Материалы нанотехнологий

Термином «нанотехнология» обозначают работу с наночастицами веществ и объектов. Сегодня стало чрезвычайно модно ко всему подставлять приставку «нано-», как бы стараясь показать, насколько глубоко производитель заинтересован в развитии и качестве своей продукции. Между тем, не всегда употребление «нано-» кажется целесообразным: к примеру, для чего наночастицы в производстве йогуртов? Однако для производства ЛКМ нанотехнологии крайне актуальны, и в данном материале мы расскажем, почему.

Нано краски

Ответ довольно прост: можно. И даже нужно. Несмотря на то, что проникновение на наноуровень в лакокрасочных материалах не является нанотехнологией в строгом смысле этого слова, работа с наночастицами в этой отрасли открывает замечательные перспективы.

Нанотехнологии – это общее наименование процессов, имеющих дело с наноуровнем веществ (размеры от 1 до 100 нанометров), как говорит стандарт ISO. Благодаря новым соединениям атомов и наночастиц, ученые получают вещества с уникальными свойствами (нанотрубки на основе углерода, графен). Кроме того, открываются возможности управления давно известными веществами с усилением определенного качества в сторону, необходимую производителю. Последний аспект как раз полезен для лакокрасочной промышленности.

Во-первых, использование нанотехнологий позволяет уменьшить частицы ЛКМ до наноразмеров. Ведь большая часть покрытий представляет собой взвеси: чем меньше составляющие взвеси, тем легче и плотнее она заполняет обрабатываемую поверхность, проникая в мельчайшие поры. Не останется никаких разводов и белых пятен, прочность покрытия значительно улучшится. Особенно это актуально для слабовпитывающих гладких поверхностей металлических или пластиковых изделий. Применение измельченных ЛКМ позволит не грунтовать поверхность перед покраской.

Другая сторона медали – стоимость такой нанокраски или нанолака. Ясно, что для уменьшения размеров частиц понадобится новейшее дорогостоящее оборудование, стоимость которого отразится на цене продукции.

Стоит также учесть элементарные физические свойства частиц пигмента, входящего в ЛКМ. Пигменты имеют определенную яркость и насыщенность при соответствующем размере частиц. Уменьшение этого размера может привести к потере цвета, и расход краски значительно увеличится.

Тем не менее, появление подобных материалов станет новым словом для лакокрасочной промышленности. Исследования в этой области уже ведутся.

Какие достижения демонстрируют опыты с нанотехнологиями в ЛКМ

В первую очередь применение нанотехнологий в ЛКМ-перомышленности касается выпуска новых видов красок с измененными в лучшую сторону свойствами. В мире уже существуют компании, занимающиеся выпуском нанопродукции на рынок – например, немецкий концерн Caparol, делающий фасадные краски с нанокварцевой решеткой. Такие краски дают покрытие повышенной прочности, низкой загрязняемости и в то же время высокой паропроницаемости.

Фасадные краски нового поколения от Caparol сочетают в себе качества двух-трех видов прежних красок. Особенность продуктов Caparol состоит в том, что пигменты, входящие в состав краски, модифицируются в нанодиапазоне и становятся способными устранять инородные частицы (попросту грязь). Благодаря этому свойству краски фасад остается чистым практически вечно. Кроме того, такое покрытие мало подвержено выцветанию и воздействию ветра и влаги.

По всему миру организованы исследовательские лаборатории, изучающие свойства наночастиц и последствия проникновения на этот уровень вещества. На сегодняшний день точно известно, что опасности для здоровья человека нет, однако изучение экологических свойств наночастиц продолжается.

Прежде всего, ученых интересует влияние модифицированных лакокрасочных материалов на самочувствие непрофессионалов – простых обывателей, которые используют ЛКМ для бытовых нужд: наночастицы могут проникать внутрь организма через дыхательные пути, поры кожи, слизистую оболочку глаз.

Заметного вредного воздействия наночастиц пока открыто не было, однако специалисты настоятельно рекомендуют работать в очках, перчатках и специальных производственных респираторах, способных задерживать наночастицы, а также воздержаться от приема пищи на рабочем месте.

