25.04.2011

Ультрафиолет 'вылечит' поцарапанную машину

Ученые придумали полимер, способный восстанавливать повреждения своей структуры под воздействием ультрафиолетового излучения. Происходит это потому, что в данном веществе мономеры скрепляются клеем, состоящим из соединений металлов. Разработчики считают, что краска из такого полимера может быть применена в качестве покрытия кузовов автомобилей.

Одной из самых распространенных проблем, с которой сталкиваются владельцы автомобилей — царапины на покрытии корпуса. Конечно, вреда от них большого нет, однако внешний вид машины эти повреждения сильно портят. Да и ликвидировать их непросто, а, главное, достаточно дорого. А вот получить такую царапину, наоборот, можно весьма легко — стоит лишь задеть за что-нибудь при парковке и вот вам, пожалуйста, кузов уже весь исцарапан.

Однако эта проблема, возможно, скоро будет решена. Группа ученых из США и Швейцарии под руководством Кристофа Ведера из Западного резервного университета Кейза (США) придумали краску на основе полимера, повреждения на котором можно устранять с помощью ультрафиолетового излучения. Причем достаточно быстро — всего за одну минуту светового воздействия - от царапины на покрытии не останется и следа.

Напомню, что ультрафиолет — это электромагнитное излучение, занимающее диапазон между фиолетовым концом видимого излучения и рентгеновским излучением. Его диапазон условно делят на ближний (380-200 нм) и дальний, или вакуумный (200-10 нм). Ближний ультрафиолетовый диапазон часто называют "чёрным светом", так как он не распознаётся человеческим глазом, но при отражении от некоторых материалов или при прохождении через них спектр переходит в область фиолетового видимого излучения. Собственно говоря, любители загара имеют дело в основном именно с ближним ультрафиолетом, так как солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, в значительной степени содержит именно его, а дальнего там достаточно мало.

Поэтому ученые при ремонте новых полимерных покрытий использовали именно его. Они создали из чудесного полимера пленку толщиной около 350-400 микрометров. Далее эти пленки царапали бритвой, причем глубина повреждения составляла 60-70% от толщины самой пленки. После чего повреждения подвергали минутному воздействию ультрафиолетового света с длиной волны 320-390 нм. В результате края царапин полностью срастались, и на пленках не оставалось никаких следов от недавней травмы.

В чем же секрет этих "светолюбивых" полимеров? Дело в том, что молекулы в них как бы склеены друг с другом специальным клеем, состоящим из соединений цинка. Именно поэтому в данном полимере, в отличие, например, от полистирола, из которого сделаны чашки в торговых автоматах, мономеры не связаны сильными ковалентными связями. И это дает им возможность при точечном нагревании переходить из твердого состояния в полужидкое.

Перейдя в такое состояние, полимерный цинковый "клей" становиться активным. Он начинает образовывать связи с различными участками мономеров, в том числе и с теми, которые были деформированы в результате царапания бритвой. Таким образом, повреждение как бы затягивается само собой. Ну, а как только температурное воздействие убирается, клей сразу же становится неактивным и намертво сцепляет молекулы мономеров.

Но не будет ли такая краска становиться полужидкой и стекать с корпуса при обычном воздействии солнечных лучей? Ученые утверждают, что нет, и вот почему. Для того, что бы активизировать этот цинковый клей, нужно довести мощность потока излучения до 950 милливатт на квадратный сантиметр. А даже при загаре в солярии такая мощность составляет всего лишь 1 мВт/см². В природе же и этого практически никогда не бывает. То есть опасения того, что краска будет сходить с автомобиля в солнечный день, абсолютно беспочвенны. Кроме того, разработчики заявляют, что процесс "ремонта" работает даже тогда, когда полимер находится под нагрузкой около 8 кПа.

Подобные "самозаживляющиеся" материалы в последние годы набирают все большую популярность. Так, например, в 2009 году был разработан полимер на основе полиуретана, который под воздействием ультрафиолета мог "вылечить" себя в течение часа. В данном случае регенерация была результатом взаимодействия полиуретановых соединений и химических компонентов под названием OXE и CHI, формула которых до сих пор держится разработчиками в секрете. Однако известно, что они представляют собой соли каких-то металлов.

Ремонт данного материала проходил по следующей схеме — при появлении царапины нестабильные соединения OXE начинало выделять материал вместо повреждения, а ультрафиолет способствовал тому, что CHI и OXE быстро формировали края, затем вступали во взаимодействие с полиуретановыми мономерами, и вся эта полужидкая масса заполняла царапину. Однако сейчас данный материал кажется слишком "тихоходным" — счет уже идет на минуты, а в ближайшем будущем, возможно, и на секунды.

В основе всех подобных полимерных покрытий лежит принцип супрамолекулярной сборки, когда более короткие молекулы соединяются в цепочки нужной длины "клеем" из ионов металлов. Сами ионы могут быть весьма различны, однако все они относятся к тем, которые могут образовывать устойчивые связи с органическими молекулами, то есть это всем известные цинк, медь, кобальт, железо и т. п. Поскольку данные металлы достаточно широко распространены в земной коре и не являются редкими элементами, стоимость материалов для изготовления данной краски не будет являться слишком высокой. Поэтому есть шанс, что новые покрытия будет доступным для большинства владельцев автомобилей.

По словам разработчиков, следующим шагом в исследовании будет создание покрытия на основе нового полимера, пригодного для практического использования. Новые соединения могут найти применение, например, в лакокрасочных покрытиях для мебели и техники. Оно может быть пригодно и для краски, которую наносят на поверхность мобильных телефонов, ноутбуков и МР3-плееров. То есть для тех устройств, которые не боятся принимать "солнечные ванны".

Антон Евсеев

Источники:

1. ПРАВДА.Ру