Een zelfgenezend, waterafstotend, spray-on coating ontwikkeld aan de Universiteit van Michigan is honderden keren duurzamer dan zijn tegenhangers.

Het kan het waterdicht maken van voertuigen mogelijk maken, kleding, daken en talloze andere oppervlakken waarvoor de huidige waterdichtingsbehandelingen te kwetsbaar zijn. Het kan ook de weerstand van scheepsrompen verlagen, een stap die het brandstofverbruik zou verminderen van de enorme schepen die 90 procent van de wereldvracht vervoeren.

De ontwikkelaars zeggen dat het nieuwe brouwsel een doorbraak is op een gebied waar tientallen jaren van onderzoek er niet in zijn geslaagd een duurzame coating te produceren. Hoewel er momenteel waterafstotende afwerkingen beschikbaar zijn, ze zijn meestal niet sterk genoeg voor toepassingen zoals kleding of scheepsrompen. Deze ontdekking brengt daar verandering in.

"De afgelopen 20 of 30 jaar zijn er duizenden superhydrofobe oppervlakken bekeken, maar niemand heeft kunnen bedenken hoe je er systematisch een kunt ontwerpen die duurzaam is, " zei Anish Tuteja, U-M universitair hoofddocent materiaalkunde en techniek. "Ik denk dat dat is wat we hier echt hebben bereikt, en het zal de deur openen voor andere onderzoekers om goedkopere, misschien zelfs betere superhydrofobe coatings."

De coating is gemaakt van een mix van een materiaal dat "gefluoreerd polyurethaanelastomeer" wordt genoemd en een gespecialiseerd waterafstotend molecuul dat bekend staat als "F-POSS". Het kan gemakkelijk op vrijwel elk oppervlak worden gespoten en heeft een licht rubberachtige textuur waardoor het veerkrachtiger is dan zijn voorgangers.

Als het beschadigd is, de coating kan zichzelf honderden keren genezen. Het kan terugveren "zelfs nadat het is geschuurd, gekrast, verbrand, plasma gereinigd, afgeplat, gesoniceerd en chemisch aangevallen, " schreven de onderzoekers in een paper dat onlangs is gepubliceerd in ACS Toegepaste Materialen &Interface s.

Naast lichamelijk herstel, de coating kan zichzelf chemisch genezen. Als waterafstotende F-POSS-moleculen van het oppervlak worden geschraapt, nieuwe moleculen zullen daar natuurlijk migreren om ze te vervangen. Zo kan de coating zichzelf honderden keren vernieuwen. Het genezende vermogen wordt alleen beperkt door de dikte.

De ontdekking wordt gecommercialiseerd door HygraTek, een bedrijf opgericht door Tuteja met hulp van U-M Tech Transfer.

Afgezien van de coatings die in het papier worden beschreven, het project produceerde wat neerkomt op een recept dat onderzoekers kunnen gebruiken om toekomstige coatings te optimaliseren voor de kosten van een specifieke toepassing, duurzaamheid en andere factoren.

Zoals hoofdauteur en U-M-promovendus Kevin Golovin uitlegt:het team gebruikte een proces dat radicaal anders was dan eerder onderzoek in het veld.

"De meeste materiaalwetenschappelijke onderzoekers hebben zich gericht op het identificeren van één specifiek chemisch systeem dat zo duurzaam en waterafstotend mogelijk is, " zei hij. "We benaderden het probleem anders, door de chemische basiseigenschappen te meten en in kaart te brengen die een waterafstotende coating duurzaam maken. En sommige resultaten verrasten ons."

Bijvoorbeeld, de meeste hydrofobe coatings zijn gemaakt van twee hoofdingrediënten:een actief molecuul dat zorgt voor de waterafstotendheid en een bindmiddel. Over het algemeen, onderzoekers gingen ervan uit dat het gebruik van duurzamere ingrediënten een duurzamere coating zou opleveren. Maar het team van Tuteja ontdekte dat dat niet per se het geval is.

Ze ontdekten dat zelfs belangrijker dan duurzaamheid een eigenschap is die "gedeeltelijke mengbaarheid, " of het vermogen van twee stoffen om gedeeltelijk met elkaar te vermengen. De andere belangrijke variabele die het team ontdekte, is de stabiliteit van het waterafstotende oppervlak.

De meeste waterafstotende coatings werken omdat hun oppervlak een zeer specifieke geometrie heeft, vaak microscopisch kleine pilaren. Waterdruppels strijken neer op de toppen van deze pilaren, eronder luchtbellen creëren die het water een vaste plek om te rusten ontzeggen en ervoor zorgen dat het gemakkelijk wegrolt. Maar dergelijke oppervlakken zijn meestal kwetsbaar - lichte slijtage of zelfs de druk van het water zelf kan ze beschadigen.

Uit het onderzoek van het team bleek dat een enigszins buigzaam oppervlak aan deze valkuil kan ontsnappen, ook al lijkt het minder duurzaam, zijn buigzame eigenschappen maken het mogelijk om terug te stuiteren van schade.

Tuteja schat dat de coatings voor eind 2017 beschikbaar zullen zijn voor gebruik voor onder meer waterafstotende stoffen en spray-on coatings die direct door de consument kunnen worden gekocht.