بررسی آمار و ارقام نشان میدهد که صنعت ساختمان و پروژههای عمرانی از لحاظ سرمایه و نیروی انسانی درگیر بزرگترین صنعت در کشور به حساب میآید. رشد سریع جمعیت و افزایش تقاضا موجب شده تا نیاز به کاهش زمان تحویل پروژههای عمرانی و کاهش زمان بازگشت سرمایه بیش از پیش احساس شود. این امر موجب شده تا ضرورت استفاده از فناوریهای جدید و ایجاد تحول در شیوههای سنتی در صنعت ساختمان بیشتر شود.
نیاز به استفاده از تکنولوژیهای ساخت متناسب با رشد هر جامعه و بهرهگیری از فناوری در سایر صنایع و توانایی اجرای آن جامعه متغیر است. چنین نیازهایی موجب به وجود آمدن محصولات بر پایه فناوری جدید در صنعت ساختمان شده است. امروزه استفاده از محصولات بر پایه فناوری نانو در صنعت ساختمان میتواند موجب ایجاد مزیتهای رقابتی دیگری همچون کیفیت بالاتر، طول عمر بیشتر بنا و کاهش مصرف انرژی میشود.
بر همین اساس در کشور ما ایران نیز تلاشهای بیشماری در راستای توسعه محصولات بر پایه فناوری نانو در صنعت ساختمان انجام شده است. نتیجه این تلاشها که با حمایتهای ستاد ویژه توسعه فناوری نانو همراه بوده است، فعالیت بیش از ۳۶ شرکت تولیدکننده محصولات نانو و بیش از ۴۲ محصول مختلف است. آمارها نشان میدهد که محصولات حوزه ساختمان بیش از ۶ درصد محصولات نانو تولیدشده در کشور را به خود اختصاص داده است.
اهمیت پوششهای آبگریز در مصالح ساختمانی
دلیل استفاده از پوشش در مصالح ساختمانی چیست؟
ساخت پوششهایی که بتوانند مانع از تخریب مصالح ساختمانی، در اثر تماس با آب یا رطوبت شوند، همواره چالشی بزرگ برای اهالی ساختوساز ساختمان بوده است. بیشتر مصالح ساختمانی بهراحتی خیس میشوند و بهوسیله وجود منافذ در ساختار آنها آب جذب میکنند.
وجود خلل و فرج در مصالح مختلف باعث نفوذ آب و مایعات مختلف به داخل آن میشود. با گذشت زمان این مواد باعث بروز مشکلات مختلفی در ظاهر و زیبایی مصالح میشوند. همچنین وجود برخی گروههای شیمیایی در سطح مصالح ساختمانی موجب جذب آب میشود.
| وجود خلل و فرج در انواع مصالح ساختمانی | |
مشکلات ناشی از تماس آب با مصالح ساختمانی
واکنش مواد سیلیکات قلیایی موجود در مصالح با آب، بارش باران اسیدی، تخریب مصالح توسط سولفات موجود در باران، نفوذ کلر به داخل بتن و تسریع خوردگی میلگردها مثالهایی هستند که از طریق تماس و نفوذ مایعات مختلف به داخل بتن، باعث تخریب مصالح ساختمانی میشود.
مهمترین مشکلات ظاهری به وجود آمده عبارتاند از:
- پوسته شدن
- تاولهای رنگی
- قارچ و کپک
- شورهزدگی
- افت استحکام
| انواع عیوب در مصالح ساختمانی در اثر تماس با آب | |
پوششهای آبگریز
با توجه به مشکلات پیشرو در جذب و نفوذ آب در مصالح ساختمانی، مهندسان تلاش کردهاند که پوششهایی را درست کنند که مانع جذب آب توسط مصالح ساختمانی شود. به پوششهایی که در راستای ممانعت از رسیدن آب به سطح مصالح استفاده میشود، پوششهای آبگریز گفته میشود.
