اختصاصی بسپار/ کاربرد نانومواد در پوشش‌ها
گروه ترجمه و تولید محتوا بسپار / ایران پلیمر خودرو، هواپیما، کشتی، ساختمان، لوازم خانگی، مجلات و پوسترها و …، لیست محصولات پوشش‌داده‌شده با پوشرنگ و رزین بی‌نهایت است. در سال 2012 میلادی 6/2 میلیون تن رزین، پوشرنگ و جوهر چاپ در آلمان تولید شد که نشان‌دهنده اهمیت این محصولات در زندگی افراد است. پوشش‌ها علاوه بر ایجاد ظاهری زیبا، از سطوح در برابر آسیب‌های مکانیکی، اثرات شیمیایی و شرایط جوّی محافظت می‌نماید. صنعت پوشش و پوشرنگ، به‌طور پیوسته در تلاش برای برآوردن نیازهای روبه‌رشد بازار است. در همین راستا طی چند سال گذشته فناوری نانو نقش مهمی در توسعه پوشش‌ها ایفا کرده‌است.
در سال‌های اخیر فناوری‌های مدرن به تصویرسازی و توصیف علمی نانومواد و ساختارشان کمک شایانی نموده‌است. امروزه پوشش‌های نوآورانه‌ای به‌کمک نانومواد به‌تولید رسیده‌اند، برای مثال می‌توان به پوشش‌هایی جهت حفاظت سطح در برابر خوردگی و آلودگی و یا جهت ایجاد زیبایی ظاهری روی سطح اشاره کرد.
نانومواد در پوشش‌ها
درصد جرمی نانومواد در یک پوشش بستگی به کاربرد نهایی دارد. برای مثال درصد نانومواد لازم جهت بهبود مقاومت سایشی پوشش %7-3 است. از جمله نانومواد رایج مورد استفاده در پوشش‌ها (با توجه به کاربرد پوشش) می‌توان به دی‌اکسیدتیتانیوم، سیلیکا، کربن بلک، اکسید آهن، اکسید روی و نقره اشاره کرد.
با استفاده از نانومواد در پوشش‌ها می‌توان به پشت‌پوشی بالاتر، برهم‌کنش بهتر بین پوشش و زیرآیند و همچنین دوام بالاتر دست یافت. از سوی دیگر نانومواد به‌واسطه اندازه ذراتشان (100 نانومتر و کمتر) گزینه مناسبی برای استفاده در پوشش‌های شفاف می‌باشند.
پوشش‌های نانویی به‌واسطه ساختارشان در بسیاری موارد در دسته نانوکامپوزیت‌ها قرار می‌گیرند. نانوکامپوزیت‌ها مخلوطی از چند مواد مختلف هستند و ویژگی‌هایشان با ویژگی‌های هریک از اجزاء متفاوت می‌باشد. برای مثال به کمک یک نانوکامپوزیت می‌توان خواص متضاد همچون سختی و انعطاف‌پذیری را جایگزین سختی و شکنندگی کرد.
پوشش‌های نانویی در قیاس با پوشش‌های معمولی ویژگی‌های مطلوبی در فرآیند ساخت از خود نشان می‌دهند، از جمله: انعطاف‌پذیری بالا، سرعت خشک شدن بالا، عدم انقباض بعد از تماس با آب، نفوذپذیری بالای بخار آب. از این ویژگی‌ها می‌توان برای ساخت نانوکامپوزیت مخصوص چوب با سرعت خشک شدن و انعطاف‌پذیری بالا بهره برد.
افزودنی‌های نانویی را می‌توان جایگزین برخی مواد ناسازگار با محیط زیست نمود، همچون تاخیراندازنده‌های شعله بر پایه مواد هالوژنی. درباره استفاده از نانولوله‌های کربنی برای این کاربرد تحقیقات بسیاری انجام شده‌است.
از دیگر کاربردهای خاص پوشش‌های نانویی می‌توان به پوشش ضدبازتاب بر سطوح فوتوولتائیک، آبگرمکن‌های خورشیدی یا برخی گلخانه‌ها اشاره کرد. پوشش‌های ضدبازتاب با افزایش انرژی عبوری از شیشه به بازدهی کاربردهای مذکور کمک می‌کنند.
