Superhydrofoba ytor.pdf
Lotusbladen inspirerar – självrenande, superhydrofoba ytor med ny teknik CHARLOTTA TURNER & IRENE RODRIGUEZ-MEIZOSO KEMISKA INSTITUTIONEN (KILU) CENTRUM FÖR ANALYS OCH SYNTES (CAS) charlotta.turner@chem.lu.se, www.kilu.lu.se/cas Charlotta.Turner@chem.lu.se, Lund University, Department of Chemistry, Centre for Analysis and Synthesis Superhydrofoba ytor – Lotuseffekten Vattenavstötande Självrenande Lotusblommans blad (Nelumbo nucifera) Koch et al, Soft Matter, 4(2008)1943 Tillämpningar Vattenavstötande Självrenande Ingen algpåväxt Förhindra rost Minskad friktion Ingen isbildning Framställning av superhydrofoba ytor » Spreja nano- och mikropartiklar suspenderade i organiskt lösningsmedel » Spreja polymer, t.ex. polyuretan, blandat med nano/ mikropartiklar, i organiskt lösningsmedel » Kemisk etsning med starka syror och lösningsmedel Miljöeffekter av organiska lösningsmedel G Fotokemisk smog, marknära ozon, radikaler G Förorening av vatten och sediment. G Skador på centrala nervsystemet, reproduktionssystemet, lever och njurar, andningsvägar, samt ökad risk för eksem och cancer G Energiåtgång vid tillverkning, transport, användning och destruktion/destillation Charlotta.Turner@chem.lu.se, Lund University, Department of Chemistry, Centre for Analysis and Synthesis Exempel: Bilvårdsprodukter innehåller stora mängder lösningsmedel » Organiska lösningsmedel och polersand ger cancer och neurologiska sjukdomar! Bilvårdsanläggning i Värnamo: Vad krävs för att ett lösningsmedel ska vara “grönt”? » Låg giftighet för människor och miljön » Bryts ned utan att skada miljön » Är naturligt förekommande » Tillverkas från förnybara resurser » Är en restprodukt från annan industri » Har lågt ångtryck » Traditionellt indunstningssteg kan undvikas Superkritisk koldioxid – ett miljövänligt alternativ till organiska lösningsmedel CO2 – fasdiagram Vätska+Gas è Superkritiskt Superkritisk koldioxid – egenskaper » Koldioxid över 31°C och 74 bar är superkritiskt » “Liknande” lösningsmedel som hexan eller heptan » Hög densitet, hög diffusivitet, låg viskositet och noll ytspänning » Kan användas “hur många gånger som helst” i en process I Harry Potters sista bok (Dödsrelikerna) samlar Harry från döende Snapes öron något som är varken en vätska eller en gas – kanske Superkritisk vätska?? Superkritisk koldioxid teknik Lösningsmedel: CO2 Temperatur: 31-80 °C Tryck: 74-400 bar Lösningsmedel: CO2 Temperatur: rumstemperatur Tryck: 65 bar Forskningslab med trycksatt koldioxid som enda lösningsmedel Superhydrofoba ytor med superkritisk teknik Recycling of CO2! CO2 pump Heat exchanger T, P control! Nozzle Heating jacket CO2 Hydrophobic compound Hydrofobt ämne: kristalliserande vax, t.ex. stearin, bivax, alkylketendimer (AKD) AKD: R = C16 to C20 Cornflakes-liknande struktur Cellulosayta behandlad med AKD upplöst i CO2 vid 70°C och 250 bar Aggregat av vaxkristaller ger goda ytegenskaper Vatten kontaktvinklar: 150-170° 50 µm Cellulosayta behandlad med AKD upplöst i CO2 vid 60°C och 300 bar Quan et al., J. Supercrit. Fluids., 2009, 49, 117. Yta vid olika förstoringar 5 000 x 65 000 x Cellulosayta behandlad med AKD upplöst i CO2 vid 60°C och 300 bar Naturlig växtsubstans iblandad med AKD ger mindre partiklar på ytan A" Större kristaller, 10-20 µm B" Mindre kristaller, 1-2 µm Processförhållande: 70°C och 250 bar Kompositytor: Förbättrad kontaktvinkel hysteres (Ɵa=157° och Ɵr=150°) C" AKD utan tillsatt växtsubstans Sammanfattning 1. Superkritisk koldioxid är ett hållbart “grönt” lösningsmedel som kan ersätta organiska miljöbelastande lösningsmedel 2. Vattenavstötande ytor som liknar lotusblommans blad kan tillverkas genom att lösa upp ett vax i superkritisk CO2 och spreja blandningen mot en yta 3. Vax blandat med naturlig växtsubstans ger ytor med förbättrade vätningsegenskaper 4. I framtiden kan vi se minskad energi- och bränsleanvändning med hjälp av dessa superhydrofoba ytor
© Copyright 2024