در بازار مواد آبگریز مختلفی برای مصالح ساختمانی وجود دارد. پارامترهایی که باید در انتخاب مواد آبگریز درنظر گرفته شود عبارتاند از:
- میزان مقاومت پوشش در جلوگیری از جذب آب
- پایداری پوشش در برابر انواع نمکهای محلول در آب، بهویژه کلر
- میزان نفوذ ماده آبگریز به عمق مصالح
- یکنواختی پوشش اعمال شده
- پایداری در برابر شرایط محیطی
- زیستتخریبپذیر بودن مواد تشکیلدهنده پوشش آبگریز
- مقاومت در برابر اشعه فرابنفش نور خورشید
پوششهای آبگریز از گذشته موردتوجه بشر بوده است. یکی از دلایل توجه بیشتر بشر به این پدیده، وجود پدیدههای مشابه در طبیعت است. این پدیده برای اولین بار با نام اثر نیلوفر آبی موردتوجه بشر قرار گرفت. آب در اثر تماس با سطح نیلوفر آبی، بدون پخش شدن و جذب توسط گیاه، به شکل قطرات کروی درمیآید. این قطرات در اثر جاری شدن از سطح گیاه، مواد موجود در سطح را نیز با خود شسته و از بین میبرند.
تعریف سطوح آبگریز
یکی از عوامل تعیینکننده در میزان آبگریزی یک سطح، زاویه تماس مایع با آن سطح است. هرچه زاویه تماس در سطح مشترک بین مایع و سطح جامد بیشتر باشد، سطح آبگریزتر است. این زاویه تماس ناشی از قابلیت ترشوندگی سطح توسط مایع است.
| سطح فوق آبگریز
زاویه تماس بین ۱۵۰ تا ۱۸۰ درجه |
سطح آبگریز
زاویه تماس بین ۹۰ تا ۱۵۰ درجه |
سطح آبدوست
زاویه تماس کمتر از ۹۰ درجه |
انواع پوششهای آبگریز در مصالح ساختمانی
به دلیل ظاهر متخلخل مصالح ساختمانی، مکانیزم ایجاد خاصیت آبگریزی در مصالح ساختمانی، به دو دسته اصلی تقسیم میشود:
- پوششدهندهها
- نفوذکنندهها
پوششدهندهها
مواد مورداستفاده در این دسته، با ایجاد یک لایه پوششی محافظ که از مواد آبگریز تشکیل شده است، مانع از نفوذ آب به داخل خلل و فرج مصالح ساختمانی میشوند. این مواد به دلیل اندازه ذرات بزرگی که دارند، نمیتوانند به داخل منافذ نفوذ کنند، در نتیجه با ایجاد یک لایه پوشش محافظ کل سطح را به صورت یکنواخت میپوشانند.
در حال حاضر در دنیا از رنگهای اکریلیکی و پلیمرهای سیلیکونی برای این منظور استفاده میکنند. این پوششهای پلیمری عموماً آبگریز هستند. نکته قابلتوجه در استفاده از این مواد، شرایط محیطی استفاده از این دسته از پوششها است. ترکیبات آنها باید به گونهای باشد که در مقابل اشعه فرابنفش نور خورشید مقاوم باشند و آسیب نبینند. این پوششها را باید به صورت دورهای مجدد اعمال کرد تا کارایی خود را دوباره به دست آورند.
تحقیقات نشان داده است که ایجاد یک سطح مقاوم بر روی یک سطح سخت مثل مصالح ساختمانی بسیار مشکل است. احتمال ترک خوردن لایه پلیمری در اثر قرار گرفتن در مقابل نور خورشید باعث از بین رفتن خاصیت آبگریزی در طول ۲ تا ۵ سال میشود.
نفوذکنندهها
برخلاف دسته قبلی که ذرات مورداستفاده در آنها سایز بزرگی داشتند و نمیتوانستند به داخل خلل و فرج مصالح نفوذ کنند، در این دسته از مواد آبگریز، ذرات مورداستفاده بسیار ریز بوده و میتوانند به داخل منافذ نفوذ کنند. این مواد علاوه بر اینکه خودشان خاصیت آبگریزی دارند، با بستن تخلخلها مانع از نفوذ مایعات دیگر به داخل آنها میشوند.
