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Vestiti che si puliscono da soli
I ricercatori della Monash University, a Victoria, in Australia, hanno trovato un modo per rivestire le fibre con nanocristalli di biossido di titanio, che scompongono il cibo e lo sporco alla luce del sole. I ricercatori, guidati da chimico organico e ricercatore di nanomateriali Walid Daoud , hanno realizzato fibre naturali come lana, seta e canapa che rimuoveranno automaticamente cibo, sporcizia e persino macchie di vino rosso se esposte alla luce solare.
Il vino va via: Le fibre di lana devono essere modificate chimicamente per ricevere un rivestimento stabile di nanocristalli di biossido di titanio, che scompongono la materia organica alla luce del sole. Le macchie di vino rosso non lasciano fibre non rivestite anche dopo 20 ore (in alto a destra); le fibre rivestite di nanocristalli non modificate mostrano alcune macchie (al centro a destra). La macchia è quasi scomparsa nelle fibre chimicamente modificate a causa dei nanocristalli saldamente attaccati (in basso a destra).
Daoud e i suoi colleghi rivestono le fibre con uno strato sottile e invisibile di nanoparticelle di biossido di titanio. Il biossido di titanio, che viene utilizzato nei filtri solari, nei dentifrici e nelle vernici, è un forte fotocatalizzatore: in presenza di luce ultravioletta e vapore acqueo, forma radicali idrossilici, che ossidano o decompongono la materia organica. Tuttavia, afferma Daoud, questi nanocristalli non possono decomporre la lana e sono innocui per la pelle. Inoltre, il rivestimento non altera l'aspetto e la consistenza del tessuto.
Quando bruci qualcosa, la ossidi, dice Jeffrey Youngblood , professore di ingegneria dei materiali alla Purdue University, che sta sviluppando materiali autopulenti che respingono l'olio. Questo [rivestimento di biossido di titanio] brucia solo materia organica a temperatura ambiente in presenza di luce.
Il biossido di titanio può anche distruggere agenti patogeni come i batteri in presenza di luce solare abbattendo le pareti cellulari dei microrganismi. Ciò dovrebbe rendere i tessuti autopulenti particolarmente utili negli ospedali e in altri ambienti medici. Daoud afferma che la proprietà autopulente diventerà una caratteristica standard dei futuri tessuti e altri materiali comunemente usati per mantenere l'igiene e prevenire la diffusione di infezioni patogene, in particolare perché i microrganismi patogeni possono sopravvivere sulle superfici tessili fino a tre mesi.
L'idea di utilizzare il biossido di titanio per realizzare superfici autopulenti non è nuova. La polvere di biossido di titanio viene aggiunta alle vernici e come rivestimento trasparente (spessore circa 10 nanometri) sul vetro per realizzare finestre autopulenti.
Per produrre lana autopulente, Daoud e i suoi colleghi utilizzano nanocristalli di biossido di titanio di dimensioni comprese tra quattro e cinque nanometri. In passato, i ricercatori hanno realizzato cotone autopulente rivestendolo con questi nanocristalli. Ma rivestire lana, seta e canapa si è rivelato più difficile. Queste fibre sono costituite da una proteina chiamata cheratina, che non ha gruppi chimici reattivi sulla sua superficie per legarsi al biossido di titanio.
I ricercatori modificano chimicamente la superficie delle fibre di lana, aggiungendo gruppi chimici chiamati gruppi carbossilici, che attraggono fortemente il biossido di titanio. Quindi immergono le fibre in una soluzione di nanocristalli di biossido di titanio. I ricercatori hanno delineato questo processo in un articolo apparso di recente online sulla rivista Chimica dei materiali .
Nel documento, i ricercatori mostrano come il materiale resiste alle macchie di vino rosso, che sono notoriamente difficili da rimuovere. La lana rivestita di biossido di titanio non mostra quasi alcun segno della macchia rossa dopo 20 ore di esposizione alla luce solare simulata, mentre la lana non trattata rimane fortemente macchiata. Altre macchie scompaiono più velocemente: le macchie di caffè svaniscono in due ore, mentre le macchie di inchiostro blu scompaiono in diciassette ore.
In passato sono stati sviluppati diversi tipi di materiali autopulenti che incorporano nanoparticelle. I tessuti e le vernici antimacchia attualmente sul mercato hanno in genere un rivestimento in nanoparticelle o nanofibre che fa rotolare le gocce di liquido invece di essere assorbite dal materiale. Le gocce di liquido portano con sé piccole particelle di sporco e sporcizia.
Altri materiali sono in fase di ricerca. Questi includono materiali microstrutturati, simili al teflon che rimbalzano l'olio sulla loro superficie. (Vedi No More Thumbprints.) Youngblood di Purdue ha realizzato un materiale che cambia la sua struttura a seconda che sia in contatto con olio o acqua, facendo sì che l'acqua si diffonda in una pellicola sottile e l'olio si risalti in modo che scorra via o sia facilmente spazzato via con acqua. (Vedi Parabrezza autopulente e antiappannamento .)
Tutti questi materiali si basano sulla produzione di olio di superficie o idrorepellente, afferma Youngblood. Si tratta di un concetto completamente diverso da quello del nuovo rivestimento in biossido di titanio. Stiamo controllando la bagnabilità e l'interazione con la superficie, dice. I rivestimenti in biossido di titanio, invece, degradano la materia organica. Non ha nulla a che fare con la bagnabilità della superficie. Qui, non stai rimuovendo ciò che è in superficie: lo stai bruciando.
Ognuna di queste tecniche per realizzare materiali autopulenti ha i suoi limiti. I materiali superidrofobici, che respingono l'acqua, sono in genere buoni per rimuovere le particelle di sporco ma non gestiscono bene gli oli, afferma Youngblood. I materiali che respingono l'olio, come quello che ha sviluppato, potrebbero non funzionare con alcuni tipi di olio. I materiali rivestiti in biossido di titanio, d'altra parte, non funzioneranno a meno che non vengano esposti alla luce solare per ore.
Il requisito della luce solare non ha impedito alla tecnologia di ottenere interesse commerciale. Diversi produttori di lana hanno suggerito di valutare la tecnologia, afferma Daoud. Si aspetta che le lane autopulenti saranno disponibili sul mercato entro due anni, una volta completate le prove di laboratorio e industriali sufficienti.