کاربرد نانورنگدانه‌ها در صنعت کامپوزیت و پلیمر

رنگ هر ترکیب مایع، قابل‌تبدیل به مایع و یا ترکیبات بتونه‌ای است که پس از مالیده شدن بر روی سطوح به‌صورت غشا یا لایه‌ای سفت و جامد تبدیل شده و طیف خاصی به آن می‌دهد. به‌طورکلی از رنگ علاوه بر ایجاد زیبایی محیط، جهت حفاظت اشیاء در مقابل عوامل طبیعی و سببی از قبیل ضربه، خراش، ساییدگی، حلال‌ها، آب‌وهوای جوی و غیره استفاده می‌گردد و به‌ندرت دیده شده که سطح یک جسم را فقط با رنگ حفاظتی بپوشانند و از رنگ رویه تزئینی استفاده ننمایند.

 صنعت رنگ‌سازی قدمت طولانی دارد. در ابتدا رنگ را از روغن‌های گیاهی با استفاده از آسیاب‌های سنگی و دستی جهت نرم کردن رنگ‌دانه‌ها تولید می‌کردند؛ اما امروزه با پیشرفت صنعت و فناوری، صنعت رنگ‌سازی پیشرفت شایانی نموده، به‌طوری‌که توانسته در میدان علم و صنعت جایی پرنفوذ برای خود باز نماید. به جرئت می‌توان گفت یکی از ارکان مهم هر یک از تولیدات صنایع گوناگونی که به مصارف عمومی و خصوصی می‌رسند، صنعت رنگ‌سازی ست.

قدمت رنگ به دوران ماقبل تاریخ می‌رسد؛ اما هزینه آن‌ها تا مدت‌ها بسیار گران بود و درنتیجه 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 ازجمله خانه، اتومبیل، نشانه‌گذاری در جاده‌ها و بسیاری هدف‌های دیگر استفاده می‌شود که هر یک از این برنامه‌ها به نوع خاصی از رنگ نیاز دارد.

 

ترکیبات رنگ

اصلی‌ترین اجزای رنگ شامل رزین‌ها[1]، افزودنی‌ها[2] و رنگ‌دانه‌ها هستند. رزین‌ها شامل چسب‌ها[3] و حلال‌ها[4] است. رزین یکی از اصلی‌ترین اجزای تشکیل‌دهنده رنگ است و خواص رنگ نهایی تا حد زیادی به آن بستگی دارد. عملکرد چسب این است که از سطح و اجزای درون لایه نازک حفاظت کند؛ همچنین باعث توزیع یکنواخت رزین، مواد، رنگ‌دانه و غیره شده و به‌شدت بر خواص کلیدی مانند درخشانی، دوام، انعطاف‌پذیری و چقرمگی تأثیر می‌گذارد. چسب را می‌توان از یک یا چند نوع رزین یا سیستم پلیمری یا سیستم‌های رزین مصنوعی یا طبیعی ساخت. افزودنی‌ها طیف گسترده‌ای از مواد هستند که اضافه کردن مقداری اندک از آن‌ها به ترکیب می‌تواند اثرات قابل‌توجهی بر محصول نهایی بگذارد. افزایش کشش سطحی، بهبود ظاهر نهایی، بهبود ثبات رنگ‌دانه، افزایش خواص ضد یخ، بهبود چسبندگی و … ازجمله خواص انواع افزودنی‌هاست.

 

رنگ‌دانه

رنگ‌دانه[5] ماده‌ای است که رنگ نور بازتابی یا انتقالی را در اثر جذب طول‌موج انتخابی تغییر می‌دهد. این فرایند از آن چیزی که به‌نام فرایند فیزیکی از فلوئورسانس، فسفرسانس و دیگر اشکال لومیناسنس (که ماده نور را ساطع می‌کند) می‌شناسیم، متفاوت است. بسیاری مواد طول‌موج‌های خاصی از نور را به‌طور انتخابی جذب می‌کنند. موادی که انسان‌ها به‌عنوان رنگ‌دانه انتخاب و برای خواص ویژه‌ای توسعه داده‌اند، عموماً برای رنگ‌آمیزی مواد دیگر مناسب هستند. یک رنگ‌دانه باید مقاومت رنگی متناسب با ماده‌ای که آن را رنگ می‌کند داشته و در دمای محیط پایدار باشد.

