Student World

*** oznámení společnosti Basf

Neobyčejná schopnost lotosu udržovat si čistotu prostřednictvím velmi jemných struktur na listech učinila z posvátné rostliny buddhismu obdivovanou květinu i v našich zeměpisných šířkách. Nicméně stejně tak lze tyto samočistící účinky pozorovat i na rostlinách, které jsou v našich krajích doma, jako je například řeřicha, rákos nebo kontryhel žlutozelený. U všech těchto rostlin dochází k tomu, že se drobné kapky vody kutálejí po listech dolů a berou s sebou malé částečky nečistot. Vědci se z tohoto příkladu přírody poučili a uvědomili si, že nejefektivněji odpuzují vodu nikoli ty nejhladší povrchy, nýbrž ty, které se vyznačují komplikovanou texturou několika desítek nanometrů.

Zhruba před deseti lety se na trhu objevily nečistotu-odpuzující nátěry, které jako první tohoto efektu technicky využívaly. Textilií Mincor TX TT otevírá společnost BASF novou kapitolu: tento inovativní materiál pro povrchové úpravy propůjčuje technickým textiliím používaným k výrobě rolet, slunečníků, plachet a stanů týž samočistící efekt, jaký lze pozorovat u lotosu. Stejnou funkci, kterou na povrchu listů této rostliny zajišťují malinkaté papily, plní na takto ošetřených textiliích nesčetný počet částic o průměru méně než 100 nanometrů, které jsou zapuštěny do nosné matice. Vědcům se tak podařilo dosáhnout stejného účinku jako přírodě: totiž odpuzovat jak vodu, tak špínu. Díky této výstavbě dochází u lotosového listu k tomu, že se do kontaktu s listem samotným dostávají pouhá dvě až tři procenta povrchu kapky. A protože tento kontakt se odehrává na samotné špičce papily, přilnavá síla, jež by za jiných okolností způsobila rozlití kapky po listě, zůstává též minimální. Namísto ní se tak uplatňuje pnutí na povrchu vody, kapka vytvoří kuličku a jednoduše se z listu skutálí. Tyto kapky vody s sebou vezmou i částice nečistot, které rovněž kvůli papilám nemají skoro žádný kontakt s povrchem listu nebo látkou ošetřenou materiálem Mincor TX TT a jejich povrch tak zůstává čistý, aniž by bylo zapotřebí čistících prostředků nebo nějakého mechanického odstraňování nečistot.

V principu to zní jednoduše, nicméně praktická implementace na textilie s pomocí materiálu Mincor TX TT se ukázala být pro odborníky na nanotechnologie působící ve společnosti BASF jako skutečný oříšek. Hlavním cílem bylo optimalizovat zpracování a trvanlivost povrchového materiálu. „Řešením je kompozitní materiál sestávající z částic plně zapuštěných do nosné matice,“ vysvětluje dr. Ralf Nörenberg, jenž je šéfem Odborného střediska společnosti BASF pro technické textilie. Výsledný materiál se vyznačuje požadovaným nanostrukturovaným povrchem, ovšem přesto sám žádné nanočástice neuvolňuje, jak se ukázalo v rozsáhlých testech.

Textilie pro rolety potažené látkou Mincor TX TT v roce 2006 úspěšně zvládly přechod z laboratorního testování do praktické výroby; textilie pro slunečníky a plachty používající Mincor TX TT se v současné době testují. „Tento typ apretace se ukazuje jako ideální řešení pro ty druhy textilií, které jsou setrvale vystaveny venkovním živlům a nelze je prát v pračce,“ říká dr. Nörenberg. „Při příštím sprchnutí se jednoduše umyjí a pokud náhodou bude dlouhé období sucha, stačí je ostříknout zahradní hadicí.“

„Produkt Mincor TX TT je vůbec prvním výrobkem společnosti BASF, který umožňuje propůjčit textilii sebečistící účinek vycházející z nanostrukturovaných povrchů, jež jsou postaveny na stejném principu, jako jejich předobraz v přírodě,“ říká dr. Thomas Stegmaier z Denkendorfského institutu pro textilní a zpracující průmysl. Dnes se „nanoefektu“ nebo „lotosového efektu“ dovolává nesčetně produktů v naději, že se jim podaří zvýšit svůj tržní potenciál. Nicméně tyto marketingové proklamace často nemají reálný základ: dr. Stegmaier odhaduje, že zhruba jen třetina těchto produktů splňuje obecně přijímané definice nanotechnologie, jak je používá například německé Ministerstvo školství a výzkumu (BMBF). „Abychom vůbec mohli spotřebitelům poskytnout nějakou orientaci v oblasti textilií, přišli jsme s pečetí kvality „samočištící látky inspirované přírodou“ – a prvními produkty, které splnily naše přísné standardy pro samočistící textilie jsou polyesterová vlákna apretovaná materiálem Mincor TX TT.“