تولید
توزيع اندازه ذرات موجود در پوشش هاي نانويي بر اساس كاربردشان تعيين مي گردد. با استفاده از فرآيندهاي ساخت مشخص مي توان نانوموادي با ويژگي مورد نظر توليد نمود. دو روش كلي براي توليد اين مواد وجود دارد: روش بالابه پايين (توليد نانوذرات با تجزيه ذرات درشت) و روش پايين به بالا (معمولاً روش شيميايي).
روش سل-ژل نقش بسيار مهمي در توليد پوشش هاي نانويي ايفا كرده است. در اين فرآيند، يك سُل (محلول كلوئيدي ويسكوز) به كمك روش هاي مختلف غوطه وري، پاشش يا اسپين روي سطح اعمال مي شوند. ضخامت پوشش توليدشده به اين روش مي تواند بين چند نانومتر تا چند ميكرومتر باشد. سُل هايي در بازار موجودند كه با خشك شدن در دماي اتاق داراي قابليت تشكيل فيلم روي سطح هستند. اين محصولات توسط مشتريان بر روي سطوح مختلف (شيشه، سراميك،…) قابل استفاده اند. يكي از پوشش هاي مورد استفاده در نماهاي خارجي ساختمان نانوكامپوزيت هاي آلي/غيرآلي است. جزء غيرآلي موجب بهبود سختي و مقاومت به خراش پوشش مي شود. پوشش هاي فوتوكاتاليستي بر پايه نانوذرات دي اكسيد تيتانيوم به روش هاي مختلف بر سطوح شيشه اي، پلاستيكي، كاشي، سفال سقف و بلوك هاي سيماني قابل اعمال است.
اثرات زيست محيطي
پوشش ها با افزايش طول عمر سطوح موجب كاهش نياز به تعمير و تعويض وسايل مي شود. با توجه به اينكه نانوپوشش ها در ضخامت بسيار پاييني اعمال مي شوند، در عمل رزين مورد نياز براي تهيه آن ها حدود يك دهم رزين ديگر پوشش ها است. اين امر به صرفه جويي در مواد اوليه كمك مي كند. به طور كلي توليد پوشش هاي سبك تر با كاهش ميزان مصرف مواد و همچنين كاهش انرژي لازم براي حمل و نقل به حفظ محيط زيست كمك مي كند. مزاياي اين نوع محصولات در صنعت اتومبيل و هواپيما بسيار ارزشمند است. نانوپوشش هاي خودتميزشونده موجب كاهش مصرف انرژي و مواد شوينده جهت تميز كردن سطح مي شوند و به افزايش طول عمر سطح كمك مي كنند.
اما نانومواد موجود در پوشش ها مي توانند طي زمان و در اثر فرسايش از پوشش آزاد گردد و محیط زیست و سلامت را تحت تاثیر خود قرار دهد. فعاليت فوتوكاتاليستي دي اكسيد تيتانيوم (توليد راديكال اكسيژن) داراي تاثيرات منفي بر موجودات زنده داخل آب است. نانوذرات نقره با خاصيت ضدباكتري در دسته مواد بسيار خطرناك براي آب و همچنين ريزموجودات داخل خاك به شمار مي روند.
پخش شدن غبار نانومواد در فرآيند ساخت و آسياب، همچنين پاشش پوشرنگ حاوي نانوذرات داراي اثرات منفي بر سلامت انسان است. ذرات ريزتر از 10 ميكرومتر در عمق ريه نفوذ و منجر به بيماري مي گردد.
ترجمه: مهندس رعنا رفیعی هشجین، دانشجوی دکتری مهندسی پلیمر-رنگ، پژوهشگاه رنگ
(ادامه دارد …)
متن کامل این مقاله را در شماره 241 دوماهنامه پوشرنگ از گروه مجلات بسپار که در پایان آبان ماه 1401 منتشر شده است بخوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه و فیدیبو قابل دسترسی است.
