Учёные разработали "умную" ткань, которая самостоятельно себя очищает. Технология облегчит жизнь всем: от домохозяек до космонавтов.
Первые упоминания о тканях, которые умеют себя очищать и дезинфицировать, появились в 2010 году. Тогда китайские учёные пропитали ткань минеральным составом на основе двуокиси титана — вещества, которое можно встретить в составе зубной пасты, пищевых красителей и солнцезащитных кремов. Есть случаи, когда ткань нельзя или невозможно часто подвергать обработке. Например, форму космонавтов на орбите или спецодежду для врачей и спасателей.
Как появилась ткань, способная очищать себя? Всё дело в том, что под действием света диоксид титана вырабатывает оксиданты, разрушающие пыль, грязь и бактерии. Недаром это вещество успешно используется в разработках самоочищающихся оконных стёкол и кафельной плитки. Есть лишь одна проблема: долгое время покрытия на основе диоксида титана работали только в условиях очень интенсивного ультрафиолетового облучения, в идеале — особого спектра. Перед учёными стояла непростая задача: заставить покрытие из диоксида титана эффективно работать и при обычном солнечном свете. Кроме того, покрытие толщиной 10 нанометров было бы слишком "толстым" для ткани. Требовалось создать оболочку вдвое тоньше, чтобы она не влияла на сами свойства ткани и не сворачивалась комками.
В 2012 году шанхайские учёные создали смесь нанокристаллов диоксида титана с азотом на спиртовой основе и добавили в неё нейтрализатор кислотности триэтиламин. Этот "коктейль" взбалтывали в течение 12 часов при комнатной температуре и нагревали ещё 6 часов до 100°С. Затем в состав погрузили хлопковую ткань, отжали, нагрели и обработали йодидом серебра, который усилил способность покрытия реагировать на свет. Чтобы протестировать разработку, инженеры нанесли на ткань пятно оранжевого красителя и поместили на солнце. Результат был обнадёживающим — 78% загрязнений удалились. При этом само покрытие признали совершенно безвредным как для ткани, так и для кожи человека.
Чистота и прагматизм
Отечественные светила науки наперебой работают над технологией самоочищающейся ткани: нужно импортозамещаться. Вот и учёные Санкт–Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна представили свою разработку, предварительно объявив, что тканей со свойствами самоочищения поверхности и структурной окраской сегодня в России нет.
А учитывая нестабильную эпидемиологическую ситуацию, особенно важно поддерживать чистоту. Известно, что возбудители заболеваний способны сохраняться на ткани до 3 месяцев.А под действием солнечного света диоксид титана на одежде разрушает не только грязь, но и патогенные микроорганизмы. Это делает самоочищающиеся ткани удобными для использования в больницах и других медицинских учреждениях.
Абсолютно любой текстильный материал становится тканью нового поколения при нанесении на него специального покрытия из интерференционных пигментов — наночастиц на основе оксидов титана, железа, олова, никеля, алюминия, хрома и других металлов. Учёные подсчитали, что себестоимость такой обработки обойдётся промышленникам примерно в 80 рублей за квадратный метр. Для внедрения процесса покрытия в производство достаточно будет оборудования, имеющегося на каждом текстильном предприятии.
Покрытие может наноситься на ткани любого состава, уничтожая как загрязнения, так и бактерии и микроорганизмы, что значительно расширяет сферу применения таких материалов. В природных условиях одежда будет самоочищаться при попадании под дождь или солнце. При этом ткань приобретает уникальный колористический эффект, позволяющий переливаться и менять оттенок в зависимости от того, как на неё падает свет.
"Эффект самоочищения поверхности обработанной ткани достигается за 20 минут экспонирования УФ–лучами в случае модельного загрязнителя (раствора органического красителя)", — комментирует результаты испытаний один из авторов разработки, доцент кафедры химических технологий СПбГУПТД Наталья Дащенко. В то же время для натуральных органических загрязнителей, таких как вишнёвый сок, чай, кофе, потребуется 50 минут воздействия УФ–лучами. Неорганические загрязнения (сажа, земля) удаляются с такой поверхности путём захвата стекающими каплями воды.
Исследователи считают, что разработка будет востребована в производстве спортивного инвентаря и одежды, интерьерных текстильных изделий, эластичных фиксирующих повязок, наколенников и налокотников, одежды, защищающей человека от поражения электрическим током или экстремально высоких температур, так как такую одежду не подвергают частой стирке.
В Университете промышленных технологий и дизайна есть планы по выходу с данной разработкой на внешние рынки: на данном этапе ведутся переговоры с компанией–автопроизводителем из Турции.
Чьи частицы лучше
Петербуржцы не одиноки в своих исканиях. Сибирские ученые из НГУ совместно с Институтом катализа СО РАН тоже разработали технологию производства тканей, которые очищаются под воздействием искусственного ультрафиолетового или солнечного света. Более того, разработанную сибирскими учёными технологию производства самоочищающихся тканей обещают внедрить в производство уже в этом году. И здесь тоже не обошлось без диоксида титана — материалы пропитаны его наночастицами. Под воздействием искусственного ультрафиолетового или солнечного света ткани (хлопковые или на основе полиэфира) самостоятельно очищаются от бактерий и вирусных частиц. В перспективе их планируют применять в производстве средств индивидуальной защиты: масок, защитных костюмов, медицинской одежды.
"Умная" ткань может быть полезной и в космосе. Резидент "Сколково" компания COPPLIFE ранее предложила Роскосмосу создать самоочищающуюся спортивную одежду для работы и тренировок космонавтов на орбите. В ткань будут внедрены наночастицы меди, которая обладает антимикробными и антибактериальными свойствами. Благодаря этому использовать комплект одежды можно на протяжении 4 месяцев.
