Одним из важнейших свойств стеклоочищающих жидкостей является пенообразование. При распылении жидкости форсунками образуется пена, которая механическим способом воздействует на загрязнения, отделяя их от стекла и предохраняя его от микрошлифования абразивными частицами и образования матовости. ПАВ, входящие в состав жидкости, обволакивают частицы грязи, предотвращая их непосредственный контакт с поверхностью стекла. Одновременно за счет эффекта флотации, с помощью мельчайших пузырьков воздуха, из которых состоит пена, грязь всплывает и удаляется с очищаемой поверхности. При этом количество пены не должно быть чрезмерным, так как эффект флотации может негативно сказаться и на работе щеток, уменьшая их механическое воздействие на поверхность стекла и создавая трудности с удалением самой пены. С другой стороны, малое пенообразование не обеспечивает достаточное механическое воздействие на загрязнения и снижает эффективность, а также качество очистки стекла автомобиля.
Кроме спиртов, отдушек и ПАВ, в стеклоомывающие жидкости также добавляются различные колеры (красители), которые не должны чрезмерно «окрашивать» жидкость, так как, попадая на ветровое стекло, красители могут ухудшать видимость дороги.
Следует подчеркнуть, что применение специальных летних стеклоомывающих жидкостей, а не обычной воды, не только создает более комфортные условия для водителя, но и значительно повышает безопасность дорожного движения.
В мире производится огромный ассортимент стеклоомывающих жидкостей, рассмотреть которые не представляется возможным, да и не имеет никакого смысла.
Говоря о проблемах поддержания чистоты остекления автомобиля, фар и зеркал, следует кратко остановиться на технологиях, которые применяются для этих целей, но напрямую не связаны с качеством и составом стеклоомывающих жидкостей. Они применяются самостоятельно и выпускаются в виде аэрозолей или емкостей с распылителями. К таким препаратам автохимии относятся антидождь, антизапотеватели, специальные очистители стойких загрязнений стекол, а также препараты нанотехнологии, основанные на реализации «эффекта лотоса».
Вследствие высокой популярности и эффективности препаратов и разработок, основанных на нанотехнологиях, остановимся на одном из таких эффектов и способах его практического применения в автохимии.
В середине 70–х годов XX в. профессора ботаники Боннского университета (ФРГ) В. Бартхлотт (Barthlott) и К. Найнуис (Neinhuis) обнаружили, что листья и цветки некоторых растений почти не смачиваются водой и не загрязняются (рис. 46), а также то, что это удивительное явление происходит в наноструктурированных поверхностных областях. Впоследствии оно было ими запатентовано и названо в честь наиболее яркого представителя таких растений — «лотос — эффект» (Lotus‑effect ®).
Рис. 46. Капли влаги на несмачиваемой поверхности листьев
С помощью электронного микроскопа учеными было обнаружено, что поверхности листьев, цветков и побегов покрыты тонкой внеклеточной мембраной — поверхностным слоем (эпидермисом, кожицей). Эпидермис листьев и цветков некоторых растений выделяет воскоподобное вещество кутин, представляющее собой смесь высших жирных кислот и их эфиров. Жиры и жироподобные вещества, входящие в состав липидов — природных органических соединений, являются одними из основных компонентов биологических мембранIt constitutes of an insoluble polymer (cutin) and soluble lipids, usually called» waxes». They are embedded into the polymer and are also present on the surface. (рис. 47).
Рис. 47. Несмачиваемая поверхность листа люпина под электронным микроскопом
На оптимизированных поверхностях (например, цветке лотоса) проявляются супергидрофобные качества, такие, что, например, мед и даже клей на водной основе не прилипают, а полностью стекают с таких поверхностей.
Материалы с высоким напряжением граничных поверхностей увлажняются лучше, чем даже, например, тефлон — материал с одним из самых низких напряжений граничных поверхностей. Поведение воды на поверхности зависит от состояния поверхности. Если относительно гладкую поверхность достаточно увлажнить, то самоочистка улучшится.
Так как «лотос-эффект» основан исключительно на физико — химических явлениях и свойствах растений и не привязан только к живой системе, то самоочищающиеся поверхности технически можно воспроизвести на всевозможных материалах и покрытиях. Именно поэтому в последнее время интенсивно развиваются исследования по разработке и производству устойчивых к загрязнению и самоочищающихся поверхностей и покрытий.
