چهارشنبه 21 آذر 1403

نانوافزودنی‌های رنگ

فناوری نانو رشته‌ای از دانش کاربردی و فناوری است که زمینه‌های گسترده‌ای را پوشش می‌دهد. موضوع اصلی آن به وجود آوردن و نیز کنترل خواص موادی در ابعاد بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است. در واقع فناوری‌نانو فهم و به کارگیری خواص جدیدی از مواد و سازوکارهایی در ابعاد نانو است که اثرات فیزیکی جدیدی را از خود نشان می‌دهند. اخیراً گسترش علم و فناوری نانو به پیشرفت و توسعه در علوم فیزیک، شیمی، مواد و مهندسی کمک بسیاری کرده است. کاربردهای گستردهٔ فناوری نانو در صنایع مختلف به خصوص مواد پیشرفته به دلیل قابلیت‌های منحصربه‌فرد محصولات تولید شده در مقایسه با محصولات موجود در بازار است. این فناوری توانسته در زمان کوتاهی توجه بسیاری را به خود جلب کند. صنایع تولید مواد پیشرفته نقش مهمی را نه تنها در توسعه نانومواد بلکه در استفاده از آن در کاربردهای مختلف ایفا کرده است. یکی از حوزه‌هایی که فناوری‌‌نانو در آن وارد شده است صنعت تولید رنگ‌ها و کفپوش‌های آنتی‌باکتریال است. از فناوری‌نانو در این نوع رنگ‌ها به منظور بهبود بازدهی آنتی‌باکتریالی، کاهش ضخامت و وزن استفاده شده است.

1-1 ترکیبات رنگ

اصلی‌ترین اجزای رنگ شامل رزین‌ها^[1]، افزودنی‌ها^[2] و رنگدانه‌ها هستند. افزودنی‌ها طیف گسترده‌ای از مواد هستند که اضافه کردن مقداری اندک از آن‌ها به ترکیب می‌تواند اثرات قابل توجهی بر محصول نهایی بگذارد. افزایش کشش سطحی، بهبود ظاهر نهایی، بهبود ثبات رنگدانه، افزایش خواص ضدیخ، بهبود چسبندگی و… از جمله خواص انواع افزودنی‌ها است.

قدمت رنگ به دوران ماقبل تاریخ می‌رسد. اما هزینه آن تا مدت‌ها بسیار گران بود و در نتیجه به‌طور عمده برای آثار هنری استفاده می‌شد. تقریباً پس از قرن نوزدهم بود که از رنگ برای نقاشی خانه‌ها استفاده شد. امروزه از رنگ برای رنگ‌آمیزی و حفاظت بسیاری از سطوح از جمله خانه، اتومبیل، نشانه‌گذاری در جاده‌ها و بسیاری هدف‌های دیگر استفاده می‌شود که هریک از این برنامه‌ها به نوع خاصی از رنگ نیاز دارد. رشد صنایع مصرف‌کننده نهایی رنگ‌ها شامل صنعت ساختمان، خودرو، حمل‌ونقل و… موجب رشد صنعت رنگ خواهد شد. با گسترش فناوری‌ها نه تنها بازار فعلی حفظ خواهد شد بلکه بازارهای جدیدی نیز برای صنعت رنگ ایجاد خواهد شد که در نتیجه نیاز به رنگ‌های با قابلیت‌های جدیدی نیز موردتوجه قرار خواهد گرفت.

شکل ۱. وضعیت فعلی بازار جهانی رنگ در نواحی مختلف و پیش‌بینی آن تا سال ۲۰۲۴ میلادی

نانوذرات به علت خواص خود می‌توانند ویژگی‌های جدیدی را در پوشش‌های رنگی ایجاد کنند. برخی از مزیت‌های افزودن نانوذرات به پوشش‌های رنگی عبارتند از:

ظاهر زیباتر پوشش رنگی؛
پایداری شیمیایی خوب؛
کاهش ضخامت رنگ؛
کاهش وزن رنگ؛
کاهش نفوذ عوامل خورنده محیطی و افزایش پایداری در برابر خوردگی؛
بهبود خواص ضدمه، ضدخزه و ضدخش؛
سهولت تمیزکاری سطوح؛
بهبود هدایت الکتریکی و حرارتی سطح؛
ضدانعکاس نور،
امکان حذف فلزات سمی از جمله سرب و کروم؛
بهبود چسبندگی بر روی سطوح مختلف.

1-2 نانورنگدانه‌ها

نانورنگدانه‌ها ذراتی آلی یا معدنی با اندازه‌ای کمتر از ۱۰۰ نانومتر و از لحاظ شیمیایی و فیزیکی نامحلول هستند که بر بافت‌ها یا زیرلایه‌ها بی‌اثر هستند. نانورنگدانه‌ها یا رنگدانه‌های هوشمند، نسبت به رنگدانه‌های معمولی خوشرنگ‌تر^[3] هستند و قابلیت اعمال/ چاپ روی هر سطحی را دارند؛ در مقابل مواد سفیدکننده شیمیایی مقاوم بوده و سمیت کمتری دارند. علاوه بر این، نانورنگدانه‌ها مقاومت بسیار بالای حرارتی دارند و می‌توانند در تولید بارکدها و لیبل‌ها استفاده شوند.

نانورنگدانه‌ها امکان فرموله کردن پوشش‌های شفاف با مقاومت جوی مناسب را فراهم می‌کنند؛ از آنجایی که پرکننده‌ها هنوز هم می‌توانند اشعه UV نور را جذب کنند، بزرگ‌ترین چالش نانورنگدانه‌ها، ذرات ریز پودرها است که سطح ویژه بالاتری دارند و به دلیل این ویژگی توانایی اختلاط آن‌ها کاهش می‌یابد و باعث تشکیل ذرات کلوخه‌ای می‌شوند.

1-3 کاربرد نانورنگدانه‌ها

نانورنگدانه‌ها در صنایع مختلفی مورداستفاده قرار می‌گیرند که شامل صنعت لوازم آرایشی مانند لوسیون‌های ضدآفتاب، کرم صورت، رنگ مو و…، صفحه نمایش‌های نانورنگدانه‌ای^[4] مانند صفحه نمایش‌های فسفری^[5]، صفحه نمایش‌های کریستال مایع^[6] (LCD)، رنگدانه‌های معدنی مانند دی‌اکسید تیتانیوم^[7]، اکسیدروی^[8]، دی‌اکسید سیلسیم^[9] و اکسید منیزیوم^[10] در صنایع پلاستیک و لاستیک می‌شود. صنعت رنگ و کامپوزیت و پلیمر نیز از دیگر مصرف‌کنندگان نانورنگدانه‌ها هستند.

1-3-1 استفاده از نانورنگدانه‌ها در صنعت چاپ

به تازگی شرکت‌های BASF و Landa nano با همکاری یکدیگر و با استفاده از نانورنگدانه‌ها که عموماً برای چاپ استفاده می‌شوند، موفق به توسعه و معرفی نسل جدیدی از رنگدانه‌ها با کیفیت بسیار بالا شدند که مناسب برای استفاده در مرحله نهایی پوشش خودرو است.

فرایند چاپ نانوگرافیک فناوری نوینی است که نوع جدیدی از چاپ را ارائه می‌دهد. این فناوری شامل فرایندی منحصربفرد است که شامل نانوجوهرهای Landa و یک بستر انتقال است. این فرایند با جهش میلیاردها قطره آغاز می‌شود. اما نه آن‌طور که در چاپ سنتی این قطرات بر روی بستر می‌نشینند. در عوض آن‌ها بر روی لایه‌ای از جوهر که بر روی میله چاپ نصب شده و در فاصله ۱ تا ۲ میلی‌متر دورتر قرار گرفته است، تزریق می‌شوند.

