Rešerše aktuálního stavu zvyšování hydrofobity nanovlákenných vrstev

autor uvádí, tvorba super hydrofobního povrchu je popisována v první polovině 90. let minulého století. Vzniká řada způsobů, jak zdrsnit povrch a docílit tak superhydrofobního povrchu. Jako předloha pro tvorbu superhydrofobního povrchu slouží povrch lotosového květu. Smáčecí úhel je vyšší jak 160^o, což je docíleno díky parafínovým voskovým krystalům, které obsahují převážně CH 2 skupiny. Přírodní materiál nevyžaduje nižší povrchovou energii z -CH 3 skupin nebo fluorovaných uhlovodíků k dosažení superhydrofobního povrchu. To jasně ukazuje, že velmi nízká povrchová energie není nezbytná pro dosažení nesmáčivého povrchu, jedná se spíše o schopnost řídit morfologii povrchu v oblasti mikronů či nanometrů [57].

Navíc docílení superhydrofobních vlastností lze dosáhnout i jinými materiály, než jsou silikony či fluorkarbony. Mohou to být i například organické materiály. Fluorované uhlovodíky a silikony jsou známé jako hydrofobní materiály. V přírodě je dosahováno nesmáčení a samočištění pomocí parafinových uhlovodíků. V poslední době bylo prokázáno několik skupin superhydrofobních povrchů, které byly vyrobeny z organických materiálů.

Některé anorganické materiály byly rovněž převedeny do superhydrofobních

62 povrchů. Například superhydrofobní povrchy byly vyrobeny ze ZnO a TiO2. Existují další metody jak vytvořit superhydrofobní povrch. Jedná se o zdrsnění povrchu materiálu s nízkou povrchovou energií. Většinou se jedná o jednokrokové procesy, které mají výhodu právě ve své jednoduchosti, ale jsou vždy omezeny pouze na malý soubor materiálů. Jak autor uvádí, k docílení drsnosti povrchu, a tedy i superhydrofobity, je možné dosáhnout např. pomocí mechanického natahování reakce a plazmové úpravy, chemického leptu, litografie, zpracování sol-gel, koloidní montáže, chemického ukládání nanovláken [56].

Daewoo Han využila koaxiálního zvlákňování k výrobě superhydrofilních nanovláken.

K výrobě byl použit teflon jako plášť a jádro vlákna tvořil polykaprolaktam (PCL). Díky koaxiálnímu zvlákňování resp. kombinaci jádro/plášť , je možné elektrostaticky zvláknit teflon, který obvykle není vhodný k elektrospiningu, jelikož jeho nízká dielektrická konstanta brání k jeho dostatečnému nabití [58].

Hyeon Yoon se zabývá tvorbou superhydrofobního povrchu pomocí nanovláken, resp.

elektrospinnigu a elektrospreyngu. Jako výchozí polymer byl použit kaprolaktam a DMC jako rozpoštědla v poměru 20:80. Superhydrofobity bylo docíleno v obou případech, avšak u elektrospreyngu, tedy u aplikace kapiček, došlo k lepším výsledkům. Bylo dosaženo smáčecího úhlu okolo 150^o [59].

V práce Y Liao se zabývá výrobou nanovlákenné membrány z PVDF spolu s DMF a acetonem. Takto připravený roztok byl míchán jeden den při konstantní teplotě 60^oC.

Připravený roztok se zvlákňoval pomocí trysky při napětí od 25 do 30 kV a vzdálenost jehly od kolektoru byla v rozmezí od 12 do 15 cm. Výsledkem je kontaktní úhel od 136 do 142^o. Výsledkem této práce je vyšší hydrofobita povrchu díky jeho drsnosti [46]. Další vliv na hydrofobní vlastnosti dle této práce je i samotná vlhkost během zvlákňování, resp. nižší vlhkost by měla přispět k lepší hydrofobitě povrchu nanovláken. Stejný autor se zabývá stejně jako v předchozím případě modifikací povrchu PVDF membrány. Složení roztoku je stejné jako v předešlém případě, zvlákňování proběhlo pomocí trysek při napětí 28kV a vzdálenost trysky od kolektoru byla 12 cm.

