Durch die Beschichtung auf Kreidebasis entsteht ein kühlendes Gewebe

Im Sommer, bei sengender Hitze, könnte jeder, der Zeit draußen verbringt – Sportler, Landschaftsgärtner, Kinder im Park oder Schwimmer – von einem kühlenden Stoff profitieren. Während es Textilien gibt, die die Sonnenstrahlen reflektieren oder Wärme vom Körper ableiten, erfordern aktuelle Optionen handwerklich hergestellte Fasern oder komplexe Herstellungsverfahren. Doch jetzt berichten Forscher von einer haltbaren Beschichtung auf Kreidebasis, die die Luft unter dem behandelten Stoff um bis zu 8 Grad Fahrenheit kühlt.

Evan D. Patamia, ein Doktorand an der University of Massachusetts Amherst, wird die Ergebnisse seines Teams auf der Herbsttagung der American Chemical Society (ACS) vorstellen. ACS Herbst 2024 ist ein Hybridtreffen, das vom 18. bis 22. August virtuell und persönlich stattfinden wird; Es umfasst rund 10.000 Vorträge zu verschiedenen wissenschaftlichen Themen.

„Wenn Sie in der Sonne spazieren gehen, wird es Ihnen immer heißer, weil Ihr Körper und Ihre Kleidung die ultravioletten (UV) und infraroten (IR) Strahlen der Sonne absorbieren“, sagt Trisha L. Andrew, Chemikerin und Materialwissenschaftlerin in Patamia. „Und während du lebst, erzeugt dein Körper Wärme, die auch als Licht betrachtet werden kann. »

Um den Komfort der Menschen im Freien zu verbessern, haben Wissenschaftler Textilien entwickelt, die gleichzeitig die Sonnenstrahlen ablenken und die natürliche Körperwärme abweisen – ein Vorgang, der als Strahlungskühlung bezeichnet wird. Einige dieser Materialien enthalten synthetische lichtbrechende Partikel wie Titandioxid oder Aluminiumoxid, eingebettet in gesponnene Fasern. Andere verwenden organische Polymere wie Polyvinylidenfluorid, die in ihren Produktionsprozessen Perfluoralkyl- und Polyfluoralkylsubstanzen, sogenannte PFAS oder dauerhafte Chemikalien, benötigen, um lichtreflektierende Textilien herzustellen.

Laut Andrew ist eine großtechnische Herstellung dieser Materialien für die Kommerzialisierung jedoch nicht realisierbar. Deshalb stellte sie den Forschungsteammitgliedern Patamia und Megan K. Yee die folgende Frage: „Können wir eine textile Abdeckung entwickeln, die das Gleiche aus natürlichen oder umweltfreundlichen Materialien macht?“ »

Andrew und seine Kollegen haben bereits eine einfache Technik zum Aufbringen langlebiger Polymerbeschichtungen auf Stoffe entwickelt, die sogenannte chemische Gasphasenabscheidung (CVD). Diese Methode kombiniert Synthese und Abscheidung in einem einzigen Schritt: Das Aufpfropfen einer dünnen Polymerschicht auf kommerzielle Textilien erfolgt in weniger Schritten und mit geringerer Umweltbelastung als andere Methoden zur Beschichtungsbefestigung.

Inspiriert von den zerkleinerten Kalksteinbeschichtungen, die einst dazu dienten, Häuser an extrem sonnigen Standorten kühl zu halten, arbeiteten Patamia und Yee an einem innovativen Verfahren, um Calciumcarbonat (den Hauptbestandteil von Kalkstein und Kreide) sowie biokompatibles Bariumsulfat in die CVD einzuarbeiten. aufgetragenes Polymer. Kleine Calciumcarbonatpartikel reflektieren sichtbare und nahinfrarote Wellenlängen gut, und Bariumsulfatpartikel reflektieren UV-Licht.

Bei der Behandlung kleiner Stoffquadrate trugen die Forscher eine 5 Mikrometer dicke Schicht Poly(2-hydroxyethylacrylat) auf und tauchten die mit Polymer behandelten Quadrate wiederholt in Lösungen mit Calcium- oder Bariumionen und Lösungen mit Carbonat- oder Sulfationen.

Mit jedem Einweichen werden die Kristalle größer und gleichmäßiger und der Stoff erhält ein mattes, kreidiges Finish. Patamia erklärt, dass durch die Änderung der Anzahl der Einweichzyklen die Partikel so eingestellt werden können, dass sie die ideale Größenverteilung (zwischen 1 und 10 Mikrometer Durchmesser) erreichen, um sowohl UV- als auch Nah-IR-Licht zu reflektieren.

Die Forscher testeten die Kühlleistung von behandelten und unbehandelten Stoffen im Freien an einem sonnigen Tag, wo die Temperatur über 30 °C lag. Sie stellten fest, dass die Lufttemperatur unter dem behandelten Stoff am Nachmittag um 8 °F kühler war als die Umgebungstemperatur. Der Unterschied zwischen dem behandelten und dem unbehandelten Stoff war sogar noch größer, maximal 15 °F, wodurch die Luft unter der Probe erwärmt wurde.

„Wir sehen einen echten Kühleffekt“, sagt Patamia. „Was sich unter der Probe befindet, scheint kälter zu sein als das, was im Schatten liegt. »

Um die Mineral-Polymer-Beschichtung zu bewerten, simulierte Yee die Reibung und den Aufprall von Waschmittel in einer Waschmaschine. Sie stellte fest, dass die Beschichtung nicht verblasste und das Material seine Kühlkapazität behielt.

„Bisher waren unsere Prozesse durch die Größe unserer Laborgeräte begrenzt“, erklärt Andrew. Aber sie ist Teil eines Start-ups, das das CVD-Verfahren an Stoffrollen anpasst, die etwa 1,5 m breit und 90 m lang sind. Andrew erklärt, dass dieses Vorhaben eine Möglichkeit bieten könnte, die Innovationen von Patamia und Yee in die Produktion im Pilotmaßstab umzusetzen.

„Unsere Technik ist einzigartig, weil wir sie auf fast jedem handelsüblichen Stoff anwenden und ihn in etwas verwandeln können, das Menschen kühl hält“, schließt Patamia. „Ohne jeglichen Energieverbrauch können wir das Hitzegefühl einer Person reduzieren, was eine wertvolle Ressource für Menschen sein könnte, die in extrem heißen Umgebungen Schwierigkeiten haben, kühl zu bleiben.“ »