شکل ۲. نشستن قطرات جوهر بر روی بستر.

هنگامی‌که جوهر با بستر چاپ در تماس قرار گرفت، این لایه نازک از جوهر فشرده که ضخامت آن ۵۰۰ نانومتر است، بلافاصله به بستر نفوذ می‌کند. تصاویر شکل گرفته بسیار سخت، مقاوم در برابر سایش، بدون نیاز به خشک کردن هستند و هیچگونه اثری روی بستر قبلی خود باقی نمی‌گذارند.

نانورنگدانه‌های معدنی شرکت Jetcolour بسیار ظریف و باثبات بوده و می‌توانند با شفافیت بالایی که دارند به‌عنوان پوشش‌های مختلف استفاده شوند. در جدول ۱ برخی از این کاربردها را می‌بینید.

جدول ۱. نانوپراکندگی رنگدانه‌های غیرآلی

نام محصول	رنگ	میزان رنگدانه	اندازه متوسط هر ذره	کاربرد	مزایا	معایب
نانو پخش شده^[11] دی‌اکسید تیتانیوم^[12]	سفید	۴۰%	<۱۰۰ نانومتر	رنگ‌های صنعتی و پوشش‌ها محصولات ضدآفتاب پوشش‌های ضدبازتاب جوهرهای چاپ	استحکام بالا، بسیار کدر، ارزان، مقاوم در برابر اشعه uv	تشکیل ترکیبات رادیکال می‌دهد که اثر نامطلوب بر سایر ترکیبات دارد.
نانوپخش شده کربن سیاه ^[13]	سیاه	۲۰%	<۱۰۰ نانومتر	رنگ‌های صنعتی، رنگ‌های خودرو، پوشش چوب، جوهرهای چاپ	استحکام بالا، رنگ خوب، مقاوم در برابر نور آب و هوا	ضخامت رنگ
نانوپخش شده اکسید آهن قرمز^[14]	قرمز	۴۰%	<۱۰۰ نانومتر	رنگ‌ها و پوشش‌های صنعتی، رنگ‌های خودرو، رنگ‌های متالیک، پوشش چوب، پوشش‌های معماری، اسپری‌های رنگ، آب رنگ‌ها، لوازم آرایش	مقاوم در برابر نور و هوا، غیر واکنشی	قادر به تولید سایه‌های شفاف نیست
نانوپخش شده اکسید آهن زرد^[15]	زرد	۴۰%	<۱۰۰ نانومتر	رنگ‌ها و پوشش‌های صنعتی، رنگ‌های خودرو، رنگ‌های متالیک، پوشش چوب، پوشش‌های معماری، اسپری‌های رنگ، آب رنگ‌ها، لوازم آرایش	مقاوم در برابر نور و هوا، غیر واکنشی	قادر به تولید سایه‌های شفاف نیست
نانوپخش شده اکسید آهن سبز^[16]	سبز ترکیبی	۴۰%	<۱۰۰ نانومتر	رنگ‌ها و پوشش‌های صنعتی، رنگ‌های خودرو، رنگ‌های متالیک، پوشش چوب، پوشش‌های معماری، اسپری‌های رنگ، آب رنگ‌ها، لوازم آرایش
نانوپخش شده اکسید آهن قهوه‌ای^[17]	قهوه‌ای	۴۰%	<۱۰۰ نانومتر	رنگ‌ها و پوشش‌های صنعتی، رنگ‌های خودرو، رنگ‌های متالیک، پوشش چوب، پوشش‌های معماری، اسپری‌های رنگ، آب رنگ‌ها، لوازم آرایش	مقاوم در برابر نور و هوا، غیر واکنشی	قادر به تولید سایه‌های شفاف نیست

همچنین کارایی نانورنگدانه‌های آلی شرکت Jetcolour فوق‌العاده مطلوب هستند. این رنگدانه‌ها به‌دلیل توزیع بسیار خوب ذرات می‌توانند در تولید جوهر دیجیتال، پوشش‌های صنعتی، جوهرهای چاپ بسته‌بندی، رنگ‌های اسپری الکترونیکی، رنگ‌های الکتروفورسیز^[18]، پوشش‌های فیلم پلاستیکی، پوشش‌های خطی فیلم‌ها و کاغذها و… استفاده شوند.

جدول ۲. نانوپراکندگی رنگدانه‌های آلی

نام محصول	رنگ	میزان رنگدانه	سایز متوسط هر ذره	کاربرد
نانورنگدانه قرمز	رنگدانه قرمز ۱۲۲	۲۰%	<۱۰۰ نانومتر	جوهرهای دیجیتال، پوشش‌های صنعتی، اسپری‌های رنگ، رنگ‌های الکتروفورسیز، رنگ خودرو، جوهرهای چاپ وغیره.
نانورنگدانه قرمز	رنگدانه قرمز شماره ۱۴۶	۲۰%	<۱۰۰ نانومتر	جوهرهای دیجیتال، پوشش‌های صنعتی، اسپری‌های رنگ، رنگ‌های الکتروفورسیز، رنگ خودرو، جوهرهای چاپ غیره.
نانورنگدانه قرمز	رنگدانه قرمز شماره ۱۷۹	۲۰%	<۱۰۰ نانومتر	پوشش‌های صنعتی، اسپری رنگ، پوشش لایه‌های پلاستیکی، رنگ‌های الکتروفورسیز، جوهرهای چاپ و غیره.
نانورنگدانه قرمز	رنگدانه قرمز شماره ۲۰۲	۲۰%	<۱۰۰ نانومتر	جوهرهای دیجیتال، پوشش‌های صنعتی، اسپری‌های رنگ، رنگ‌های الکتروفورسیز، رنگ خودرو، جوهرهای چاپ وغیره.
نانورنگدانه زرد	رنگدانه زرد شماره ۲۶۴	۲۰%	<۱۰۰ نانومتر	جوهرهای دیجیتال، پوشش‌های صنعتی، اسپری‌های رنگ، رنگ‌های الکتروفورسیز، رنگ خودرو، جوهرهای چاپ وغیره.
نانورنگدانه زرد	رنگدانه زرد شماره ۱۸۰	۲۰%	<۱۰۰ نانومتر	جوهرهای تزریقی چاپ، پوشش‌های صنعتی، رنگ‌ها، پوشش خطی لایه‌ها^[19]، رنگ‌ها، رنگ‌های الکتروفورسیز وغیره.
نانورنگدانه آبی	رنگدانه آبی شماره ۱۵:۳	۲۰%	<۱۰۰ نانومتر	پوشش‌های صنعتی، رنگ‌های الکتروفورسیز، پوشش‌های لایه پلاستیک، جوهرهای چاپ وغیره.
نانورنگدانه آبی	رنگدانه آبی شماره ۱۵:۴	۲۰%	<۱۰۰ نانومتر	پوشش‌های صنعتی، رنگ‌های الکتروفورسیز، پوشش‌های لایه خطی، جوهرهای چاپ وغیر.
نانورنگدانه آبی	رنگدانه آبی شماره ۶۰	۲۰%	<۱۰۰ نانومتر	پوشش‌های صنعتی، رنگ خودرو، رنگ‌های الکتروفورسیز وغیره.
نانورنگدانه سبز	رنگدانه سبز شماره ۷	۲۰%	<۱۰۰ نانومتر	پوشش‌های صنعتی، پوشش‌های لایه خطی، رنگ خودرو، رنگ‌های الکتروفورسیز، جوهرهای چاپ وغیره.
نانورنگدانه بنفش	رنگدانه بنفش شمااره ۱۹	۲۰%	<۱۰۰ نانومتر	پوشش‌های صنعتی، پوشش‌های لایه خطی، رنگ خودرو، رنگ‌های الکتروفورسیز، جوهرهای چاپ غیره.
نانورنگدانه بنفش	رنگدانه بنفش شماره ۲۳	۲۰%	<۱۰۰ نانومتر	پوشش‌های صنعتی، پوشش‌های لایه خطی، رنگ خودرو، رنگ‌های الکتروفورسیز، جوهرهای چاپ وغیره.