برای کاربردهای صنعتی و همچنین هنری تداوم ثبات خواص دارای اهمیت است. رنگ‌دانه‌هایی که دائمی نیستند، رنگ‌دانه‌های فرار نامیده می‌شوند. رنگ‌دانه‌های فرار در طول زمان و یا با قرار گرفتن در معرض نور محو می‌شوند. تا جایی که نهایتاً رنگ آن‌ها رو به سیاهی می‌زند.

رنگ‌دانه‌ها برای رنگ‌آمیزی رنگ، جوهر، پلاستیک، پارچه، لوازم‌آرایشی، مواد غذایی و مواد دیگر بکار می‌روند. رنگ‌دانه‌ها همان رنگی را ایجاد می‌کنند که خودشان دارند. چراکه آن‌ها به‌صورت انتخابی طول موج‌های معینی از نور مرئی را جذب و منعکس می‌نمایند. ترکیب طیف کامل نور مرئی با طول‌موجی از ۳۷۵ یا ۴۰۰ نانومتر الی ۷۶۰ یا ۷۸۰ نانومتر، با نور سفید تقریباً برابری می‌کند. وقتی‌که این نور با یک پیگمنت برخورد می‌کند، قسمت‌هایی از طیف توسط پیوندهای شیمیایی سیستم‌های کونژوگه[6] و دیگر اجزای پیگمنت جذب می‌شود؛ برخی دیگر از طول‌موج‌ها یا قسمت‌هایی از طیف، منعکس و یا پخش می‌شود. بیشتر رنگ‌دانه‌ها، ترکیب انتقال بار محسوب می‌شوند. مثل ترکیبات فلز واسطه با باند جذبی وسیع که بیشتر رنگ‌های نور سفید تابشی را کسر می‌کنند. طیف جدید منعکس‌شده ظاهر یک رنگ را به وجود می‌آورد. رنگ‌دانه‌ها برخلاف مواد فلورسنت یا فسفرسنت، می‌توانند فقط طول موج‌ها را از نور منبع کسر نموده و هرگز مورد دیگری به آن اضافه نمی‌کنند.

ظاهر رنگ‌دانه‌ها به رنگ نور منبع نزدیک است. نور خورشید از دمای رنگ بالا و طیف نسبتاً یکنواختی برخوردار است و معیار استانداردی برای نور سفید محسوب می‌شود. منابع نور مصنوعی تمایل زیادی برای دستیابی به پیک عالی در برخی قسمت‌های طیف خود و همچنین شیاری عمیق دارند. با مشاهده این شرایط، رنگ‌دانه‌ها در رنگ‌های متفاوتی ظاهر می‌گردند.

 

شکل 1. تعداد زیادی از طول‌موج‌ها (رنگ‌ها) با یک پیگمنت برخورد می‌کنند. این پیگمنت نور قرمز و سبز را به خود جذب کرده ولی نور آبی را منعکس می‌کند و سبب ایجاد رنگ آبی می‌شود.

