Lotusbladen inspirerar –
självrenande, superhydrofoba ytor
med ny teknik
CHARLOTTA TURNER & IRENE RODRIGUEZ-MEIZOSO
KEMISKA INSTITUTIONEN (KILU)
CENTRUM FÖR ANALYS OCH SYNTES (CAS)
[email protected], www.kilu.lu.se/cas
[email protected], 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
[email protected], 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