Fluorfreie Anti-Tropfen-Oberflächenmodifikation
Wissenschaftler beschreiben eine Anti-Tropfen-Oberflächenmodifikation durch Hexadecyltrimethoxysilan-modifizierte Silica-Nanopartikel-beschichtete Kohlenstoff-Nanofasern für selbstreinigende Anwendungen.
Im täglichen Leben werden viele Oberflächen aufgrund von Staub-/Schmutzansammlungen infolge von Luftverschmutzung kontaminiert. Eine selbstreinigende Oberflächenmodifikation ist eine der besten Möglichkeiten, diesem Problem zu begegnen. Daher genießen ultra-hydrophobe Beschichtungen aufgrund ihrer potenziellen Anwendungen mit Wasserbeständigkeit und Selbstreinigungsfähigkeit erhebliche Aufmerksamkeit. In der neuen Studie wurde ein einfaches, fluorfreies sowie umweltfreundliches Verfahren zur Herstellung von dauerhaften selbstreinigenden Beschichtungen eingesetzt.
Dieses Beschichtungsmaterial besteht aus fluorfreien, mit SiO2-Nanopartikeln (NPs) beschichteten Kohlenstoff-Nanofasern (CNF/SiO2-HDTMS) und einer kommerziellen Klebeemulsion auf Gelatinebasis. Aufgrund des Vorhandenseins der funktionellen Hydroxyl (-OH)-Gruppen der CNFs konnten sich die SiO2-NPs auf der CNF-Oberfläche anreichern, wodurch hierarchische Mikrostrukturen entstanden, die Lufttaschen für eine verbesserte Hydrophobie erzeugen.
Exzellentes Anti-Tropfen-Verhalten
In dieser Studie wurde die entwickelte Beschichtung auf eine Polyethylenfolie, eine Glasfasermembran und Glas mittels Tauchbeschichtung aufgebracht. Diese Oberflächen wurden aufgrund von Überbeanspruchung im täglichen Leben sowie in industriellen Anwendungen wie Kunststoffzelten, Regenschirmen, Windschutzscheiben von Fahrzeugen, Fenster- und Türscheiben, Hochhäusern, Membranen, Geweben oder Papieren gezielt eingesetzt.
Interessanterweise wurde der superhydrophile Mikrofaserfilter nach Einführung der klebstoffbasierten CNF/SiO2-HDTMS-Beschichtung hochgradig hydrophob, mit einem Wasserkontaktwinkel von 125°. Ein ähnlicher Effekt ist bei dem modifizierten Glas zu beobachten, bei dem ein durchschnittlicher Kontaktwinkel von etwa 141° ermittelt wurde. Der mit CNF/SiO2-HDTMS beschichtete Polyesterbeutel zeigte ein exzellentes Anti-Tropfen-Verhalten mit Wasserkontakt- und Abrollwinkeln von 136° bzw. 12°. Die selbstreinigenden Beschichtungen behielten ihr Anti-Tropfen-Verhalten auch nach Tests wie Sandschlagabrieb und Fingerberührung bei.
Die Studie wurde in Progress in Organic Coatings, Volume 154, April 2021 veröffentlicht.