تاریخچه رنگ‌دانه‌ها

• در دوران ماقبل تاریخ، از پیگمنت‌هایی که به‌صورت طبیعی به وجود می‌آیند مثل اخرایی و اکسید آهن، به‌عنوان مواد رنگ‌دار (کلرانت) استفاده می‌نمودند. باستان شناسان حقایقی را آشکار نموده‌اند که نشان می‌دهد انسان‌های اولیه از رنگ برای اهداف زیبایی همچون نقاشی بدن استفاده می‌نمودند. وجود تجهیزات سایش رنگ و رنگ‌دانه به ۳۵۰۰۰۰ الی ۴۰۰۰۰۰ سال قبل بازمی‌گردد که شواهد آن در غاری در Twin Rivers حوالی لوساکا، زامبیا گزارش شده است.
• قبل از انقلاب صنعتی، محدوده رنگی موجود برای هنر و مصارف تزئینی، ازلحاظ فنی محدود بود. بیشتر رنگ‌دانه‌های مورداستفاده، رنگ‌دانه‌های معدنی یا رنگ‌دانه‌هایی با اصالت زیستی بوده است. رنگ‌دانه‌های حاصل از منابع غیرمعمول مثل مواد گیاهی، ضایعات حیوانی، حشرات و نرم‌تنان، در فواصل طولانی برداشت و تجارت می‌شد. هزینه استفاده بعضی از این رنگ‌ها گران بوده یا امکان مخلوط نمودن آن‌ها با طیفی از رنگ‌دانه‌های موجود امکان‌پذیر نبوده است. رنگ آبی و بنفش به خاطر هزینه‌هایی که داشت، توسط خانواده‌های سلطنتی مورداستفاده قرار می‌گرفت.
• رنگ‌دانه‌های معدنی در مسافت‌های طولانی نیز دادوستد می‌شد. تنها راه به دست آوردن رنگ آبی بسیار تیره و غنی از رنگ، استفاده از سنگ نیمه قیمتی لاجورد بود تا بتوان رنگ‌دانه‌ای بنام سرمه‌ای به وجود آورد و بهترین منابع دستیابی به لاجورد دور از دسترس بود.
• با فتح امپراتوری جدید توسط اسپانیا در قرن ۱۶، رنگ‌دانه‌ها و رنگ‌های جدیدی به مردم هردو طرف اقیانوس اطلس معرفی شد. کارمین، رنگ‌دانه‌ای است که از یک حشره انگلی در آمریکای مرکزی و جنوبی به وجود می‌آید که در اروپا از ارزش و موقعیت ویژه‌ای برخوردار شد. کارمین، از برداشت، خشک نمودن و خردکردن حشره قرمزدانه مکزیکی به دست می‌آید. بدین سبب کارمین در رنگ‌زنی پارچه، رنگ مواد غذایی، رنگ بدن، یا به فرم رنگ‌دانه دریاچه‌ای، تقریباً در هر نوع از رنگ یا لوازم‌آرایشی، استفاده می‌شد و هنوز هم می‌شود.
• درحالی‌که کارمین در اروپا محبوب بود، رنگ آبی هنوز هم به‌عنوان یک رنگ منحصربه‌فرد و نشان قدرت و ثروت باقی ماند. استاد هلندی «یوهانس فرمیر» اغلب در نقاشی‌های چشمگیر خود از سنگ لاجورد به همراه کارمین و زرد هندی به‌وفور استفاده می‌نمود.

 

شکل 2. دختری با گوشواره مروارید اثر یوهانس فرمیر) ۱۶۶۵ (.

تاریخچه صنعت رنگ در ایران

برای تاریخچه این صنعت در ایران باید به سال‌های 1300 خورشیدی بازگردیم؛ زمانی که هیچ خط تولید داخلی برای رنگ و نقاشان حرفه‌ای وجود نداشت؛ بنابراین برای ساخت رنگ از روغن‌های گیاهی و پودرهای معدنی به روش‌های سنتی و دستی استفاده می‌شد. از این رنگ‌ها عمدتاً برای رنگ کردن کاخ‌ها یا ساختمان‌های دولتی استفاده می‌شد. اولین کارخانه رنگ، «شرکت رنگ‌سازی ایران»(شرکت تولیدی رنگ ایران) نام داشت که در سال 1300 تأسیس شد. بعدها دو شرکت رنگ بهنام‌های سرو و شمس که به تولید رنگ‌های روغنی با روغن‌های گیاهی و پودرهای معدنی می‌پرداختند نیز تأسیس شد.

امروزه تعداد واحدهای تولیدی رنگ به میزان قابل‌توجهی افزایش یافته‌اند به‌طوری‌که تعداد 350 کارخانه تولیدی رنگ مجاز با مجموع ظرفیت 900.000 تن در انواع مختلف ازجمله رنگ‌های تزئینی و صنعتی وجود دارد. همچنین صنعت رزین ایران شامل بیش از 120 واحد صنعتی با مجموع ظرفیت 750.000 تن در سال است. این واحدها تولیدکننده انواع رزین‌های آلکیدی و انواع اصلاح‌شده آن، رزین‌های آمینه، انواع مختلفی از پلی‌استر غیراشباع، رزین‌های اکرلیک و انواع خاصی از رزین‌های فنولیک هستند.

 

انواع رنگ‌دانه‌ها

رنگ‌دانه‌ها به دو گروه رنگ‌دانه‌های آلی و رنگ‌دانه‌های معدنی تقسیم می‌شوند. رنگ‌دانه‌های آلی از ترکیبات کربنی تشکیل شده‌اند. نمونه‌هایی از رنگ‌دانه‌های آلی مصنوعی عبارت‌اند از: آلیزارین[7]، رنگ‌دانه‌های

 

آلیزارین

آزو

فتالوسیانین

کیناکریدون

شکل 3. نمونه‌هایی از رنگ‌دانه‌های آلی مصنوعی

آزو[8] (زرد، نارنجی و طیف رنگی قرمز)، فتالوسیانین[9] (محدوده رنگ آبی و سبز) و کیناکریدون[10] (رنگ‌دانه‌ای مقاوم در برابر نور قرمز-بنفش).

