Создание суперзащитного костюма, который позволит его носителю не гореть в огне и не тонуть в воде, перестало быть чем-то фантастичным – китайские исследователи разработали самовосстанавливающееся трехслойное покрытие, которое сможет обеспечить хлопчатобумажной ткани огнестойкость и водонепроницаемость.

По словам Цюньци Суна (Junqi Sun) из Университета Цилинь, огнестойкие пропитки, которыми обычно обрабатывают ткани для изготовления детской одежды, постельного белья и обивки для мебели, могут вымываться из ткани при ее стирке.

Сун предположил, что

добавка водоотталкивающего покрытия могла бы продлить время нахождения водорастворимых огнезащитных веществ в ткани. Сун решил проверить свое предположение, используя высокоустойчивое самовосстанавливающееся водостойкое покрытие, разработанное ранее в его лаборатории.

Супергидрофобные покрытия, подобные тем, что можно найти на перьях водоплавающих птиц или листьях лотоса, отталкивают воду благодаря особенностям микро- и наностроения поверхности, а также из-за того, что они со стоят из веществ с низким поверхностным натяжением. Гидрофобные поверхности, разработанные в группе Суна, достигают супергидрофобности благодаря сочетанию аналогичных свойств – исследователи наносили на пористую ткань особым образом агрегированные ансамбли каркасных молекул – фторированных полиэдрических олигомеров силсесквиоксана (F-POSS).

Фторированные алкильные цепи молекул F-POSS отталкивают воду, а способ агрегации олигомеров является дополнительным фактором, препятствующим растеканию водных капель на поверхности покрытия. Самовосстановление разработанной поверхности происходит за счет дополнительных молекул F-POSS, привитых к пористой подложке.

Исследователи из группы Суна нанесли слой огнезащитного покрытия между водозащитным слоем и хлопком, в качестве огнестойкого состава были выбраны полифосфат аммония (АРР) и разветвленный полиэтиленимин (bPEI). Комбинация этих веществ блокирует распространение тепла и кислорода, увеличиваясь в размерах при нагревании, формируя огарок и выделяя инертные газы, снижая концентрацию кислорода.

Последовательное погружение образцов хлопчатобумажной ткани в растворы APP, bPEI и F-POSS позволило получить образцы пропитанного текстиля, которые были испытаны следующим образом – полоску образца длиной 30 см помещали в пламя на 12 секунд.

Необработанная хлопчатобумажная ткань сгорала полностью за 14 секунд, в то время как по обработанной фронт пламени поднимался не более, чем на 4 см за все время ее контакта с открытым огнем.

Следующим этапом испытаний была проверка на долговечность – имитировалось выгорание ткани на солнце, а также поверхность ткани обрабатывали плазмой из кислорода, разрушавшей F-POSS. Оказалось, что недолгое помещение ткани в среду с влажностью 35% восстанавливало супергидрофобность, причем такое восстановление покрытия может осуществляться 10 раз, после 10 цикла облучения или кислородной обработки для полного восстановления супергидрофобности необходимо поместить новый материал на четыре часа в среду со 100%-ной влажностью.

Еще одна проверка нового материала была предназначена для выяснения его устойчивости к износу – образец модифицированной ткани подвергали механическому трению, продолжавшемуся до начала разрыва хлопковых волокон – после этих операций в тесте на огнестойкость прогорало только 13 см от 30 см тканевой полосы, поверхность самовосстанавливалась за 4 часа. Сун приписывает такую долговечность нового материала тому, что компоненты пропитки глубоко проникают в волокна хлопка. И сам Сун, и его коллеги считают, что

новый материал вполне сможет найти применение для изготовления защитных костюмов военных, полиции и спасателей.