Tyger som står emot vatten är viktiga för allt från regnkläder till militärtält, men konventionella vattenavvisande beläggningar har visat sig kvarstå i miljön och ackumuleras i våra kroppar, och kommer sannolikt att fasas ut av säkerhetsskäl. Det lämnar ett stort tomrum att fylla om forskare kan hitta säkra substitut.

Nu, ett team på MIT har kommit fram till en lovande lösning:en beläggning som inte bara ger vattenavvisande egenskaper till naturliga tyger som bomull och siden, men är också effektivare än de befintliga beläggningarna. De nya fynden beskrivs i tidskriften Avancerade funktionella material , i en artikel av MIT-professorerna Kripa Varanasi och Karen Gleason, tidigare MIT postdoc Dan Soto, och två andra.

"Utmaningen har drivits av miljötillsynsmyndigheterna" på grund av utfasningen av de befintliga vattentäta kemikalierna, Varanasi förklarar. Men det visar sig att hans teams alternativ faktiskt överträffar de konventionella materialen.

"De flesta tyger som säger "vattenavvisande" är faktiskt vattentäta, säger Varanasi, som är docent i maskinteknik. "Om du står ute i regnet, så småningom kommer vatten att komma igenom." "Målet är att vara avvisande - att få dropparna att bara studsa tillbaka." Den nya beläggningen kommer närmare det målet, han säger.

På grund av hur de ackumuleras i miljön och i kroppsvävnad, EPA håller på att se över bestämmelserna om långkedjiga polymerer som har varit industristandard i årtionden. "De är överallt, och de försämras inte lätt, " säger Varanasi.

De beläggningar som för närvarande används för att göra tyger vattenavvisande består i allmänhet av långa polymerer med perfluorerade sidokedjor. Problemet är, kortare kedjepolymerer som har studerats har inte lika mycket vattenavvisande (eller hydrofob) effekt som versionerna med längre kedja. Ett annat problem med befintliga beläggningar är att de är vätskebaserade, så tyget måste sänkas ner i vätskan och sedan torkas ut. Detta tenderar att täppa till alla porer i tyget, Varanasi säger, så att tygerna inte längre kan andas som de annars skulle göra. Det kräver ett andra tillverkningssteg där luft blåser genom tyget för att öppna dessa porer igen, lägga till tillverkningskostnaden och ta bort en del av vattenskyddet.

Forskning har visat att polymerer med färre än åtta perfluorerade kolgrupper inte kvarstår och bioackumuleras nästan lika mycket som de med åtta eller fler - de som används mest. Vad detta MIT-team gjorde, Varanasi förklarar, är att kombinera två saker:en kortare polymer som, av sig själv, ger vissa hydrofoba egenskaper och har förbättrats med lite extra kemisk bearbetning; och en annan beläggningsprocess, kallas initierad kemisk ångavsättning (iCVD), som utvecklats de senaste åren av medförfattaren Karen Gleason och hennes medarbetare. Gleason är Alexander och I. Michael Kasser professor i kemiteknik och biträdande provost vid MIT. Tack för att ha kommit fram till den bästa kortkedjiga polymeren och gjort det möjligt att deponera polymeren med iCVD, Varanasi säger, går främst till Soto, vem är tidningens huvudförfattare.

Genom att använda iCVD-beläggningsprocessen, som inte innehåller några vätskor och kan göras vid låg temperatur, ger en mycket tunn, enhetlig beläggning som följer fibrernas konturer och inte leder till någon tilltäppning av porerna, eliminerar således behovet av det andra bearbetningssteget för att återöppna porerna. Sedan, ytterligare ett steg, en sorts sandblästring av ytan, kan läggas till som en valfri process för att öka vattenavvisningen ännu mer. "Den största utmaningen var att hitta den söta platsen där prestation, varaktighet, och iCVD -kompatibilitet kan fungera tillsammans och leverera bästa prestanda, säger Soto.

Processen fungerar på många olika typer av tyger, Varanasi säger, inklusive bomull, nylon, och linne, och även på icke-tygmaterial som papper, öppna upp en mängd potentiella tillämpningar. Systemet har testats på olika typer av tyger, samt på olika vävmönster av dessa tyger. "Många tyger kan dra nytta av denna teknik, " säger han. "Det finns mycket potential här."

De belagda tygerna har utsatts för en mängd tester i labbet, inklusive ett vanligt regntest som används av industrin. Materialen har bombarderats inte bara med vatten utan med olika andra vätskor inklusive kaffe, ketchup, natriumhydroxid, och olika syror och baser – och har stött bort dem alla väl.

De belagda materialen har utsatts för upprepade tvättningar utan nedbrytning av beläggningarna, och har även klarat allvarliga nötningstest, utan skador på beläggningarna efter 10, 000 repetitioner. Så småningom, under kraftigt slitage, "fibern kommer att skadas, men beläggningen gör det inte, " han säger.

Laget, som även inkluderar tidigare postdoc Asli Ugur och Taylor Farnham '14, SM '16, planerar att fortsätta arbeta med att optimera den kemiska formeln för bästa möjliga vattenavstötning, och hoppas kunna licensiera den patentsökta teknologin till befintliga tyg- och klädföretag. Arbetet stöddes av MIT:s Deshpande Center for Technological Innovation.

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.