстетичного внешнего вида и качества можно в нашей компании.

Как выбрать необходимые гидрофобные покрытия?

Объемная ассортиментная линейка покрытий и услуг позволяет легко выбрать подходящий вариант и купить водоотталкивающее покрытие для своего автомобиля. Более подробно ознакомиться с наличием ассортимента и задать необходимый вопрос по эксплуатации покрытия можно высококвалифицированным менеджерам компании, которые с радостью помогут решить все проблемы, связанные с выбором гидрофобных покрытий.

Оплата и доставка продукции

Оплата за купленный товар может проводиться наличными курьеру при доставке, которая проводится сразу на следующий день или в минимальные сроки, в зависимости от месторасположения клиента. Оплатить за приобретенную продукцию можно платежными картами через терминал или систему клиент-банк, простым перечислением на наш счет. Компания проводит акции, предоставляет скидки, действуют дисконтные и бонусные программы.

Использование гибкой системы скидок позволяет купить новое покрытие с уникальной гидрофобной структурой более выгодно по сравнению с предложениями на современном рынке.

Мы поможем Вам сохранить Ваше авто в первозданном виде многие годы и предлагаем продукцию известных мировых брендов. Обращайтесь!

1. ciquartz.ru
2. carpro.ru

Гидрофобизатор для бетона – состав пропитки (способы приготовления)

Гидрофобизация

Гидрофобизатор для бетона — это специальный химический состав, позволяющий обеспечить надежную защиту любых поверхностей от воздействия влажной среды при помощи химических добавок или пропиток, называемых — гидрофобизаторы.

Гидрофобизация позволяет образовывать тончайшую пленку на поверхности материала, которая препятствует проникновению влаги вглубь конструкции. Бетон, эксплуатационные свойства которого усилены при помощи гидрофобных добавок (или пропиток) получил название — гидрофобный. Для усвоения информации, смотрим видео в этой статье.

Содержание статьи

• Виды гидрофобизаторов
  • Гидрофобные добавки
  • Пропитки
• Приготовление бетона с гидрофобными добавками

Виды гидрофобизаторов

Гидрофобный материал — это вид тяжелого или легкого пористого бетона. Конструкции, выполненные из такого материала, периодически контактируют с влажной средой, либо находятся в воде постоянно (гидротехнические сооружения).

Гидротехнические сооружения

Состав должен отвечать следующим требованиям:

1. Высокая адгезионная прочность (сцепление с поверхностью, влагостойкость).
2. Устойчивость к химическим реакциям.
3. Экологическая безопасность.
4. Долговечность.

Гидрофобные добавки

Добавки бывают однокомпонентными и комплексными:

• Однокомпонентные водорастворимые присадки добавляются в готовую смесь с учетом технологических требований к готовому изделию.
• Комплексные добавки — это многокомпонентный состав, повышающий гидрофобность и регулирующий скорость схватывания смеси, а также коррозию стальной арматуры, вязкость, пластичность и другие специальные свойства. Комплексные многокомпонентные добавки готовят и добавляют в смесь только на растворных узлах согласно технологических требований к конкретной марке.

Добавки

Пропитки

В отличие от добавок, такой гидрофобизирующий состав для может наносится на поверхность своими руками на строительной площадке.

Пропитки предотвращают окисление арматуры и повышают морозостойкость материала. Они создают новую поверхность для покрытия — надежный изолирующий слой, противостоящий даже воздействию кислоты и щелочи.

Защищенный материал

По своему строению, составы делятся на органические и неорганические соединения:

• Органические  — композиционные составы, сделанные на основе эпоксидных смол, акрила или полиуретана. Такое покрытие обеспечивает обеспыливание поверхности, придает повышенную влагостойкость и дополнительную прочность изделию. (фото)

Акриловая разновидность

• Неорганические (минеральные)  — гидрофобные составы на основе силикатов.

Метод укрепления структуры, при помощи силикатных пропиток, основан на протекании химической реакции между минеральным составом силикатного состава и молекулярным составом материала. В результате реакции, в порах образуются высокопрочные кристаллические соединения, повышающие прочность, износостойкость и ударную вязкость поверхности.

Силикатная

Отличительная особенность силикатной разновидности — она не создает на поверхности предохранительной пленки, требующей периодического обновления. Состав на основе силикатов производится один раз на весь период эксплуатации конструкций.

Подсказки: – перед обработкой поверхности внимательно прочитайте инструкцию по применению материала. Силикатные варианты наносятся на влажную поверхность для запуска химической реакции замещения в структуре. Органические — только на хорошо просушенное основание.

Приготовление бетона с гидрофобными добавками

При сооружении ответственных конструкций как фундаменты, стены подвалов или цокольные этажи зданий, необходимо серьезно относится к защите поверхности от намокания. Для устранения недостатков, связанных с высоким водопоглощением и существует гидрофобный бетон.

Гидрофобный газобетон

Как сделать гидрофобный бетон из обычного рассмотрим на примере наружных стен дома из газобетонных блоков. Газобетон — вид пористого материала, благодаря своей ячеистой структуре обладает низкой влагостойкостью. В результате, наружные стены без дополнительной обработки при продолжительном контакте с водой (осадки), быстро разрушаются.

Дефекты необработанного материала

Для защиты стен от попадания влаги в структуру материала, существует пропитка — гидрофобизатор для газобетона.

Гидрофобизатор

Специально разработанные, глубокопроникающие пропитки обладают следующими преимуществами:

• снижают водопоглощение;
• повышают адгезию к штукатурным растворам;
• экологически безопасны.

Гидрофобная пропитка

Инструкция по применению:

1. Очистить поверхность стен от пыли и остатков клея.
2. Пропитку на основание стен наносим кистью или валиком, а при больших объемах с пульверизатора. Не допускайте образования потеков пропитки на поверхности стен.
3. После нанесения первого слоя, даем возможность пропитке основательно просохнуть. Следующие работы на фасаде здания допускается производить через сутки после окончания этого вида работ.
4. При работе с пропиткой обязательно пользоваться средствами индивидуальной защиты!

Наносим пропитку

Цена на гидрофобные пропитки для газобетона, зависит от функционального назначения самой пропитки и торговой марки изготовителя данного продукта.

Гидрофобные вещества Что это такое и для чего они используются?

16 мая 2022 года 26 мая 2021 года

Гидрофобные вещества , которые отталкивают воду, играют фундаментальную роль в разработке новых материалов с улучшенными свойствами. Доказательством этого является то, что в последнее десятилетие было проведено множество исследований, направленных на их изучение. В этой статье мы объясним, что такое гидрофобный материал и его промышленное применение.

Что такое гидрофобные вещества?

Гидрофобные материалы основаны на химической концепции гидрофобности , т.е. способности вещества отталкивать воду .

Гидрофобность — это термин, происходящий от греческого слова «гидро», что означает вода, и «фобос», что означает страх. Гидрофобные вещества состоят из неполярных молекул, которые отталкивают массы воды и притягивают другие нейтральные молекулы и неполярные растворители.

Примерами этих молекул являются алканы, масла и жиры в целом.

Капли воды на гидрофобных поверхностях имеют характерную форму, называемую эффектом лотоса, после появления воды на листе лотоса.

Эти типы поверхностей встречаются в природе, например, крылья бабочек или перья уток, которые используются в качестве эталона для создания и инноваций гидрофобных материалов.

Чтобы понять поведение поверхности по отношению к воде, необходимо измерить ее краевой угол, что даст информацию об энергии взаимодействия между поверхностью и жидкостью. Гидрофобные вещества характеризуются краевым углом смачивания с водой более 90° . Однако существуют также супергидрофобных материалов, которые имеют углы больше 150º и поверхность которых сопротивляется смачиванию.