Následovala tvorba superhydrofobního povrchu nanovlákenných membrán. Ta zahrnuje tři kroky modifikace viz. obr. 19.

63 Obr. 19: Postup tvorby superhydrofobního povrchu [60]

Nanovlákenné membrány byly nejprve potaženy polydopaminem (PDA), aby se zvýšila adhezní síla mezi vlákny a nanočástic stříbra, která byla uložena na povrchu vlákna na druhém stupni; (2) membrána byla potažena nanočásticemi stříbra pro optimalizaci morfologie a drsnosti membrány; (3) 1-dodekanthiol (C12) byl použit k reakci s nanočásticemi stříbra. Metoda modifikace PDA má být dle autora univerzální, protože jak uvádí, jeho použitelnost je vhodná pro mnoho typů materiálů a složitých tvarů z jednoduchých surovin za mírných reakčních podmínek a silné závaznosti [60].

Další možností, jak využít nízkou povrchovou energii PDMS, je použití blokového kopolymeru, jako je polystyren-b-dimethylsiloxan (PS-PDMS). Například Ma vytvořil superhydrofobní nanovlákenné membrány pomocí elektrostatického zvlákňování. Kontaktní úhel je 163° a dosáhne se díky kombinaci aplikace PDMS na povrchu vláken a drsností povrchu v důsledku malých průměrů vláken (150 nm až 400 nm). Textilní a biomedicínské aplikace by mohly využít této popisované metody [61].

Mehdi Jonoobi se zabýval přípravou celulózových nanovláken s hydrofobními vlastnostmi. Vytvořil acetylovaná celulózová nanovlákna a provedl proces acetylace.

Výsledkem je, že acetylace změnila povrchové vlastnosti vláken z hydrofilní na více hydrofobní. [61]. Amit Kumar Gautam vytvořil polyamidovou nanovlákenou membránu pro mikrofiltraci. Vyrobená nanovlákenná membrána byla porovnávána s komerčními membránami typu PES a PVDF. Z výsledků vyplývá, že nanovlákenná membrána dosáhla nejmenšího kontaktního úhlu, a to 41^o oproti 86^o s PVDF, a tím dosáhla nejlepších výsledků.

[62]. Chien-te vytvořil fluorovaná uhlíková nanovlákna CNF působením tepelně chemického rozpadu par a použitím perfluorhexanu. Výsledkem je snížení povrchového napětí CNF a kontaktní úhel 166^o [64].

64 Minyoung Lee použil atmosférickou plasmu pro zvýšení hydrofobity hedvábných fibrin pro medicínské aplikace. Jako hydrofobní prostředek byl použit fluorkarbon CF4. Výsledkem je kontaktní úhel od 99,7^o do 131^o[52]. Balamurali Balu zvyšoval hydrofobitu celulózy biologicky odbouratelné. Superhydrofobita byla získána pomocí selektivního leptání amorfních částí celulózy v atmosférické plasmě a následně nanesením tenkých fluorovaných uhlovodíků též za pomocí plasmy. Výsledkem je úhel smáčení 166,7^o [56]. Stejně tak Michael Lejune se snažil pomocí atmosférické plasmy leptat povrch ke zvýšení hydrofobity. Jednalo se o povrch křemíku a vytvoření větší drsnosti povrchu [65].

Anna Thorvaldsson zvýšila hydrofobitu celulózových vláken díky pokrytí povrchu mikrovlákenných celulózových vláken celulózovými nanovlákny (za pomoci NaOH), tím bylo docíleno drsného povrchu, který je žádaný pro zvýšení hydrofobního povrchu a navíc byl tento kompozit vystaven atmosférické plasmě a byla nanesena tenká vrstvička fluorkarbonu [66].