Forskare vid Ohio State University har uppfunnit en beläggning för syntetiskt läder som stöter bort både vatten och olja. På dessa bilder, forskare lägger en droppe olja på en obehandlad bit syntetläder (topp, vänster till höger) och en bit behandlat syntetläder (botten, vänster till höger). Efter behandling, oljan rullar av. Kredit:Ohio State University.
Om du någonsin har färgat din favoritjacka i skinn-look eller varit tvungen att dra av dina bara ben från en klibbig bilbarnstol i vinyl på sommaren, lösningen på dina problem kan bara hittas på ytan av ett lotusblad.
Forskare vid Ohio State University har tidigare använt en nanoteknikerad textur baserad på de luddiga bladen för att utforma självrengörande glas och ett nät som separerar olja från vatten.
Nu, i journalen Kolloider och ytor A , de rapporterar att de hittat ett sätt att anpassa samma naturinspirerade beläggning till plastbaserat syntetiskt läder. Både vatten och olja rullar av beläggningen, vilket håller den läderliknande ytan från att bli klibbig upp till temperaturer på 70 grader Celsius (158 grader Fahrenheit).
Beläggningen kan göra det renare, mindre klibbiga möbler, bilinteriörer, Kläder, skor och handväskor – alla produkter för vilka människor använder syntetiskt läder, sa Bharat Bhushan, Ohio Eminent Scholar och Howard D. Winbigler Professor i maskinteknik vid Ohio State.
"Äkta läder har varit ett viktigt material sedan människans historia började, " sa Bhushan. "I dag, marknaden för syntetiskt läder växer eftersom det är billigare och lättare att arbeta med. Så vitt vi vet, det här är första gången någon har lyckats tillverka syntetiskt läder som inte bara är vattentåligt, men superlikofobisk – den stöter bort både vatten och oljebaserade vätskor."
Syntetiskt läder är tillverkat av tyg belagt med plast, vanligtvis polyuretan (PU) eller polyvinylklorid (PVC). Både PVC och PU kan formas till platta plåtar med spår som ger den en läderliknande struktur. Som äkta läder, syntetiskt läder är något genomsläppligt för vätskor. Till skillnad från äkta läder, det blir klibbigt vid höga temperaturer eftersom värme mjukar upp plastytan.
Bhushan är specialiserad på biomimetik, vetenskapen om att skapa material och processer som efterliknar naturen. Mycket av hans arbete har inspirerats av lotusblad, vars gropiga ytor naturligt stöter bort vatten.
Som i deras tidigare experiment som skapar vatten- och oljeavvisande ytor, forskarna försökte skapa en ojämn textur genom att spraya en beläggning av kiseldioxidnano-partiklar på ytan av det syntetiska lädret.
Forskare vid Ohio State University har uppfunnit en beläggning för syntetiskt läder som stöter bort både vatten och olja. På dessa bilder, forskare lägger en droppe vatten på en obehandlad bit syntetläder (topp, vänster till höger) och en bit behandlat syntetiskt läder (nederst, vänster till höger). Efter behandling, vattnet rullar av. Kredit:Ohio State University.
Men Bhushan och doktoranden Dev Gurera upptäckte snabbt att mjukgörare i det syntetiska lädret, dvs. kemikalierna som ger plasten dess plasticitet-hindrade nanopartiklarna från att fastna, speciellt inuti spåren i läderlook. Så de rengjorde ytan med en ultraviolett ljusbehandling som vanligtvis används vid tillverkning av datorchips.
Resultatet:Nanopartiklarna fastnade på det rengjorda syntetiska lädret, skapa en ojämn yta. Sedan förseglade forskarna nanopartiklarna med ett silikonharts. Beläggningen var mestadels genomskinlig, så den läderliknande strukturen var fortfarande synlig.
Bhushan och Gurera belade prover av PU och PVC och testade dem för vatten- och oljeavstötande och självrengörande egenskaper, samt hållbarhet och värmebeständighet.
De klämde droppar av olja och vatten på det syntetiska lädret och testade hur mycket ytan skulle behöva lutas för att droppen skulle rulla av. Vatten rullade av med en lutning på 2 grader och olja med en lutning på 4 grader. Any tilt below 10 degrees is considered super-liquiphobic.
To see how wear affected the coating, the researchers scratched a groove into the surface by dragging a small sapphire bead back and forth over it 100 times. 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, forskarna sa, 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.