Применение и применение гидрофобных материалов

Когда масло или жиры смешиваются с водой, образуются два отдельных слоя, которые не смешиваются друг с другом, поскольку вода полярна, а жиры – нет. С этим явлением связаны некоторые из наиболее известных применений гидрофобных веществ.

Например, процессы удаления жиров из водных растворов, ликвидации разливов нефти и химического разделения полярных и неполярных элементов.

Однако гидрофобные вещества выполняют множество других важных промышленных функций. В этом отношении супергидрофобные покрытия используются во всем в автомобильной, коммерческой, аэрокосмической, альтернативной энергетике, строительстве, технологиях и даже для разработки новых материалов будущего.

Гидрофобные и супергидрофобные материалы могут быть разработаны с использованием многих производственных методов, таких как послойная сборка, лазерная обработка, погружение в раствор, методы золь-гель, химическое травление и метод Хаммерса.

Полезность этого свойства действительно значительна. Например, существует множество разнообразных гидрофобных покрытий, улучшающих характеристики и срок службы материалов .

Некоторые из промышленных применений гидрофобных материалов:

• Удаление масла из водных растворов.
• Удаление масла из водных растворов применяется для пластиков, керамики и сетки.
• Сильный эффект самоочистки и создание новых материалов путем модификации поверхности пластмасс , тепловых трубок, металлов, текстиля, стекла, красок и электронных компонентов.
• Улучшено антифризное поведение тепловых трубок .
• Функционирует как защитное покрытие от воды и пыли на электронных изделиях .
• Играет важную роль в очистке воды .
• Теплообмен приложений
• Улучшение функциональных возможностей биомедицинских устройств и др.

Преимущества и свойства гидрофобных веществ

Использование гидрофобности дает множество преимуществ.

Гидрофобные материалы обычно представляют собой низкоэнергетические поверхностные материалы, которые устойчивы к смачиванию и обладают повышенной коррозионной стойкостью .

Эти вещества используются для улучшения инструментов обнаружения влаги и предотвращения загрязнения влагой обогревательных трубок и аналитических систем переноса проб. Например, мы можем использовать гидрофобные вещества в медицинских диагностических системах для улучшения разделения и коррозионной стойкости.

Аналогично гидрофобные поверхности применяют при производстве красок для их антибактериального действия , а также в рафинировании металлов , в грязеотталкивающих тканях или при производстве огнестойкой и водонепроницаемой одежды .

Кроме того, гидрофобные материалы из полимеров широко используются из-за их низкой стоимости и простоты приготовления.

Можно сделать вывод, что, учитывая успехи гидрофобности, в настоящее время проводится большое количество исследований, направленных на разработку новых супергидрофобных материалов, которые считаются одним из материалов будущего.

Вы хотите разработать инновационные материалы с улучшенными свойствами? Свяжитесь с Infinitia Research.

Супергидрофобные материалы природного происхождения | Feature

Химики, которые хотят создавать материалы, отталкивающие воду, но не содержащие фторуглеродов, черпают вдохновение в природе, Рэйчел Бразил находит

Химики ищут альтернативы фторорганическим соединениям для антипригарных покрытий. Тефлон, политетрафторэтилен, покрывает наши сковороды с 1940-х годов. Но с увеличением количества свидетельств устойчивости, биоаккумуляции и токсичности фторорганических соединений в окружающей среде начинается поиск новых антипригарных решений. Одним из мест, куда химики с завистью смотрят, является сама природа. Поверхность многих растений и животных отталкивает воду, а в некоторых случаях даже масло. Но химия этих поверхностей — не единственная хитрость природы — огромную роль играет сложное наноструктурирование. Использование этих конструкций теперь помогает химикам производить антипригарные покрытия следующего поколения.

Смачиваемость поверхности измеряется углом контакта капли жидкости с поверхностью. По сути, это измеряет, какая часть капли находится в контакте с поверхностью — чем больше угол, тем меньше контакт с поверхностью. В случае воды, когда этот угол превышает 150°, поверхность считается супергидрофобной и очень трудно смачиваемой.

Существует огромное количество веществ, которые можно использовать

Биолог Вильхем Бартлотт из Боннского университета в Германии за последние 30 лет совершил один из крупных прорывов в понимании супергидрофобности в биологии. Он предполагает, что супергидрофобность должна была развиться 450 миллионов лет назад, когда жизнь вышла на сушу и начала дышать посредством газообмена. «Мы изучили около 24 000 различных видов растений и животных, и многие из них являются супергидрофобными или, по крайней мере, имеют супергидрофобные части», — говорит он.

Многие выдавливают кристаллический восковой слой. Бартлотт говорит, что обычно это сложные смеси длинноцепочечных углеводородов (20–30 атомов углерода), которые могут быть алканами, кетонами, альдегидами, спиртами, жирными кислотами и сложными эфирами. ¹ Но не только химия снижает смачиваемость. «Существует огромное количество веществ, которые можно использовать, но они никогда не достигнут качества тефлонового покрытия», — объясняет Бартлотт. «Секрет жизни заключался в том, чтобы изобрести сложную, очень изощренную иерархическую структуру поверхности.» Поверхности образуют кристаллические структуры, такие как трубочки, пластинки или нити, но они покрывают другой текстурированный слой клеток или волосков, создавая два или три наложенных друг на друга уровня. «иерархическая скульптура» на микро- и нано-уровне. «Единственное, что запрещено, — это плоскость!» — говорит Бартлотт.

Липкая или скользкая

Функция шероховатой иерархической поверхности заключается в создании воздушных карманов. Капля воды находится поверх захваченного воздуха, и это резко уменьшает контакт между твердым телом и жидкостью, позволяя каплям образовывать почти идеальные сферы, которые легко скатываются. Одним из самых известных примеров такого поведения является лист лотоса, чья самоочищающаяся поверхность имеет краевой угол, приближающийся к 180°. Сканирующая зондовая микроскопия показывает, что листья покрыты бугорками размером 1–5 мкм, называемыми сосочками, под восковым кристаллическим верхним слоем. Это означает, что капли дождя будут скатываться вместе с любой поверхностной грязью.

Источник: © Science Photo Library

Лепестки роз имеют текстурированную поверхность, покрытую гидрофобным воском. Элементы имеют размер около 16 мкм, что означает, что они удерживают капли воды

Другой пример из биологии — лепесток розы. Его поверхность также гидрофобна, но ведет себя совсем по-другому. «Когда вы кладете каплю воды на лепесток розы, вы, должно быть, замечаете, что вода прилипает к поверхности, а не падает. Это липкая гидрофобность», — объясняет Айяппанпиллай Аджаягош, химик из Национального института междисциплинарных наук и технологий (NIIST) в Тируванантапураме, Индия. Аджаягош пытался имитировать поверхности листа лотоса и лепестка розы.

Как и лист лотоса, лепесток розы имеет гидрофобный восковой слой, покрывающий иерархически текстурированную поверхность, образованную наноскладками кутикулы и сосочками конической формы. Но разница заключается в размере этих структур — 16 мкм в диаметре по сравнению с 11 мкм у листа лотоса. Это означает, что вода способна проникать в структурированную поверхность, создавая большую поверхность раздела твердое тело-жидкость и, следовательно, липкость. Закрепление известно как состояние Вензеля, тогда как капли, скатывающиеся с листа лотоса, находятся в состоянии Кэсси-Бакстера, названном в честь ученых, которые определили эти различные явления смачивания.

