POWŁOKI ODPORNE NA WODĘ I LÓD

Dr Jacek Marczak, kierownik Laboratorium Materiałów Polimerowych w PORT, opracowuje nowe powłoki superhydrofobowe, które są niezwilżalne przez wodę i dodatkowo będą opóźniać zamarzanie wody na swoich powierzchniach. Jego pomysły mogą w przyszłości znaleźć zastosowanie w szerokim spektrum branż, m.in. energetycznej, budowlanej czy lotniczej, jako pasywne systemy anty-oblodzeniowe.

Powłoki hydrofobowe mają tę, ważną dla różnych technologii, zaletę, że nie są łatwo zwilżalne – krople wody spływają z nich z łatwością, na podobieństwo staczających się szklanych kulek. Z kolei powłoki superhydrofobowe – o jeszcze większym nasileniu tej zdolności – sprawiają, że krople wręcz odbijają się od powierzchni powleczonego nimi materiału jak kulki kauczukowe. Ten efekt naukowcy obserwują na niektórych naturalnych, specyficznie zbudowanych strukturach, np. na powierzchni liści lotosu czy skrzydeł motyla. Sztucznie stworzona powłoka o takim charakterze może mieć wiele zastosowań, w tym mogłaby być używana jako pasywny (niewymagający prądu czy dodatkowych środków chemicznych) system anty-oblodzeniowy, opóźniający zamarzanie kropel wody na powierzchni różnych obiektów.

Rozwój nanokompozytów w PORT
Uzyskiwanie nanokompozytowych powłok, które nadają szczególnych właściwości różnym powierzchniom, jest od kilku lat przedmiotem badań dr Jacka Marczaka, Kierownika Laboratorium Materiałów Polimerowych w PORT Polskim Ośrodku Rozwoju Technologii. Swoje prace w tym obszarze zaczął od tworzenia m.in. powierzchni samoczyszczących w ramach projektu „Wykorzystanie nanotechnologii w nowoczesnych materiałach (NanoMat)”. Od stycznia 2019 realizuje ze swoim zespołem w PORT projekt dotyczący uzyskiwania powłok superhydrofobowych i anty-oblodzeniowych, gdyż na ich opracowanie i wdrożenie jest duże zapotrzebowanie ze strony przemysłu.

Korzyści dla przemysłu
Dotychczas stosowane rozwiązania, zapobiegające zamarzaniu powierzchni, mają wiele ograniczeń, są kosztowne w utrzymaniu i zanieczyszczają środowisko poprzez emisję CO2 oraz uwalnianie toksycznych substancji na bazie glikoli. Wprowadzenie skutecznych, ekologicznych i niedrogich rozwiązań anty-oblodzeniowych byłoby szczególnie cenne na skrzydłach samolotów, rynnach, łopatach elektrowni wiatrowych czy turbinach. Ze względu na walory antykorozyjne, powłoki superhydrofobowe byłyby pożyteczne także jako zabezpieczenie konstrukcji mostów czy wewnątrz betonowych chłodni kominowych.

dr Jacek Marczak – (c)PORT, fot. Klaudia Piątek

Łatwe, tanie i trwałe
Poza uzyskaniem tych właściwości, ważną zaletą tworzonych w laboratorium PORT powłok jest też duża łatwość ich stosowania na istniejących wcześniej powierzchniach. Oznacza to, że można nadać pożądane cechy obiektom będącym już w użyciu poprzez proste technicznie nałożenie tych powłok. To rozwiązanie zaoszczędzi dużo pieniędzy, czasu i potencjalnych problemów przedsiębiorcom, którzy – chcąc usprawniać działanie dotychczas stosowanych urządzeń – nie będą musieli wymieniać ich w całości lub w części na nowe. Istotnym wyzwaniem jest też, by uzyskany efekt był możliwie jak najbardziej trwały i by powierzchnie były odporne mechanicznie. Docelowa odporność powłok planowana jest na kilka, a nawet kilkanaście lat.

Na dronie i w tunelu
W styczniu 2019 r. dr Marczak ze współpracownikami rozpoczął nowy etap swoich badań – projekt „Opracowanie technologii wytwarzania pasywnych systemów anty-oblodzeniowych w postaci innowacyjnych powłok superhydrofobowych na bazie nanokompozytów żywic epoksydowych” (akronim ICE), planowany na szeroko zakrojoną skalę. Naukowcy chcieliby przeprowadzić badania zarówno w otwartej przestrzeni, m.in. na skrzydłach specjalnych dronów, latających na wysokości 1000 m n.p.m. (z użyciem różnych kamer, m.in. termowizyjnych), jak i w tunelu aerodynamicznym, symulującym warunki występowania oblodzenia. Trwałość i skuteczność uzyskanych powłok sprawdzać też będą w trybie całorocznym w bieżących warunkach pogodowych. W części teoretyczno-naukowej projekt uwzględnia m.in. symulację kształtu struktur na powierzchni powłoki superhydrofobowej i anty-oblodzeniowej oraz badania jego wpływu na adhezję lodu do powierzchni.

Współpraca dla przyszłości
Projekt ICE realizowany jest przez naukowców z PORT we współpracy z zewnętrznymi podmiotami, które są w posiadaniu dodatkowego, niezbędnego do takich testów sprzętu. W dalszych planach jest też kooperacja z firmami, które mogłyby w praktyce korzystać z wypracowanych w projekcie rozwiązań. Udane połączenie funkcji superhydrofobowej i anty-oblodzeniowej tworzonych powłok byłoby rewolucyjnym osiągnięciem, poszukiwanym od dłuższego czasu przez najbardziej prestiżowe światowe instytuty naukowe (jak MIT), potężne firmy (General Electric) czy rządowe agencje (NASA).

Więcej informacji:
Wywiady radiowe z dr Jackiem Marczakiem:
https://www.radiowroclaw.pl/articles/view/83701/Projekt-nauka-To-bedzie-jedyna-taka-powloka
https://www.radioram.pl/articles/view/35562/FutuRAM-o-powlokach-od-ktorych-woda-odbije-sie-niczym-pileczka
http://www.radiorodzina.pl/archiwum-audycji/20449/

O Laboratorium Materiałów Polimerowych:
https://www.port.org.pl/pl/laboratorium/laboratorium-materialow-polimerowych/

Artykuł o prezentacji dr Marczaka na konferencji Polish Scientific Networks: Science & Business 2016:
https://www.port.org.pl/pl/superhydrofobowe-powloki-nanokompozytowe-jako-pasywne-systemy-anty-oblodzeniowe/