Для того, чтобы сохранить свои первоначальные качества, от воздействия на них агрессивных факторов внешней среды, поверхности материалов обрабатывают защитными нанопокрытиями.

Современные технологии получения защитных нанопокрытий

Защитные нанопокрытия — одно из достижений ЦВТ ФГУП «НИИПА». Разработано уникальное покрытие с устойчивыми гидрофобными свойствами, на обработанной поверхности воссоздан так называемый «эффект лотоса».

«Эффект лотоса»

Немецкий ботаник Вильгельм Бартлотт в 1990 годах изучил «эффект лотоса» — эффект крайне малой смачиваемости поверхности водой и самоочищения, который происходит за счет того, что капли воды не задерживаются на листьях и лепестках лотоса, а скатываются с них. Рельеф поверхности листьев и лепестков лотоса представлен упорядоченным рельефом микронного и нанометрового размера, который покрыт тонким воскоподобным (гидрофобным) слоем. Попадая на эту поверхность, капля принимает практически идеальную сферическую форму и с легкостью скатывается с нее, унося с собой частицы пыли и грязи.

Защитный нанорельеф

Современные технологии коллоидного синтеза наночастиц с необходимыми свойствами и заданными размерами обеспечили ЦВТ ФГУП «НИИПА» прорыв в создании защитных покрытий нового поколения.

Основные принципы технологии защитного нанопокрытия:
• создание необходимого нанорельефа на обрабатываемой подложке при помощи модифицированных наночастиц;
• гидрофобизация этих частиц, что обеспечивает поверхности супергидрофобные свойства и эффект самоочищения;
• придание устойчивости покрытиям в результате использования различных полимеров, которые удерживают частицы на поверхности. 

При исследовании на атомно-силовом микроскопе полученных защитных покрытий оказалось, что нанорельеф, образованный на обрабатываемом материале, практически полностью соответствует поверхности листьев лотоса. Таким образом, защитные нанопокрытия способны воспроизводить «эффект лотоса» на поверхности любого материала.

Принцип взаимодействия нанопокрытия и носителя

Процесс лотос-эффекта:

1 - нанопокрытие; 2 - капля жидкости (воды); 3 - загрязнение; 4 - поверхность (стекло, древесина, краска, камень кирпич, керамика и т.д.)

Использование таких веществ для стекол имеет массу преимуществ. В основе создания защитных покрытий нового поколения лежит так называемый «метод химической прививки»: нанопокрытие наносится на поверхность материала, который необходимо защитить от воздействия агрессивных агентов окружающей среды и закрепляется на ней за счет прочных химических связей. Формирование защитного слоя на обрабатываемой поверхности происходит путем взаимодействия активных групп поверхности материала и якорных групп молекул защитного нанопокрытия.

Подобная схема работает на каждой поверхности, придавая материалу водоотталкивающие и самоочищающиеся свойства. Обработанное изделие устойчиво к различного рода загрязнениям, обледенению, а также обладает теплоизоляционными качествами. Таким образом, защитное нанопокрытие продлевает срок службы материала, сохраняя его качество.

Для каждого материала нанопокрытие

Каждый материал индивидуален и имеет определенное строение (стекло, ткань, камень, дерево или др.), а значит и особые активные группы на своей поверхности. При разработке нанопокрытий специалисты ЦВТ ФГУП «НИИПА» учитывают свойства носителя (твердого тела) и его поверхностного слоя; тщательно подбирают якорные группировки, которые в дальнейшем будут взаимодействовать с активными группами конкретного материала, образуя прочную химическую связь.

Краевой угол смачивания

Краевой угол смачивания — это угол между поверхностью материала и плоскостью, касательной к поверхности жидкости. Меньшее значение краевого угла свидетельствует о более сильном растекании капли, и, соответственно, о большей площади контакта воды с материалом. Большая величина краевого угла способствует тому, что капля стремится принять идеальную сферическую форму, в результате чего площадь ее контакта с гидрофобной поверхностью минимальна, а смачивание практически отсутствует.

Сегодня рынок защитных нанопокрытий представлен в основном продукцией, величина краевого угла которой находится в пределах 110°—120°. ЦВТ НИИПА разработала покрытие с краевым углом, превышающим 150°