نانو

  • استفاده از فناوری نانو در صنعت رنگ

    کاربرد فناوری نانو در صنعت رنگ

    فناوری نانو با ساختارهای مختلف ماده که دارای ابعادی از مرتبه ی یک میلیاردم متر9-10  هستند سروکار دارد. این فناوری توانمندی تولید مواد، ابزار و سیستم های جدید با کنترل سطوح مولکولی و اتمی برای استفاده از خواصی است که در آن سطوح ظاهر می شوند.

    استفاده از فناوری نانو در رنگ باعث ایجاد خواص جدید در رنگ، افزایش کیفیت رنگ و کاهش مصرف آن می گردد. کاربرد فناوری نانو در صنایع رنگ و پوشش در بخش مواد اولیه بیشتر شامل رنگدانه هاست. در بحث رنگدانه ها اندازه ذرات اهمیت بسزایی دارد و با پیش رفتن به سمت مقیاس نانو و افزایش سطح فعال نانو ذرات (به دلیل دارا بودن تعداد بسیار زیاد اتم در سطح)

    خواص متفاوت و جدیدی مانند ضدسایش، آنتی باکتریال، خودتمیزشونده، ضدخش، ضدسایش و خواص حفاظت الکترومغناطیس در رنگ ایجاد می شود. بنابراین رنگ های نانو با بهره گیری از نانو ذرات فعال و گروه های عاملی مناسب در ساختار خود، قادرند تا در مقابل محرک های محیطی عکس العمل های هوشمندانه محافظتی از خود نشان می دهند.

    امروزه فناوری نانو به یکی از بهترین شاخه های پیشرفت علم در بسیاری از زمینه های علوم و مهندسی از جمله درمان، بهداشت و تشخیص پزشکی، الکترونیک، ارتباطات، انرژی های نو، محیط زیست، حمل و نقل، صنایع هوانوردی و صنعت ساخت وساز تبدیل شده است به طور کلی در تمام صنایع و درهر بخشی که بهبود خواص مواد و ابزار مورد استفاده دارای اهمیت است، فناوری نانو راه حل هایی برای ارائه دارد.

    اثرات تحول آفرین و باورنکردنی این علم و فناوری در روند تحقیق و توسعه باعث گردیده که نظر تمامی کشورهای بزرگ به این موضوع جلب گردد و فناوری نانو را به عنوان یکی از مهمترین اولویت های تحقیقاتی خویش طی دهه ی اول قرن 21 محسوب نمایند. توسعه ی رنگ های پیشرفته مبتنی  بر فناوری نانو در سال های اخیر دریچه های جدیدی را به روی متقاضی رنگ های پیشرفته گشوده است.برخی از محصولات متنوع در این زمینه عبارتند از:

    • رنگ ترافیکی نانو
    • رنگ خودتمیز شونده
    • رنگ عایق حرارتی نانو
    • رنگ ترموپلاست بر پایه رزین اکریلیک نانو کامپوزیت
    • رنگ ترک تزئینی
    • اورکا نانوپینت

    استفاده از نانو تکنولوژی در صنعت رنگ باعث افزایش کیفیت رنگ وکاهش مصرف آن می گردد. نانو تکنولوژی به دو صورت به این بخش کمک می کند، یکی در انتخاب مواد مناسب در رنگ و دیگری در روش های بهینه رنگ کردن. نانو ذرات با اندازه های مختلف، نورهایی با فرکانس های متفاوت ساطع می کند که می تواند برای تولید رنگ های گوناگون مورد استفاده واقع شود.