1-3-2 افزودنی‌های آنتی‌باکتریال رنگ

رنگ‌های آنتی‌باکتریال شامل نانوذرات غیرآلی با قابلیت آنتی‌باکتریال هستند. بنابراین این رنگ‌ها به عنوان مکمل برای آنتی‌بیوتیک‌ها از اهمیت بالایی برخوردار هستند. این قابلیت شامل از بین بردن باکتری‌های مقاوم در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها است. رنگ‌های آنتی‌باکتریال شامل نانوذرات غیرآلی که هم‌اکنون مورداستفاده هستند (شامل فلزات و اکسیدهای فلزی) خواص متنوع ذاتی و بهبود یافته‌ای را از خود به نمایش می‌گذارند. به همین دلیل این رنگ‌ها سازوکارهای عملکردی مختلفی دارند.

سازوکارهای اصلی که نانومواد از طریق آن‌ها سبب ایجاد خاصیت آنتی‌باکتریال می‌شوند و در بسیاری از مواقع به طور هم‌زمان روی می‌دهند شامل این موارد است: ۱- اختلال در پتانسیل غشا و یکپارچگی آن و ۲- تولید اکسیژن فعال که به عنوان رادیکال‌های اکسیژن آزاد شناخته می‌شوند (نانوذرات در اینجا به عنوان نانوکاتالیست عمل می‌کنند). برای مثال در رنگ‌های حاوی TiO₂، پراکسیداسیون لیپیدی سبب اختلال در تنفس و مرگ باکتری‌ها می‌شود.

برخی دیگر از سازوکارهای آنتی‌باکتریال نانوذرات عبارتند از مهار آنزیم‌های ضروری خاص، القا واکنش‌های نیتروژن گونه‌ها و القا برنامه‌ریزی شده مرگ سلولی. شکل ۲ شماتیکی از چگونگی فعالیت آنتی‌باکتریالی نانوذرات را نشان می‌دهد.

شکل ۳. شماتیکی از چگونگی فعالیت آنتی‌باکتریالی نانوذرات.

نانوذرات نقره نیز بدون افزایش مقاومت دارویی باعث مهار سیستم تنفسی باکتری‌ها می‌شوند. این عنصر دارای خواص اختصاصی آنتی‌باکتریال بوده و تهیه آن آسان و قیمت آن نیز ارزان است.

نانولوله‌های کربنی دارای فعالیت ضدباکتری هستند. چنان که مشاهده شده است، تماس مستقیم با مجموعه‌های نانولوله‌های کربنی برای باکتری‌ها، مهلک بوده و موجب مرگ آن‌ها می‌شود؛ دلیل این امر احتمالاً سوراخ شدن سلول‌های باکتری‌ها توسط نانولوله‌های کربنی است که خسارت جبران ناپذیری را به آن‌ها وارد می‌سازد. در جدول ۳ انواع نانوموادی که خاصیت آنتی‌باکتریال داشته و در صنعت رنگ مورداستفاده قرار می‌گیرند و خلاصه‌ای از مباحث مطرح شده در این بخش به صورت مروری آورده شده است.

جدول ۳. کاربردها و مزیت‌های مواد آنتی‌باکتریال مختلف

نانوماده	کاربرد	مزیت
نقره	قابلیت استفاده در اکثر محصولات آنتی‌باکتریال شامل رنگ‌ها، کف‌پوش‌ها، تجهیزات پزشکی و درمانی	ارزان بودن، روش ساخت آسان، سازوکارهای آنتی‌باکتریال چندگانه
TiO₂	به عنوان پوشش آنتی‌باکتریال شفاف قابلیت استفاده روی شیشه را دارد	دارای خاصیت آنتی‌باکتریالی فوتوکاتالیستی، اثرگذاری روی باکتری بتسیلیوس
ZnO	قابلیت استفاده به عنوان ماده آنتی‌باکتریال در برابر طیف وسیعی از باکتری‌ها و اسپورهای مقاوم به دمای بالا و دمای پایین	عدم تاثیرگذاری ساختار کریستالی و شکل ذرات روی فعالیت آنتی‌باکتریال آن
Fe₃O₄	ایجاد اتصال به سلول‌های توموری	کند کردن و یا متوقف کردن رشد میکرواورگانیسم‌ها
پلی-ای-لیسین	استفاده به عنوان ماده آنتی‌باکتریال آلی به جای مواد آنتی‌باکتریال معدنی	مقابل باکتری گرم مثبت و گرم منفی مؤثر است. همچنین این ماده قابلیت استفاده در برابر کواگولانس، استروترموفیلوس و سابتیلیس را دارد.
ترکیبات آمونیوم چهارتایی	قابلیت استفاده به عنوان عامل ضدعفونی کننده	خواص آنتی‌باکتریال قابل کنترل با توجه به طول زنجیر آلکیلی
پلی الکترولیت‌های چهارتایی کاتیونی	قابلیت استفاده به عنوان مواد ضدعفونی کننده	قیمت ارزان، تجاری و در دسترس بودن
ترکیبات ان-هالامین	قابلیت استفاده در محیط‌های آبی	پایدار بودن و نرخ آزادسازی هالوژن‌ها به محیط کم
نانولوله‌های کربنی	کاربرد به عنوان مواد آنتی‌باکتریالی که با تماس مستقیم سبب از بین بردن باکتری‌ها می‌شوند	به دلیل سوراخ کردن دیواره باکتری‌ها این ماده تقریباً روی تمامی‌انواع میکرواورگانیسم‌ها مؤثر است

1-3-3 نانومواد مورداستفاده در رنگ و روکش‌های مقاوم به شعله

تحقیقات پیشین نشان داده است که نانوذرات پرکننده، برای ساختن مواد مقاوم به شعله بسیار مناسب هستند، زیرا می‌توانند به‌طور همزمان خواص فیزیکی و نیز اشتعال نانوکامپوزیت پلیمری را بهبود بخشند. نانوپوشش‌های ایجاد شده با ترکیب نانوذرات اکسید زیرکونیوم مقاومت حرارتی بهتر و کاهش هدایت حرارتی بیشتر در مقایسه با پوشش‌های معمول از خود نشان می‌دهند. به طور کلی مقاومت حرارتی مواد در مقیاس نانو، ۱۷۰ درجه سانتی‌گراد بیشتر از حالت معمولی است. نانوذرات به‌خوبی می‌توانند عمل بازدارندگی آتش را بهبود بخشند.

نانوکامپوزیت‌ها از اواخر دهه ۱۹۹۰ به عنوان ماده‌ای کندسوز توجه بسیاری به خود جلب کردند. از جمله این نانوماده‌ها می‌توان به سیلیکات لایه‌ای^[20]، لایه‌های خاک رس و ساختارهای مختلف کربن اشاره کرد. نانومواد کربنی براساس ریخت‌شناسی که دارند به ترتیب با نام‌های گرافن، نانولوله‌های کربنی و کربن سیاه شناخته می‌شوند. گرافن با ساختار تک لایه، کاملاً شفاف است. نانولوله‌های کربنی به‌عنوان پرکننده‌ها برای بهبود خواص مکانیکی، الکتریکی و بازدارندگی شعله نانوکامپوزیت‌ها استفاده می‌شوند.