مواد نفوذکننده در این دسته در دو نوع مختلف وجود دارند: ۱) واکنشی؛ ۲) غیرواکنشی
نفوذکنندههای غیرواکنشی از مواد روغنی ساخته میشوند. چسبندگی آنها پایین است. میتوانند به منافذ داخلی مصالح نفوذ کرده و خاصیت آبگریزی ایجاد کنند. یکی از ویژگیهای مصالح آبگریز شده به این روش این است که در طبیعت تجزیه میشوند. به همین دلیل در مدت یک سال خاصیت آبگریزی خود را از دست میدهند. همچنین امکان به وجود آمدن قارچ در سطح استفاده شده از این مصالح وجود دارد.
نفوذکنندههای واکنشی با لایههای داخلی مصالح واکنش شیمیایی میدهند و باعث ایجاد خاصیت آبگریزی در مقیاس مولکولی میشوند. این امر موجب افزایش طول عمر خاصیت آبگریزی در این دسته از مواد میشود. هوازدگی، اشعه فرابنفش نور خورشید و مواد ساینده طبیعی (مثل گردوغبار) تأثیری روی آنها ندارند که همین امر موجب افزایش طول عمر این دسته از مواد آبگریز میشود.
بازار جهانی
پیشبینیها نشان میدهد بازار جهانی پوششهای فوق آبگریز، از ۹/۲ میلیون دلار در سال ۲۰۱۵ به ۱/۳۷ میلیون دلار در سال ۲۰۲۴ خواهد رسید. این ارقام رشد ۳/۳۴% را در طی این سالها نشان میدهد. این رشد بین سالهای ۲۰۱۶ تا ۲۰۲۴ ۳/۳۷% خواهد بود. آمارها حاکی از نفوذ بیشتر این فناوری در صنایع اتومبیل، هوافضا و ساختمان است.
نقش فناوری نانو در توسعه و ساخت پوششهای آبگریز در صنعت ساختمان
فناوری نانو آن بخش از دانش بشر است که در آن، دانشمندان و مهندسان با تغییراتی که در ساختار ماده و در مقیاس مولکولی یا اتمی به وجود میآورند باعث بهبود خواص و کیفیت محصولات و یا تولید محصولات جدید میشوند.
فناوری نانو روشهای زیادی برای بهبود کیفیت نمای ساختمان چه از نظر عملکرد و چه زیبایی عرضه میکند. با استفاده از نانومواد، سطوح در برابر آب و ذرات گردوخاک (ذرات کثیف) مقاوم بوده و مدتزمان ماندگاری زیبایی در آنها بیشتر میشود.
امروزه از نانوپوششهای مختلفی در سطوح داخلی و خارجی ساختمانها از جمله سطوح شیشهای، پلاستیکی، چوبی، فولادی، سنگی، آجری، کاشی، سرامیکی، سیمانی و بتنی و … استفاده میشود؛ که از آن جمله میتوان به پوششهای آبگریز (Hydrophobic) یا پوششهای مقاوم در برابر روغن (Oleophobic) اشاره کرد.
همانطور که قبلاً اشاره شد، پوششهای آبگریز با دو مکانیزم پوششدهندگی و نفوذکنندگی باعث ایجاد خاصیت آبگریزی در سطح مصالح میشوند. فناوری نانو توانسته است با کاهش اندازه ذرات خاصیت آبگریزی را بهبود بخشد. در مواد آبگریز نفوذکننده، اندازه ذرات در حد ۱۰ نانومتر است که میتواند به داخل ماده نفوذ کند.
شرکتهای خارجی
شرکتهای خارجی مختلفی موفق شدهاند با استفاده از فناوری نانو، پوششهای آبگریز مناسب برای مصالح ساختمانی تولید کنند. تنوع شرکتها نشاندهنده بازار گسترده این محصول و قابلیت بالای تجاریسازی آن است. در ادامه دو مورد از شرکتهای پیش رو در این زمینه که توانستند انواع نانوپوششهای آبگریز را توسعه دهند آورده شده است.