Можно ли воспроизвести эти состояния химически? Аджаягош начал с глинозема — материала, который по своей природе гидрофильный. ² Его команда работала над ковалентно-органическими каркасами, классом кристаллических пористых полимеров, и поняла, что эти материалы могут самособираться в гидрофобные покрытия. Они покрыли поверхность оксида алюминия лигандом на основе азобензола (AzPBA), а затем покрыли ее ароматическим бис-альдегидом (BA) с двумя алкокси-цепями, что приблизило эффект воскового покрытия. Контактный угол достиг почти супергидрофобных 145°, а поверхность демонстрировала «липкое» поведение, похожее на лепесток розы.

Затем Аджаягош обрабатывал поверхность, покрытую AzPBA, ионами цинка перед нанесением слоя BA. Контактный угол новой поверхности увеличился до 165°, и поверхность стала скользкой, как лист лотоса. «Когда вы [добавляете] ионы цинка, он образует на поверхности [координационный] полимер — своего рода сеть, в которой есть [новая] наноархитектура», — говорит Аджаягош. Ионы цинка присоединяются к группам карбоновой кислоты AzPBA, и новая поверхность имеет пальцевидные выступы размером 1 мкм и шириной 200 нм. Этого достаточно, чтобы задержать воздух под каплей воды, размещенной на поверхности. Аджаягош говорит, что работа показала, что вполне возможно химически имитировать супергидрофобные состояния, встречающиеся в природе, путем создания различной морфологии поверхности. «Мы не используем никакой фторированной химии — это очень простая химия», — добавляет он.

Всеобъемлющая ногохвостка

В то время как природа относительно легко может освоить супергидрофобную поверхность, гораздо сложнее создать суперолеофобные поверхности, которые также могут противостоять маслам, и суперомнифобные поверхности, которые противостоят любым жидкостям. Химики обычно прибегают к фторсодержащим полимерам, но у природы нет такой возможности. Тем не менее, в природе есть несколько примеров омнифобных поверхностей, таких как коллембола или ногохвостка — небольшое бескрылое насекомое, обитающее в почве. «Животное подвергается воздействию сильно загрязненной [воды] поверхностно-активными веществами, поэтому она имеет низкое поверхностное натяжение и смачивает поверхность намного легче, чем [чистая] вода», — объясняет Карстен Вернер из Центра биоматериалов Макса Бергмана в Дрездене. , Германия. «На кожу воздействует трение частиц и механическая сила, поэтому было разработано решение, которое является гораздо более захватывающим шаблоном для копирования».

Источник: © Science Photo Library

Тело ногохвостки имеет иерархическую структуру и способно удерживать пузырьки воздуха для отталкивания воды иерархические слои. ³ Полученная структура образует нанополости (0,3–1 мкм), покрывающие все тело, но на поперечном сечении имеются характерные грибовидные выступы. «Эта особая структура поперечного сечения удерживает наноразмерные пузырьки воздуха в структуре, и это удержание газа предотвращает смачивание даже неполярных жидкостей», — говорит Вернер.

«Мы смогли создать структуры, которые действительно точно воспроизводят наноморфологию кожи, однако, конечно, ограничены довольно небольшими образцами», — говорит Вернер. Их копии были изготовлены путем прямого слепка кожи насекомых с использованием диакрилата полиэтиленгликоля. Они сделали две версии — одна с точным воспроизведением поверхности, другая без наноструктурных элементов. Они обнаружили, что необычные выступающие наноструктуры были ключом к созданию суперомнифобной поверхности — образцы, изготовленные без нее, имели краевые углы, близкие к нулю, а те, у которых — до 150°. ⁴

«Омнифобные свойства, которые мы наблюдали у этих животных, зависят только от наноморфологии поверхности, а не от химического состава материалов, которые мы используем — мы продемонстрировали, что можно достичь этого эффекта в совершенно разных типах материалов. , — говорит Вернер. Выступы, по-видимому, создают энергетический барьер, который не может быть преодолен даже жидкой фазой с низким поверхностным натяжением, такой как гексадекан (которая могла смачивать образец тефлона).

Werner стремится использовать эти поверхности в качестве антибактериальных покрытий, например, для защиты хирургических инструментов. «Морфология, которую мы заимствовали у ногохвостка, сама по себе весьма эффективна, и сейчас мы работаем над объединением этих структурированных поверхностей с покрытиями, содержащими антисептики». или керамика. В 2018 году команда из Южной Кореи объединила нанолитографию и метод образования складок, при котором части полимерной поверхности сжимались, чтобы изготовить искусственную поверхность ногохвостка с высокой репеллентностью, способную выдерживать экстремальные нагрузки. Они пришли к выводу, что их сфабрикованная система превосходит саму кожу насекомого.

Подводный

Источник: © Science Photo Library

Папоротник Salvinia molesta имеет невероятно сложную поверхность, что означает, что он может выжить под водой

Во многих случаях природа использовала супергидрофобность, чтобы растения могли выжить и выжить под водой в течение длительного времени. Одним из примеров является Salvinia molesta , чрезвычайно инвазивный папоротник, который может выживать под водой в течение нескольких недель, продолжая фотосинтез. «У него самая сложная поверхность, которую мы знаем у растений», — говорит Бартлотт. «Ни один ученый-материаловед в своем самом странном кошмаре не догадался бы о таком решении!» Его водоотталкивающая поверхность удерживает защитный воздушный слой через множество волосков в форме метелки (называемых трихомами), которые составляют поверхность. Кончики венчиков химически различны, они гидрофильны, и это прочно прикрепляет слой воды к поверхности с воздухом, находящимся под ним. Эффект закрепления удерживает воздушный слой размером до 3,5 мм под отрицательным давлением в небольших отдельных карманах.

Бартлотт и его коллеги из Университета Ростока в Германии изучают, как можно использовать синтетическую версию для покрытия корпуса корабля для уменьшения лобового сопротивления. Учитывая, что на судоходство приходится примерно 3% глобальных выбросов парниковых газов (1 миллиард тонн углекислого газа в год), сокращение выбросов может иметь значительные последствия. Barthlott не готова сообщить подробности своего нового материала, но другие начали создавать поверхности с аналогичным дизайном. Группа итальянских инженеров недавно использовала 3D-лазерную литографию и гидрофильный фоторезист на основе эпоксидной смолы, чтобы сформировать массив из волосков размером 7 мкм, имитирующих 9 волосков.0193 S. molesta лист. ⁵

Воздействие такого покрытия на подводное сопротивление может быть максимально увеличено за счет сочетания его с такими технологиями, как система воздушной смазки Mitsubishi, запатентованная в 2010 году. Здесь сжатый воздух образует микропузырьки. «Если у вас есть супергидрофобная поверхность, она будет притягивать [эти] пузырьки воздуха, как магнит, и удерживать их, так что это может быть идеальной комбинацией», — говорит Бартлотт. Он считает, что их нынешний прототип покрытия может снизить лобовое сопротивление до 30%.

Химический пластрон для отделения масла

Воздухозаборные поверхности также распространены у водных насекомых. Ряд крошечных волосков или бугорков, известных как щетинки или микротрихии, улавливают тонкий слой воздуха, который позволяет насекомому дышать под водой, по сути действуя как внешние жабры. Эта особенность известна как пластрон. «В Техасе целые колонии огненных муравьев объединяются и образуют эти плавучие плоты с пластронами, удерживающими [воздух] между ними [для повышения их плавучести]», — говорит химик Сарбаджит Банерджи из Техасского университета A&M в США. Он воспроизвел этот принцип для создания суперомнифобных поверхностей.