شکل ۴. شماتیکی از نحوه عملکرد پوشش‌های ضدحریق پایه کربنی (گرافن).

جدول ۴. انواع نانوماده‌های کندسوز و کاربردهای آن‌ها

نام نانوماده	ویژگی‌ها	کاربرد و حوزه صنعتی	روش کندسوزی
خاک رس^[21]	ü کندسوزی بسیار بالا ü زیست‌تخریب‌پذیری بالا ü واکنش‌پذیری شیمیایی بالا ü کاملاً طبیعی	· انواع کاربردهای صنعتی و ساختمانی · سیم و کابل برق · پوشش‌های تزئینی و کف‌پوش‌ها	ایجاد فاز جامد نیم‌سوز شده
نانولوله‌های کربنی ^[22]	شفاف	· برق و الکترونیک/ عایق کابل · صنعت خودرو و هوافضا	ایجاد فاز جامد نیم‌سوز شده
خاک‌رس+نانولوله‌های کربنی	افزایش خواص کندسوزی نسبت به استفاده منفرد هر یک از مواد به تنهایی	برق و الکترونیک/ عایق کابل	ایجاد فاز جامد نیم‌سوز شده
گرافن	شفاف	· انواع کاربردهای صنعتی و ساختمانی · صنعت خودرو و هوافضا · برق و الکترونیک/ عایق کابل · نساجی	ایجاد فاز جامد نیم‌سوز شده
دی‌اکسیدسیلیکون/ تیتانیوم	بسیار نازک	چوب و وسایل چوبی	سیستم خنک‌کننده
نانوذرات‌اکسید زیرکونیوم	مقاومت بسیار بالای حرارتی	نساجی (به ویژه پارچه‌های پشمی)	مهار فاز بخار

نانوکامپوزیت‌ها و نانوپلیمرهای شامل خاک‌رس (به عنوان پرکننده)، خواص کندسوزی بسیار عالی از خود نشان می‌دهند. خاک رس باعث تشکیل زغال می‌شود که به‌عنوان عایق حرارتی و مانعی برای انتشار شعله عمل می‌کند. جذاب‌ترین موضوع در خصوص خاک‌رس، این است که یک ماده کاملاً طبیعی است این موضوع باعث فرآوری بسیارساده و زیست تخریب‌پذیری بالای آن می‌شود. نانولوله‌های کربنی یا CNTها نیز به‌عنوان یک پرکننده مقاوم در برابر آتش شناخته می‌شوند. چرا که انتشار گرما در مواد را به صورت مؤثر کاهش می‌دهند. به‌طور خاص ترکیب غلظت کمی از CNTها با نانوذرات خاک‌رس نوعی اثر سینرژیک^[23] را ایجاد می‌کند که بسیار مؤثرتر از استفاده هریک از این مواد به‌صورت انفرادی است.

1-3-4 نانوذرات مورداستفاده برای ایجاد خاصیت آنتی‌استاتیک

پوشش‌های آنتی‌استاتیک رسانا هستند و مانع از تجمع بارهای الکتریکی ساکن می‌شوند. نقش یک عامل آنتی‌استاتیک هادی کردن سطح مواد با رسانا بودن خود یا جذب رطوب هوا است. از نانوذرات مورد استفاده جهت ایجاد خاصیت آنتی‌استاتیک در رنگ می‌توان موارد زیر را نام برد:

نانولوله‌های کربنی
گرافن
نانوذرات (اکسید ایندیم-قلع، اکسید آنتیموان-قلع و…)
پلیمرهای رسانا

از نانولوله‌های کربنی و گرافن به عنوان عوامل ایجاد رسانایی در پوشش‌ها استفاده می‌شود. پراکندگی گرافن با رسانایی بالا برای ایجاد مواد و پوشش‌های رسانا در حال توسعه است. همچنین از فولرن برای ایجاد فیلم‌های رسانا استفاده می‌شود. نانوذرات رسانای گرافنی و نانولوله‌ها با انتقال بار الکتریکی از تجمع آن جلوگیری می‌کنند. گرافن به خاطر هدایت بالای الکتریکی و گرمایی می‌تواند در انواع رنگ‌های رسانا مورداستفاده قرار گیرد و از کامپوزیت‌های گرافنی برای ایجاد خواص آنتی‌استاتیک در پوشش‌ها استفاده می‌شود.

از نانوذرات مختلف نیز برای ایجاد خاصیت آنتی‌استاتیک در پوشش‌ها مانند نانوذرات سیلیکا/پلیمر استفاده می‌شود. در این ساختارها نانودرات سلیکا به عنوان هسته و پلیمرهایی مانند پلی‌آنیلین و دودسیل بنزن سولفونیک اسید (DBSA) به عنوان پوسته مورداستفاده قرار می‌گیرند.

الف) استفاده از نانوذرات در رنگ‌های ضدالکتریسته خارجی

یکی از مواد مورداستفاده در رنگ‌های آنتی‌استاتیک پلیمرهای رسانا و کامپوزیت‌های آن‌ها است. شرکت آگزونوبل از پلیمرهای رسانا و کامپوزیت‌های آن‌ها برای رنگ‌های آنتی‌استاتیک استفاده می‌کند. این شرکت مواد افزودنی خود را با نام تجاری Armostat در بازار به فروش می‌رساند. فعالیت ضدالکتریسته ساکن سریع، خواص آنتی‌استاتیک طولانی، قیمت مناسب، تولیدات جامد یا مایع و استفاده در محلول‌های با غلظت‌های بالا از ویژگی‌های این افزودنی است.

شرکت افزودنی‌های معمول هادی RTP، با تجربه چندین ساله حدود ۶۰ افزودنی را در این حوزه تولید کرده است. این افزودنی‌ها شامل پودر کربن سیاه، فیبر کربنی، فیبر فلزی، فیبر کربنی پوشش داده شده با فلز و پودرهای فلزی برای کاربردهای مختلف هستند. این افزودنی‌های هادی براساس خواص الکتریکی و نرخ افت الکتریسته ساکن آن‌ها برای پوشش‌های آنتی‌استاتیک تقسیم بندی می‌شوند. از نانولوله‌های کربنی و گرافن به عنوان عوامل ایجاد رسانایی در پوشش‌ها استفاده می‌شود. پراکندگی گرافن با رسانایی بالا برای ایجاد مواد و پوشش‌های رسانا در حال توسعه است. همچنین از فولرن برای ایجاد فیلم‌های رسانا استفاده می‌شود.

موسسه بریتانیایی مواد گرافنی کاربردی با شرکت رنگی آمریکایی شروین-ویلیامز در زمینه تولید رنگ‌های حاوی گرافن همکاری دارند. شرکت چینی Sixth Element Materials بر روی R&D و نیز در زمینه استفاده از گرافن در رنگ فعالیت دارد. همچنین شرکت اسپانیایی گرافنانو رنگ‌های بر پایه گرافن با نام گرافنستون را در سال ۲۰۱۴ راهی بازار کرده است. این رنگ بسیار قوی و مقاوم در برابر عوامل تخریب‌گر محیطی است.

شکل ۴. رنگ آنتی‌استاتیک بر پایه گرافن با نام تجاری گرافنانو.

