211service.com
Kleren die zichzelf reinigen
Onderzoekers van de Monash University in Victoria, Australië, hebben een manier gevonden om vezels te coaten met nanokristallen van titaniumdioxide, die voedsel en vuil in zonlicht afbreken. De onderzoekers, onder leiding van organisch chemicus en onderzoeker nanomaterialen Walid Daoud , hebben natuurlijke vezels gemaakt zoals wol, zijde en hennep die automatisch voedsel, vuil en zelfs rode wijnvlekken verwijderen wanneer ze worden blootgesteld aan zonlicht.
Wijn weg: Wolvezels moeten chemisch worden gemodificeerd om een stabiele coating van titaniumdioxide-nanokristallen te krijgen, die organisch materiaal in zonlicht afbreken. Rode wijnvlekken laten zelfs na 20 uur geen ongecoate vezels achter (rechtsboven); ongemodificeerde nanokristal-gecoate vezels vertonen enkele vlekken (midden rechts). Bij chemisch gemodificeerde vezels is de vlek bijna verdwenen door de stevig vastgehechte nanokristallen (rechtsonder).
Daoud en zijn collega's omhullen de vezels met een dunne, onzichtbare laag titaniumdioxide-nanodeeltjes. Titaandioxide, dat wordt gebruikt in zonnebrandmiddelen, tandpasta en verf, is een sterke fotokatalysator: in aanwezigheid van ultraviolet licht en waterdamp vormt het hydroxylradicalen, die organisch materiaal oxideren of afbreken. Maar, zegt Daoud, deze nanokristallen kunnen wol niet afbreken en zijn onschadelijk voor de huid. Bovendien verandert de coating niets aan de look en feel van de stof.
Als je iets verbrandt, oxideer je het, zegt Jeffrey Youngblood , een professor materiaaltechniek aan de Purdue University, die zelfreinigende materialen ontwikkelt die olie afstoten. Deze [titaniumdioxide coating] verbrandt gewoon organisch materiaal bij kamertemperatuur in aanwezigheid van licht.
Titaandioxide kan ook ziekteverwekkers zoals bacteriën vernietigen in aanwezigheid van zonlicht door de celwanden van de micro-organismen af te breken. Dit zou zelfreinigende stoffen bijzonder nuttig moeten maken in ziekenhuizen en andere medische instellingen. Daoud zegt dat zelfreinigende eigenschappen een standaardkenmerk zullen worden van toekomstig textiel en andere veelgebruikte materialen om de hygiëne te handhaven en de verspreiding van pathogene infecties te voorkomen, vooral omdat pathogene micro-organismen tot drie maanden op textieloppervlakken kunnen overleven.
Het idee om titaandioxide te gebruiken om zelfreinigende oppervlakken te maken is niet nieuw. Titaandioxidepoeder wordt toegevoegd aan verven en als transparante coating (ongeveer 10 nanometer dik) op glas om zelfreinigende ramen te maken.
Om zelfreinigende wol te maken, gebruiken Daoud en zijn collega's nanokristallen van titaandioxide van vier tot vijf nanometer groot. In het verleden maakten de onderzoekers zelfreinigend katoen door het te coaten met deze nanokristallen. Maar het coaten van wol, zijde en hennep bleek moeilijker. Deze vezels zijn gemaakt van een eiwit genaamd keratine, dat geen reactieve chemische groepen op het oppervlak heeft om te binden met titaniumdioxide.
De onderzoekers modificeren het oppervlak van wolvezels chemisch door chemische groepen toe te voegen die carboxylgroepen worden genoemd en die titaniumdioxide sterk aantrekken. Vervolgens dopen ze de vezels in een oplossing van titaniumdioxide nanokristallen. De onderzoekers hebben dit proces geschetst in een paper dat onlangs online in het tijdschrift verscheen Chemie van materialen .
In de paper laten de onderzoekers zien hoe het materiaal bestand is tegen rode wijnvlekken, die notoir moeilijk te verwijderen zijn. Met titaniumdioxide gecoate wol vertoont bijna geen teken van de rode vlek na 20 uur blootstelling aan gesimuleerd zonlicht, terwijl de onbehandelde wol krachtig gekleurd blijft. Andere vlekken verdwijnen sneller: koffievlekken verdwijnen in twee uur, blauwe inktvlekken verdwijnen in zeventien uur.
Er zijn in het verleden verschillende soorten zelfreinigende materialen ontwikkeld waarin nanodeeltjes zijn verwerkt. Vlekafstotende stoffen en verven die momenteel op de markt zijn, hebben meestal een nanodeeltjes- of nanovezelcoating die ervoor zorgt dat vloeistofdruppels eraf rollen in plaats van in het materiaal te worden opgenomen. De vloeistofdruppels nemen kleine deeltjes vuil en roet mee.
Meer materialen bevinden zich in de onderzoeksfase. Deze omvatten microgestructureerde, teflon-achtige materialen die olie van hun oppervlak weerkaatsen. (Zie geen duimafdrukken meer.) Purdue's Youngblood heeft een materiaal gemaakt dat van structuur verandert afhankelijk van of het in contact komt met olie of water, waardoor water zich in een dunne film verspreidt en olie parelt, zodat het wegloopt of gemakkelijk afgeveegd met water. (Zie Zelfreinigende, mistvrije voorruiten .)
Al deze materialen zijn gebaseerd op het olie- of waterafstotend maken van het oppervlak, zegt Youngblood. Dit is een concept dat totaal anders is dan dat van de nieuwe titaniumdioxide coating. We controleren de bevochtigbaarheid en de interactie met het oppervlak, zegt hij. Titaniumdioxidecoatings daarentegen breken organisch materiaal af. Het heeft niets te maken met de bevochtigbaarheid van het oppervlak. Hier verwijder je niet wat er aan de oppervlakte is: je brandt het af.
Elk van deze technieken om zelfreinigende materialen te maken heeft zijn eigen beperkingen. Superhydrofobe materialen, die water afstoten, zijn doorgaans goed in het verwijderen van vuildeeltjes, maar gaan niet goed om met oliën, zegt Youngblood. Materialen die olie afstoten, zoals degene die hij heeft ontwikkeld, werken mogelijk niet met bepaalde soorten olie. De met titaniumdioxide gecoate materialen daarentegen zullen niet werken tenzij ze urenlang aan zonlicht worden blootgesteld.
De behoefte aan zonlicht heeft de technologie er niet van weerhouden om commerciële belangstelling te krijgen. Verschillende wolfabrikanten hebben gesuggereerd dat ze de technologie willen evalueren, zegt Daoud. Hij verwacht dat zelfreinigende wol binnen twee jaar op de markt verkrijgbaar zal zijn, als er voldoende laboratorium- en industriële proeven zijn afgerond.