Jednostopniowa metoda wytwarzania superhydrofobowych tkanin o stabilnej wydajności mechanicznej w trudnych warunkach

Dlaczego suche, wygodne ubrania są ważne

Każdy, kto został zaskoczony ulewnym deszczem lub rozlał gorącą kawę na kolana, wie, że mokre ubrania to coś więcej niż dyskomfort. Dla turystów, pracowników, sportowców i personelu medycznego utrzymanie suchości bywa kwestią bezpieczeństwa, a nie tylko wygody. Tymczasem wiele kurtek i spodni odpornych na wodę traci swoje właściwości po kilku praniach lub intensywnym użytkowaniu, a część z nich opiera się na związkach chemicznych obecnie poddawanych rygorystycznym kontrolom ze względu na wpływ na zdrowie i środowisko.

Nowy sposób na utrzymanie tkanin suchych

Niniejsze badanie przedstawia prostą, jednostopniową metodę nadania różnym rodzajom tkanin wyjątkowo wodoodpornej powierzchni, zachowując jednocześnie lekkość, oddychalność i miękkość. Autorzy nazywają zabieg molekularnie zmontowaną, trwałą superhydrofobową powłoką, w skrócie MARS. Zamiast stosować luźne cząstki lub długotrwale utrzymujące się związki fluorowane, proces tworzy cienką, silnie związana powłokę z krzemionki i łańcuchów przypominających woski bezpośrednio na każdym włóknie. Ponieważ powłoka jest chemicznie przyłączona, odporna jest na tarcie i zginanie, które szybko niszczą zwykłe powłoki.

Czerpiąc wzór z maleńkich stworzeń glebowych

Pomysł zainspirowany jest skoczogonkiem, maleńkim zwierzęciem żyjącym w wilgotnej glebie, które jednak utrzymuje suchą powierzchnię ciała. Ich zewnętrzna warstwa pokryta jest małymi grzybkowatymi guzami i drobnymi grzebieniami, które zatrzymują powietrze i utrudniają przyczepność wody. Badacze odwzorowali to, tworząc podobne połączenie małych wybrzuszeń i nanostrukturalnej chropowatości na włóknach przędzy. Przeciągają skręconą przędzę przez niedrogi roztwór zawierający dwa składniki na bazie sylikonu. W wilgotnym powietrzu jeden składnik szybko reaguje z powierzchnią włókna, tworząc szklisty szkielet, podczas gdy drugi dodaje długie, oleiste łańcuchy niechętne wodzie. Razem tworzą cienką powłokę z grzybkowatymi wypustkami i chropowatą zewnętrzną skórką wokół każdego włókna w przędzy.

Od pojedynczych włókien do gotowej odzieży

Ponieważ powłoka formuje się na pojedynczych włóknach przed tkaniną lub dzianiem, efekt wodoodporny przetrzymuje naprężenia procesu produkcji tekstyliów. Pojedyncze, zaimpregnowane włókna bawełny, wełny, poliestru i nylonu wykazują ekstremalną odporność na wodę, nawet wobec mikroskopijnych kropli, które zwykle przylgnęłyby łatwo. Gdy takie przędze są tkanne lub dziane, powstałe tkaniny wykazują bardzo wysokie kąty zwilżania i bardzo niskie kąty toczenia: krople spoczywają na wierzchołkach faktury tkaniny z uwięzionym powietrzem pod spodem. Zespół nawet naszył kolorowe wzory z zaimpregnowanej przędzy na nieobrobioną tkaninę, tworząc motywy, które pozostawały suche, podczas gdy otaczająca tkanina wchłaniała barwioną wodę, bez zauważalnej zmiany koloru czy dotyku.

Testy wytrzymałości tkanin

Autorzy poddali te powlekane tekstylia znacznie cięższym próbom niż codzienne użytkowanie. W testach natryskowych tkaniny pozostawały suche przy objętościach wody znacznie przekraczających standardowe poziomy klasyfikacji i odpychały rozlane napoje i sodę. W symulacjach deszczu i przy uderzeniach strumieni na dużej prędkości, imitujących ekstremalne burze, krople odbijały się zamiast wsiąkać. Standardowe koszulki, legginsy, buty, skarpety i płótno z tym wykończeniem wytrzymały różne rodzaje zużycia: dziesiątki tysięcy cykli ścierania, długie biegi na bieżni z ocierającymi pasami plecaka, wielokrotne rozciąganie, szorowanie, odklejanie taśmy i spadający piasek. Nawet po praniu w maszynie do dwudziestu razy tkaniny zachowały silne właściwości hydrofobowe. Rok ekspozycji na zewnątrz — słońce, burze, mróz i upał — spowodował jedynie umiarkowane blaknięcie koloru przy zachowanej funkcji.

Radzenie sobie z ciepłem, parą i bezpieczeństwem

Wiele wodoodpornych ubrań zawodzi w zetknięciu z bardzo gorącą wodą lub parą, co może prowadzić do poparzeń. Tkaniny poddane zabiegowi MARS nadal odpychały wodę o temperaturze 85–95 °C, gorącą kawę pod ciśnieniem oraz parę o 160 °C, nawet po szybkich skokach między wrzącą wodą a ciekłym azotem. Testy wykazały, że powłoka utrudnia kondensację pary wewnątrz tkaniny, jednocześnie pozwalając na przepływ powietrza, dzięki czemu materiał pozostaje oddychający. Pod wodą legginsy z takim wykończeniem utrzymywały lśniącą warstwę uwięzionego powietrza i zmniejszały opór wody o około 40 procent w porównaniu z normalną tkaniną. Badania komórkowe in vitro sugerowały, że materiały użyte w powłoce są znacznie mniej szkodliwe dla komórek niż powszechne fluorowane wykończenia hydrofobowe.

Co to może znaczyć dla przyszłego sprzętu

W praktyce praca ta wskazuje na ubrania, buty i tkaniny techniczne, które mogą pozostać suche i wygodne podczas intensywnego deszczu, intensywnego użytkowania, kontaktu z gorącymi płynami i wielokrotnego prania, bez polegania na długotrwałych związkach fluorowanych. Poprzez stworzenie wytrzymałej, inspirowanej skoczogonkiem powłoki na każdym włóknie w jednym niskokosztowym kroku, metoda MARS oferuje sposób łączenia silnej hydrofobowości z miękkością, oddychalnością i troską o środowisko. Może to przynieść korzyści sprzętowi outdoorowemu, odzieży ochronnej, odzieży sportowej, a nawet przyszłym inteligentnym tkaninom, które potrzebują zarówno trwałości, jak i delikatnego kontaktu ze skórą.

Cytowanie: Liu, Z., Zhao, K., Ma, J. et al. One-step fabrication of superhydrophobic fabrics with stable mechanical performance in harsh conditions. Nat Commun 17, 4264 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70857-7

Słowa kluczowe: superhydrofobowa tkanina, tkaniny odporne na wodę, powłoka bez PFAS, trwała odzież, materiały inspirowane naturą