Источник: © Hu and Mlot/Georgia Tech

Огненные муравьи могут собираться вместе, чтобы увеличить свою плавучесть – свойство, которое ученые надеются воспроизвести для очистки разливов нефти

Отталкивать нефть всегда сложнее, чем воду, объясняет Банерджи. «Все, что удерживает молекулы нефти вместе, — это лондонские дисперсионные силы, поэтому склонность нефтяных капель к растеканию намного выше». Углеводородные парафины, встречающиеся в природе, обычно легко смачиваются нефтью.

Чтобы спроектировать суперомнифобную поверхность со свойствами пластрона, Банерджи обратился к нанотетраподам из оксида цинка, нанесенным распылением на нержавеющую сталь. Эти четырехногие нанокристаллы образуются при быстром окислении цинковой фольги на воздухе. — Как ни ставь, а одна-две ноги на тебя надвигаются; вы не можете сформировать что-то плоское», — говорит Банерджи. Нанотетраподы прикрепляются к поверхности стали с помощью тетраэтилортосиликата, который создает связь из диоксида кремния. «Сеть четвероногих застряла там, и когда мы погружаем [поверхность] в воду, вы видите это мерцание, соответствующее пузырькам воздуха, которые оказались в ловушке», — объясняет он.

Но чтобы воспроизвести суперолефобную поверхность, Banerjee также функционализировала поверхность перфтороктановой фосфоновой кислотой (C ₈ H ₆ F ₁₃ O ₃ P). ⁶ Неполярный фторсодержащий монослой обеспечивает еще более низкую поверхностную энергию. «По сути, у нас есть выступающие связи C–F, взаимодействующие с молекулами воды или масла, что дает нам олеофобность, а также гидрофобность, обусловленную как химическим составом, так и текстурой», — объясняет он. «Грубость действует, чтобы усилить внутреннюю химию».

Суперолеофобность этих материалов делает их идеальными для покрытия оборудования для хранения и транспортировки нефти, но компания Banerjee особенно заинтересована в их использовании для отделения вязких масел от воды. В настоящее время большие объемы сырой нефти извлекаются из пластов с помощью закачиваемого пара, но разделение полученной эмульсии затруднено и требует материалов, способных работать при температуре выше 130°C.

Компания Banerjee разработала совершенно новый процесс фильтрации на основе сетки из нержавеющей стали, покрытой нанотетраподами оксида цинка. «Сам по себе он довольно гидрофобный из-за слоя воздуха [на поверхности], но он также и олеофильный», — объясняет он. Сетчатая мембрана образует взаимосвязанную пористую пластронную сеть, пропускающую масло. Но он удерживает капли воды во взвешенном состоянии над воздушными карманами, образованными между выступающими нанотетраподами. Капли воды находятся в состоянии Кэсси-Бакстера, в отличие от капель масла, которые находятся в режиме Вензеля и проникают через сетку. Фильтр может снизить содержание воды в вязком масле до 0,69.% по объему. ⁷

Скользкий подход

Еще один инновационный подход к омнифобным поверхностям, не основанный на воздушном кармане, был разработан в лаборатории Джоанны Айзенберг в Гарвардском университете в Массачусетсе, США, и также черпает вдохновение из природы. Насекомоядное растение-кувшин захватывает свою добычу, используя скользкую, смазанную водой поверхность, которая отталкивает масла, содержащиеся на ногах насекомых. Сама смазка удерживается на месте неровной микротекстурированной поверхностью.

Источник: © Так-Синг Вонг и Джоанна Айзенберг. Синг Вонг, в настоящее время доцент Пенсильванского государственного университета в США, разработал поверхности, основанные на принципе растения-кувшина, называемые скользкими пористыми поверхностями, пропитанными жидкостью (Slips). «Вы начинаете с текстурированной или пористой поверхности, похожей на губку, а затем мы наносим смазочную жидкость, которая имеет сильное химическое сродство к основной текстурированной [поверхности], и с этой комбинацией Slips может отталкивать все, что не смешивается со смазкой». он говорит. «Если вы хотите отталкивать жидкость на масляной основе, вы можете разработать смазку либо на водной основе, либо использовать перфторированную жидкость, которая не смешивается с водной и масляной фазами. Основываясь на этих проектных критериях, вы можете исследовать все виды жидкостей в качестве смазочных материалов».

Смазка, глубина которой обычно составляет от 100 нм до нескольких микрометров, удерживается на месте за счет капиллярных сил, но она должна иметь высокое химическое сродство к основному материалу, иначе жидкость, которую вы хотите отталкивать, вытеснит ее. «В принципе, вы можете использовать любой материал, если найдете способ текстурировать его», — говорит Вонг. Он использовал пористые эпоксидные смолы диаметром 300 нм и нанопорами высотой 5 мкм. ⁸

Вонг исследовал, как смазанные поверхности могут быть полезны для сбора воды в тех частях мира, где ощущается нехватка воды. Он обнаружил, что гидрофобные шлипсы не обеспечивают наиболее эффективного способа сбора водяного пара или тумана, поскольку ограничивают зародышеобразование капель воды. И простое использование иерархической текстурированной поверхности привело к тому, что капли были закреплены, как с лепестком розы, а не скатывались для сбора. ⁹

Вместо этого он и его команда придумали решение, вдохновленное кувшином и рисом, которые они назвали скользкой шероховатой поверхностью (SRS). Чтобы предотвратить скопление воды, листья риса имеют иерархическую поверхность с определенными бороздками, образующими гофрированную структуру, которая заставляет капли воды скатываться в направлении, перпендикулярном этим бороздкам. Вонг и его команда создали кремниевые пластины с такой структурой. Поверхность с канавками сама по себе была модифицирована второй иерархической текстурой и покрыта силанами для повышения химического сродства со смазкой. Только эта самая внутренняя структура покрыта масляной смазкой на основе гидрофильного силикона размером 1 мкм.

«Теперь он может не только притягивать водяной пар или капли воды из воздуха, но, как только вода соприкасается с поверхностью, она может легко соскальзывать», — объясняет Вонг. Набор конкурирующих эффектов способствует тому, что поверхность отталкивает жидкости независимо от того, как они ее смачивают. Гидрофильная смазка помогает каплям воды зарождаться, а гребни рисовых листьев позволяют каплям скатываться. Вонг говорит, что текущий лабораторный тест показал, что система может собирать примерно 500 мг воды на см ² за час: «почти в 10 раз больше воды, чем обычный материал для сбора тумана», — добавляет он.

Природа вдохновила на разнообразные решения для создания супергидрофобных, а в некоторых случаях и суперолеофобных поверхностей из различных материалов. Эти решения исходят из сложных поверхностных структур в дополнение к химическому составу поверхности. Но достаточно ли этого, чтобы заменить фторированные полимеры, которые мы используем в настоящее время? Сетка Banerjee с покрытием из оксида цинка по-прежнему использует внешний фторированный слой для создания сверхомнифобного поведения. «Я не видел ничего, что работало бы так же хорошо, — признается он. «Мы действительно избегали использования [объемных] фторполимеров, вместо этого использовали по существу монослои». Вернер считает, что в будущем правильная наноморфология может заменить фторированные полимеры для более экологически безопасных защитных поверхностей. Его синтетическая кожа ногохвостка способна превзойти такие поверхности. «На самом деле они отталкивают неполярные жидкости и сильно загрязненные водные растворы с очень низким поверхностным натяжением».0007

Но, наверное, еще не время совсем забывать о химии при разработке материалов. Далее, исследуя кожу ногохвостка, Вернер говорит, что структурированная кожа — это еще не все. «Оказывается, это, возможно, только первая линия защиты организмов от биоадгезии», — объясняет он. Химия поверхности и биология также играют роль. Богатый липидами внешний слой содержит органические соединения, которые, как известно, обеспечивают антибактериальные свойства за счет минимизации адгезии белков. ¹⁰ «У этого также есть что предложить нам для приложений биомимикрии», — предполагает Вернер.