Технологии на основе «лотос-эффекта» получили наиболее широкое применение в автомобильной промышленности: при нанесении и полировке лакокрасочного покрытия; специальной обработке остекления автомобиля; защитной водоотталкивающей и антибактериальной пропитке внутренней обивки и тентов; модифицировании резинотехнических изделий и т. п.
Немецкая фирма «Дуалес Систем Дойчланд АГ» одной из первых представила на проходившей в Ганновере всемирной выставке «ЭКСПО-2000» новую краску для автомобилей, обладающую самоочищающимся эффектом, для мойки окрашенных поверхностей (даже сильно загрязненных) достаточно просто полить водой.
Более того, в настоящее время имеются разработки на основе нанотехнологий, позволяющие вообще обходиться без воды. На загрязненные поверхности автомобиля из баллона распыляется специальный состав, которой затем растирается салфеткой. В результате не только удаляются образовавшиеся загрязнения, но и наносится защитное самоочищающееся покрытие, которое затем остается на поверхности более полугода.
Автомобильная нанополироль, реализующая «лотос — эффект», — в большинстве случаев двухкомпонентный препарат автохимии, состоящий из подготовительной жидкости (растворителя) и собственно полироли, представляющий собой смесь частиц наноматериала (алмаз, оксиды титана, кремний, вольфрам и т. д.) в специальной среде из растворителей и наполнителей. Она предназначена для оптической маскировки локальных потертостей и царапин, восстановления первоначального цвета и свойств лакокрасочного покрытия или остекления автомобиля, а также придания им самоочищающихся свойств.
Эффективность использования нанополиролей для защиты обрабатываемых поверхностей отражена на рис. 48.
Рис. 48. Механизм образования защитного покрытия при использовании полиролей: обычной (слева) и нанополироли (справа)
Как видим на схеме, нанополироль полнее заполняет микротрещины, обеспечивает плавные переходы от поверхностей трещин к лицевой поверхности, что способствует нанесению более равномерного защитного покрытия.
Нанопрепараты для остекления автомобилей выпускаются нескольких видов: специальные защитные водоотталкивающие пленки, двухкомпонентные полироли, состоящие из эффективных растворителей, собственно нанопрепарат и специальные наноочистители.
Механизм «самоочищения» стекла автомобиля, обработанного специальными нанополиролями, представлен на рис. 49. Поверхность модифицирована таким образом, что капля воды катится по ней, собирая грязь, тогда как на гладкой поверхности, наоборот, капля воды, сползая, оставляет грязь на месте.
Рис. 49. Схема реализации «лотос — эффекта» на автомобильном стекле: 1 — нанопокрытие; 2 — капля жидкости (воды); 3 — загрязнение; 4 — поверхность (стекла, краски, керамики и т. д.)
При применении специальных нанопокрытий и нанополиролей на лобовом стекле автомобиля дождь, снег и грязь не удерживаются на его поверхности и при движении уносятся встречным потоком воздуха. При этом попавшие на стекло битум, растительные смолы, масляная пленка, прилипшие насекомые и т. п. легко удаляются дворниками — даже в самых тяжелых случаях. В результате создания водоотталкивающего эффекта и сохранения прозрачности стекла повышается безопасность на дороге.
Видимость в ночное время также существенно улучшается, а встречный транспорт ослепляет гораздо меньше. Вода, снег и грязь, которые брызжут из‑под колес встречного транспорта, попадая на боковые стекла, также быстро удаляются с них, не ухудшая бокового обзора. То же касается и боковых зеркал, позволяющих беспрепятственно наблюдать за движением. Все это повышает безопасность при управлении автомобилем.
В плохую погоду становится особенно неприятно, когда дождь или снег мешают обзору через заднее стекло. Защитное водоотталкивающее нанопокрытие и здесь обеспечивает большую безопасность при управлении автомобилем, так как грязь, вода и снег хуже удерживаются на поверхности заднего стекла.
Для грузовых машин нанопокрытие также является оптимальным решением. Лобовое стекло грузовика испытывает большое сопротивление воздуха, поэтому водители таких машин уже при скорости 60 км/ч смогут оценить преимущества защитного водоотталкивающего нанопокрытия. Одновременно снизятся расходы на новые стеклоочистители, так как они будут использоваться меньше, в среднем на 50%. При этом неприятную работу по регулярному наполнению бака жидкостью для стеклоомывателя можно будет делать гораздо реже.