شرکت محصولات هادی الکترو بریتیش پوشش رسانای شفاف هیبریدی از CNT و صفحات گرافن را تولید کرده است. این پوشش در بازار مواد غذایی، الکترونیک، پزشکی و پتروشیمی استفاده می‌شود. شرکت تایوانی TCNT از نانولوله‌های کربنی برای ایجاد خاصیت آنتی‌استاتیک در رنگ استفاده کرده است. این رنگ بر روی سطوح و تجهیزات اسپری می‌شود و با رسانایی خود از تجمع الکتریسته ساکن جلوگیری می‌کند. محصولات و تجهیزات پوشش داده شده با این رنگ آنتی‌استاتیک دارای مقاومت ۱۰۴ اهم هستند.

شرکت VELOX آلمان از نانولوله‌های کربنی در رنگ‌های آنتی‌استاتیک خود استفاده می‌کند. شرکت ژاپنی هاکوشی از نانوذرات اکسیدروی برای ایجاد خاصیت آنتی‌استیک در رنگ‌های خود استفاده می‌کند. این رنگ دارای پایداری بالا و سازگار با محیط‌زیست است.. این رنگ با نام تجاری GRAPHISTRENGTH در صنایع اتومبیل، صنایع هوایی و ورزشی کاربرد دارد. درصد نانولوله‌های کربنی بین ۲۰ تا ۳۰ درصد در این رنگ بسته به کاربرد متغییر است.

ب) رنگ نانویی ضدالکتریسته داخلی

از شرکت‌های نانویی تولیدکننده رنگ آنتی‌استاتیک در ایران شرکت پیشگامان فناوری آسیا را می‌توان نام برد. این رنگ در گردیدهای مختلف تولید می‌شود که ویژگی‌های آن در جدول ۱ نشان داده شده است. گریدهای مختلف رنگ لوتوس دارای خواص متفاوتی است که بسته به محیط مورداستفاده می‌توان از گرید موردنظر استفاده کرد.

جدول ۵. گریدهای مختلف رنگ‌های تولیدی شرکت پیشگامان فناوری آسیا

کد محصول	مقاومت الکتریکی سطحی (Ω.CM²)	نوع رنگ	فام رنگ
NEP 101C	10⁵>	تک جزئی پایه حلال	مشکی
NEP 101A	10⁹>	تک جزئی پایه حلال	مشکی
NEP 201A	10⁹>	دو جزئی	مشکی

1-3-5 نانوذرات برای ایجاد پوشش‌های ضدیخ

هرچند تشکیل یخ در طبیعت مناظر زیبایی ایجاد می‌نماید، اگر این یخ بر روی پل‌ها، کابل‌ها، برج‌ها و یا آنتن‌ها جمع شود می‌تواند فاجعه بار باشد. تشکیل یخ بر روی این سازه‌ها باعث ایجاد مشکلاتی در برج‌های ارتباطی، فروریختن آنتن‌ها، نابودی وسایل ماهواره‌ای و دیش‌های مایکروویو، افتادن پل‌ها و ایجاد صدمات فراوان به مردم از طریق سقوط کابل‌ها می‌شود. پوشش‌های ضدتشکیل یخ بر روی فولاد، فایبرگلاس، آلومینیوم و بیشتر سطوح رنگ‌آمیزی شده استفاده می‌شوند. دانه‌های آب بر روی این پوشش‌ها بسیار شبیه دانه‌های آب روی یک خودرو تازه واکس زده شده می‌ماند. از آنجایی که این پوشش‌ها ضدچسبیدن یخ هستند، زاویه تماس بالای آب باعث رانده شدن دانه یخ تشکیل شده بر روی این پوشش‌ها شده و سطح پایینی را برای اتصال یخ به پوشش ایجاد می‌کند. از این رو وزن خود یخ تشکیل شده بر روی سطح رنگ باعث افتادن آن می‌شود پیش از آنکه شانسی برای رشد و تشکیل توده یخی آسیب‌زا داشته باشد.

نانومواد نقش مهمی‌ در تنظیم خواص سطحی بستر که مناسب کاربردهای سوپرآبگریز و ضدیخ است دارند. نانوموادی مانند نانولوله‌های کربنی، نانوسلیکا آب‌گریز، نانولوله‌های ZnO و دیگر نانومواد اغلب به عنوان پرکننده یا عامل‌دهی برای ایجاد زبری سطح و همچنین بهبود خواص مکانیکی سطحی مورداستفاده قرار می‌گیرند. همچنین از سل-ژل برای ایجاد نانوذرات در رنگ‌های ضدیخ استفاده می‌شود. از کامپوزیت‌های بر پایه نانولوله‌های کربن برای ایجاد پوشش‌های فوق‌آب‌گریز برای بهبود استحکام مکانیکی استفاده می‌شود. فیلم کامپوزیتی نانولوله‌های چند دیواره کربنی-سلیکون فوق‌آبگریز (ساختار کازیه) پایدار در ۴۰۰۰ سیکل دمایی (۳۰- درجه سانتی‌گراد تا دمای اتاق با ۴۰ درصد رطوبت نسبی) با کنترل ترکیب و میکروساختار ساخته شده است.

شکل ۵. شماتیک قطره آب قبل از منجمد شدن بر روی سطح‌های پوشش داده شده با نانورنگ‌ها در مقایسه با سطح عاری از این مواد.

الف) پوشش‌های ضدیخ نانویی خارجی

پوشش NANOMYTE

سطوح پوشش داده با این پوشش تا ۶۰ درصد چسبندگی یخ را کاهش می‌دهند. این پوشش شفاف، سخت و چگال است. این پوشش را به صورت براش یا اسپری می‌توان استفاده کرد. ضخامت لایه خشک بین ۵ تا ۱۵ میکرون و در یک بار پوشش دادن سطح کافی است.

پوشش‌های ضدیخ NanoSonic’s HybridShield

این پوشش عملکرد بالایی دارد و بسیار پایدار است. این مواد ضدیخ بر پایه سیلوکسان و سیستم‌های آلی فلوئوردار که مقاومت مکانیکی بالا و مشکلات محیط‌زیستی پایینی دارند، هستند.

1-3-6 مواد نانو جهت ایجاد خاصیت ضدپرتو فرابنفش

تخریب‌های فوتوشیمیایی به‌وسیله امواج فرابنفش باعث بروز مشکلاتی در اکثر پوشش‌ها می‌شوند. این عامل موجب اکسایش و تخریب فیلم‌های پلیمری در اتصال با رنگدانه‌های معدنی و آلی می‌شود. مهارکننده‌های فرابنفش برای جلوگیری از تخریب نابه‌هنگام پلیمرها یا سیستم رنگی استفاده می‌شوند. این مواد باعث پایداری رنگ شده و همراه با اکسیدان‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرند. برای افزایش پایداری رنگ می‌توان از مواد آلی پایدارکننده UV و یا از مواد نانو نظیر اکسید تیتانیوم یا اکسید زیرکونیوم استفاده کرد. همچنین نانوذرات اکسیدروی کاربرد زیادی در رنگ‌های مقاوم به پرتو فرابنفش دارد و آگزونوبل کشور هلند یکی از شرکت‌های عمده تولیدکننده این ماده جهت کاربرد در رنگ‌های مقاوم به پروتو فرابنفش و خوردگی است.

از بین مواد آلی و نانوذرات معدنی، نانوذرات دارای سمیت پایین و پایداری شیمیایی بالایی در برابر دمای بالا و امواج فرابنفش هستند. مکانیسم محافظت در برابر پرتوهای UV برای نانوذرات کاملاً مشخص نیست ولی دانشمندان معتقدند که این نانوذرات با بازتاب و پخش امواج UV از پوشش‌ها محافظت می‌کنند. نظر دیگر بر روی خواص نیمه‌رسانای این مواد و جذب امواج استوار است.