    امروزه با گسترش تکنولوژی نانو، رنگ های پایه آبی نیز از این امر متأثر گشته اند، مزایای عالی این نوع رنگ ها با اعمال این تکنولوژی دو چندان شده است. این رنگ ها از رزین های دیسپرس شونده در آب با ابعاد نانو و نیز از نانو پیگمنت ها و افزودنی هایی در اندازه ی نانو استفاده می شوند که باعث کیفیت بهتر رنگ های معمولی پایه آبی گردیده است از جمله ویژگی های این محصولات می توان به موارد ذیل اشاره کرد:

    • دارای خواص مکانیکی ویژه ای هستند.
    • دارای خواص ضد خوردگی ویژه ای هستند.
    • استفاده از نانو پیگمنت ها باعث افزایش نفوذ این پوشش ها به درون شکاف ها و منافذ بسیار ریز موجود درسطح فلز می گردد.
    • با استفاده از رنگهای نانو چسبندگی روی سطح هفتاد مرتبه بیشتر می شود.
    • ضخامت اعمال پوشش نانو فقط 30 میکرون می باشد که در مقایسه با ضخامت رنگهای معمولی بسیار پایین می باشد و موجب صرفه جویی در مصرف رنگ می شود.
    • به دلیل پایین بودن درصد حلال های فرار با محیط زیست سازگارند.
    • از لحاظ ظاهری فیلم حاصله بسیار صاف و براق است.

    فناوری نانو یکی از بزرگترین فناوری های نوین در قرن حاضر است. که استفاده از آن در راستای برطرف نمودن نیازهای صنایع می تواند راهگشا باشد. همگام با توسعه فناوری نانو در صنایع مختلف، توجه به کاربردهای این علم، در صنعت رنگ و پوشش منجر به پیشرفت هایی در این زمینه گردیده است. رنگ ها و پوشش های ضد آب نانویی، نمونه ای از کاربرد این فناوری در صنعت رنگ است که در چند سال اخیر مورد استقبال و توجه بسیاری از شرکت ها قرار گرفته اند و فرصت های جدیدی را در بازارهای جهانی ایجاد کرده اند.

     

     نویسنده : منصوره ملامحمدی (کارشناس ارشد شیمی آلی)

  • کاربردهای ویژه نانو ذرات تیتانیوم دی اکسید

    خاصیت خود تمیز شوندگی نانو ذرات و پیگمنت ها به صورت های گوناگونی تعریف می شود. در رابطه با پوشش ها این تعریف به صورت سطحی با توانایی از بین برندگی مداوم آلودگی بوسیله عمل اکسیداسیون که توسط نور فعال می شود بیان می شود.

    دی اکسید تیتانیوم یکی ازاکسیدهای فلزی و رنگدانه هایی است که دارای این ویژگی مهم می باشد. پودر آن به عنوان رنگدانه  سفید در صنعت کاربرد دارد از این ماده می توان در بسیاری از صنایع از جمله پلاستیک – رنگ - کاغذ و جوهر استفاده کرد.

    قابلیت هایی که تیتانیوم دی اکسید از خود در این صنایع نشان داده است خود سبب شده تا در میان رنگدانه ها جایگاه ویژه ای را دارا باشد. دو ویژگی مهم این ماده که آن را در زندگی بسیار کارا و مهم می سازد. خواص فوق آبدوستی و فوتو کاتالیستی آن است. این دو ویژگی که با یکدیگر رابطه تنگاتنگی دارند باعث پدیده خود تمیز شوندگی می شوند.

    تیتانیوم دی اکسید به فرم کریستالی آناتیس در ساخت این مواد کاربرد دارند. یکی از کاربردهای این مواد سطوح خود تمیزشونده اعم از شیشه – کاشی و سطوح دیوار است. خواص خود تمیز شوندگی ضد باکتری و تجزیه آلاینده ها محدوده وسیعی از کاربردها را برای این مواد ایجاد کرده است که شرکتهای مختلف در حال توسه آنها و بازارسازی برای آنها هستند. زمانیکه این ترکیب در معرض نور ماورابنفش و در حضور رطوبت و اکسیژن قرار می گیرد انواعی از حالتهای اکسیژن فعال یا رادیکال را مانند هیدروکسیل – هیدروژن پراکسید و سوپر اکسید تولید می کند. ویژگی خود تمیزشوندگی این ماده کاملا به وجود رادیکال های فعال بستگی دارد. این مواد قادر هستند در برخورد با مولکول های آلوده کننده که عموم مولکولهای آلی کربنی هستند آنها را تجزیه کنند و به مواد غیر آلی مانند کربن دی اکسید و آنیون های معدنی بی ضرر تبدیل کنند. محصولات تولید شده به دلیل خاصیت آب دوستیشان با شستشوی ساده یا باران کاملا از سطح پاک می شوند.

