Bionischer poröser Schaum ermöglicht eine hohe Weißigkeit und hydrophobe Eigenschaften ohne Pigmente und bietet neue Ideen für Polymerhilfsmittelrezepturen

Bionische Struktur ersetzt herkömmliche weiße Pigmente

Laut ScienceDaily haben die Forscher ein Material auf Schaumstoffbasis entwickelt, das in der Lage ist, starke Weißigkeit und hydrophobe Eigenschaften zu erzielen, ohne Titandioxid-Pigmente und PFAS-Chemikalien zu verwenden. Dieses Ergebnis eröffnet eine neue technologische Route für die nachhaltige Herstellung von weißen wasserdichten Materialien für den Alltag. Das Design des Materials wurde von einer Vielzahl von Strukturen in der Natur mit optischen oder Oberflächeneigenschaften inspiriert, darunter Schnee, Wolken, Blumen und Blätter. Das Forscherteam nutzte kleine Porenstrukturen im Inneren des Materials, um Licht zu streuen, wodurch Weißheit erzeugt wird; Gleichzeitig wird durch die Konstruktion einer rauen Oberfläche der Ausschluss von Wasser erreicht. Dies bedeutet, dass die Weißigkeit und die Hydrophobie nicht von chemischen Pigmenten oder fluorierten Reinigungsmitteln stammen, sondern von der physikalischen Struktur des Materials bestimmt werden.

Technische Wege und Eigenschaften

Traditionelle weiße Materialien verlassen sich in der Regel auf weiße Pigmente wie Titandioxid, um Abdeckung und Weißigkeit zu erhalten, während die Wasserdichtigkeit häufig durch fluorierte Chemikalien wie PFAS erreicht wird. PFAS unterliegt aufgrund seiner ökologischen Beständigkeit und Bioakkumulativität zunehmend strengen Regulierungen und Titandioxid-Pigmente stehen in einigen Anwendungen unter Sicherheits- und Nachhaltigkeitsgründungen. Das Schaumstoff umgeht diese beiden Arten von Substanzen durch das strukturelle Farbprinzip und die Oberflächenmikrostruktur und bietet konzeptionell eine nachhaltigere Alternative. Aus Materialwissenschaftlicher Sicht gehört der Lichtstreumechanismus dieses porösen Schaums zu der gleichen Kategorie wie die Probleme der Licht-Material-Wechselwirkung, die von den häufig verwendeten Lichtstabilisatoren und UV-Absorbenten in Polymermatrizen behandelt werden, aber mit unterschiedlichen Zielen: Ersteres verfolgt eine effiziente Streuung des sichtbaren Lichts, um Weißigkeit zu erzielen, während letzteres sich darauf konzentriert, UV-Strahlung zu absorbieren oder zu streuen, um Polymere zu schützen. Beide zeigen, dass die optischen Eigenschaften des Materials durch Mikrostrukturen oder Zusatzstoffe fein reguliert werden können.

Bedeutung für die Polymerhilfsmittelindustrie

Für die Forschung und Entwicklung von Polymerhilfsmitteln liegt der Wert dieses Erfolgs nicht nur im weißen Material selbst. Es weist den Rezeptentwicklern darauf hin, dass bestimmte Funktionen, die traditionell von chemischen Additiven übernommen werden – wie Abdeckung, Aussehen-Regulierung und Oberflächenfeuchtigkeit – durch strukturelle Konstruktionsteile realisiert werden können. Dies bietet einen neuen Bezugspunkt für die Formulierungsoptimierung von Polymeradditiven wie Antioxidantien, Lichtstabilisatoren und UV-Absorbenten: Bei Anwendungen im Außenbereich können Oberflächenrauheit und Porenstruktur von Materialien gleichzeitig das Lichtstreuungsverhalten, den Wasserkontaktwinkel und den UV-Durchdringungsweg beeinflussen und die Anforderungen an die Ergebnisse der Witterungsprüfung ändern. Insbesondere, wenn die poröse Struktur die Verbreitung und Absorption von UV-Strahlen auf der Oberfläche des Materials verändern kann, können die Mengen und Arten von Lichtstabilisatoren und UV-Absorbenten in der Rezeption neu bewertet werden. Ebenso kann eine hydrophobe Oberfläche die Aufenthaltsdauer der Feuchtigkeit auf der Oberfläche des Materials reduzieren, was die Abbau-Rate unter wetterbeständigen Testbedingungen wie der Hydrolysealterung und der feuchten Hitzealterung beeinflusst. Obwohl diese Zusammenhänge in der Studie nicht direkt bestätigt wurden, stellen sie eine bemerkenswerte Forschungs- und Entwicklungsrichtung für die Polymerzusatzstoffindustrie dar. Darüber hinaus steht die Orientierung der Technologie zur Alternative zu PFAS im Einklang mit den aktuellen regulatorischen Trends im Bereich der Polymerzusätze. Da fluorierte Reinigungsmittel in mehreren Märkten eingeschränkt sind, steigt die Nachfrage nach fluorfreien hydrophoben Lösungen in der Branche weiter. Schaumstoffbasierte poröse Materialien bieten einen hydrophoben Weg, der nicht auf fluorierte Chemikalien angewiesen ist, obwohl ihre Haltbarkeit, mechanische Festigkeit und Machbarkeit für eine skalierbare Fertigung noch weiter untersucht werden müssen.

Fragen, die noch nicht klar sind

Derzeit offengelegte Informationen enthüllen keine spezifischen chemischen Zusammensetzungen des Schaumstoffs, die Art des Matrix-Polymers, die Daten über die Aperturverteilung und die quantitativen Indikatoren für die hydrophoben Eigenschaften. Seine Weißwerte, Wasserkontaktwinkel, Witterungsbeständigkeit und langfristige Stabilität sind nicht in der Quelle angegeben. Die Kompatibilität des Materials mit bestehenden Polymerhilfssystemen, die Verarbeitung und die Eignung für die Zusammenmischung von Antioxidantien und Lichtstabilisatoren müssen auch nachfolgend untersucht werden.

Quelle der Informationen: Scientists create brilliant white material without a drop of white pigment， Durch befeuchtete Chemiker aufgeräumt.