شرکت drywired
شرکت drywired یکی از تولیدکنندگان انواع نانوپوششهای آبگریز پایه آبی است. محصولات این شرکت دارای کاربردهای مختلفی در صنایع چوب، شیشه، شیشه و سرامیک، سنگ و متخلخل و … است. یکی از محصولات پرکاربرد این شرکت پوششهای آبگریز Stone & Porous است. این پوشش پایه آب و غیرسمی است. این پوشش را میتوان با استفاده از اسپری بر روی سطوح متخلخل ساختمانی اعمال کرد. پوشش آبگریز این شرکت به صورت تنفسپذیر بوده و به سطح میچسبد.
از مهمترین ویژگیهای این محصول مقاومت در برابر UV، افزایشدهنده طول عمر زیرلایه، پوشش با ضخامت ۱۰۰ تا ۱۵۰ نانومتر و غیرسمی است. این پوشش را میتوان بر روی سطوح ساختمانی مختلف مثل بتن، گرانیت، موزائیک، سنگ مرمر و … اعمال کرد.
شرکت NANO TECH
این شرکت تولیدکننده انواع پوششهای آبگریز برای سطوح چوبی، فلز، شیشه، سنگ و بتن و … است. این شرکت توانسته با استفاده از فناوری نانو پوششهای مایع چسبنده به سطح تولید کند. این پوششها از سطوح در برابر خرابی، خوردگی و کثیف شدن، محافظت میکنند.
پوششهای محافظ بتن شرکت NANO TECH قابلاعمال بر روی تمام سطوح داخلی و خارجی بتنی است و سطح را در برابر آب، اسید، زنگزدگی و کپکزدگی محافظت میکند.
شرکتها تولیدکننده پوششهای آبگریز ایرانی که از فناوری نانو استفاده میکنند
با توجه به مزایای گفته شده برای استفاده از فناوری نانو در پوششهای آبگریز در مصالح ساختمانی، سه شرکت ایرانی از این فناوری در ساخت محصولات جدید و با کیفیت، استفاده کردهاند. در کشور ما شرکتهای نانوپاد شریف، رنگ الوان و نانو فراز سپاهان توانستهاند با استفاده از فناوری نانو، پوششهای آبگریز مختلفی را برای استفاده در صنعت ساختمان تولید کنند.
نانوپاد شریف
شرکت نانوپاد شریف یکی از شرکتهای تولیدکننده انواع پوششهای آبگریز و خودتمیزشونده با استفاده از فناوری نانو است. محصولات آبگریز این شرکت قابلیت اعمال بر روی انواع سطوح مثل شیشه، سنگ، سرامیک، آجر و بتن را دارد.
مصالحی که در نمای ساختمان استفاده میشوند، معمولاً بعد از بارندگیها دچار شورهزدگی میشوند. یکی از راهکارهای مناسب برای جلوگیری از بروز این مشکلات استفاده از پوششهای آبگریز نانو است. تغییر رنگ آجر در برابر عوامل جوی و بارانهای اسیدی یکی از عمدهترین مشکلات نماهای آجری است که میتواند بهوسیله پوششهای آبگریز نانو از آن جلوگیری کرد.
محلول آبگریز شرکت نانوپاد شریف بعد از اعمال بر روی سطح آجر یا سیمان، باعث ایجاد یک پوشش محافظ بر روی سطوح محصولات میشود. این پوششها با کاهش جذب آب و رطوبت باعث جلوگیری از ایجاد قارچ و شوره بر روی سطوح مصالح ساختمانی میشوند و در نتیجه طول عمر و کیفیت محصول را بالا میبرند. پوششهای آبگریز نانو علاوه بر جلوگیری از نفوذ آب به عمق مصالح، باعث ایجاد خاصیت آبگریزی در سطح مصالح ساختمانی میشود. این خاصیت موجب جاری شدن قطرات آب و مایعات بر روی سطح آجر یا سیمان و شسته شدن آلودگیها از سطح میشود.