Очевидно, нам еще есть чему поучиться у природы. «Я думаю, что мы просто взламываем поверхность», — соглашается Банерджи.

Рэйчел Бразил, научный писатель из Лондона, Великобритания. Транс. Р. Соц. A , 2016, 374 , 20160191 (DOI: 10.1098/rsta.2016.0191)

2 RD Mukhopadhyay, B Vedhanarayanan and A Ajayaghosh, Анжю. хим. Междунар. Эд. , 2017, 56 , 16018 (DOI: 10.1002/anie.201709463)

3 R Hensel, C Neinhuis and C Werner, Chem. соц. Rev. , 2016, 45 , 323 (doi: 10.1039/c5cs00438a)

4 R Hensel и др. , NPG Asia Materials , 2013, 5 , E37 (DOI: 10,1038/AM. 666.

5 O Tricinci и др. , ACS Appl. Матер. Интерфейсы , 2015, 7 , 25560 (DOI: 10.1021/acsami.5b07722)

6 T E O’Loughlin и др. в Энциклопедии неорганической и бионорганической химии , Wiley, 2017 (DOI: 10.1002/9781119951438.eibc2493)

7 T e’loughlouh. англ. Матер. , 2017, 19 , 1600808 (doi: 10.1002/adem.201600808)

8 T-S wong и др. Dai и др. , Sci. Доп. , 2018, 4 , eaaq0919 (DOI: 10.1126/sciadv.aaq0919)

10 J Nickerl et ​​al. , J. R. Soc. Интерфейс , 2014, 11 , 20140619 (DOI: 10.1098/rsif.2014.0619)

Объяснение: гидрофобный и гидрофильный | Новости Массачусетского технологического института

Иногда вода растекается равномерно при попадании на поверхность; иногда он превращается в мельчайшие капельки. Хотя люди замечали эти различия с древних времен, лучшее понимание этих свойств и новые способы управления ими могут принести новые важные приложения.

Материалы с особым сродством к воде — те, по которым она распределяется, увеличивая контакт, — известны как гидрофильные. Те, которые естественным образом отталкивают воду, вызывая образование капель, известны как гидрофобные. Оба класса материалов могут оказать значительное влияние на работу силовых установок, электроники, крыльев самолетов и опреснительных установок, а также других технологий, говорит Крипа Варанаси, доцент кафедры машиностроения Массачусетского технологического института. Улучшение гидрофильных и гидрофобных поверхностей может привести к созданию бутылок с кетчупом, из которых приправа просто скользит наружу, стаканов, которые никогда не запотевают, или электростанций, которые выжимают больше электроэнергии из заданного количества топлива.

Фото предоставлено Ронг Сяо и Ненадом Мильковичем

Гидрофильные и гидрофобные материалы определяются геометрией воды на плоской поверхности, а именно углом между краем капли и поверхностью под ней. Это называется контактным углом.

Если капля распространяется, смачивая большую площадь поверхности, то краевой угол меньше 90 градусов и такая поверхность считается гидрофильной, или влаголюбивой (от греческого слова вода, гидро и любовь, филос ). Но если капля образует сферу, едва касающуюся поверхности — как капли воды на раскаленной сковороде — краевой угол больше 90 градусов, а поверхность гидрофобна или боится воды.

Но терминология на этом не заканчивается: большинство текущих исследований гидрофобных и гидрофильных материалов сосредоточено на крайних случаях, а именно на супергидрофобных и супергидрофильных материалах. Хотя определения этих терминов менее точны, поверхности, на которых плотные капли образуют контактный угол более 160 градусов, считаются супергидрофобными. Если капли распределены почти плоско, с краевым углом менее примерно 20 градусов, поверхность является супергидрофильной.

«Во многих случаях в технике полезно экстремальное поведение», — говорит Эвелин Ванг, доцент кафедры машиностроения Массачусетского технологического института, специализирующаяся на супергидрофобных материалах. Например, поверхности конденсаторов на опреснительных установках или электростанциях лучше всего работают, когда они супергидрофобны, поэтому капли постоянно соскальзывают и могут быть заменены новыми. И наоборот, для применений, где вода течет по поверхности, чтобы предотвратить ее перегрев, желательно иметь супергидрофильный материал, чтобы обеспечить максимальный контакт между водой и поверхностью.

Почему происходят эти явления? По сути, это вопрос химии поверхности, который определяется характеристиками используемых материалов. Форма поверхности также может усиливать эффекты: например, если материал гидрофобный, создание наноструктуры на его поверхности может увеличить площадь контакта с каплей, усилив эффект и сделав поверхность супергидрофобной. Точно так же наноструктурирование гидрофильной поверхности может сделать ее супергидрофильной. (Однако есть исключения, когда специальные виды узоров могут изменить обычные свойства материала.)

Все становится сложнее, когда что-то движется — как это часто бывает в реальных ситуациях. Например, при наклоне плоской поверхности любые капли на ней могут начать скользить, искажая свою форму. Таким образом, помимо измерения статических краевых углов, полное понимание свойств поверхности также требует анализа того, как различаются краевые углы на ее наступающих (передних) и отступающих (задних) краях, когда поверхность наклонена.

Поскольку мир природы полон гидрофобных и гидрофильных поверхностей, основы этого явления известны ученым уже как минимум два столетия. Например, лист лотоса является хорошо известным примером гидрофобного материала, защищающего водное растение от заболачивания. Некоторые виды, такие как жук стенокара из африканской пустыни Намиб, сочетают в себе обе черты: на спине и крыльях насекомого есть гидрофильные выпуклости, которые способствуют конденсации из тумана; они окружены гидрофобными желобами, которые собирают образовавшиеся капли и направляют их к пасти жука, что позволяет ему выжить в одном из самых засушливых мест на Земле.

Одной из областей современного интереса к гидрофобным и гидрофильным поверхностям является энергоэффективность. Супергидрофобные поверхности, разрабатываемые исследователями из Массачусетского технологического института и других организаций, могут улучшить теплопередачу в конденсаторах электростанций, повысив их общую эффективность. Такие поверхности также могут повысить эффективность опреснительных установок.

Новые технологии также внесли свой вклад в эту область: возможность создавать наноструктурированные поверхности с выпуклостями или гребнями шириной всего в несколько миллиардных долей метра позволила создать новое поколение водозахватывающих и водоотталкивающих материалов; новые изображения движущихся поверхностей с высоким разрешением позволили лучше понять вовлеченные процессы.

Исследования, проводимые с помощью новых технологий, позволяют понять и управлять этим поведением на уровне деталей, немыслимом десять или два года назад. Но иногда новые методы показывают, насколько хорошо ученые разобрались в давних вещах: «Удивительно, — говорит Варанаси, — что некоторые вещи, которые мы можем проверить сейчас, были предсказаны столетие назад».

Гидрофобность материалов | ATRIA Innovation

Материалы с гидрофобными свойствами стали очень привлекательными благодаря возможностям, которые они предлагают, и появлению на рынках всевозможных продуктов. Если вы не знаете основ этого свойства материалов, мы объясним вам это.

