זכוכית בעלת יכולת ניקוי עצמית

זכוכית בעלת יכולת ניקוי עצמית היא סוג של זכוכית בעלת פני שטח השומרים עליה נקייה מלכלוך. תחום הציפויים בעלי יכולת ניקוי עצמית בזכוכית מחולק לשתי קטגוריות: ציפויים הידרופוביים וציפויים הידרופיליים. שני סוגי ציפויים אלו הם בעלי יכולת ניקוי עצמית הנעזרים במים. בעוד הראשון נעזר בתנועת רסיסי מים על פניו השני מכוסה במים השוטפים את הלכלוך מפניו. ציפויים הידרופיליים מבוססים על טיטניה ומסוגלים בנוסף לפרק באופן כימי את הלכלוך שנצבר עליהם בעזרת אור השמש. הדרישות בפני שטח הידרופוביים המנקים את עצמם הן כמות מים סטטית מספקת ונטיית הזכוכית בזווית העולה על 160°. כיום, ידועות מספר טכניקות ליצירת פני שטח הידרופוביים הנעזרות בשעווה ובפולימרים המיוצרים במיוחד למטרה זו. שיטות ייצור פיזיקליות כמו: איכול יוני ודחיסה של שרשראות פולימריים ושיטות ייצור כימיות כמו חספוס כימי בעזרת פלזמה. בעוד פני שטח אלו מצטיינים ביכולת ניקוי עצמית הם סובלים ממספר חסרונות המעכבים עד כה את השימוש הנרחב בהם. כל תהליכי הייצור לפני שטח הידרופוביים, הידועים כיום, יקרים, עורכים זמן רב והתוצר המתקבל, בדרך כלל, לא מדויק דיו ואינו ניתן לשימוש בעדשות, חלונות וחומרים עדינים אחרים. פני שטח הידרופיליים, שאינם נסמכים רק על שטף המים המנקה אותם, יודעים לפרק מבחינה כימית את הלכלוך מפניהם כאשר הם נחשפים לאור השמש, תהליך המוכר בשם פוטוקטליטיקה (Photocatalysis). למרות המסחור (שבא לידי ביטוי במספר מוצרים הנמכרים כיום) של ציפויים הידרופיליים בעלי יכולת ניקוי עצמית, התחום עדיין נמצא בחיתוליו ורחוק מלהבשיל. מחקרים במנגנונים יסודיים של ניקוי עצמי ואפיון של ציפויים חדשים מפורסמים דרך קבע בספרות המסורתית. הזכוכית הראשונה שנוצרה והייתה בעלת יכולת ניקוי עצמית התבססה על שכבה דקה זכוכיתית המצופה טיטניה. הסרט הדק נוצר בזכות פרקורסור ליגנד טיטנאט אורגני (organo-titanate chelated precursor) שהרכיב גם את הציפוי לאחר טיפול בחום, ששורף את השאריות האורגניות בחומר. בתהליך זה, נתרן עלול לצאת מהזכוכית ולהיכנס לציפוי הטיטניה, דבר המפחית את כושר ההידרופיליות של הציפוי. הזכוכית שנוצרה מהתהליך ניקתה את עצמה בשני שלבים. בשלב הראשון, השלב הפוטוקטליטי, מפרק באופן כימי את הלכלוך האורגני על פני השטח באמצעות אור על-סגול המגיע מהשמש והופך את הזכוכית לסופר-הידרופילית. בשלב השני, השלב סופר-הידרופילי, גשם או כל מקור מים אחר שוטף את הלכלוך ולא משאיר אחריו סימנים על פני הזכוכית, מפני שהמים מתפזרים באופן אחיד על הזכוכית. בשנת 2001, חברת Pilkington Group Limited, הכריזה לראשונה על פיתוחם של חלונות בעלי יכולת ניקוי עצמית, Pilkington Activ™. בחודשים שלאחר ההכרזה, החלו מספר חברות גדולות המתמחות בתחום הזכוכית לשווק מוצרים דומים. כתוצאה מכך, נכון ל-2013, תחום הזיגוג לחלונות הוא היישום המסחרי הגדול ביותר של ציפויים מסוג זה אך עדיין השימוש בזכוכיות המצופות בשכבה דקה ושקופה של טיטניה נמוך יחסית. טיטניה, המוכרת גם בשם טיטניום דיאוקסיד, הפכה לחומר המוביל בתחום הציפויים בעלי יכולת ניקוי עצמית בכלל, וציפויים הידרופיליים בפרט, בזכות תכונותיה הפיזיקליות והכימיות. הטיטניה היא לא החומר היחיד, המוכר כיום, שמסוגל לפרק באופן כימי את הלכלוך הנצבר על פניו וגם לא החומר היחיד שמגיע למצב של סופר-הידרופיליות, אך עצם היותה לא רעילה, אדישה כימית בהיעדר אור יום, זולה יחסית, ניתנת לייצור בקלות באופן יחסי וניתנת לחיתוך לשכבות דקות הם שהפכו אותה לחומר המוביל בתחום. שימושים נוספים עתידיים הם מסכי מחשב ומסכי מחשב כף יד, מקומות בהם טביעות אצבע לא רצויות. Marmur, A. Langmuir 20, 3517–3519, (2004). Roach, P., Shirtcliffe, N. J. & Newton, M. I. Soft Matter 4, 224–240, (2008). Y. Paz, Z. Luo, L. Rabenberg, and A Heller, "Photo-oxidative Self-cleaning Transparent Titanium Dioxide Films on Glass", J. Mater. Res., 10, 2842–2848 (1995). Y. Paz and A. Heller, "Photo-oxidatively Self-Cleaning Transparent Titanium Dioxide Films on Soda Lime Glass: The Deleterious Effect of Sodium Contamination and its Prevention", J. Mater. Res., 12, 2759–2766 (1997). http://news.bbc.co.uk/2/hi/technology/3770353.stm http://www.engadget.com/2004/06/04/self-cleaning-glass/