Покрытие с частицами мела охлаждает текстиль

В Массачусетском университете в Амхерсте (UMass Amherst) придумали охлаждающее покрытие на основе мела для текстильных изделий, будь то сшитые из хлопка или синтетики. На фотографии, опубликованной на сайте Американского химического общества, видно, что пропитанный специальным составом на основе мела лоскут синтетики справа выглядит ярче необработанной ткани слева.

Существуют и прочие ткани, отражающие солнечные лучи или отводящие тепло. Но для их создания требуются специальные волокна или сложные производственные процессы. Однако новое прочное покрытие на основе мела охлаждает поверхность под собой более чем на десяток градусов Цельсия.

Материаловед и химик Триша Эндрю рассказала, что на природе в тёплый солнечный день нам становится жарко, потому что мы сами и наша одежда поглощаем ультрафиолет и инфракрасное излучение, нагреваясь при этом. Кроме того, наше тело само по себе вырабатывает тепло.

Научный коллектив во главе с аспирантом Эваном Патамией разработал текстиль, который одновременно отражает солнечные лучи и отводит естественное тепло тела. С точки зрения физики процесс этот известен как радиационное охлаждение. Некоторые из необходимых для подобного эффекта тканей содержат преломляющие свет диоксид титана или оксид алюминия в составе волокон. Другие компании применяют органические полимеры, например поливинилидендифторид (ПВДФ). Но для синтеза ПВДФ необходимо использование пер- и полифторалкильных веществ, известных как ПФАС (PFAS) или «вечные химикаты», из-за которых всё чаще бьют тревогу экологи и медики.

Так возникла идея разработать текстильное покрытие, которое выполняет те же функции, используя натуральные или хотя бы экологически безопасные материалы.

Ранее Эндрю и её коллеги придумали довольно несложную технологию создания прочных полимерных пропиток для текстиля — метод химического осаждения из паровой фазы (CVD). Способ объединяет в один этап синтез вещества и его нанесение. В общем, добавление тонкого полимерного слоя к текстилю требует меньшего количества операций и минимален по воздействию на окружающую среду по сравнению с иными способами нанесения покрытий.

Как это ни удивительно, но химиков и материаловедов вдохновили на изобретение известковые штукатурки домов, которые веками служили в том числе для поддержания прохлады в южных странах. Патамия с сотрудниками трудились над методом введения карбоната кальция — основной составляющей мела, а также экологически безопасного сульфата бария в наносимый методом CVD полимер. Частицы карбоната кальция отлично отражают волны видимого света и ближнего инфракрасного диапазона, а частицы сульфата бария отражают ультрафиолет.

Новаторы нанесли слой охлаждающего покрытия толщиной 5 микрометров (мкм), неоднократно погружая обработанные полимером лоскуты в растворы с ионами кальция или бария, а также с карбонатными или сульфатными ионами.

После каждого погружения кристаллы инновационного вещества становились крупнее и однороднее, а на ткань ложился матовый меловой оттенок. Исследователи отметили: регулируя число погружений, частицы вещества можно наносить с идеальным расчётом от 1 мкм до 10 мкм, для отражения как ультрафиолетового, так и ближнего ИК-излучения.

Учёные проверили охлаждающую способность тканей в пропитке и без неё в солнечный день при жаре выше 32 °C. И убедились, что температура воздуха под обработанной тканью была на 13 °C ниже уличной.

Патамия подчеркнул, что при этом наблюдался явный охлаждающий эффект: то, что находилось под инновационным образцом, было явно прохладнее даже по сравнению с обычными условиями в тени.

В качестве завершающего испытания учёные имитировали воздействие сил трения и моющих средств на минерально-полимерное покрытие в стиральной машине. И убедились, что покрытие получилось достаточно долговечным, сохраняя при этом свои охлаждающие свойства.


— Эндрю.

Важная особенность технологии заключается в том, что покрытие можно нанести практически на любую готовую ткань, подчеркнул Патамия.