Гидрофобность – это способность материала отталкивать воду от своей поверхности, а гидрофильность – это свойство притягивать воду. Это свойство обычно измеряется путем наливания капли воды определенного объема на поверхность, которую мы хотим измерить, и наблюдения за углом, который капля образует с поверхностью. Если капля имеет угол больше 90°, она будет напоминать сферическую каплю, обладающую гидрофобным поведением. Если же, наоборот, капля имеет краевой угол меньше 90°, то она будет очень плоской каплей и будет растекаться по поверхности; это означает, что материал представляет собой гидрофильное поведение.

Например, если капнуть каплю воды на стальной лист, капля растечется по поверхности и останется очень плоской, так как угол смачивания стали очень мал и она очень гидрофильна. Если, наоборот, на тефлон налить каплю воды, то она будет иметь форму шара и будет легко двигаться по поверхности, не смачивая ее, имея очень большой краевой угол и поэтому обладая высокой гидрофобностью.

Как мы уже говорили, это свойство материала, но есть методы, с помощью которых это свойство можно изменить, чтобы получить сталь, которая отталкивает воду, как это происходит в ваших тефлоновых сковородах. Чтобы изменить это свойство, можно использовать два разных типа методов: изменить вовлеченные химические механизмы или изменить физические механизмы.

Первый вариант широко применялся в течение многих лет и включает изменение химического состава материала. В основе этого метода лежит изменение силы сцепления, существующей между водой и различными материалами. Если материал имеет очень сильное сродство и силы связи между водой и его поверхностью, то капля будет сильно прилипать и очень гидрофильна. Чтобы лучше понять это, можно представить, что поверхность материала и вода — это два магнита, которые притягиваются друг к другу и, следовательно, остаются очень близко друг к другу. Если, наоборот, силы сцепления очень слабые, то вода будет иметь сферическую форму и будет катиться по поверхности материала, не смачивая его. В этом случае вода была бы как бы в космосе, без какой-либо силы, заставляющей ее соприкасаться с поверхностью.

После понимания механизма химической связи между водой и поверхностью материалов можно модифицировать его путем нанесения покрытия на материал. Если мы создадим тонкослойное покрытие (даже нанометров) для материала, мы сможем превратить гидрофильный материал в гидрофобный и наоборот. Таким образом, мы можем изменить контактный угол любого материала.

Покрытия можно наносить погружением, погружением, распылением или добавками в случае полимеров. Технология нанесения покрытий будет зависеть от типа и геометрии изделия.[подробнее]

Второй вариант, более новый, который начинает внедряться в промышленности, заключается в физическом изменении взаимодействия между водой и материалом. Если в случае химической модификации мы сосредоточимся на силах связи между водой и поверхностью материала, то физическая модификация действует на поверхностное натяжение между твердым материалом и жидкостью. Эти силы поверхностного натяжения такие же, как когда мы играем в мыльные пузыри с помощью обруча, слой мыльной воды остается внутри обруча, и тогда мы можем дуть, чтобы сделать пузырь. Теоретически из-за веса мыльной воды это должно быть невозможно, но поверхностное натяжение препятствует падению воды. Это также поверхностное натяжение, которое заставляет некоторых комаров ходить над водой, не опускаясь, поскольку оно создает восходящую силу, превышающую их вес.

Как мы видели, существуют определенные материалы и животные, которые из-за поверхностного натяжения между водой и ими могут создавать гидрофобность. Чтобы изменить это поверхностное натяжение, нам нужно только изменить контактную поверхность между материалом и водой, создавая пики или линии в материале микрометрического или нанометрового размера, между которыми вода плавает в воздухе. Основание похоже на ложе факира. Если бы они легли на доску одним гвоздем, то прибили бы его, но так как они лежат на многих, то вес распределяется по многим точкам, и они остаются в воздухе.

То же самое происходит и с водой, и она остается в воздухе, при очень слабом взаимодействии шпажек поверхности с водой, придавая сферическую форму каплям воды и заставляя их катиться по поверхности, не смачивая ее. В этом случае технология, которую мы будем использовать, это микроструктурирование в форме для полимеров, лазер для всех типов материалов и Roll-to-Roll для полимеров и некоторых металлов. [Дополнительная информация]

Будь то путем изменения химических свойств или изменения физические свойства материалов, гидрофобность и гидрофильность теперь достижимы для любого материала, поэтому, если вы хотите изменить свои свойства, свяжитесь с нами, и мы вам поможем!

Гидрофобный – определение и примеры

Гидрофобный
прил.
/haɪdɹəˈfəʊbɪk/
Отсутствие сродства к воде; нерастворим в воде; отталкивающая воду. Примером может служить гидрофобный лист лотоса, отталкивающий воду.

Содержание

Гидрофобный Определение

Боязнь смешивания или реакции с водой при заданном наборе параметров реакции часто называют гидрофобным . В общих науках способность вещества отталкивать воду называется гидрофобность .

Что означает гидрофобность? Слово «гидрофобность» происходит от двух греческих слов « гидро », что означает « вода », и « фобос », что означает « страх ». В биологии и химии термин « гидрофобный » описывает вещества, которые часто проявляют свойство гидрофобности, известные как гидрофобные вещества.

Что делает молекулу гидрофобной? Эти типы молекул неполярны. И поэтому, если вас спросят, «Являются ли неполярные молекулы гидрофобными или гидрофильными?» Именно, неполярные молекулы не стремятся иметь отдельные заряды, следовательно, не образуются положительные и отрицательные полюса. Более того, можно сделать вывод, что электрические заряды в неполярных молекулах равномерно распределены по всей молекуле. Учеными очень хорошо показано, что «подобное растворяется в подобном». Следовательно, гидрофобные вещества смешиваются с неполярными жидкостями, которые в основном являются органическими растворителями. Является ли вода гидрофобной? Здесь стоит отметить, что вода полярна, поэтому связь между водой и гидрофобными молекулами очень мала. Помимо гидрофобных материалов в литературе упоминается несколько супергидрофобных материалов [1].

Супергидрофобные материалы обычно имеют угол контакта с водой более 150 градусов и, таким образом, они устойчивы к смачиванию (способность жидкости поддерживать контакт с твердой поверхностью). Однако супергидрофобность молекул называют не химическим свойством вещества, а результатом межфазного натяжения. Форма, образованная каплями воды на гидрофобных материалах, называется 9.0009 Эффект лотоса . Наиболее распространенные примеры эффекта лотоса можно легко увидеть как появление капель воды на поверхности листьев лотоса, и это также используется в текстильной технике для целей самоочищения [2].

Биологическое определение:
Гидрофобный означает отсутствие сродства к воде; нерастворим в воде; отталкивающая воду. Примеры гидрофобных молекул включают алканы, масла, жиры и сальные вещества в целом. Сравните: гидрофильный

Примеры гидрофобных молекул

Различные гидрофобные вещества можно найти как в бытовом, так и в промышленном секторе. Алканы, масла, жиры, жирные соединения и большинство органических соединений имеют гидрофобную природу. Применение гидрофобных веществ включает удаление нефти из водных растворов, ликвидацию разливов нефти и процесс химического разделения для отделения неполярных элементов от полярных. Очень распространено наблюдение, что когда масло или жиры смешиваются с водой, образуются два отдельных слоя, которые не смешиваются друг с другом из-за того, что вода полярна, а жиры и гусиные жиры неполярны, особенно гидрофобны.