افزایش نانوورقه‌های گرافنی به رنگ‌های با پایه پلی‌اورتان مقاومت به تخریب رنگ در برابر اشعه ماورابنفش و خوردگی را افزایش می‌دهد. افزایش ۲ درصد گرافن به مقدار زیادی تخریب در برابر فرابنفش را در این رنگ‌ها بهبود داده است. این مواد با رنگ سفید مخلوط شده و نتایج با استاندارد ASTM D4587-09 مقایسه شده است.

الف) رنگ‌های مقاوم به فرابنفش نانویی خارجی

رنگ ضد فرابنفش واتسون

این رنگ کاملاً جامد و عاری از ترکیبات فرار آلی و سازگار با محیط‌زیست است. این رنگ بر پایه رزین‌های مختلف مانند آکریلیک، اپوکسی، پلی‌استر و پلی‌اورتان است. این رنگ همچنین در مقابل سایش و مواد شیمیایی پایدار است.

افزودنی‌های شرکت هلندی BYK در پوشش‌ها، جوهر، پلاستیک و صنعت نفت و گاز کاربرد دارند. همچنین این شرکت نانوذرات اکسید سریم و اکسید زیرکونیم جهت استفاده در رنگ‌های ضدفرابنفش خودرویی و هوایی تولید می‌کند.

رنگ محافظ فرابنفش NANOMYTE

این پوشش در برابر اثرات خورشید و آب و هوایی در مدت طولانی محافظ است. این پوشش حداقل ۱۰۰۰ ساعت در تست مقاوم در شرایط آب و هوایی پایدار است. در این پوشش از رزین‌های پایه پلی‌اورتان استفاده می‌شود و دارای کاتالیست قلع است.

ب) رنگ ضدفرابنفش نانویی داخلی

یکی از شرکت‌های دانش‌بنیان مستقر در مرکز رشد فناوری‌های پیشرفته شریف با به کارگیری نانوذرات نقره در ترکیب رنگ‌های تولیدی خود، به محصولی با خاصیت مقاومت در برابر نفوذ امواج الکترومغناطیس در مقیاس آزمایشگاهی دست یافته است که در حال توسعه و ارتقا آن است. در این رنگ همزمان از گرافیت انبساط یافته با ضخامت نانومتری و نانوذرات نقره استفاده شده است. در این رنگ مکانیزم انعکاس و مکانیزم جذب به‌طور همزمان عمل می‌کنند و همین عامل موجب افزایش کارایی محافظت‌کنندگی این رنگ شده است.

1-3-7 نانوذرات جهت ایجاد مقاومت به خوردگی

در پوشش‌های رنگی هوشمند ضدخوردگی درصد بالایی از اتم‌ها و ذرات بازدارنده خوردگی به نانوذرات می‌چسبند. به محض شناسایی عوامل خوردنده پیوندها شکسته می‌شوند و عامل‌های ضدخوردگی رها می‌شوند. این پوشش‌های هوشمند با استفاده از ۵ درصد عوامل بازدارنده در مقابل پوشش‌های معمولی که حاوی ۳۰ تا ۴۰ درصد از این مواد هستند عملکرد بهتری را نشان می‌دهند. همچنین پوشش‌های معمولی به طور مداوم عوامل بازدارنده را رها می‌کنند در صورتی که پوشش‌های هوشمند فقط در مواقعی که پوشش خراش داده شود این مواد را رها می‌کنند که بازدارنده‌های خوردگی در واکنش با عوامل خورنده احیا شده و اکسیدهای نامحلول ایجاد می‌کنند که با رسوب این اکسیدها از تماس الکترولیت با سطح فلز جلوگیری می‌شود.

شکل ۶. سازوکار رهاسازی عوامل خورنده در پوشش‌های هوشمند.

در راهکاری دیگر از نانوذراتی استفاده می‌شود که ضمن ایجاد خاصیت ضد خوردگی مشکلات محیط‌زیستی خیلی کمی دارند. از نانوذرات استفاده شده جهت این ویژگی در پوشش‌های رنگی می‌توان سلیکون، اکسیدهای بور، نانوکریستال‌های فسفر-کبالت و اکسید گرافن را نام برد.

الف) برخی از رنگ‌های نانویی مقاوم به خوردگی تولید شرکت‌های خارجی

پوشش نانواپوکسی شرکت Admat Innovative

این پوشش با نام Al-nProtect بر روی سطوح رنگی (آلکید، پلی‌اورتان، اپوکسی، پلی‌استر، آکریلیک، لاتکس، پوشش پودری، پوشش ژل) و فلزات (استیل نرم، استیل زنگ نزن، آلومینیوم، مس، برنج) برای افزایش عمر آن‌ها استفاده می‌شود. با استفاده از این پوشش خواصی نظیر افزایش حفاظت خوردگی، افزایش دوام سطحی، افزایش محافظت در برابر اکسایش حاصل از UV در قطعه مورداستفاده حاصل می‌شود.

پوشش فلزی NanoTech

این پوشش برای استفاده بر روی فلز در شرایط مختلف مناسب است. این پوشش فلزی برای حفاظت در برابر خوردگی‌های ناشی از آب، اسپری نمک، خوردگی‌های شیمیایی و دیگر عوامل خورنده محیطی مناسب است. به خاطر خواص ضدخوردگی این پوشش نیازی به پولیش فلزاتی مانند آلومینیوم، نقره و برنج نیست. هر گالن از این پوشش ۳۱۲ دلار به فروش می‌رسد.

پوشش ضدخوردگی AnCatt

این پوشش عاری از فلزات سنگین مانند روی، کرومات و سرب است و به دلیل دوست‌دار محیط‌زیست بودن آن از مراکز مختلف مانند انجمن شیمی آمریکا، مجمع بین‌المللی نوآوری، اتحادیه RICE، ناسا و دیگر مؤسسات جوایز مختلفی دریافت کرده است. این پوشش شامل پرایمر نانوساختار پلیمری منحصربه‌فرد (CPND) لایه رویه و یک میان‌لایه اختیاری است. این پوشش همچنین ویژگی‌هایی مانند چسبندگی خوب، پایدار در برابر خراش، خودتمیزشونده، پایداری سطحی، کاربرد آسان، ساخت آسان، قیمت مواد اولیه پایین و وزن کم با لایه نازک که مناسب کاربردهای هوایی است، دارد.

پرایمر ضدخوردگی NANO-FIX

این پرایمر ضدخوردگی و ضدآب است که ترکیبی از سل نانوهیدروسیلیک اسید و آلومینا است (بوهمیت). این پرایمر قابلیت نفوذ در میکروترک‌ها را دارا است و از این رو خوردگی را کاهش می‌دهد. بر روی فلز با تشکیل کیلیت کمپلکس با ترکیب رزین پرایمر سطح فلز را محافظت می‌کند. رنگ آن مشکی- قهوه‌ای است و ضخامت یک لایه پوشش آن ۰٫۱۵ تا ۰٫۲ میلی‌متر است. شرایط دمایی قابل استفاده بین ۷۰- تا ۲۳۰ درجه سانتی‌گراد است و ۵ کیلوگرم از این پرایمر به قیمت ۱۰٫۳۷ دلار به فروش می‌رسد.

ب) رنگ‌های نانویی داخلی مقاوم به خوردگی

رنگ پودری ضدخوردگی حاوی نانوذرات سیلیس

این رنگ توسط شرکت تولیدی شیمیایی فام گستر ماهان تولید می‌شود. بسته به نوع فلز و محیط اطراف آن، پوشش‌های مقاوم در برابر خوردگی، میزان خوردگی را کاهش می‌دهند. در این رنگ از نانوذرات سیلیکا با اندازه متوسط ۴۸ نانومتر استفاده می‌شود. این محصول بهبود مقاومت در برابر خوردگی را به‌واسطه حضور نانوذرات سیلیکا از خود نشان می‌دهد.

