آيا فناوری نانو، صنعت رنگ و لاک را دگرگون ميکند؟
۱.چکیده
بسياري از رنگ ها براي مصارف داخل ساختمان و محيط‌هاي بيرون (خارج از ساختمان)، حاوي زيست‌کش ها و افزودني هايي براي محافظت در برابر تخريب هاي ميکروبي، فيزيکي و شيميايي هستند. زيست کش‌ها بايد تا زماني که درون رنگ هستند فعال باقي بمانند و حفاظت در برابر کلني سازي ميکروبي بايد حداقل به مدت يک دهه دوام بياورد. هنگامي که زيست کش‌ها آزاد مي شوند، بايد در مدت زمان کوتاهي تجزيه شوند تا هيچ تجمعي در محيط صورت نگيرد. صنعت رنگ نه تنها تحقيقات خود را بر روي توليد بهتر فرمولاسيون رنگ با زيست کش هاي تجزيه‌پذير متمرکز کرده‌است، بلکه استفاده از نانوموادي مانند نانونقره، نانومس، فوتوکاتاليست فعال نانودي اکسيد تيتانيوم و نانودي اکسيد سيليکا را به عنوان افزودني براي محافظت از رنگ ها در برابر تجزيه ميکروبي و تخريب فيزيکي و شيميايي در نظر مي‌گيرد. در آينده نانو مواد بايد جايگزين زيست کش‌هاي زيست تخريب‌پذير شوند و خواص رنگ را بهبود بخشند، همچنين مانع تجمع ميکروارگانيسم ها شوند.
از آنجا که هيچ مطالعه ي بلند مدتي صورت نگرفته است، تضميني مبني بر کارايي بلندمدت نانومواد در رنگ ها و نما هاي خارجي وجود ندارد. مشخص شده است که نقره در رنگ هاي آلاييده با نانونقره، به راحتي به وسيله باران شسته مي‌شود. فوتوکاتاليست فعال نانو دي اکسيد تيتانيوم نور فرابنفش را جذب ميکند و راديکال هاي هيدروکسيل توليد ميکند که اين راديکال هاي هيدروکسيل نه تنها از رشد ميکروبي جلوگيري ميکند، بلکه مي‌تواند موجب تجزيه فوتوکاتاليستي ماتريس رنگ نيز بشود و يا آن را سرعت بخشد. بنابراين تا اين لحظه همچنان نامشخص است که استفاده از نانومواد در رنگ‌ها معنا و مفهوم درستي دارد يا خير. براي پاسخ گفتن به سوالات تحقيقات گسترده اي نياز است.
نکات کليدي
o صنعت رنگ مي تواند از منافع فناوري نانو با جايگزيني نانوذرات به جاي زيست‌کش‌ها بهره‌مند شود.
o کارايي نانوذرات فعال ضدميکروبي در رنگ ها هنوز مورد سؤال است.
o امروزه هيچ اثر سميت حادي از نانوذرات فعال زيست‌کش گزارش نشده است.
o نانوذرات در رنگ ها، ميزان نانوذرات آزاد را پس از سنباده زني افزايش نمي دهند.
۲.مقدمه
ارگانيسـم هايي که در رنگ ها، نمـاهاي خارجي و مصالح ساختماني رشد مي‌کنند
در دهه‌هاي اخير، مطالعات در زمينه ارگانيسم‌هايي که باعث تخريب مواد ساختماني (مثلاً نماهاي خارجي) و رنگ‌ها مي‌شوند، تکميل شده و نشان داده شده که ميکروارگانيسم‌ها تأثير زيادي در هوازدگي و تخريب مصالح ساختماني دارند. ميکروارگانيسم‌هايي که در مواد ساختماني رشد مي‌کنند، از قبيل جلبک، باکتري، قارچ، و گلسنگ‌ها از اين سطوح به عنوان زيستگاهي که مواد غذايي مورد نيازشان را فراهم ميکند استفاده مي‌کنند (شکل 1). اين ميکروارگانيسم‌ها مي‌توانند به دسته‌هاي متفاوتي تقسيم شوند مانند فوتوتروپيک، کموارگانوتروپيک (هتروتروپيک) و ارگانيسم‌هاي کمولتوتروپيک (خودتغذيه شونده).
ارگانيسم‌هاي فتوتروپيک مانند جلبک سبز، سيانو باکتري‌ها (جلبک آبي) و گلسنگ‌ها از پيشگامان تشکيل کلني بر روي مصالح ساختماني و نماهاي خارجي هستند. اين گروه از ارگانيسم‌ها از نور خورشيد به عنوان منبع انرژي استفاده مي‌کنند. دي‌اکسيد‌کربن هوا به‌وسيله‌ي متابوليسم فوتوسنتزي کاهش مي‌يابد و به زيست‌توده‌ها ملحق مي‌شود.اين روش فوتوسنتز اجازه رشد بر روي مواد بيجان و خنثي را مي‌دهد، زيرا آنها از نماهاي خارجي فقط به عنوان ميزبان استفاده مي‌کنند. خوردگي ميکروبي سنگ و رنگ‌ها به وسيله ارگانيسم‌هاي فتوتروپيک، مي‌تواند با دفع (ترشح) اسيدهاي آلي يا آنزيم‌ها و همچنين به‌وسيله‌ي حل کردن مواد معدني ضروري اتفاق بيفتد.کاهش pH، تغيير رسانايي الکتريکي و همچنين تغيير غلظت دي‌اکسيد‌کربن، مي‌تواند سبب فرسايش يا پوسيدگي نماي خارجي و رنگ‌ها شود.
