Działalność R&D Pracowni Sprzętu Alpinistycznego Małachowski s.c. została nagrodzona złotym medalem na międzynarodowych targach wynalazków w Genewie. Trwają prace nad nakładaniem superhydrofobowej nanostruktury na tekstylia z wykorzystaniem plazmy niskotemperaturowej.
Nad nowym projektem wspólnie pracują Zakład Inżynierii Molekularnej Wydziału Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska Politechniki Łódzkiej oraz Pracownia Sprzętu Alpinistycznego Małachowski s.c.
Plazma
Plazma określana jest jako czwarty stopień skupienia. Definiuje się ją jako zjonizowany gaz, w którym koncentracja cząsteczek zjonizowanych jest na tyle duża, że ich obecność wpływa na właściwości tego gazu.
Skład plazmy jest złożony, zawiera ona elektrony, jony, rodniki, cząsteczki obojętne oraz cząsteczki wzbudzone, przy czym liczba ładunków dodatnich i ujemnych jest taka sama.
Zdjęcie palącej się plazmy Argonowej w reaktorze RF
Plazmę można podzielić na wysokotemperaturową i niskotemperaturową. Ze względów technicznych najbardziej przydatna jest niskotemperaturowa plazma nierównowagowa, inaczej nazywana zimną plazmą. Plazma taka może zapoczątkować wiele procesów chemicznych na powierzchni różnych materiałów.
Zimną plazmę można generować pod obniżonym ciśnieniem, jak i pod ciśnieniem atmosferycznym. Oba te sposoby generacji mają szerokie zastosowanie przy modyfikacji powierzchni różnych materiałów np. tworzyw sztucznych, metali, drewna, ceramiki, szkła, materiałów tekstylnych itp.
Za pomocą techniki zimnej plazmy można czyścić powierzchnię, generować na niej nanochropowatości czy też szczepić określone grupy funkcyjne np. w celu zmiany hydrofilowości powierzchni lub poprawienia właściwości adhezyjnych. Zimną plazmę wykorzystać można też do osadzania cienkich warstw o pożądanych właściwościach, np. warstw superhydrofobowych, piezoelektrycznych, katalitycznych, antykorozyjnych, izolacyjnych itp.
Superhydrofobowa nanostruktura
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania, za pomocą niskociśnieniowej i nierównowagowej plazmy, superhydrofobowej nanostruktury na powierzchni materiałów tekstylnych, przeznaczonych na specjalistyczną odzież, chroniącą tę powierzchnię przed wnikaniem wody oraz nadającej jej cechę samooczyszczania się.
Zdjęcia materiałów z postawionymi kroplami wody i efektem samooczyszczania
Uzyskiwane warstwy swoją regularną i globularną strukturą powierzchni oraz właściwościami hydrofobowymi przypominają powierzchnię liścia lotosu, stąd nazwa Efekt Lotosu.
Zdjęcia SEM materiału fabrycznego (a) i z efektem Lotosu na powierzchni (b)
Warstwy superhydrofobowe, według sposobu z wynalazku, uzyskuje się głównie za pomocą prekursorów krzemoorganicznych. Sposób ten charakteryzuje się zastosowaniem złożonej plazmowej modyfikacji powierzchni materiałów tekstylnych, gdzie na początku do modyfikacji wykorzystywane są gazy inertne, następnie dopiero polimeryzujące prekursory krzemoorganiczne. Plazma generowana jest przy częstotliwości akustycznej, radiowej lub mikrofalowej w szerokich zakresach mocy, przepływów gazów inertnych i prekursorów oraz czasów modyfikacji.
Materiały tekstylne z wytworzoną plazmowo warstwą superhydrofobową zachowują swoje fabryczne właściwości, takie jak przepuszczalność powietrza i wilgoci oraz wytrzymałość mechaniczną. Wytworzona powłoka jest chemicznie związana z materiałem tekstylnym, co powoduje jej trwałość oraz zachowanie właściwości liścia lotosu w dłuższym okresie czasu.
Sposobem przedstawionym w wynalazku można uzyskać kąty zwilżania powierzchni ok. 164o, oraz kąty staczania dla kropel wody ok. 4o, co powoduje całkowitą niezwilżalność takiej powierzchni oraz bardzo dobre efekty samooczyszczania się jej pod wpływem wody.
Klasyczne metody chemiczne często nie dają trwałego wzrostu niezwilżalności oraz zużywają dużo odczynników chemicznych w procesie przygotowywania powierzchni o podniesionej hydrofobowości. Natomiast typowe, proste, metody plazmowe, niebędące przedmiotem wynalazku, umożliwiają uzyskiwanie kątów zwilżania tylko około 145o oraz kątów staczania rzędu kilkudziesięciu stopni, co jest niewystarczające do uzyskania zadowalającego efektu samooczyszczania się powierzchni pod wpływem wody.
Efekty zastosowania wynalazku
Efekty zastosowania wynalazku na tkaninach tekstylnych (bawełnianych, poliestrowych, poliamidowych):
- wysoki kąt zwilżania dla wody i niski kąt staczania kropli wody z powierzchni tkanin, co powoduje bardzo dobry efekt samooczyszczania powierzchni pod wpływem wody;
- zachowane fabryczne właściwości półprzepuszczalności tkanin (przepuszczalność pary wodnej i powietrza);
- znaczna trwałość warstw;
- niezmieniona giętkość materiału;
- praktycznie niezmieniona wytrzymałość mechaniczna tkanin.
Od softshelli po metale
Wynalazek na pewno można zastosować do pokrywania tkanin z polimerów sztucznych, takich jak tkaniny poliestrowe – np. typu Soft Shell czy tkaniny poliamidowe przeznaczone na odzież specjalistyczną, jak również do pokrywania tradycyjnych tkanin naturalnych, takich jak bawełna.
Kurtka marki Małachowski, której fragmenty wykonano z materiału superhydrofobowego
Metodę opisaną w wynalazku można też zastosować m.in. do modyfikacji obrusów, butów z tkanin, ubrań (płaszczy, kurtek, odzieży sportowej i dziecięcej), tapicerek samochodowych i meblowych, itp. Metoda może być użyta wszędzie tam, gdzie pożądany jest efekt niezwilżalności powierzchni materiałów tekstylnych i ewentualnie efekt samooczyszczania się ich pod wpływem wody.
Przedmiot wynalazku, prawdopodobnie po niewielkich modyfikacjach parametrów procesowych, będzie można również zastosować do obróbki innych materiałów, takich jak np. szkło, drewno bądź metale.
Źródło: Zakład Inżynierii Molekularnej Wydziału Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska Politechniki Łódzkiej oraz Pracownia Sprzętu Alpinistycznego Małachowski s.c.
KOMENTARZE