استفاده از نانوذرات در پوشش ها
بسپار/ ایران پلیمر محصولات صنایع مختلف از قبیل خودروسازی، هواپیما، کشتی، نمای بیرونی ساختمان، مبلمان، مصارف داخلی ساختمان، روزنامه، مجلات و دستگاههای ذخیره اطلاعات دارای پوششها چه به صورت شفاف و یا پشت پوش هستند. در سال 2012 حدود 6/2 میلیون لاک، پوشرنگ و جوهر چاپ در آلمان تولید شد. این حجم تولید، بیانگر اهمیت این محصولات در زندگی روزمره ماست. از پوششها برای محافظت از سطوح در برابر آسیبهای مکانیکی، شیمیایی و ناشی از شرایط جوی و بهبود ظاهر استفاده میشود. به منظور پاسخگویی به نیازهای بازار پوششها، صنایع تولیدکننده همواره در تلاش برای بهبود و بهروزرسانی تولیداتشان هستند. بنابراین، در سالهای گذشته از فناوری نانو در صنعت پوششها بسیار استفاده شده است.
سالیان سال است که از افزودنیهای در مقیاس نانو، مانند سولفات باریم و اکسید آهن به منظور ایجاد فام و یا سیلیکا برای جریانپذیری بهتر لاکها در صنعت پوشرنگ و لاک استفاده میشود. امروزه از پوششهای برپایه فناوری نانو به طور مثال برای عاملدار کردن و اصلاح سطح، ایجاد محافظت در برابر کثیفی و خوردگی، ممانعت از رشد باکتری و اثر جوهر و یا ایجاد طراحیهای متفاوت بهواسطه اثرات ویژه ی رنگی استفاده میشود.
پوششهای حاوی نانومواد
میزان نانومواد در سامانه های پوششی وابسته به عملکرد و انتظار مورد نظر از آنهاست. به طور مثال، برای افزایش مقاومت سایشی یک لاک، باید 3 تا 7 درصد نانومواد به آن اضافه کرد. به ظور معمول، پوششها وابسته به عملکرد نهاییشان دارای نانوموادی از قبیل دیاکسید تیتانیوم، دیاکسید سیلیکون، کربن سیاه، اکسید آهن، اکسید روی و نقره هستند. در عمل، ذرات دارای چندین اندازه هستند. توزیع اندازه ذرات نیز وابسته به کاربرد نهایی آنهاست. به طور مثال، در پوششهای مقاوم به خراش، توزیع اندازه ذرات باید بسیار باریک باشد. نانومواد در اینجا به موادی با توزیع اندازه ذرات باریک اطلاق میشود.
در عمل، همیشه بیشتر از یک اندازه ذرات وجود دارد. قبل از پردازش، اندازه ذرات رنگدانه ها از ده ها تا چندین هزار نانومتر متغیر است.
از نانومواد برای دستیابی به پشت پوشی بالاتر، برهمکنش بهتر بین پوشش و سطح، و دوام بیشتر پوشش استفاده می شود. به دلیل اندازه ذرات کوچک آنها از 100 نانومتر یا کمتر، برخی از نانومواد برای استفاده در سیستم های پوشش شفاف مناسب می باشند. علاوه بر این، شفافیت نانومواد (به عنوان مثال دیاکسیدتیتانیوم در نور مرئی) باعث ایجاد مواد افزودنی جدید با خواص منحصربهفرد در پوشش های غیر شفاف میگردد.
بسته به ساختار نانومواد، از پوشش های حاوی نانومواد به عنوان “نانوکامپوزیت” یا “نانوهیبرید” یاد میشود. نانوکامپوزیت / نانوهیبرید ترکیبی از چندین ماده هستند که منجر به حصول خواصی متفاوت از خواص تکتک اجزا میشود. به این ترتیب، به عنوان مثال، می توان ترکیب خواص متضاد مانند سختی و خاصیت ارتجاعی را به جای سختی و شکنندگی بهدست آورد.
پوشش های حاوی نانومواد، خواص بسیار خوبی نسبت به پوشش های معمولی ارائه می دهند (به عنوان مثال، افزایش مقاومت دندانه پذیری(خش و خراش)، انعطاف پذیری بالا، خشک شدن سریع، عدم گسترش پس از تماس با آب، تراوایی بخار آب بالا).
پوشش های حاوی دی اکسیدتیتانیوم نورفعال، دارای ویژگی های خود تمیزشوندگی و اثر ضد میکروبی هستند. این سطوح نیز بسیار ضد آب بوده و برای زیرایندهایی ازقبیل آینه، پنجره های خود تمیزشونده، قاب پنجره، آجر، پوشش دیوار، کاشی و شیشه تخت مناسب هستند.
افزودنیهای برپایه نانومواد در پوششهای جایگزین مناسبی برای افزودنیهای تاخیرانداز شعله حاوی هالوژن که برای محیط خطرآفرین هستند، میباشند. نانوپوششهای به طور مستقیم بر روی زیرایند اعمال میشوند. بر اثر بروز آتشسوزی، یک لایه سرامیکی در عرض چند ثانیه شکل میگیرد که در برابر گرما عایق بوده و دود تولیدشده را کاهش میدهد. از نانولولههای کربنی در پوششهای تاخیرانداز آتش استفاده میشود.
تولید
همانند پوششهای متداول، پوششهای برپایه فناوری نانو نیازمند تجهیزات مختلف و کسب استانداردهای لازم قبل از ارائه هستند. وابسته به نوع کاربرد این پوششها، ذرات باید دارای توزیع اندازه باریک باشند. با استفاده از روش سنتز مناسب، میتوان ذراتی با کاربردهای مورد نظر تولید کرد. به طور کلی، دو روش برای سنتز نانوساختارها وجود دارد: روش “بالا به پایین” و “پایین به بالا”. به دلیل کاربردهای مختلف، روشهای متفاوتی وجود دارد.
فرایند سل-ژل نقش مهمی را در تولید پوششهای حاوی نانوساختارها ایفا میکند. در حین این فرایند، یک سل (یک محلول کلوئیدی با گرانروی بالا) با روشهای اعمال پوششهای متداول مانند غوطه وری، اسپری و یا پوشش دهی چرخشی بر روی سطح قرار میگیرد. ضخامت این لایه بین 5/0 تا 3 میکرون است. در شرایطی خاص، ضخامت این لایه به چند نانومتر رسیده و شفاف است. سپس به منظور افزایش طول عمر، در دمای بالا قرار میگیرد. به طور مثال، هنگامیکه یک لایه متخلخل SiO2 بر روی یک سطح شیشه ای قرار گرفته و در دمای بالا سخت میشود، یک رفتار ضد انعکاسی در محدوده های مختلف طیف از خود نشان میدهد.
منبع: Umwelt Bundesamt
مترجم: مهندس معصومه کاویانی دارانی-دانشجوی دکتری مهندسی رنگ-پژوهشگاه رنگ
(ادامه دارد…)
متن کامل این مقاله را که در شماره 200 ویژه نامه پوشرنگ در پایان اردیبهشت ماه منتشر شده است، بخوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید.