    در سالهای اخیر پوشش های خود تمیز شونده که در آنها نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم به کار رفته است بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. اکسندگی بالای این نانو ذرات در از بین برندگی باکتری ها و آلودگی ها بسیار مفید واقع شده است. فوق آب دوست بودن ذرات تولید شده امکان حذف سریع آنها را نیز فراهم می کند.

    در استفاده از این نانو ذرات دی اکسید تیتانیم که فاز زمینه پلیمری دارند دو محدودیت وجود دارد: دی اکسید تیتانیم در معرض نور ماورابنفش قادر به تولید رادیکال های واکنش پذیر و اکسنده قوی می باشد. که این عامل خود برای پایداری و استقامت نوری یک پلیمر مضر است.  بنابراین در پلیمر حامل این نانو ذرات می تواند نقص هایی ایجاد کند. عامل محدود کننده بعدی مربوط به ماهیت ذاتی نانو ذرات می باشد. این ریزدانه ها به دلیل نسبت مساحت سطح بسیار بالا به اندازه کوچک ذراتشان دارای تمایل بسیار شدید به تجمع کردن می باشند. بنابراین پراکندن آنها در یک تثبیت کننده آلی ضروری است. همچنین برای بهبود پراکندگی این نانو ذرات سطح آنها را بوسیله ترکیبات غیر آلی مانند سیلیکا و آلومینیوم اکسید پوشش می دهند.

    از کاربردهای دیگر این رنگدانه که از خاصیت آب دوستی آن استفاده می کند خاصیت ضد مه گرفتگی است. مه گرفتگی سطح آینه ها و شیشه ها زمانی اتفاق می افتد که بخار آب سرد روی این سطح می نشیند تا قطرات بخار آب تشکیل دهد. روی یک سطح فوق آبدوست قطره های آب تشکیل نمی شود. در واقع یک فیلم نازک آب به طور یکنواخت روی سطح تشکیل می شود. این فیلم یکنواخت آب مانع مه گرفتگی می شود. بدین ترتیب می توان برای مثال انواع شیشه – آیینه و عینک را با این فناوری ضد مه کرد. که فرایندی بسیار ساده و ارزان است. از نمونه های کاربردی آن میتوان به ماشین های ساخت ژاپن که به آیینه های بغل فوق آبدوست مجهز شده اند اشاره کرد. از دیگر کاربردهای این ماده می توان به قابلیت فیلتراسیون آب و هوا- ساخت رنگهای آنتی باکتریال و ضد قارچ – ساخت سرامیک های آنتی باکتریال – لوازم پزشکی و بیمارستانی – کشاورزی و... اشاره کرد.

    با توجه به حذف آلودگی های صنایع پتروشیمی و پساب های صنعتی که از معضلات جامعه امروزی است میتوان به اهمیت این گونه مواد و کاربردهای فراوان آنها در حوزه های مختلف پی برد.




    منابع
    :

    1-Alireza khataee, Leila Moradkhannejad, Vahid Heydari, Behrouz Vahid Sang WooJoo, (2016), Self cleaning acrylic waterbased white paint modified with different types of TiO2 nanoparticles, Pigment & Resin Technology, Vol. 45 Iss 1 pp. 24-29.

    2- Ivan P. Parkin nd Robert G. Palgrave Received 19th August 2004, Accepted 15th November 2004 First published as an advance Article on the web 22nd December 2004 DOI: 10.1039/b412803f

    3- Allen, N. S., poimer degradation and stability, Vol 78. No. 3,pp 467-487.