اما علاوه‌بر ارگانيسم‌هاي فتوتروپيک که در هوازدگي و تخريب نماهاي خارجي و رنگ‌ها نقش دارد، ارگانيسم‌هاي کمواورگانوتروپيک مانند باکتري و قارچ نيز مي‌توانند سبب خوردگي نماهاي خارجي و رنگ‌ها شوند اين ارگانيسم‌ها انرژي و کربن مورد نياز براي رشد را از تخريب زيستي ترکيبات ارگانيک (قندها، نشاسته، سلولز، پروتئين و…) به‌دست مي‌آورند. باکتري‌هاي زنده کمواورگانوتروپيک (هوازي و غيرهوازي) ، تخريب‌کننده‌هاي زيستي مواد آلي هستند. همچنين آنها قدرت حل کردن عناصر کاتيوني دو و سه ظرفيتي را از طريق شلاته کردن3 آنها با اسيدهاي آلي دفعي خود دارند. اين اسيدها نه تنها باعث حلاليت و شلاته شدن يون‌ها مي‌شوند، بلکه pH زيستگاه را کاهش مي‌دهند و در نتيجه سبب افزايش هوازدگي نماي خارجي مي‌شوند.
علاوه‌بر ارگانيسم‌هاي کمواورگانوتروپيک، باکتري‌هاي کموليتوتروپيک، مانند اکسيدکننده هاي گوگرد و آمونياک، در هوازدگي و خوردگي سطوح خارجي شرکت دارند. باکتري هاي اکسيدکننده گوگرد قادرند ترکيبات غيرآلي احيا شده گوگرد را اکسيد و سولفوريک اسيد توليد کنند. باکتري اکسيدکننده آمونيوم، با اکسيد کردن ترکيبات غيرآلي احيا شده نيتروژن، نيتريک اسيد توليد ميکند. اسيد دفع شده، کربنات را حل ميکند و نيترات آزاد شده باعث حل شدن بهتر کاتيون ها به‌وسيله‌ي آب و رهايش بهتر مواد معدني مي‌شود.
[EasyDNNGallery|17858|Width|200|Height|200|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]
شکل 1. رشد ميکروبي بر روي نماي خارجي گچي ناهموار. نماي خارجي شمالي بوده و در نتيجه از نور مستقيم محافظت شده است. بنابراين، نماي خارجي مدت زمان بيشتري مرطوب مانده است که شرايط رشد ميکروبي را فراهم کرده است. A: نماي خارجي گچي تماماً به‌وسيله‌ي جلبک سبز پوشيده شده است. B: کلني قارچ ها و گلسنگ ها، که مي‌توانند تا مدت زيادي بدون هيچ مشکلي زنده بمانند، بر روي نماي خارجي گچي.
زيست‌کش ها در رنگ ها و لاک ها تجمع ميکروارگانيسم ها بر روي سطوح خارجي را کاهش مي‌دهد
زيست‌کش هاي ضدميکروبي معمولاً براي جلوگيري از رشد ميکروارگانيسم ها بر روي سطوح استفاده مي‌شوند و براي افزايش کارايي و زيبايي ظاهري معمولاً در مقادير کم به رنگ ها و لاک ها افزوده مي‌شوند. با افزايش تقاضا براي عايق هاي حرارتي، مواد بسيار آسيب‌پذيرتر با غلظت بالاي پليمرهاي طبيعي در ساختمان‌ها به کار گرفته شده‌اند. يک نماي خارجي غني از مواد پايه کربني، تحت رطوبت، تجمع ارگانيسم‌ها را ممکن مي‌سازد. اين موضوع استفاده از زيست‌کش‌هاي با عمر بالا را براي جلوگيري از تجمع ميکروبي در نماهاي بيروني، ضروري ميکند.
قرارگيري زيست‌کش‌ها و ترکيباتي با اثر زيست‌کشي در بازار اروپا، مطابق »راهنماي محصولات زيست‌کش اروپايي EC/ 8/ 98
BPD براي محيط‌زيست تنظيم شده است. BPD ارزيابي خطرات محيطي محصولات زيست کش را نياز دارد، که بر مبناي مقايسه غلظت هاي مورد انتظار از اجزاي فعال در محيط و داده هاي سميتي اين مواد است. محصولات زيست کش بايد براي محافظت از زيرلايه (به عنوان مثال نماي خارجي ساختمان ها) از طريق مهاجرت زيست‌کش هاي فعال از درون رنگ به سطح خارجي فيلم رنگ مناسب باشد. بنابراين، رنگ بايد بهينه گردد تا حداقل تأثير بر محيط زيست طبق BPD تضمين گردد. صنعت رنگ با راهبرد هاي متفاوتي در حال کار کردن بر روي ايجاد فرمولاسيون هاي جديد رنگ است که BPD را براورده سازند و قادر باشند براي ساليان سال رنگ را از تجمع ميکروبي حفظ کنند.
يک راه براي صنعت رنگ توليد فرمولاسيوني با زيست‌کش هاي تجزيه پذير است. اين زيست کش ها به ميزان کمي در آب حل مي‌شوند و بنابراين فقط به ميزان کمي رها مي‌شوند. بنابراين مقدار آنها براي حفاظت طولاني مدت از رنگ ها در مقابل تجمع ميکروبي بايد کافي باشد. تا زماني که زيست کش هاي تجزيه پذير در رنگ موجودند، بايد فعاليت زيست کشي خود را حفظ کنند. هنگامي که زيست کش ها آزاد شوند در زمان کوتاهي تجزيه خواهند شد و در محيط تجمع نمي‌کنند. احتياجات براي اين نوع رنگ ها بسيار زياد است. مهم است که زيست کش هاي تجزيه‌پذير جاسازي شده فعاليت خود را طي سال ها حفظ کنند و فقط مقدار کمي از اين زيست کش&nb