Несмотря на возможные ограничения в процессе работы, нанотехнологии являются желанным гостем в сфере производства лакокрасочных материалов.

Современные нанотехнологии

Некоторые эксперименты с наночастицами в ЛКМ позволяют получить поистине удивительные результаты. Вот некоторые из последних достижений в этой области.

Сверхтонкие пленки

На данном этапе изобретение относится к металлическим поверхностям, на которые осаждаются специальные вещества, обладающие одновременно свойствами лаков и красок, то есть придающие поверхности цвет и предохраняющие ее от загрязнений и воздействий окружающей среды.

Инновация метода заключается в том, что металлическое изделие не нужно обрабатывать дополнительно, сверхтонкая пленка наносится на него в процессе изготовления. Кроме того, наночастицы имеют гораздо более прочное сцепление с поверхностью, чем обычные ЛКМ, они практически неотделимы от поверхности.

Сверхтонкие пленки создаются с помощью оксида магния, который в виде порошка наносится на металл, нагревается при взаимодействии с кислородом, а затем охлаждается.

Данный способ пока не совершенен, так как наночастицы пленки слишком глубоко проникают в слои металла, что нежелательно, так как вместе с ними проникает и кислород, окисляющий металл. Исправить этот недостаток предполагается с помощью создания совершенного вакуума.

Модифицированные полимеры

Полимерные вещества – весьма важная сфера ЛКМ, так как широко используются в конструкциях космического оборудования. Нанотехнологии позволяют внедрить наночастицы в верхние слои полимеров, тем самым улучшив их свойства. Это крайне актуально для космических зондов и спутников, располагающихся на высотах до 1000 км и подвергающихся пагубному воздействию атомарного кислорода, концентрирующего в этих слоях атмосферы.

Снижение воздействия атомарного кислорода достигается путем введения в верхние слои полимеров сверхтвердых частиц, в частности оксидных, которые сдерживают влияние атомарного кислорода на 15%.

Интеллектуальные вещества

Применение нанотехнологий в лакокрасочной промышленности позволяет создать «самоорганизующиеся» ЛКМ, которые практически «думают» самостоятельно.

Суть заключается в том, что лакокрасочные материалы модифицируются на наноуровне таким образом, что могут приспосабливаться к внешним условиям: поверхность становится более гладкой или шероховатой, эластичной или твердой и так далее. Здесь учитывается масса факторов: взаимодействие наночастиц с ультрафиолетовым излучением, молекулами кислорода и водорода, различными химическими соединениями.

Нано покрытие авто

Производство автомобилей всегда одним из первых реагирует на нововведения, повышая престиж и качество продукции. Конечно, наномодифицированные ЛКМ не остались без внимания в этой сфере.

В частности, интерес представляют водоотталкивающие покрытия, улучшенные с помощью наночастиц кремния, внедренных в автомобильные ЛКМ. Наночастицы закупоривают мельчайшие отверстия в поверхности и не дают молекулам воды проникнуть в нее. Добавление диоксида титана еще и позволяет краске самой очищаться от инородных элементов и оставаться чистой – это просто прорыв для автопромышленности. Подобные покрытия могут наноситься на любые части автомобиля, включая металлические.

Известно, что компания Nissan использует водоотталкивающие покрытия на боковых стеклах некоторых моделей, что позволит водителю комфортно чувствовать себя в дождь. BMW заинтересован в применении самоочищающихся поверхностей на основе порошков с наночастицами.

Компания Mercedes-Benz является едва ли не самой «продвинутой» в области нанотехнологий: уже с конца 2000-х они выпускают автомобили с керамическими наночастицами, которые предохраняют поверхность от повреждений в разы эффективнее обычных красок.

Российский концерн «Наноиндустрия» производит специальный состав, который красноречиво называется «Нанотехнология». Он наносится на внутренние части автомобиля, предохраняя их от преждевременного износа и, соответственно, частого ремонта, снижает шум от работы деталей двигателя.

Как мы видим, нанотехнологии уже не являются чем-то из разряда фантастики, а вполне эффективно применяются на производстве ЛКМ.