In einem Schritt zur Entwicklung fortschrittlicher Materialien für Funktionsbeschichtungen entwickelte eine Forschungsgruppe aus Japan eine Technologie, die eine strukturelle Farbbeschichtung mit superwasserabweisenden Eigenschaften kombiniert. Die strukturelle Farbbeschichtung verblasst nicht wie die herkömmlichen Farben und weist selbstverständliche Eigenschaften auf. Dies wurde durch Verwendung hydrophober Melaninpartikel erreicht, die strukturelle Farbe und Wasserrepellenz liefern. Die Entdeckung markiert einen Durchbruch in fortschrittlichen Materialien für Farben und Beschichtungen.
Haben Sie sich jemals über die brillanten blauen Farbtöne von Pfauenfedern oder das schimmernde metallische Chitin auf Käfern gefragt? Diese natürlichen Wunder sind Beispiele für strukturelle Farben – ein Phänomen, bei dem mikroskopische Strukturen lebendige, dauerhafte Farbtöne erzeugen. Inspiriert von diesen Marvels hat ein Forschungsteam aus Japan strukturelle Farben untersucht. Ihre frühere Arbeit erkannte, dass die Herstellung von strukturellen Farbmaterialien aus Melaninpartikeln den Färbungsmechanismus von Pfauenfedern nachahmt. Das Team baute auf dieser Fundament auf, um ein Beschichtungsmaterial zu entwickeln, das die Brillanz struktureller Farben mithilfe von Melaninpartikeln erfasst und nicht irrdeszierende Farbe erzeugt, selbst wenn sie aus verschiedenen Winkeln betrachtet werden.
Das Forschungsteam, darunter Professor Michinari Kohri und Frau Yui Maejima von der Graduate School of Science and Engineering, der Chiba University, Japan, arbeiteten mit Dr. Shin-Osi Takeda von Takeda Colloid Techno-Consulting Co., Ltd. und Dr. Hiroshi zusammen Fudouzi vom National Institute for Materials Science. Ihre Ergebnisse wurden in veröffentlicht in Makromolekulare Reaktionstechnik am 18. Dezember 2024. Dr. Kohri beschreibt seine Motivation für die Studie, „Wir untersuchen seit vielen Jahren strukturelle Farbmaterialien auf Melaninbasis, die von natürlichen Organismen inspiriert sind. Unsere Motivation war es, diese Materialien praktischer zu gestalten, indem sie Methoden entwickeln, um schnell strukturelle Farbe zu erstellen und funktionelle Eigenschaften wie Wasserschutzmittel hinzuzufügen. „
Um dies zu erreichen, hat das Team Polystyrolpartikel aus drei verschiedenen Durchmessern hergestellt. Anschließend fügten sie eine Schicht Polydopamin (modifizierte Melaninpartikel) hinzu, gefolgt von der Zugabe von Alkylgruppen mit 18 Kohlenstoffatomen (Octadecylgruppen) mit hydrophober Natur durch eine Michael -Add -Reaktion. In dieser Reaktion trägt eine negativ geladene chemische Gruppe zu einer α-, β-ungesättigten Carbonylverbindung, um hydrophobe Gruppen einzuführen, die die Wasserschutz erhöhen. Dies wurde erreicht, ohne sich auf Fluorverbindungen zu stützen, die hydrophoben sind, aber zu großen Umweltproblemen führen können.
Die Hydrophobizität der Partikel wurde unter Verwendung der TD-NMR-Methode (Time-Domänen-Kernmagnetresonanz) bestätigt. Sobald die Partikel behandelt wurden, wurden sie in Hexan dispergiert, was eine schnelle und effiziente Anwendung auf Substrate wie Glas und Melaminlaminat ermöglichte. Beim Trocknen zeigten die Beschichtungen einen Kontaktwinkel von über 160 Grad, monochromatische Farbtöne und eine selbstverpackte Oberfläche, was den Lotuseffekt demonstriert, bei dem Wassertröpfchen Perle und Rollen des Materials abrollen, ohne Rückstände zu verlassen.
Es wurde festgestellt, dass die durch Beschichtung mit Octadecylgruppen erhaltenen hydrophoben Melaninpartikel nahezu das gleiche Hydrophobizitätsniveau wie mit Fluorverbindungen beschichtete Partikel, von denen bekannt ist, dass sie eine hohe Hydrophobizität aufweisen. Frau Maejima, die Erstautorin der Studie, stellt die einzigartigen Ergebnisse der Studie hervor, Staaten, Staaten, „Wir entdeckten, dass superhydrophobe strukturelle Farbbeschichtungen erreicht werden können, indem die Hydrophobizität von Partikeloberflächen mit der hierarchischen Anordnungsstruktur der Partikel kombiniert wird-alle innerhalb weniger Minuten. „
Das Team konzentrierte sich darauf, einen unkomplizierten und skalierbaren Ansatz zu schaffen, um sicherzustellen, dass die Beschichtungen innerhalb weniger Minuten angewendet werden können, ohne dass aufwändige Geräte oder Prozesse erforderlich sind. Frau Maejima bemerkt die Praktikabilität ihrer Erkenntnisse: „Diese Technologie hat das Potenzial, ein Beschichtungsmaterial der nächsten Generation zu werden, ideal für Anwendungen wie Tapeten oder Außenflächen, ohne sich auf Pigmente zu verlassen, die im Laufe der Zeit verblassen. Seine Einfachheit und Effizienz machen es sehr anpassungsfähig für den industriellen Gebrauch.“
Strukturelle Farbbeschichtungen versprechen für verschiedene Anwendungen ein erhebliches Versprechen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Pigmenten stammen diese Farben aus physischen Lichtwechselwirkungen, um die Langlebigkeit und Widerstand gegen das Verblassen zu gewährleisten. Ihre Fähigkeit, die Haltbarkeit mit selbstverpackten Eigenschaften zu kombinieren, macht sie besonders für den Gebrauch im Freien geeignet. Mit diesem Material überzogene Wände könnten jahrelang lebendig und sauber bleiben und die Neulackier- und Wartungskosten erheblich senken.
Die strukturellen Farbbeschichtungen weisen Farbe auf, solange die Struktur der regelmäßigen Anordnung aufrechterhalten wird. Der vorgeschlagene Ansatz ist wirksam und erfordert keine harten chemischen Zustände. Strukturelle Farbbeschichtungen finden auch ihre potenziellen Anwendungen in den Bereichen Lebensmittel, Arzneimittel, Kosmetika und Industrieprodukte. Diese Materialien bieten lang anhaltende, nachhaltige Materialkonstruktionen.
Mit Blick auf die Zukunft konzentriert sich die Forschungsgruppe auf die Verbesserung der Haftung und Haltbarkeit der Beschichtungen, um ihre Benutzerfreundlichkeit auf verschiedene Oberflächen zu erweitern. Wenn die Technologie reift, ist das Potenzial, Beschichtungsmaterialien neu zu definieren und die Ästhetik, Funktionalität und Umweltverantwortung nahtlos zu kombinieren. Diese Innovation unterstreicht die Kraft der Forschung, Lösungen zu schaffen, die nicht nur innovativ, sondern auch auf die Bedürfnisse einer nachhaltigen Zukunft ausgerichtet sind.
