I tessuti che resistono all'acqua sono essenziali per tutto, dall'abbigliamento antipioggia alle tende militari, ma è stato dimostrato che i rivestimenti idrorepellenti convenzionali persistono nell'ambiente e si accumulano nei nostri corpi, e quindi è probabile che vengano gradualmente eliminati per motivi di sicurezza. Ciò lascia un grande vuoto da colmare se i ricercatori possono trovare sostituti sicuri.

Ora, un team del MIT ha trovato una soluzione promettente:un rivestimento che non solo aggiunge idrorepellenza a tessuti naturali come cotone e seta, ma è anche più efficace dei rivestimenti esistenti. Le nuove scoperte sono descritte nella rivista Materiali funzionali avanzati , in un articolo dei professori del MIT Kripa Varanasi e Karen Gleason, l'ex postdoc del MIT Dan Soto, e altri due.

"La sfida è stata lanciata dai regolatori ambientali" a causa dell'eliminazione graduale dei prodotti chimici impermeabilizzanti esistenti, spiega Varanasi. Ma si scopre che l'alternativa della sua squadra in realtà supera i materiali convenzionali.

"La maggior parte dei tessuti che dicono 'idrorepellente' sono in realtà resistenti all'acqua, "dice Varanasi, che è professore associato di ingegneria meccanica. "Se stai fuori sotto la pioggia, alla fine l'acqua passerà." Alla fine, "l'obiettivo è essere repellenti, far rimbalzare le gocce". Il nuovo rivestimento si avvicina a questo obiettivo, lui dice.

A causa del modo in cui si accumulano nell'ambiente e nei tessuti corporei, l'EPA sta rivedendo le normative sui polimeri a catena lunga che sono stati lo standard del settore per decenni. "Sono ovunque, e non si degradano facilmente, "Dice Varanasi.

I rivestimenti attualmente utilizzati per realizzare tessuti idrorepellenti sono generalmente costituiti da lunghi polimeri con catene laterali perfluorurate. Il guaio è, i polimeri a catena più corta che sono stati studiati non hanno tanto effetto idrorepellente (o idrofobico) quanto le versioni a catena più lunga. Un altro problema con i rivestimenti esistenti è che sono a base liquida, quindi il tessuto va immerso nel liquido e poi asciugato. Questo tende a ostruire tutti i pori del tessuto, Varanasi dice, quindi i tessuti non possono più respirare come farebbero altrimenti. Ciò richiede una seconda fase di produzione in cui l'aria viene soffiata attraverso il tessuto per riaprire quei pori, aggiungendo al costo di produzione e annullando parte della protezione dell'acqua.

La ricerca ha dimostrato che i polimeri con meno di otto gruppi di carbonio perfluorurato non persistono e si bioaccumulano quasi quanto quelli con otto o più, quelli più utilizzati. Cosa ha fatto questo team del MIT, Varanasi spiega, è combinare due cose:un polimero a catena più corta che, da solo, conferisce alcune proprietà idrofobiche ed è stato migliorato con alcune lavorazioni chimiche extra; e un diverso processo di rivestimento, chiamato deposizione chimica da vapore iniziata (iCVD), che è stato sviluppato negli ultimi anni dalla coautrice Karen Gleason e dai suoi collaboratori. Gleason è Alexander and I. Michael Kasser Professor of Chemical Engineering e Associate Prevost al MIT. Credito per aver inventato il miglior polimero a catena corta e aver reso possibile depositare il polimero con iCVD, Varanasi dice, va principalmente a Soto, chi è l'autore principale del giornale.

Utilizzando il processo di rivestimento iCVD, che non coinvolge liquidi e può essere fatto a bassa temperatura, produce un sottilissimo, rivestimento uniforme che segue i contorni delle fibre e non porta ad alcun intasamento dei pori, eliminando così la necessità per la seconda fase di lavorazione di riaprire i pori. Quindi, un passo in più, una sorta di sabbiatura della superficie, può essere aggiunto come processo opzionale per aumentare ulteriormente l'idrorepellenza. "La sfida più grande è stata trovare il punto debole in cui le prestazioni, durata, e la compatibilità iCVD potrebbero lavorare insieme e fornire le migliori prestazioni, "dice Soto.

Il processo funziona su molti tipi diversi di tessuti, Varanasi dice, compreso il cotone, nylon, e biancheria, e anche su materiali non tessuti come carta, aprendo una serie di potenziali applicazioni. Il sistema è stato testato su diversi tipi di tessuto, così come su diversi modelli di trama di quei tessuti. "Molti tessuti possono beneficiare di questa tecnologia, " dice. "C'è molto potenziale qui."

I tessuti spalmati sono stati sottoposti a una raffica di test in laboratorio, compreso un test di pioggia standard utilizzato dall'industria. I materiali sono stati bombardati non solo con acqua ma con vari altri liquidi tra cui caffè, ketchup, idrossido di sodio, e vari acidi e basi, e li ho respinti tutti bene.

I materiali rivestiti sono stati sottoposti a ripetuti lavaggi senza degradazione dei rivestimenti, e hanno anche superato severi test di abrasione, senza danni ai rivestimenti dopo 10, 000 ripetizioni. Infine, sotto forte abrasione, "la fibra sarà danneggiata, ma il rivestimento no, " lui dice.

Il gruppo, che include anche l'ex postdoc Asli Ugur e Taylor Farnham '14, SM '16, prevede di continuare a lavorare sull'ottimizzazione della formula chimica per la migliore idrorepellenza possibile, e spera di concedere in licenza la tecnologia in attesa di brevetto alle aziende di tessuti e abbigliamento esistenti. Il lavoro è stato supportato dal Deshpande Center for Technological Innovation del MIT.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.