Forscher erfinden eine Nano-Beschichtung für synthetisches Leder, das sich selbst reinigt - und an einem heißen Tag nicht klebrig wird

Thomas Scheibel - Künstliche Spinnenseide (Juni 2019).

Anonim

Wenn Sie Ihre Lieblingsjacke im Lederlook gefärbt haben oder im Sommer Ihre nackten Beine von einem klebrigen Autositz aus Vinyl schälen mussten, könnte die Lösung für Ihre Probleme nur auf der Oberfläche eines Lotusblatts zu finden sein.

Forscher an der Ohio State University haben zuvor eine Nano-Engineered-Textur basierend auf den fuzzy-Blättern verwendet, um selbstreinigendes Glas und ein Netz zu entwerfen, das Öl von Wasser trennt.

Nun berichten sie in der Zeitschrift Colloids and Surfaces A, dass sie eine Möglichkeit gefunden haben, die gleiche naturnahe Beschichtung auf kunststoffbasiertes Kunstleder anzupassen. Sowohl Wasser als auch Öl rollen von der Beschichtung ab, wodurch die lederähnliche Oberfläche bis zu Temperaturen von 70 Grad Celsius klebrig bleibt.

Die Beschichtung könnte für sauberere, weniger klebrige Möbel, Automobilinnenräume, Kleidung, Schuhe und Handtaschen sorgen - Produkte, für die Menschen synthetisches Leder verwenden, sagten Bharat Bhushan, Ohio Eminent Scholar und Howard D. Winbigler, Professor für Maschinenbau am Staat Ohio.

"Echtes Leder ist seit Beginn der Menschheitsgeschichte ein wichtiges Material", sagte Bhushan. "Heute wächst der Markt für Kunstleder, weil es günstiger und einfacher zu verarbeiten ist. Nach unserem Wissen ist es zum ersten Mal gelungen, synthetisches Leder herzustellen, das nicht nur wasserfest, sondern auch superliquiphob ist - es stößt ab Flüssigkeiten auf Wasserbasis und auf Ölbasis. "

Kunstleder wird aus mit Kunststoff beschichtetem Gewebe hergestellt, normalerweise aus Polyurethan (PU) oder Polyvinylchlorid (PVC). Sowohl PVC als auch PU können zu flachen Platten mit Rillen geformt werden, die ihm eine lederähnliche Struktur verleihen. Wie echtes Leder ist synthetisches Leder etwas durchlässig für Flüssigkeiten. Im Gegensatz zu echtem Leder wird es bei hohen Temperaturen klebrig, weil Hitze die Kunststoffoberfläche aufweicht.

Bhushan ist auf Bionik spezialisiert, die Wissenschaft, Materialien und Prozesse zu schaffen, die die Natur nachahmen. Viele seiner Arbeiten wurden von Lotusblättern inspiriert, deren holprige Oberflächen Wasser abweisen.

Wie in ihren vorherigen Experimenten, bei denen wasser- und ölabweisende Oberflächen erzeugt wurden, versuchten die Forscher, eine holprige Textur zu erzeugen, indem sie eine Beschichtung aus Siliziumdioxid-Nanopartikeln auf die Oberfläche des Kunstleders sprühten.

Aber Bhushan und Doktorand Dev Gurera fanden schnell heraus, dass die Weichmacher im Kunstleder - also die Chemikalien, die dem Kunststoff seine Plastizität verleihen - verhindern, dass die Nanopartikel anhaften, besonders in den Rillen in Lederoptik. Daher reinigten sie die Oberfläche mit einer Ultraviolettlichtbehandlung, die üblicherweise in der Computerchipherstellung verwendet wird.

Das Ergebnis: Die Nanopartikel haften auf dem gereinigten Kunstleder und erzeugen eine holprige Oberfläche. Dann versiegelten die Forscher die Nanopartikel mit einem Silikonharz. Die Beschichtung war größtenteils transparent, so dass die lederartige Textur noch sichtbar war.

Bhushan und Gurera beschichteten Proben aus PU und PVC und prüften sie auf Wasser- und Ölabstoßung und selbstreinigende Eigenschaften sowie auf Haltbarkeit und Hitzebeständigkeit.

Sie pressten Öl- und Wassertropfen auf das Kunstleder und testeten, wie stark die Oberfläche geneigt werden müsste, damit das Tröpfchen abperlen konnte. Wasser rollte mit einer Neigung von 2 Grad und Öl mit einer Neigung von 4 Grad ab. Jede Neigung unter 10 Grad gilt als superliquiphob.

Um zu sehen, wie sich der Verschleiß auf die Beschichtung auswirkt, kratzten die Forscher eine Rille in die Oberfläche, indem sie eine kleine Saphirperle 100 Mal hin und her schoben. Der Neigungswinkel, der erforderlich ist, um Tröpfchen von der zerkratzten Oberfläche abzurollen, stieg auf 7 Grad - immer noch superliquiphob -, aber nur, wenn das Tröpfchen über die abgenutzte Rille rollte (dh senkrecht zur Richtung).

Wenn das Leder so platziert wurde, dass das Tröpfchen innerhalb der abgenutzten Rille rollen müsste, erhöhte sich der erforderliche Winkel für das Abrollen des Tröpfchens auf 44 Grad. Das hört sich ziemlich schlecht an, ist aber immer noch besser als die unbehandelten PU- und PVC-Oberflächen, die auch bei 90 Grad Neigung mit Wasser oder Öl bedeckt blieben.

Um die Selbstreinigung zu testen, sprühten die Forscher schwarzes Siliziumkarbidpulver auf das Leder und maßen, wie viel Pulver durch einen einzigen Wassertropfen weggespült werden konnte. Auf unbehandeltem Kunstleder wusch das Wasser etwa 10 Prozent des Pulvers weg, während auf dem behandelten Leder 90 Prozent davon weggespült wurden.

Und die Klebrigkeit? Die heißeste Temperatur, die in einem geschlossenen Auto in der Sonne gemessen wird, liegt bei 80 Grad Celsius (176 Grad Fahrenheit). Bei dieser Temperatur, so die Forscher, kann die Beschichtung ihre Unversehrtheit nicht bewahren, da das darunterliegende PU oder PVC wie eine extrem viskose Flüssigkeit zu fließen beginnt. Die Beschichtung blieb bis zu 70 Grad Celsius klebrig, so dass Ihre Beine an den meisten heißen Tagen nicht an einem Autositz haften konnten.

Es verhindert jedoch nicht, dass ein sehr heißer Sitz dich verbrennt - also pass auf. Zumindest wird Ihre Lieblingsjacke "Leder" gleich aussehen und fühlen.

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