Vyhlídky do budoucnosti
Mincor TX TT byl již použit ve výrobě polyesterových tkanin určených pro výrobu rolet. Samočistící slunečníky, vlajky a plachty z apretovaných syntetických vláken budou na trh uvedeny v dohledné době. Nicméně tím práce výzkumných pracovníků společnosti BASF zdaleka nekončí – tato technologie by totiž měla být v blízké budoucnosti použita i v dalších oblastech, zejména při výrobě samočistících látek pro oděvy. Zde výzkumníci stanuli před jednou z nejtěžších překážek, totiž museli vyřešit problém s praním v automatické pračce. Při praní jsou totiž textilie vystavovány extrémní mechanické zátěži, při které samozřejmě nanoskopický povrch apretace Mincor výrazně trpí.

Optimalizací pojiva se vývojovým expertům společnosti BASF podařilo dodat Mincoru podstatně vyšší stabilitu, aniž by bylo nutné činit kompromisy v oblasti samočistících účinků. „V základě lze takto apretovat všechny textilie, nicméně primárně jsme se zaměřili na bavlnu a pokusili se vyvinout stabilní apretaci Mincorem právě pro tento druh látky,“ říká dr. Michael Schmitt, vedoucí globálního vývojového centra textilních doplňků. Z použití apretace Mincor budou profitovat zejména vysoce kvalitní textilie a pracovní oděvy, které jsou vystavovány značné námaze a které se velmi obtížně čistí. Nicméně účinky Mincoru – díky němuž z látky beze stopy zmizí vinný ocet, červené víno, kečup a dokonce i med – ušetří též pračku, neboť se oděvy budou muset prát méně často. Celého tohoto efektu bylo dosaženo použitím velice tenké vrstvy kompozitního materiálu, který však nikterak neovlivňuje fyzické vlastnosti tkaniny. A zatímco bavlněné textilie s Mincorem se na trhu objeví každou chvíli, společnost BASF již pracuje na dalších aplikacích, jako je například podobný potah na tapety, závěsy nebo kuchyňské materiály.

Nanobionika – tři příklady z miniaturního světa

Ještěrčí nohy
Ještěrka se svými chodidly dokáže přilnout prakticky ke každému povrchu, a to díky tomu, že má chodidla pokryta neobyčejně jemnými chloupky, které se na konci rozvětvují do stovek zakončení ve tvaru špachtle. Tyto přilnavé polštářky o rozměru několika nanometrů se dokáží dokonale vtěsnat do těch nejmenších štěrbin, které se nacházejí v každém kontaktním povrchu. Následně se uplatní slabé síly přitažlivosti na úrovni atomů a ty, když se milionkrát znásobí, dokáží ještěrkám zajistit bezpečnou oporu pro šplhání. Vývojáři společnosti BASF se snaží tento účinek simulovat a vyvinout nanostrukturované lepící pásky, které by držely bez použití lepidla.

Motýlí křídlo
Barva bez barviva – to je záhada, kterou v přírodě reprezentuje svítivě modrý motýl Morpho peleides. Ten má na křídlech zvláštní nanostruktury, které odrážejí světlo a prostřednictvím interference ruší všechny barvy kromě modré. Na rozdíl od chemických pigmentů tyto fyzické barvy nikdy nevyblednou. Díky této své vlastnosti se o motýla začali zajímat výzkumní pracovníci z BASF, kteří usilují o to dosáhnout podobného účinku v laku s krystalickou disperzí. Interferenci a tím i výslednou barvu určuje vzdálenost mezi jednotlivými vrstvami krystalů. Společnost BASF rovněž uvažuje o dalších aplikacích – zejména pro fólie, které při natažení mění svou barvu.

Krystalizace
Perly, které se nacházejí v lasturách měkkýšů, vděčí za svou neobyčejnou tvrdost krystalizovanému uhličitanu vápenatému známému pod jménem aragonit. V případě perel je tento tvrdý, leč křehký materiál uložen uprostřed organické matice z proteinů a chitinu. Tato organická „malta“ chrání krystalky elastickou lasturou a zabraňuje tomu, aby se v materiálu rozšiřovaly praskliny, čímž se výrazně zvyšuje jejich mechanická stabilita, a to oproti čistému aragonitu až 3000krát. Fyzikové v BASF nyní studují přírodní „výrobní strategie“ v této oblasti ve snaze získat cennou inspiraci pro vývoj nových kompozitních polymerů.

autor