麻省理工学院对防水涂料进行无毒替代品

不同液体在涂有H1F7MA-CO-DVB的聚酯织物上的疏水性：酱油（黑滴），咖啡（棕色滴），HCl酸（左上透明滴），NaOH（右下透明滴）和水（剩余透明滴）。图像：瓦拉纳西和格里森研究小组

抵抗水的织物对于从雨衣到军事帐篷的所有内容都是必不可少的，但是传统的防水涂层已被证明在环境中持续存在并积聚在我们的身体中，因此可能出于安全原因逐步逐步逐步淘汰。如果研究人员可以找到安全的替代品，那就留下了很大的差距。

现在，麻省理工学院的一支球队提出了一个有希望的解决方案：一种不仅为棉花和丝绸增加了天然织物的防水性，而且比现有涂层更有效。新发现在Journal Advanced功能材料中描述，其中MIT教授Kripa Varanasi和Karen Gleason，前麻省理工学院Postdoc Dan Soto和其他两种纸张。

瓦拉纳西解释说：“由于现有的防水化学品淘汰，”挑战已经受到环境监管机构的推动“。但事实证明他的团队的替代方案实际上优于传统材料。

“大多数说”防水“的面料实际上是防水，”瓦拉纳西说，机械工程副教授。“如果你在雨中站出来，最终水就会通过。”最终，“目标是被拒绝 - 让掉落刚刚反弹。”他说，新涂层越来越靠近该目标。

液滴对涂层表面（左）和未经处理的一个（右）的比较。（瓦拉纳西和Gleason研究小组）

由于它们在环境中积累和身体组织中积累的方式，EPA正在修改对数十年来行业标准的长链聚合物规定的过程中。“他们到处都是，他们不会轻易降级，”瓦拉纳西说。

目前用于制造织物防水剂的涂层通常由具有全氟化侧链的长聚合物组成。故障是已经研究的较短链聚合物没有像较长链版本那样的水排斥（或疏水性）效应。现有涂层的另一个问题是它们是基于液体的，因此必须将织物浸入液体中，然后干燥。瓦拉纳西说，这往往会堵塞织物中的所有毛孔，所以面料不再可以呼吸，因为它们否则就会呼吸。这需要第二种制造步骤，其中空气被织物吹过织物以重新打开那些毛孔，增加制造成本并撤消一些防水。

研究表明，具有少于八个全氟化碳基团的聚合物不会持续和生物累积，几乎和八个或更多的那些 - 最含有的那些。瓦拉纳西解释说，这个麻省理工学院的球队队的解释，是结合两件事：较短的链聚合物，本身赋予一些疏水性质，并通过一些额外的化学加工增强;和不同的涂层过程，称为发起的化学气相沉积（ICVD），近年来由共同作者Karen Gleason和她的同事开发。Glason是亚历山大和I. Michael Kasser的化学工程和麻省理工学院助理助理教授。Varanasi说，使用最佳短链聚合物并通过ICVD将聚合物沉积聚合物的信用，主要是SOTO，谁是纸张的领先作者。

使用ICVD涂布方法，不涉及任何液体并且可以在低温下进行，产生非常薄，均匀的涂层，沿着纤维的轮廓遵循并且不会导致孔隙的任何堵塞，从而消除了需要的任何堵塞重新打开孔的第二处理阶段。然后，可以加入另外的步骤，表面的喷砂，作为可选的方法，以增加水疏水性。“最大的挑战是寻找性能，耐用性和ICVD兼容性可以共同努力并提供最佳性能的甜蜜点，”Soto说。

涂层表面的测试表明，它在标准雨水干扰试验中获得了完美的分数。作为织物，纸张和纳米制硅，涂层适用于基板。（瓦拉纳西和Gleason研究小组）

瓦拉纳西说，包括棉，尼龙和亚麻等许多不同种类的织物，甚至在纸张如纸张等非竞选材料上，开辟了各种潜在应用。该系统已在不同类型的织物上进行测试，以及这些织物的不同编织模式。“许多面料可以从这项技术中受益，”他说。“这里有很多潜力。”

涂层的织物已经受到实验室中的一次试验，包括行业使用的标准雨水测试。这些材料不仅被水轰炸，而是用各种其他液体轰炸，包括咖啡，番茄酱，氢氧化钠和各种酸和碱 - 并且已经很好地排斥了所有的。

涂覆的材料已经经受重复洗涤，没有涂层的降解，并且还通过了严重的磨损试验，在10,000重复后没有损坏涂层。最终，在严重的磨损下，“纤维会损坏，但涂层不会，”他说。

该团队还包括前邮政编码ASLI UGUR和TAYLOR FARNHAM'14，SM '16，计划继续致力于优化最佳防水性的化学配方，并希望为现有的织物授权专利申请技术服装公司。这项工作得到了麻省理工学院的Deshpande技术创新中心的支持。

出版物：Dan Soto等，“非纯净的非氟化织物的短氟化ICVD涂料”，先进的功能材料，2018; DOI：10.1002 / ADFM.201707355