پوششهای آبگریز شرکت نانوپاد شریف قابل استفاده بر روی مصالح مختلفی مثل سنگهای صیقلی، شیشه و آجر است.
پوششهای آبگریز شرکت نانوپاد شریف دارای ویژگیهای زیر است:
- مانع نفوذ اشعه فرابنفش خورشید به سطح
- امکان تنفس مصالح
- جلوگیری از جذب عمقی آلودگیها روی سطح
- عدم چسبندگی گردوخاک روی سطح (برخلاف رزینها)
- عدم ایجاد پوسته (برخلاف رزینها)
- خاصیت تمیزشوندگی آسان سطح
- مقاومت در برابر بارانهای اسیدی
شرکت الوان
شرکت رنگ و رزین الوان از جمله شرکتهای پیش رو و با سابقه در حوزه رنگ و رزین کشور است. محصولات این شرکت به چند دسته کلی رنگهای حفاظتی، رنگهای ساختمانی و محصولات مهندسی طبقهبندی میشود.
در حوزه رنگهای ساختمانی، این شرکت توانسته است با استفاده از فناوری نانو، محصولات آبگریز مورداستفاده در ساختمان را با نام تجاری نانوسیل تولید و روانه بازار کند. این شرکت نانوسیل را در دو نوع پایه آب و پایه حلال تولید کرده است.
نانوسیل پایه آب
این محصول قابلیت رقیقسازی با آب را دارد. در اثر واکنشهای شیمیایی که در این ماده اتفاق میافتد، یک لایه رزین سیلیکونی بر روی سطح ماده ایجاد میشود که باعث ایجاد خاصیت آبگریزی در سطح مصالح میشود.
به دلیل خاصیت نانویی این محصول به دیواره داخلی خلل و فرج چسبیده و در نهایت مانع نفوذ مایعات دیگر به داخل مصالح میشود. در نتیجه این اثر، مصالح خاصیت آبگریزی پیدا کرده و درعینحال خاصیت تنفس نیز خواهند داشت.
نانوسیل پایه حلال
این محصول آماده به مصرف بر پایه سیلوکسان بوده و بهعنوان یک دافع آب است که برای آغشتهسازی و استفاده بهعنوان سیلر مصالح ساختمانی معدنی و قلیایی قابلاستفاده است.
میزان خاصیت آبگریزی این محصول مطابق با آزمون زاویه تماس قطره آب موردارزیابی قرار گرفته است که نتایج بهدستآمده برای محصولات نانوسیل مطابق با جدول زیر است:
جدول مقایسه زاویه تماس قطره آب برای نمونه نانوسیل
| نمونه | زاویه تماس قطره آب (درجه) |
| نمونه شاهد | ۴/۶۹ |
| نمونه نانو | ۶/۹۳ |
براساس نتایج تست زاویه تماس، اگر زاویه تماس قطره آب برای یک سطح کمتر از ۹۰ درجه باشد، سطح آبدوست و اگر بیشتر از ۹۰ درجه باشد، آبگریز نامیده میشود.
شرکت نانوفراز سپاهان
شرکت نانوفراز سپاهان تولیدکننده پوششهای خودتمیزشونده، آنتیباکتریال بر پایه فناوری نانو است. این شرکت فعالیت خود را در زمینه تولید پوششهای پایه آبی شروع کرده و در ادامه توانسته است محصولات خود را توسعه دهد.
عمده فعالیتها و محصولات شرکت نانوفراز سپاهان به صورت زیر طبقهبندی میشود:
۱. پوششهای نانویی برای مصالح ساختمانی متخلخل مثل آجر، بتن، سیمان و گچ
۲. پوششهای نانویی مخصوص سطوح نفوذناپذیر مثل شیشه، سنگ و فلز
۳. پوششهای آنتیباکتریال برای سطوح مختلف
۴. خدمات مشاوره در خصوص تولید انواع رنگهای و پوششهای نانویی
محصولات آبگریز شرکت نانوفراز سپاهان به سه دسته تقسیمبندی میشوند.