رنگ ضدخوردگی شرکت نانوآریسا پوشش

این محصول به عنوان رنگ آلکیدی حاوی نانوورقه‌های اکسید گرافن شناخته می‌شود. در ساختار آن ناخالصی‌هایی از قبیل گرافن خالص، گرافیت و کربن آمورف نیز مشاهده می‌شود. این محصول با افزودن اکسید گرافن بهبود مقاومت در برابر خوردگی مطابق با آزمون استاندارد ASTM B117 از خود نشان می‌دهد. استفاده از فناوری نانو در تولید این رنگ‌ها موجب شده تا ماندگاری آن‌ها بر روی سطوح ۵_/۱ برابر افزایش داشته باشد.

1-3-8 نانوافزودنی‌ها جهت ضدخش کردن رنگ

به‌وجود آمدن خراش بر روی سطوح سطح زیر رنگ را در معرض عوامل محیطی قرار می‌دهد و هزینه زیادی را تحمیل می‌کند. بسیار از پوشش‌ها دارای مقاومت پایینی نسبت به خراش هستند و از این رو جهت افزایش مقاومت در برابر خراش بایستی موادی به آن‌ها افزوده شود. پوشش‌های ضدخراش می‌توانند به صورت رنگ یا پوششی شفاف بر روی رنگ اضافه شوند. افزودنی‌های ضدخراش به طور سنتی اکسیدهای فلزی با اندازه میکرویی هستند ولی ظاهری مات یا نیمه‌مات برای پوشش که نتیجه شکست نور مرئی است ایجاد می‌کنند.

امروزه از مواد نانویی برای ایجاد خاصیت ضدخراش در رنگ‌ها استفاده می‌شود و شکست نور به مقدار قابل توجهی کاهش می‌یابد. نانوذرات با اندازه‌های ۴۰ تا ۵۰ نانومتر پرکننده‌های بسیار خوبی هستند. فناوری نانو می‌تواند خاصیت ضدخراش رنگ را به میزان ۲۵ درصد بهبود دهد و از این رو هزینه مواد را تا ۷۵ درصد کاهش می‌دهد.

نانوذرات استفاده شده جهت مقاوم به خش کردن رنگ‌ها عبارتند از:

نانوذرات اکسید فلزی (سیلیکا، آلومینا، اکسیدروی، دی‌اکسید تیتانیوم، اکسید زیرکونیوم)
نانورس‌ها
نانولوله‌های کربنی
سایر نانوذرات (فولرین، نانوفیبر، ذرات نانومتخلخل).

الف) پوشش‌های ضدخش خارجی

اسپری ضدخش NANOARMOR برای رنگ

این پوشش موجب افزایش سختی H ۱۲ (بالاترین سیستم محافظ رنگ در جهان) است. در این پوشش از نانوذرات تیتانیوم استفاده می‌شود و می‌تواند بر روی رنگ خودرو استفاده شود. این افزودنی بسیار مستحکم (بالاترین نسبت استحکام به وزن نسبت به هر فلزی) است استحکام کششی بالا، مقاومت به خستگی، مقاومت به ترک و مقاومت در برابر دمای بالا و خوردگی دارد. به همین دلیل نیز از آلیاژهای تیتانیوم در کاربردهای فضایی و هواپیمایی استفاده می‌شود. ۱۰۰ میلی‌لیتر از این محلول با سختی H ۹ به قیمت ۱۴۵ دلار به فروش می‌رسد.

رنگ تولیدی Airglide

این شرکت در سال ۲۰۱۱ تأسیس شد و از فناوری نانو برای استفاده در صنعت هوافضا استفاده می‌کند. محصولات این شرکت در زمینه پوشش‌های محافظ با فناوری نانو، پلیمرهایی که اتصالات عرضی با سطح دارند و عاری از سلیکون و تفلون هستند، فعال است. تولیدات این شرکت دارای گواهینامه از بوئینگ، ایرباس و AMS 1530C هستند. این پوشش‌ها موجب کاهش مصرف سوخت و تولیدات گازی کربنی، کاهش تمیزکاری سالانه و هزینه‌های نگهداری، جلوگیری از تجمع یخ بر روی سطح و محافظ در برابر خوردگی و ساییدگی می‌شوند. این پوشش همچنین دارای مقاومت نسبت به خراش است.

ب) شرکت‌های تولیدکننده رنگ نانویی ضدخش داخلی

رنگ ترافیکی لوتوس

این محصول به عنوان رنگ ضدخش دارای افزودنی‌های معدنی در ابعاد نانویی است که باعث افزایش مقاومت به سایش این رنگ می‌شوند. افزودنی اصلی جهت ایجاد این خاصیت نانوکلی (nanoclay) است. این رنگ می‌تواند برای خط‌کشی باند فرودگاه استفاده شود.

رنگ ترافیکی ترموپلاست سرد

این رنگ در مجتمع صنایع شیمیایی ریف تولید می‌شود. این محصول رنگ ترافیکی سرد بر پایه نانوکامپوزیت رزین آکریلیک ترموپلاست است. این رنگ دارای زمان خشک شدن سریع، دوام بالا، مقاومت عالی در شرایط جوی مختلف با پوشش و چسبندگی عالی بر سطوح آسفالتی و سیمانی است. از موارد کابرد این رنگ خط‌کشی باند فرودگاه، خیابان‌های شهری و بین شهری، جاده‌ها، خطوط عابر پیاده، زمین‌های ورزشی و جداول هستند.

1-3-9 نانوافزودنی جهت ایجاد خاصیت مقاوم به امواج الکترومغناطیس

رشد گسترده صنایع الکترونیکی و ارتباطات راه دور در صنایع مختلف مانند هوافضا، سیستم‌های دفاعی، تجهیزات پزشکی موجب افزایش کاربرد سیستم‌های الکترومغناطیس شده است. منظور از حفاظت در برابر این امواج رسیدن به حد مطمئن تضعیف این امواج است که این کار به وسیله انعکاس و جذب این امواج توسط مواد حفاظتی صورت می‌گیرد. حفاظت از تداخل الکترومغناطیسی برای محافظت از وسایل الکترونیکی، مدارهای حساس از اشعه‌ها و امواج ناشی از کامپیوترها و ابزار مخابراتی، پیشگیری از نظارت غیرمجاز و جلوگیری از اشکال مختلف جاسوسی الکترومغناطیسی لازم است. در گذشته از مواد پایه فلزی و سپس از کامپوزیت‌های هادی الکتریسته به این منظور استفاده شده است. در سال‌های اخیر استفاده از فناوری جهت تولید پوشش‌های حفاظتی الکترومغناطیسی رشد فراوانی داشته است.

از میان مواد نانویی مورداستفاده برای این کاربرد می‌توان نانوفیبرهای کربنی و لایه‌های گرافیت را به دلیل ویژگی‌های خاص حرارتی، الکتریکی، مکانیکی و فیزیکی نام برد. نانولوله‌های کربنی یک انتخاب عالی برای به‌کارگیری در کاربردهای حغاظت تداخل الکترومغناطیسی در درصدهای کم و عملکرد بالا هستند. نانولوله‌های تک، چند دیواره و گرافن از مواد نانویی مهم در رنگ‌های حفاظت الکترومغناطیسی هستند. برای رادارگریزی یا استتار هواپیمای نظامی از مواد مختلف استفاده می‌شود که در جدول ۶ به طور خلاصه آمده است.