Рисунок 1: Эффект лотоса (a) Лист лотоса (b) СЭМ-изображения микрососочков на листе лотоса (c) изображение воды на листе лотоса (d) Микро- и наномасштаб сосочков на листе лотоса (воспроизведено из Boung Wei Chieng , 2019, Функционализация оксида графена с помощью гамма-облучения гидрофобных материалов). Источник.

Примеры гидрофобности можно найти как у животных, так и у растений. Многие растения гидрофобны по своей природе, что свидетельствует о наличии гидрофобных покрытий на поверхности листьев. Основная задача покрытия — избежать поглощения воды и дождя листьями, которые в основном прерывают поступление питательных веществ. В растениях поток нитритов основан на потоке воды от корней к листьям. Следовательно, если поверхность листьев не гидрофобна, то процесс осмоса и, следовательно, осмотическое давление будут нарушены, что сильно повлияет на питание растений. Явление гидрофобности над листом лотоса было продемонстрировано на рисунке 1. Кроме того, SEM-изображение микрососочков на листе лотоса также показано на том же рисунке, что и части (b) и (c).

У птиц процесс гидрофобности не менее важен. Гидрофобная природа тел и перьев птиц предотвращает проникновение воды в их тела, тем самым предотвращая чрезмерное увеличение веса и помогая им в плавном полете.

Гидрофобные и гидрофильные вещества

Что такое гидрофильные? Гидрофильные вещества представляют собой влаголюбивые молекулы, которые по своей природе полярны. Они легко растворяются в воде, и примерами таких веществ являются сахар, соль, крахмал и целлюлоза. Степень, с которой поверхность гидрофильных молекул притягивает молекулы воды, называется гидрофильность .

С другой стороны, гидрофобный материал, как объяснялось ранее, обладает водоотталкивающими свойствами и, таким образом, из-за своей неполярной природы не смешивается с водой. -Ch4, -Ch3-Ch4, -R-C6H5 и C2h3 являются одними из наиболее распространенных химических групп, встречающихся в гидрофобных веществах, в то время как -OH, -COO- и -NH- являются некоторыми химическими соединениями, встречающимися в гидрофильных веществах.

Гидрофобный и липофильный

Часто можно увидеть, что такие термины, как гидрофобный и липофильный, используются вместе, но эти два слова отражают очень разные понятия. Гидрофобные вещества — это водоотталкивающие вещества, а липофильные — жиролюбивые молекулы. В различной литературе можно увидеть, что большинство гидрофобных веществ имеют липофильную природу, за исключением силиконов и фторуглеродов.

Гидрофобные взаимодействия

Отношения между водой и гидрофобами хорошо описаны в рамках гидрофобных взаимодействий. Относительное смешивание воды с жиром — очень удобный пример такого взаимодействия. Термодинамика гидрофобных взаимодействий утверждает, что при попадании гидрофобного вещества в водную среду водородные связи в молекуле воды разрываются, освобождая место для гидрофобного вещества, но это не означает, что молекула воды будет реагировать с гидрофобными материалами. Более того, для разрыва прочной водородной связи системе необходимо передать тепло, и поэтому реакция является эндотермической. Образуются новые водородные связи, которые формируют подобную льду структуру клетки, известную как клатратная клетка вокруг поверхности гидрофоба. Такая ориентация клатратной клетки делает систему более структурированной, а общая энтропия (мера неупорядоченности) системы снижается. Кроме того, сила гидрофобных взаимодействий зависит от температуры, количества атомов углерода, присутствующих в гидрофобной молекуле, а также от формы и размеров гидрофобной молекулы [3].

Биологическое значение гидрофобных взаимодействий

Гидрофобные взаимодействия очень важны для укладки белков, что делает их стабильными и биологически активными. Взаимодействия дадут белку возможность уменьшить свою поверхность и избежать нежелательных взаимодействий с молекулой воды. Точно так же фосфолипидные двухслойные мембраны, присутствующие в каждой клетке человеческого тела, также зависят от гидрофобных взаимодействий для их выживания и оптимального функционирования.

Преимущества гидрофобов

Использование гидрофобных материалов для бытового и промышленного применения имеет множество преимуществ. Гидрофобы обычно представляют собой низкоэнергетические поверхностные материалы, устойчивые к смачиванию и обладающие повышенной коррозионной стойкостью. Такие вещества используются для улучшения приборов обнаружения влаги и для предотвращения загрязнения влагой обогревательных трубок и аналитических систем переноса проб. Кроме того, гидрофобы также используются в системах медицинской диагностики ВЭЖХ с улучшенным разделением и коррозионной стойкостью. Аналогичным образом гидрофобные поверхности используются в красках против биологического обрастания для обуви, рафинировании металлов, грязеотталкивающих тканях, разделении масла и воды, в текстильной промышленности и производстве огнезащитной и водонепроницаемой одежды [4]. 9. Здесь стоит отметить, что идентификация групп, присутствующих в частице, очень важна при измерении гидрофобности. Наиболее частым методом, который использовался для расчета гидрофобности поверхности, является расчет краевого угла между каплями воды и самой поверхностью. Контактный угол более 90 градусов обычно поддерживается каплей воды, стекающей по гидрофобной поверхности и сохраняющей сферическую форму. Более того, супергидрофобные материалы обладают относительно большим краевым углом, превышающим 150 градусов.

Рисунок 2: Контактный угол воды на гидрофильных и гидрофобных поверхностях (воспроизведено из Boung Wei Chieng, 2019, Функционализация оксида графена с помощью гамма-облучения гидрофобных материалов). Источник.

При контакте с гидрофильными поверхностями капли воды растекаются далеко, а краевой угол, как правило, мал и составляет менее 9°.0 градусов. Контактный угол воды между каплей воды и различными поверхностями показан на рис. 2. Для супергидрофильных угол составляет менее 5 градусов, для гидрофильных угол составляет менее 90 градусов, а для гидрофобных и супергидрофобных угол составляет 90°. 150 градусов и 150-180 градусов соответственно. Можно сделать вывод, что чем больше краевой угол между каплей воды и гидрофобами, тем сильнее взаимодействие жидкость-жидкость, а не взаимодействие жидкости с поверхностью, что делает поверхность гидрофобной [5].

Заключение

Можно сделать вывод, что гидрофобными являются вещества, не смешивающиеся с водой. Гидрофобы смешиваются с неполярными жидкостями, которые в основном представляют собой органические растворители. Вода представляет собой полярную молекулу, поэтому связь между водой и гидрофобными веществами очень мала, и поэтому при контакте они образуют два отдельных и отчетливых слоя друг с другом. Алканы, масла, жиры и жирные соединения гидрофобны по своей природе. Процесс гидрофобности можно обнаружить как у растений, так и у птиц. У растений прерывание потока питательных веществ предотвращается наличием гидрофобного слоя на поверхности листьев, препятствующего проникновению через них воды. Следовательно, поток воды остается от корня к верхушке растения, неся необходимые питательные вещества из почвы к месту назначения. Точно так же у птиц гидрофобность предотвращает попадание воды в тела птиц через перья, кожу и водных животных, что в конечном итоге предотвращает их избыточный вес и способствует их плавному полету. Кроме того, измерение гидрофобности можно выполнить путем расчета краевого угла между каплей воды и поверхностью гидрофобного материала. Контактный угол более 90 градусов обычно поддерживается каплей воды, стекающей по гидрофобной поверхности и сохраняющей сферическую форму. Более того, супергидрофобные материалы обладают относительно большим краевым углом, превышающим 150 градусов.

Попробуйте ответить на приведенный ниже тест, чтобы проверить, что вы уже узнали о термине «гидрофобный».

