Superhydrofoba ytor med hållbar teknologi
- Diarienummer
- RMA08-0044
- Start- och slutdatum
- 090701-150630
- Beviljat belopp
- 14 900 000 kr
- Förvaltande organisation
- Lund University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Syftet med projektet är att tillverka självrengörande, starkt vattenavvisande ytor med superkritisk koldioxid (SC-CO2) som lösningsmedel. För första gången kommer papper, plast, textilier och metallytor att göras superhydrofoba i en snabb och miljömässigt hållbar process baserad på tekniken “Rapid Expansion of Supercritical Solution” (RESS). Olika naturligt förekommande hydrofoba, kristalliserande ämnen och syntetiska polymerer kommer att utvärderas genom att spraya dem under olika processförhållanden, och på olika typer av ytor. De polymera substanserna är nödvändiga i de fall då hög slitstyrka mot ytan är nödvändig. Superhydrofobicitet kommer att kombineras med påväxthindrande (anti-fouling) ytegenskaper genom en kombination av lämplig ytenergi, ytförbehandling och ytgeometri. Viktiga applikationer är livsmedelsförpackningar, båtskrov, utomhustextilier och andra ytor där självrengörande, påväxthindrande egenskaper är viktiga. Initialt kommer grundläggande försök kring fasjämvikter av utvalda hydrofoba ämnen i SC-CO2 att utvärderas, och därefter optimeras RESS parametrar som t.ex. temperatur och tryck av SC-CO2. Tillverkade modellytor kommer att utvärderas med avseende på fysikaliska och kemiska egenskaper med hjälp av elektronmikroskopi, vattenkontaktvinkelmätningar, nanoscratching och röntgenspridning. Preliminära resultat visar att då alkylketendimer sprayas på olika pappers- och silikaytor uppnås kontaktvinklar upp emot 173°, i en process som bara tar några få sekunder.
Populärvetenskaplig beskrivning
Termen superhydrofobicitet används för att beskriva effekten då en vattendroppe rullar av en yta istället för att glida av. När droppen rullar av ytan kan den också ta med sig smuts och på det sättet ”rena” ytan, likt Lotsublommans blad. Det som bestämmer hur vattnet uppför sig på ytan är både dess ytstruktur och kontaktvinkeln mellan vatten och ytan. En enkel tumregel är att ytor som har kontaktvinklar mot vatten över 150° brukar uppvisa superhydrofoba egenskaper. Syftet med projektet är att tillverka självrengörande och superhydrofoba ytor med superkritisk koldioxid (SC-CO2) som enda lösningsmedel. För första gången kommer papper, plast, textilier och metallytor att göras superhydrofoba i en snabb och miljömässigt hållbar process baserad på tekniken “Rapid Expansion of Supercritical Solution” (RESS). Processen går till på så vis att ett hydrofobt (vaxliknande) ämne löses upp i SC-CO2 och sedan släpps trycket snabbt varvid vaxet kristalliserar i välordnade strukturer med ojämnheter på olika strukturella nivåer. Koldioxiden kan återanvändas obegränsat antal gånger i det cirkulerande systemet. Olika naturligt förekommande hydrofoba, kristalliserande ämnen och syntetiska polymerer kommer att utvärderas genom att spraya dem under olika processförhållanden, och på olika typer av ytor, för att optimalt ge ytor som liknar lotusblommans självrengörande blad. De polymera substanserna är nödvändiga i de fall då hög slitstyrka mot ytan är nödvändig. Superhydrofobicitet kommer att kombineras med påväxthindrande (anti-fouling) ytegenskaper genom en kombination av lämplig ytenergi, ytförbehandling och ytgeometri. Viktiga applikationer är livsmedelsförpackningar, båtskrov, utomhustextilier och andra ytor där självrengörande, påväxthindrande egenskaper är viktiga. Initialt kommer grundläggande försök kring löslighet av utvalda hydrofoba ämnen i SC-CO2 att utvärderas, och därefter optimeras RESS parametrar som t.ex. temperatur och tryck av SC-CO2. De tillverkade modellytorna kommer att utvärderas med avseende på fysikaliska och kemiska egenskaper med hjälp av elektronmikroskopi, vattenkontaktvinkelmätningar, nanorepning och röntgenspridning. Preliminära resultat visar att då alkylketendimer, en kemikalie som dagligen används i pappersindustrin, sprayas på olika pappers- och silikaytor uppnås kontaktvinklar kring 173°, i en process som bara tar några få sekunder. Detta resultat kan jämföras med konventionella, hydrofoba papper som har kontaktvinklar mellan 110-115°.