I ricercatori della Ohio State University hanno inventato un rivestimento per la pelle sintetica che respinge sia l'acqua che l'olio. In queste immagini, ricercatori mettono una goccia di olio su un pezzo di pelle sintetica non trattata (parte superiore, da sinistra a destra) e un pezzo di pelle sintetica trattata (fondo, da sinistra a destra). Dopo il trattamento, l'olio scivola via. Credito:Ohio State University.
Se hai mai macchiato la tua giacca in similpelle preferita o hai dovuto sbucciare le gambe nude da un seggiolino auto in vinile appiccicoso in estate, la soluzione ai tuoi guai potrebbe essere trovata sulla superficie di una foglia di loto.
I ricercatori della Ohio State University hanno precedentemente utilizzato una trama nano-ingegnerizzata basata sulle foglie sfocate per ideare un vetro autopulente e una rete che separa l'olio dall'acqua.
Ora, nel diario Colloidi e Superfici A , riferiscono di aver trovato un modo per adattare lo stesso rivestimento ispirato alla natura alla pelle sintetica a base di plastica. Sia l'acqua che l'olio rotolano via dal rivestimento, che impedisce alla superficie simile alla pelle di diventare appiccicosa fino a temperature di 70 gradi Celsius (158 gradi Fahrenheit).
Il rivestimento potrebbe rendere più pulito, mobili meno appiccicosi, interni automobilistici, capi di abbigliamento, scarpe e borse—qualsiasi prodotto per il quale le persone usano pelle sintetica, disse Bharat Bhushan, Eminent Scholar dell'Ohio e Howard D. Winbigler Professore di ingegneria meccanica presso l'Ohio State.
"La vera pelle è stata un materiale importante fin dall'inizio della storia umana, "Bhushan ha detto. "Oggi, il mercato della pelle sintetica è in crescita perché è meno costosa e più facile da lavorare. Per quello che ci risulta, questa è la prima volta che qualcuno è riuscito a fabbricare una pelle sintetica che non sia solo resistente all'acqua, ma super-liquifobico:respinge sia l'acqua che i liquidi a base di olio."
La pelle sintetica è realizzata in tessuto rivestito di plastica, solitamente poliuretano (PU) o cloruro di polivinile (PVC). Sia il PVC che il PU possono essere modellati in fogli piatti con scanalature che gli conferiscono una consistenza simile alla pelle. Come vera pelle, la pelle sintetica è alquanto permeabile ai liquidi. A differenza della vera pelle, diventa appiccicoso alle alte temperature perché il calore ammorbidisce la superficie di plastica.
Bhushan è specializzato in biomimetica, la scienza della creazione di materiali e processi che imitano la natura. Gran parte del suo lavoro è stato ispirato dalle foglie di loto, le cui superfici irregolari respingono naturalmente l'acqua.
Come nei loro precedenti esperimenti, creando superfici idrorepellenti e oleorepellenti, i ricercatori hanno cercato di creare una trama irregolare spruzzando un rivestimento di nanoparticelle di silice sulla superficie della pelle sintetica.
I ricercatori della Ohio State University hanno inventato un rivestimento per la pelle sintetica che respinge sia l'acqua che l'olio. In queste immagini, ricercatori mettono una goccia d'acqua su un pezzo di pelle sintetica non trattata (parte superiore, da sinistra a destra) e un pezzo di pelle sintetica trattata (fondo, da sinistra a destra). Dopo il trattamento, l'acqua scorre via. Credito:Ohio State University.
Ma Bhushan e il dottorando Dev Gurera scoprirono presto che i plastificanti nella pelle sintetica, cioè, le sostanze chimiche che conferiscono alla plastica la sua plasticità, impedendo alle nanoparticelle di attaccarsi, soprattutto all'interno delle scanalature similpelle. Quindi hanno pulito la superficie con un trattamento a luce ultravioletta comunemente usato nella produzione di chip per computer.
Il risultato:le nanoparticelle si sono attaccate alla pelle sintetica pulita, creando una superficie irregolare. Quindi i ricercatori hanno sigillato le nanoparticelle con una resina di silicone. Il rivestimento era per lo più trasparente, quindi la trama simile alla pelle era ancora visibile.
Bhushan e Gurera hanno rivestito campioni di PU e PVC e li hanno testati per la repellenza all'acqua e all'olio e le proprietà autopulenti, così come la durata e la resistenza al calore.
Hanno spremuto gocce di olio e acqua sulla pelle sintetica e hanno testato quanto la superficie avrebbe dovuto essere inclinata per far rotolare via la goccia. L'acqua rotolava con un'inclinazione di 2 gradi e l'olio con un'inclinazione di 4 gradi. Qualsiasi inclinazione inferiore a 10 gradi è considerata super-liquifobica.
Per vedere come l'usura ha influito sul rivestimento, i ricercatori hanno graffiato un solco nella superficie trascinando una piccola perla di zaffiro avanti e indietro su di essa 100 volte. The tilt angle required to get droplets to roll off the scratched surface increased to 7 degrees—still super-liquiphobic—but only when the droplet rolled across (that is, perpendicular to the direction of) the worn-in groove.
When the leather was placed so that the droplet would have to roll inside the worn groove, the required angle for the droplet to roll off increased to 44 degrees. That sounds pretty bad, but it's still better than the untreated PU and PVC surfaces, which remained coated with water or oil even when they were tilted to 90 degrees.
To test self-cleaning, the researchers sprayed black silicon carbide powder on the leather and measured how much of the powder could be washed away by a single water droplet. On untreated synthetic leather, the water washed away about 10 percent of the powder, while on the treated leather, 90 percent of it was washed away.
And the stickiness? The hottest temperature reported inside a closed car sitting in the sunlight is around 80 degrees Celsius (176 degrees Fahrenheit). At that temperature, i ricercatori hanno detto, the coating can't maintain its integrity, because the PU or PVC beneath it begins to flow like an extremely viscous fluid. The coating did remain un-sticky up to 70 degrees Celsius (158 degrees Fahrenheit), so it could keep your legs from sticking to a car seat on most hot days.
It won't prevent a very hot seat from burning you, however—so watch out. At least your favorite "leather" jacket will look and feel the same.
