Что такое гидрофобное покрытие?
Гидрофобные покрытия плотно вошли в нашу жизнь – ими обрабатываются стекла и кузов автомобиля, плитка в ванной, раковины, экраны телефонов, поверхности индукционных плит, ткани и обувь и др.
Не менее полезны свойства гидрофобных покрытий в промышленности. Они помогают защитить воздушные суда, крышные конструкции, лопасти ветрогенераторов, провода и оборудование, работающее в условиях Крайнего Севера, от примерзания влаги, которому сопутствует увеличение веса конструкций и риск их обламывания, потеря подвижности механизмов.
Гидрофобные покрытия, предотвращая скапливание на поверхностях оборудования влаги и солей, обеспечивают металлическим деталям эффективную защиту от коррозии.
Также за счет разработки и внедрения гидрофобных покрытий удается отказаться от применения биоцидных компонентов в красках для обработки подводного оборудования. Эти химически опасные вещества предназначены для защиты металла от биообрастания в соленой воде, они действуют путем токсического воздействия на микроорганизмы.
Гидрофобность – это свойство поверхности отталкивать влагу, не смачиваться водой. Эта характеристика обусловлена низкой поверхностной энергией материала, за счет чего капли воды принимают форму, близкую к шару, краевой угол смачивания превышает 90°.
Краевой угол смачивания является одним из основных показателей гидрофобности. Подробная иллюстрация его изменения представлена на рисунке.
При наличии эффекта несмачиваемости площадь контакта воды и поверхности сводится к минимуму, твердое тело и жидкость разделяются воздушными карманами.
Для достижения гидрофобности необходимо обеспечение оптимальной шероховатости поверхности – наличие микровыступов. На гладкой поверхности капли воды склонны к растеканию, так как формирование шарообразной формы затрудняется. Слишком высокая шероховатость может стать причиной повышения адгезии воды, капли могут застревать в углублениях, создавая условия для конденсации.
Сегодня ученые создают супергидрофобные покрытия. Их угол смачивания превышает 150°, а угол скатывания (минимальный наклон поверхности, при котором начинается скатывание капли) составляет менее 10°.
Разработка гидрофобных покрытий началась вследствие наблюдения за свойствами представителей живой природы. Листья лотоса, нарцисса, лепестки розы, крылья бабочек являются супергидрофобными поверхностями, эффективно отталкивающими воду.
Это помогает поверхностям самоочищаться, защищаться от скопления микроорганизмов, не намокать.
Разработка гидрофобных покрытий
Для создания гидрофобных покрытий необходимы высокоточные приборы для измерения краевого угла смачивания (представлен на видео), определения поверхностной энергии, угла скатывания, профилометры для измерения шероховатости поверхности, микроскопы.
Разработку гидрофобных и супергидрофобных покрытий осуществляет компания «Моденжи».
В состав покрытий входят наночастицы, обеспечивающие материалу развитый микрорельеф, различного рода полимеры, которые уменьшают адгезию молекул воды и обладают низкой поверхностной энергией.
Гидрофобные и супергидрофобные покрытия дополнительно обладают рядом свойств, которые существенно расширяют области их применения.
Антикоррозионные свойства, устойчивость к биобрастанию, обледенению, водонепроницаемость напрямую связаны с гидрофобностью.
Однако на этапе разработки покрытий можно достигнуть других характеристик – например, антифрикционных свойств. Разработка полифункциональных гидрофобных покрытий является одним из важных направлений совершенствования материалов.
