"Разработка новых самоочищающихся материалов на основе фотохромных нанокомпозитов полититаноксида в органических полимерных матрицах с переключаемым режимом смачивания поверхности"

Проект направлен на разработку новых ресурсосберегающих самоочищающихся адгезионно прочных покрытий различных поверхностей, способных разлагать загрязнители окружающей среды, подавлять развитие патогенных бактерий и удалять загрязнения с поверхности вместе с каплями воды, на основе органо-неорганических терполимеров полититаноксида с фотоиндуцированным переключением режимов смачивания и высокой фотокаталитической активностью. Стратегия применения таких покрытий основана на том, что в качестве их активного начала используется полититаноксид анатазной аллотропной модификации, самоорганизованный в наночастицы в оптически прозрачных полимерных матрицах различной природы. При попадании солнечного света на полупроводниковый полититаноксид начинают проявляться уникальные свойства материалов, а именно: гидрофилизация поверхности и разложение на ней органических загрязнителей. В отсутствие светового воздействия гидрофобная полимерная матрица придает поверхности "эффект лотоса", и загрязнения смываются с нее вместе с каплями воды. Кроме прикладных целей проект имеет фундаментальные задачи и относится к одному из актуальных направлений химии полимеров – получению полимерных нанокомпозитов c регулируемым комплексом свойств. Для достижения поставленных целей будут синтезированы новые оптически прозрачные гибридные терполимеры, содержащие полититаноксид, на базе традиционных акриловых и метакриловых мономеров и изопропоксида титана комбинацией двух принципиально различных по механизму процессов синтеза полимеров – поликонденсации и радикальной полимеризации. Отличительной особенностью разрабатываемой стратегии является одностадийность процесса синтеза материалов, в котором полититаноксид самоорганизуется в нанокластеры размером менее 50 нм со структурой близкой к анатазной и равномерно распределяется в объеме оптически прозрачного органического полимерного носителя. Это обеспечивает проявление терполимерами фотохромных свойств за счет одноэлектронного УФ-индуцированного перехода Ti4+ + e- ? Ti3+ с квантовым выходом более 50 %, сопровождающегося обратимым разрывом связи Ti-O в полупроводниковом полититаноксиде. В результате этого поверхность материалов обратимо гидрофилизируется, и формируются активные формы кислорода, разлагающие органические загрязнители до CO2 и Н2О в мягких условиях, то есть в условиях лишь светового воздействия при небольших температурах. Таким образом, полититаноксид в силу своей структуры внутри полимерного материала обеспечит его самоочищение за счет фотокаталитического разложения загрязнителей и самопроизвольного удаления с его поверхности продуктов разложения и пыли в результате реверсивного изменения гидрофобности поверхности при световом воздействии. Повышение исходной гидрофобности поверхности терполимеров для достижения "эффекта лотоса" на данном этапе будет достигаться за счет нанесения на их поверхность тонких слоев фтор-содержащих полимеров. С целью получения материала с наилучшим показателями в проекте будут выполнены исследования, направленные на выявление закономерностей синтеза и регулирование комплекса свойств получаемых гибридных полимерных материалов в зависимости от их состава и поверхностной модификации: изучение структуры, топографии поверхности, оптических, фотохромных, фотокаталитических, физико-механических, теплофизических свойств, способности к самоочищению и скорости переключения режимов смачивания при световом воздействии и после его окончания, бактерицидных свойств. Будет разработан метод нанесения покрытий на основе органо-неорганических гибридных терполимеров, содержащих полититаноксид, на поверхности различной природы (стекло, металл, пластик, керамика) и изучена их адгезионная прочность. Совокупность полученных результатов обеспечит получение оптически прозрачных органо-неорганических самоочищающихся покрытий, способных к реализации переключаемого режима смачивания поверхности, фотокаталтитическому разложению загрязнителей и проявляющих антибактериальные свойства. Эффект самоочищения полимерных композитов в условиях отсутствия светового воздействия будет обеспечиваться высокой гидрофобностью их поверхности (краевой угол смачивания водой более 120°), а при световом воздействии – ее гидрофильностью и разрушением органических загрязнителей окружающей среды, в том числе бактерий, и эффективным смыванием с нее продуктов разложения без образования следов. По эффективности материалы будут превосходить существующие аналоги благодаря уникальному сочетанию свойств - оптической прозрачности, высокого квантового выхода реакции Ti4+ + e- ? Ti3+, высокой фотокаталитической активности, фотоиндуцированной гидрофильности, "эффекта лотоса" в отсутствие светового воздействия.