Raport

Powłoki odpychające wodę

Ktokolwiek wymyślił konstrukcję tylnej szyby w sedanie, chyba nigdy nie zamierzał jeździć samochodem o tym typie nadwozia. Wystarczy odrobina deszczu w połączeniu z pyłem osadzającym się na tylnej szybie, aby stracić całkowicie widoczność w tylnym lusterku. Rozwiązaniem mają być tzw. magiczne wycieraczki, które pokrywają szybę cienką nanopowłoką odpychającą wodę. Duża różnorodność tego typu produktów dostępnych na rynku powoduje jednak, że prawdziwą sztuką jest znalezienie takiego, który naprawdę działa. Niemniej ich koncepcja jest zbieżna z tą, która legła u podstaw rozwoju powłok superhydrofobowych, tj. odpychających wodę i zabrudzenia. A te mają ogromny potencjał wykorzystania, choćby w przemyśle lotniczym, petrochemicznym czy morskim.

Idea powłok hydrofobowych narodziła się w Chinach. I również naukowcy z Chin byli tymi, którym jako pierwszym trzy lata temu udało się przezwyciężyć problemy hamujące rozwój tego segmentu: niestabilność mechaniczną i wysoki stopień złożoności procesu wytwórczego. Na bazie żywicy epoksydowej oraz nanocząsteczek dwutlenku tytanu i tlenku magnezu wytworzyli tanią i łatwą w produkcji powłokę hydrofobową, którą można aplikować niemal na każdym podłożu. Co więcej, ma ona także zdolność do samonaprawy po uszkodzeniach, dzięki czemu może być bez obaw wystawiana na oddziaływanie niskich temperatur, kwasów i zasad.
Uproszczenie procesu wytwarzania stanowi istotny krok na drodze do uruchomienia masowej produkcji powłok superhydrofobowych. A to ucieszy nie tylko przemysł morski, który liczy, że nanopowłoki ułatwią mu walkę z zabrudzeniami i solą odkładającymi się na wielu powierzchniach, ale także linie lotnicze. Te ostatnie zmagają się jednak nie tylko z nagromadzeniem wody, ale także z oblodzeniem. A to już zadanie dla nowej powłoki rodem z Chin, która łączy w sobie właściwości superhydrofobowe i antyoblodzeniowe. Zbudowana z nanopłatków na podłożu aluminiowym, pozwala na uzyskanie kąta zwilżania na poziomie 165° przy znacznie mniejszej adhezji lodu niż w przypadku tradycyjnych powłok hydrofobowych.
Specyficzne wymagania względem funkcji powłok superhydrofobowych ma też przemysł petrochemiczny. Tutaj liczy się nie tyle ochrona przed wodą, co przed różnorodnymi zanieczyszczeniami powstającymi przez osadzanie się składników ropy naftowej, np. na dnie zbiorników. Dlatego nanopowłoki stosowane do ich ochrony powinny zabezpieczać je zarówno przed gromadzeniem się parafin i asfaltenów, jak i przed rozwojem organizmów wodnych zatykających przepływ w zbiornikach. Badania z użyciem różnych nanocząsteczek wykazały, że najlepiej rolę tę spełniają monowarstwowe fosfoniany: już 5-nanometrowa warstwa wzbogaconej o nie powłoki znacznie zwiększa właściwości samoczyszczące zbiorników. Ale nie tylko: jedną z potencjalnych aplikacji tego typu powłok są także formacje skalne w otworach wiertniczych. Ograniczając oddziaływanie zabrudzeń, mogłyby one zwiększyć efektywność procesów zatłaczania wody do złoża w celu podtrzymania ciśnienia ropy naftowej.