Охлаждающий текстиль и антистатический пластик: как углеродные добавки меняют привычные нам материалы
Современные технологии радикально меняют свойства базовых материалов. Пластик, полимерные изделия, асфальт и бетон, текстиль приобретают совершенно новые свойства благодаря добавке углеродных нанотрубок. Например, пластик становится антистатическим. Из него, к примеру, уже изготавливаются детские горки, от которых у ребятишек волосы не встают дыбом.
Антистатичность, жаростойкость, прочность — вот только некоторые из свойств, которые приобретают базовые материалы, когда в них вводятся углеродные добавки, например нанотрубки. Или, проще говоря, тонкие свернутые листы графена. Даже минимальной концентрации нанотрубок в материале достаточно для того, чтобы существенно изменить его свойства.
Углеродные добавки способны значительно повысить устойчивость материалов к воздействию статического электричества. Их вводят в пластики, чтобы сделать их антистатическими. Такой пластик нужен, например, в парках для оборудования детских игровых площадок. Ведь большинство сооружений там, те же детские горки, сделаны из пластика. И хорошо, когда ребенок может катиться с горки и при этом не электризоваться.
С помощью углеродных добавок можно добиться антистатического эффекта элементов конструкции автомобилей, труб для перекачки взрывоопасных жидкостей и веществ, а также в других конструкций. Но самый простой пример — полимерные канистры для топлива, которые продаются на автозаправках. На самом деле, такие канистры могут быть крайне опасны. Дело в том, что в заправочном пистолете со временем накапливается заряд статического электричества. Теперь представьте, что при заливке топлива в пластиковую канистру где-то образуется мельчайшая искорка — и воспламенение неминуемо. Поэтому на заправках используют только канистры из антистатического пластика.
Традиционно для его производства применялись поверхностно-активные вещества — ПАВы, которые способны придавать материалам антистатические свойства. Однако их недостаток в том, что они дают недолговечный антистатический эффект. Углеродные добавки в виде нанотрубок — это более надежная альтернатива для тех производителей антистатических канистр, кто ищет современные решения и технологии.
Углеродные добавки уже есть во многих материалах, с которыми сталкивается рядовой потребитель. Например, когда мы покупаем электронику, она обычно упакована в матовую темную пленку. Эта пленка обладает антистатическим эффектом благодаря тому, что в ней уже содержатся модифицирующие углеродные добавки. А значит, снижается риск повреждения товара.
Кроме того, с помощью углеродных добавок можно создавать экипировку для шахтеров с антистатическим эффектом.
Одежда, которая не только греет, но и охлаждает
Углеродные добавки способны придавать новые свойства не только пластику, но и текстилю. Они делают одежду более функциональной: она может иметь элементы, которые нагреваются либо создают эффект охлаждения.
Ученые разработали даже углеродную нить. Углеродные добавки придают ей более высокую электро- и токопроводимость.
«Какие ниши это нам открывает? На поверхности — системы нагрева в перчатках, куртках и других предметах одежды. При наличии USB и пауэрбанка это позволит нагревать определенные части одежды до комфортной температуры 20–40 градусов», — говорит Максим Чепезубов, директор департамента инфраструктурных проектов Фонда инфраструктурных и образовательных программ.
В России уже реализуются проекты, которые приближают массовый выход на рынок изделий из полимерной нити. Один из них — лаборатория полимерных и композиционных материалов SmartTextiles. Здесь разрабатывается технология, которая позволит придавать текстилю охлаждающие свойства. За этот эффект отвечают композитные нити, внутри которых полиэтиленгликоль или технический казеин.
Одежда, которая умеет охлаждать или согревать своего владельца, будет востребована в медицине, спорте, промышленности да и просто в слишком жарком или холодном климате.
Второй проект лаборатории — разработка сверхтонких хирургических шовных нитей на основе полиамида. Диаметр нитей не более 10 микрон, при том, что до сих пор на российском рынке были хирургические нити отечественного производства диаметром более 40 микрон. Они изготавливаются на экструдере прямо в лаборатории, здесь же проводятся их испытания на электропроводность и механические свойства.
Композитные материалы используются и для производства спецодежды. Например, компания «АрктикТекс» из Северо-Западного центра трансфера технологий разработала спецодежду из функционального текстиля. Модифицирующие добавки сделали ее устойчивой к возгоранию. Кроме того, в такой спецодежде невозможно замерзнуть при критически низких температурах, так как в нее встроены греющие модули из электропроводящей ткани.
Применение в производстве базовых материалов углеродных добавок будет только расти. Дело в том, что российские ученые изобрели способ добавлять их в самые разные материалы так, чтобы не нарушать их структуру и равномерно распределять внутри. Это возможно благодаря тому, что нанотрубки добавляются не в чистом виде, а в составе специальной пасты, или мастербатчей (в переводе с английского — «мастер дозаций»). Наконец, необязательно использовать именно углеродные нанотрубки, есть и другие формы технического углерода.
«Мы потратили значительное время, чтобы разработать способ, как добавлять в базовые материалы различные техуглероды — ведь технический углерод тоже является углеродным материалом. Он обладает другой формой, нежели углеродные нанотрубки. Тем не менее, положительный эффект также присутствует», — заключает Максим Чепезубов.