پایه آبی (NFS-2028IMP)
این محصول با نفوذ تا عمق ۱ سانتیمتری مصالحی مثل بتن، سطوح سیمانی، سنگی، آجر و …، با مواد موجود واکنش داده و باعث ایجاد یک پوشش آبگریز یکپارچه در سطح مصالح میشود. این پوشش باعث محافظت سطح در برابر نفوذ آب و رطوبت شده و مانع شورهزدگی، یخزدگی، قارچ و کپک در محصولات ساختمانی میشود.
پایه الکل (NFS-300SB)
محصول پایه الکل شرکت نانوفراز سپاهان، همانند محصول پایه آبی این شرکت عمل کرده و با ایجاد یک سطح یکنواخت مانع از نفوذ آب به سطح محصولات میشود. در نتیجه باعث محافظت سطوح در برابر صدمات ساختاری و ظاهری ناشی از جذب رطوبت مانند شورهزدگی، هوازدگی، یخزدگی، رشد قارچ و کپک و غیره میشود.
محصول رزینی (104-NFS)
مواد پایه محصول 104-NFS، رزینهای سیلیکونی است. این محصول دارای خاصیت مقاومت در برابر نفوذ گردوغبار و آلودگیها است. سطح پوشش داده شده دیر کثیف میشود و ذرات و آلودگی روی آن تنها با یک شستوشوی ساده بهراحتی تمیز میشود.
این پوشش سطح را کاملاً ضدآب کرده و اثر لکه موادی مانند چای، ماژیک و … را کاملاً میتوان از روی سطح پاک کرد. استفاده از این محصول علاوه بر اینکه سطح دیوارها را از آلودگی و تخریب در برابر عوامل محیطی محافظت میکند، به دلیل ماندگاری بالا از نظر اقتصادی هم بسیار مقرونبهصرفه است.
پوشش نانویی مخصوص شیشه و سطوح صیقلی (EC-211)
محصول خودتمیزشونده شیشه یک کیلر پایه حلال مخصوص سطوح شیشهای و سطوح صیقلی مثل فلز و سرامیک است. همواره ریـــزگردها، آب باران، آلودگـــی هوا و بسیـاری از موارد دیگر موجب فرسایش و چــرک شدن نماهای شیشــهای میشوند. این نوع از محلولهای نانو علاوه بر ضدآب کردن این پوششها مقاومـتی فـــوقالـعاده و با دوام در برابر خوردگی، فرسایش و اصطکاک ایجاد میکنند.
پوشش مخصوص شیشه به صورت لایهنازکی بر سطح شیشه قرار میگیرد که ناصافیهای میکرومتری و نانومتری آن، موجب کاهش نیروی چسبندگی سطحی میان قطرات آب و سطح شیشه میشود؛ بهعبارتدیگر در این نوع شیشهها قابلیت خودتمیزشوندگی، با افزایش خاصیت آبگریزی ایجاد میشود.
محصولات آبگریز شرکت نانوفراز سپاهان در مجموعههایی همچون بیمارستان نمازی شیراز، پارک صفه اصفهان و مجموعه فرش محتشم مشهد استفاده شده است.
———————————————————————
تهیه و تنظیم:
- احد سعیدی
- محمد مفتاحی
بخش ترویج صنعتی فناوری های نانو و میکرو
====================================================================================
[جهت دسترسی به گزارش نهایی محصولات و شرکتهای دارای گواهی نانومقیاس ستاد توسعه فناوریهای نانو و میکرو به «کتب مرجع محصولات و تجهیزات نانو و صنعت» به نشانی (INDnano.ir/category/book) مراجعه کنید]
[همچنین برای دانلود فایل PDF کلیه گزارشات بهمراه جزئیات، به بخش گزارش های صنعتی پایگاه اینترنتی رسانه تخصصی نانو و صنعت (www.INDnano.ir/category/report) مراجعه نمایید]
====================================================================================
