Na vrućini leta, svako ko provodi vreme napolju – sportisti, pejzažisti, deca u parku ili posetioci na plaži – može imati koristi od rashladne tkanine. Iako postoje neki tekstili koji reflektuju sunčeve zrake ili prenose toplotu sa tela, trenutne opcije zahtevaju butik vlakna ili složene proizvodne procese. Ali sada, istraživači izveštavaju o izdržljivom premazu na bazi krede koji hladi vazduh ispod tretirane tkanine do 8 stepeni Farenhajta.
Evan D. Patamia, diplomirani student na Univerzitetu Masačusets Amherst, predstaviće rezultate svog tima na jesenjem sastanku Američkog hemijskog društva (ACS). ACS jesen 2024. je hibridni sastanak koji se održava virtuelno i lično od 18. do 22. avgusta; sadrži oko 10.000 prezentacija o nizu naučnih tema.
„Ako izađete na sunčevu svetlost, biće vam sve više vruće jer vaše telo i odeća apsorbuju ultraljubičastu (UV) i blisku infracrvenu (blizu IR) svetlost sunca“, kaže Triša L. Endrju, hemičar i materijali naučnik koji radi sa Patamijom. „I dokle god ste živi, vaše telo proizvodi toplotu, koja se takođe može smatrati svetlom.“
Da bi ljudima bilo prijatnije napolju, naučnici su razvili tekstil koji istovremeno odbija sunčeve zrake i izbacuje prirodnu telesnu toplotu – proces poznat kao radijaciono hlađenje. Neki od tih materijala imaju sintetičke čestice koje prelamaju svetlost, kao što su titanijum dioksid ili aluminijum oksid, ugrađene u predena vlakna. Drugi koriste organske polimere, kao što je poliviniliden difluorid, koji zahtevaju perfluoralkil i polifluoroalkil supstance, poznate kao PFAS ili zauvek hemikalije, u svojim proizvodnim procesima za stvaranje tekstila koji reflektuje svetlost.
Ali povećanje proizvodnje ovih materijala za komercijalizaciju nije održivo, kaže Endru. Dakle, postavila je pitanje članovima istraživačkog tima Patamiji i Megan K. Iee: „Možemo li razviti tekstilni premaz koji radi istu stvar koristeći prirodne ili ekološki benigne materijale?“
Ranije su Andrev i kolege kreirali jednostavnu tehniku za nanošenje izdržljivih polimernih premaza na tkaninu koja se naziva hemijsko taloženje pare (CVD). Metoda kombinuje sintezu i taloženje u istom koraku: kalemljenje tankog polimernog sloja na komercijalni tekstil sa manje koraka i manjim uticajem na životnu sredinu nego drugi načini za pričvršćivanje premaza.
Dakle, inspirisani malterima na bazi zdrobljenog krečnjaka koji su se istorijski koristili za održavanje hladnih kuća na izuzetno sunčanim mestima, Patamia i Iee su radili na inoviranju procesa za integraciju kalcijum karbonata – glavne komponente u krečnjaku i kredi – kao i biokompatibilnog barijum sulfata na polimer nanet CVD. Male čestice kalcijum karbonata su dobre u reflektovanju vidljivih i blizu IR talasnih dužina, a čestice barijum sulfata reflektuju UV svetlost.
Tretirajući male kvadrate tkanine, istraživači su primenili sloj poli(2-hidroksietil akrilata) debljine 5 mikrometara i više puta potopili kvadrate tretirane polimerom u rastvore koji sadrže jone kalcijuma ili barijuma i rastvore koji sadrže karbonatne ili sulfatne jone.
Sa svakim potapanjem, kristali postaju veći i ujednačeniji, a tkanina dobija kredastu, mat završnu obradu. Patamia kaže da promenom broja ciklusa potapanja, čestice se mogu podesiti da postignu idealnu distribuciju veličine (između 1 i 10 mikrometara u prečniku) za reflektovanje i UV i skoro IR svetlosti.
Istraživači su testirali sposobnost hlađenja tretiranih i neobrađenih tkanina napolju po sunčanom danu kada je temperatura bila veća od 90 F. Oni su primetili temperature vazduha ispod tretirane tkanine koje su registrovale 8 F niže od temperature okoline sredinom popodneva. Razlika je bila još veća, maksimalno 15 F, između tretirane i neobrađene tkanine, koja je zagrevala vazduh ispod uzorka.
„Vidimo pravi efekat hlađenja“, kaže Patamia. „Ono što je ispod uzorka je hladnije nego da stojite u senci.
Kao konačnu procenu mineralno-polimernog premaza, Iee je simulirao trenje i uticaj deterdženta za veš u mašini za pranje veša. Otkrila je da se premaz nije obrisao i da je materijal zadržao sposobnost hlađenja.
„Do sada smo u našim procesima bili ograničeni veličinom naše laboratorijske opreme“, kaže Endru. Ali ona je deo startap kompanije koja skalira CVD proces za vijke od tkanine, koje su široke oko 5 stopa i dugačke 100 jardi. Endru objašnjava da bi ovaj poduhvat mogao da obezbedi način da se Patamia i Ieeove inovacije prevedu u pilotsku proizvodnju.
„Ono što našu tehniku čini jedinstvenom je to što to možemo da uradimo na skoro svakoj komercijalno dostupnoj tkanini i pretvorimo je u nešto što može da drži ljude hladnim“, zaključuje Patamia. „Bez ikakvog unosa energije, u mogućnosti smo da smanjimo koliko se osoba oseća vruće, što bi moglo biti vredan resurs gde se ljudi bore da ostanu hladni u ekstremno vrućim okruženjima.“