جدول ۶. مواد مورداستفاده و ویژگی‌های آن‌ها جهت استفاده به عنوان رادارگریز

طول‌موج/فرکانس

اصول فیزیکی

مواد پوشش

مرئی تا IR نزدیک = 0.4-1 μmλ

· پوشش برای تنظیم بازتاب نور مشابه شی و محیط اطراف

· بایستی با رنگ و بافت محیط اطراف مطابقت داشته باشد

· بازتاب کم

Ø رنگدانه‌های رنگ

سبز: اکسیدهای Cr, Ni, Co, Fe، فتالوسین

زرد خاکی: TiO2، کربن سیاه، اکسید آهن

قهوه‌ای: TiO2, ZnO، اکسید آهن، رنگدانه آلی

Ø بایندر رنگ: رزین رنگی

Ø فوم‌های آبی در رنگ‌های مختلف

Ø پوشش‌های ضدانعکاس در شیشه‌های جلو

IR حرارتی = 3-5, 8-14 μmλ

· پخش و انعکاس پرتوهای IR

· عبور کم

Ø پوشش‌های سطحی: ورقه‌های فلزی با رزین‌های کم عبور

Ø فوم (مایع یا جامد)

مایکروویو f= 2-18 GHz

· جذب یا پراکندگی زیاد امواج رادار

· تطابق امپدانس

Ø مواد مغناطیسی: فریت، کربونیل آهن

Ø دی الکتریک: کربن، پلیمرهای رسانا، کمپلکس اکسیدهای Ba، Ti و Mn

آکوستیک

· کاهش لرزش

· کاهش جریان نویز

Ø فوم پلی‌اورتان

Ø پلیمرهای شبکه متقابل[24]

Ø سرامیک‌ها

در سال‌های اخیر مواد نانو به‌دلیل جذب بالای امواج ماکروویو در مقایسه با مواد مشابه میکرو یا بالک بسیار موردتوجه قرار گرفتند. این مواد نانو شامل ۴ دسته نانوکریستال‌های جاذب امواج رادار، نانوکامپوزیت‌های هسته- پوسته، نانوکامپوزیت‌های حاوی نانولوله‌ها و مواد معدنی و دسته چهارم نانوکامپوزیت‌های کربنی است.

الف) رنگ‌های ضدامواج نانویی خارجی

رنگ Y-SHIELD

رنگی مشکی است که حاوی ذرات کربنی است و به عنوان محافظ امواج الکترومغناطیس به عنوان روکش می‌تواند استفاده شود. این رنگ در مسدود کردن سیگنال‌های تلفن همراه، CB، TV، AM و سیگنال‌های FM، فرکانس‌های رادیویی و ریزامواج بسیار مؤثر است. قابلیت استفاده در فرکانس بالا را دارد و دارای کاهش میرایی db ۳۰ موج به ازای هر لایه رنگ است. دارای مقاومت ۱۰ اهم بر متر و عمر رنگ محافظ ۱۵ ماه است. این رنگ لیتری ۴۹٫۹۸ یورو به فروش می‌رسد، رنگ آن مشکی و یک لایه آن ۳۷ و دو لایه آن db ۴۴ کاهش میرایی امواج الکترومغناطیس را دارد.

شکل ۷. کاهش قدرت امواج اندازه‌گیری شده در رنگ Y-SHIELD.

رنگ T98

این رنگ توسط شرکت Geovital که شرکتی فعال در زمینهٔ تولید رنگ‌های محافظ امواج است، ساخته شده است. این رنگ محافظ فوق‌العاده در برابر امواج الکترومغناطیس فرکانس بالا است. توانایی محافظت تا ۹۹۹_/۹۹ درصد، کاهش قدرت db۵۰ برای فرکانس GH۱۰ و حفاظت طولانی‌مدت از ویژگی‌های این رنگ است. در این رنگ از گرافیت، کربن سیاه و سایر افزودنی‌ها استفاده شده است. این رنگ لیتری ۹۸ یورو به فروش می‌رسد.

شکل ۸. مقایسه حفاظت رنگ T98 در مقایسه با سایر رنگ‌ها.

رنگ‌های شرکت SCH

در ساختار این رنگ‌ها از موادی نظیر کربن، گرافیت، نقره، مس و نیکل استفاده می‌شود. موارد کاربردی این رنگ‌ها تلفن همراه، وسایل الکترونیکی شخصی، تجهیزات ارتباطی، وسایل پزشکی، تجهیزات دفاعی و تجهیزات هوا و فضا است. این رنگ‌ها با نام‌های تجاری فوق محافظ الکترومغناطیس ۸۳۸ تا ۸۴۳ شناخته می‌شوند. این رنگ برای وسایل الکتریکی، هوافضا، تجهیزات نظامی، آنتن‌ها، تجهیزات علمی، دیش‌های ماهواره، وسایل ارتباطی، سیستم‌های ردیابی جی پی اس، موبایل و … استفاده می‌شود و ۳۴۰ گرم آن ۴۵٫۴۹ دلار است.

1-4 چگونگی رهایش ترکیبات نانومواد مورداستفاده در رنگ‌ها و چرخهٔ عمر آن‌ها

پروژه‌هایی از جمله NanoHouse که اخیراً در زمینه فناوری نانو اجرا شده است، مزیت‌ها و خطرات استفاده از این نانومواد عمدتاً در نمای ساختمان را موردبررسی قرار داده است. تمرکز اصلی این پروژه بر شناسایی مکانی است که نانومواد از رنگ رها شده و وارد محیط می‌شوند. در اثر شستشو، سایش و اثرات محیطی مقدار رهاسازی این نانومواد زیاد نبوده و فقط بخش کمی از آن‌ها در آب مشاهده شد. اما پس از سوزاندن تکه‌های رنگ، این نانوذرات در دوده مشاهده شدند. به طور خلاصه این‌طور می‌توان گفت که میزان سمیت رنگ‌های نانویی در مقایسه با رنگ‌های مرسوم به یک اندازه است، با این حال انجام آزمایشات بیشتر در این زمینه توصیه می‌شود.

شکل ۹. چرخه عمر نانومواد در رنگ‌ها.

1-5 نتیجه‌گیری

باتوجه به مطالعات انجام شده می‌توان نتیجه‌گیری کرد که انواع نانوافزودنی‌های، به دلیل قابلیت بالا در بهبود عملکرد و خواص رنگ‌ها آینده درخشانی در صنعت جهانی و داخل کشور خواهند داشت. با توجه به نیاز روزافزون صنایع به انواع پوشش‌های مقاوم در شرایط مختلفی محیطی و همچنین پوشش‌های با خواص منحصربه‌فرد از یک طرف و ظرفیت‌های موجود در کشور در زمینه تولید انواع رنگ‌ها و نانومواد از طرف دیگر، توجه به حوزه رنگ‌های نانویی می‌تواند آینده درخشانی را برای این صنعت فراهم آورد.

مراجع

[1] resin

[2] Additives

[3] Tunable color

[4] Nano-pigment Screen

[5] Phosphorus screen

[6] LCD

[7] TiO2

[8] ZnO

[9] SiO₂

[10] MgO

[11] Nano Dispersed

[12] TiO2

[13] Carbon Black

[14] Iron Oxide Red

[15] Iron Oxide Yellow

[16] Iron Oxide Green

[17] Iron Oxide Brown

[18] electrophoresis paints

[19] film liner coatings

[20] layered silicates

[21] nanoclay

[22] CNT

[23] synergistic

[24] Interpenetrating network Polymers (IPN)

———————————————————————

نگارنده: صادق صادقی، رجب‌علی سراج

بخش ترویج صنعتی ستاد توسعه 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]

====================================================================================