Викторина

Выберите лучший ответ.

1. Что такое гидрофобность?

Сродство к воде

Растворим в воде

Водоотталкивающий

Водолюбивый

2. Что из перечисленного является гидрофобным?

Моющие средства

Целлюлоза

Крахмал

Фосфолипиды

3. Что из следующего иллюстрирует важность гидрофобности?

У растений гидрофобный слой на поверхности листа помогает предотвратить потерю воды

Гидрофобные перья птиц отталкивают воду и, таким образом, помогают им оставаться легкими

Гидрофобная область плазматической мембраны помогает предотвратить легкий доступ полярных молекул, включая воду.

Все вышеперечисленное

4. Краевой угол смачивания супергидрофобной поверхности

5 градусов

90 градусов

120 градусов

180 градусов

5. Какое из перечисленных свойств является гидрофобным?

неполярный

полярный

контактный угол 3 градуса

сильное сродство к молекулам воды

Отправьте свои результаты (необязательно)

Ваше имя

Отправить по электронной почте

Далее

Эволюция гидрофобного дизайна

Фото Кайла Уилке предоставлено Массачусетским технологическим институтом.

В 1990-х годах биолог Боннского университета Вильгельм Бартлотт отметил сверхъестественную способность растений лотоса сбрасывать воду и грязь, несмотря на то, что они живут в темных болотах. Этот так называемый «эффект лотоса» побудил его и его исследовательскую группу в Германии проанализировать поверхность листьев растений, где они обнаружили микроструктуру, сводящую к минимуму площадь контакта с водой. Разработав аналогичную микроструктуру краски Lotusan для наружных работ для Sto Corp., Бартлотт разработал самоочищающееся покрытие.

С тех пор, как в 1999 году Lotusan был выпущен на рынок, стремление к гидрофобности (что буквально переводится как «боязнь воды») в промышленных продуктах усилилось. До сих пор водоотталкивание в зданиях в основном достигалось на макроуровне за счет использования однородных невпитывающих материалов, таких как керамическая плитка, или покрытий, таких как герметики. Отталкивание влаги не только помогает воде не проникать в материалы, но и не разрушает их с течением времени, как это видно на ржавчине металла или гниющей древесине.

Разработка такого свойства на микро- и наноуровне, как в случае с краской Lotusan, предлагает дополнительные функции помимо устойчивости к гниению. К ним относятся функции защиты от запотевания, обледенения, защиты от микробов, олеофобии, самоочищения и снижения лобового сопротивления. Многие строительные материалы, включая бетон, дерево, стекло и даже бумагу, можно улучшить с помощью таких свойств.

Различия в микроструктуре поверхности гидрофобных материалов могут привести к совершенно разным результатам. «Гидрофобные свойства чрезвычайно зависят от морфологии и топографии поверхностей», — утверждают ученые Тьерри Дарманин и Фредерик Гитар в 2015 году.0367 Материалы Сегодня статья. Фундаментальная характеристика касается того, насколько быстро материал может отталкивать жидкость, и измеряется углом контакта с водой. Гидрофобные материалы определяются как имеющие угол контакта с водой или «смачиваемость» 90 градусов или больше. Так называемые супергидрофобные материалы имеют угол контакта с водой, превышающий 150 градусов, что очень затрудняет прилипание воды к поверхности.

Фото Zengame через Flickr Commercial Commons Лист лотоса считается супергидрофобным растением.

Эти поверхности напоминают многие природные организмы, которые, как и лотос, извлекают выгоду из отталкивания воды и грязи. «Мы рассмотрели около 24 000 различных видов растений и животных, и многие из них являются супергидрофобными или, по крайней мере, имеют супергидрофобные части», — сказал Бартлотт Chemistry World в апреле. И ученые продолжают анализировать состав поверхности этих организмов. Распространено мнение, что свойства наноструктурированных поверхностей основаны на форме, а не на химическом составе; однако реальность такова, что они являются результатом их комбинации.

Согласно Дарманину и Гиттарду, природа создает большинство супергидрофобных поверхностей из наноструктурированных восков. Водонепроницаемая кутикула ногохвостка, например, состоит из нескольких слоев белков и липидов — безвредный для окружающей среды композит. К сожалению, большинство коммерческих гидрофобных покрытий сегодня содержат смесь промышленных химикатов. Полироль для различных поверхностей, например, включает в себя такие ингредиенты, как алифатические углеводороды, гексилциннамаль и бутилфенилметилпропиональ — химические вещества, вызывающие известные проблемы со здоровьем человека. Обычные гидроизоляционные спреи содержат фторполимеры, которые, как известно, вызывают респираторные заболевания. Исследование, проведенное в 2008 году Колледжем медицины человека Университета штата Мичиган, побудило Департамент общественного здравоохранения Мичигана рекомендовать обращаться со всеми брендами гидрофобных спреев с «крайней осторожностью». Подрядчикам слишком хорошо знакома неприятная и небезопасная задача гидроизоляции фундаментов зданий, которую G reen Обозреватель Builder Дженнифер Коги описывает это как «грязную, токсичную работу, выполняемую с использованием очень летучих герметиков на нефтяной основе, от которых у вас кружится голова до конца дня».

Хорошая новость в том, что изменения происходят. В настоящее время доступно все больше продуктов без сомнительных ингредиентов. Некоторые проникающие герметики, например, состоят из полимеров на водной основе без использования растворителей. Однако многие из этих покрытий по-прежнему основаны на ископаемом топливе и не обладают такой изощренностью, как природная супергидрофобность.

Новые материалы, которые могут имитировать это свойство с использованием нетоксичных ингредиентов, имеют большие перспективы для будущих строительных продуктов. Одним из примеров является новый супергидрофобный материал из наночастиц оксида алюминия, разработанный учеными из Университета Райса и Университета Суонси в Уэльсе. Подобно краске Lotusan, наночастицы образуют разветвленную микроструктуру, которая имитирует текстуру поверхности листьев лотоса. Полученный материал имеет угол контакта с водой 155 градусов и так же эффективен в отталкивании воды, как и обычные коммерческие покрытия, содержащие опасные материалы.

Ученые из Института космических технологий в Исламабаде также использовали наночастицы оксида алюминия вместе с PDMS, органическим полимером на основе кремния, для создания супергидрофобного покрытия для дерева. Микроструктуры, которые появляются на поверхности древесины после нанесения покрытия, продемонстрировали преимущества защиты, особенно во влажной среде. Исследователи из Университета Кадиса в Испании использовали другое абиотическое, нетоксичное вещество — наночастицы кремнезема — для создания супергидрофобного покрытия для камня. Плотно упакованные частицы поверхности препятствуют проникновению жидкости через слой молекул воздуха, образующийся под каплями воды. По мнению ученых, покрытие можно производить недорого и наносить в больших количествах на открытом воздухе, что делает его пригодным для строительства зданий.

Другие достижения в исследованиях демонстрируют управление водой с помощью формы поверхности и возможности настройки. Например, инженеры-механики Массачусетского технологического института недавно определили, что сборка чашеобразной формы на гидрофобных поверхностях может еще больше увеличить отток воды. Вытравливая вогнутые микроструктуры на внешних поверхностях материалов, исследователи могут снизить поверхностное натяжение и взаимодействие с водой еще на 40 процентов. По словам инженеров, этот метод можно использовать для «ограничения потерь тепла при осадках [и] обледенения поверхностей, уменьшения отложения солей на поверхности, подвергающейся воздействию брызг океана, или предотвращения образования водяной пленки на крыльях или лопастях ветряных турбин.