رنگ‌دانه‌های معدنی (به‌دست‌آمده از ترکیبات معدنی)، ترکیبات فلزی مانند اکسیدها هستند. در مقایسه با رنگ‌دانه‌های آلی، رنگ‌دانه‌های معدنی از تعداد کمتری برخوردار هستند. نمونه‌هایی از رنگ‌دانه‌های معدنی مصنوعی عبارت‌اند از: کادمیوم زرد[11]/ نارنجی/ قرمز، کبالت آبی[12] و تیتانیوم سفید[13].

 

کادمیوم قرمز کادمیوم زرد

کادمیوم نارنجی کبالت آبی

تیتانیوم سفید

شکل 4. نمونه‌هایی از رنگ‌دانه‌های معدنی مصنوعی

نانورنگدانه‌ها

نانو رنگ‌دانه‌ها ذراتی آلی یا معدنی با اندازه‌ای کمتر از 100 نانومتر، نامحلول و ازلحاظ شیمیایی و فیزیکی هستند که بر بافت‌ها یا زیرلایه‌ها بی‌اثر هستند. نانورنگدانه‌ها یا رنگ‌دانه‌های هوشمند، نسبت به رنگ‌دانه‌های معمولی خوش‌رنگ‌تر[14] هستند و قابلیت اعمال/ چاپ روی هر سطحی را دارند؛ در مقابل مواد سفیدکننده شیمیایی مقاوم بوده و کمتر سمی هستند. علاوه بر این، نانورنگدانه‌ها مقاومت بسیار بالای حرارتی دارند و می‌توانند در تولید بارکدها و لیبل‌ها ترکیب شوند.

چالش نانورنگدانه‌ها

نانورنگدانه‌ها امکان فرموله کردن پوشش‌های شفاف با مقاومت جوی مناسب را فراهم می‌کند؛ ازآنجایی‌که به‌هرحال پرکننده‌ها هنوز هم می‌توانند پرتوی UV نور را جذب کنند، بزرگ‌ترین چالش نانورنگدانه‌ها، ذرات ریز پودرهاست که سطح ویژه بالاتری دارند و به دلیل این ویژگی توانایی مخلوط کردنشان کاهش می‌یابد و باعث تشکیل آگلومره‌ای ذرات می‌شود.

کاربرد نانورنگدانه‌ها

نانورنگدانه‌ها در صنایع مختلفی مورداستفاده قرار می‌گیرند که شامل صنعت لوازم‌آرایشی مانند لوسیون‌های ضد آفتاب، کرم صورت، رنگ مو و …، صفحه نمایش‌های نانو رنگ‌دانه‌ای[15] مانند صفحه نمایش‌های فسفر[16]، صفحه نمایش‌های کریستال مایع[17]، رنگ‌دانه‌های معدنی مانند دی‌اکسید تیتانیوم[18]، اکسید روی[19]، دی‌اکسید سیلیکون[20] و اکسید منیزیوم[21] در صنایع پلاستیک و لاستیک استفاده می‌شود. صنعت رنگ و کامپوزیت و پلیمر نیز از دیگر مصرف‌کنندگان نانورنگدانه‌ها می‌باشند.

الف) صنعت خودرو

به‌تازگی شرکت‌های BASF و Landa nano با همکاری یکدیگر و استفاده از نانورنگدانه‌ها که عموماً برای چاپ استفاده می‌شوند- موفق به توسعه و معرفی نسل جدیدی از رنگ‌دانه‌ها باکیفیت بسیار بالا شدند که مناسب برای استفاده در مرحله نهایی پوشش خودرو است. ذرات بسیار ریز و کوچک‌تر موجب تولید پوششی باکیفیت‌تر، نازک‌تر و با یکنواختی بیشتر شده است.

شکل 5. نانو رنگ‌دانه‌هایی تولید شده‌اند که برای استفاده در مرحله نهایی پوشش خودرو مناسب‌اند.

ب) صنعت چاپ

فرایند چاپ نانوگرافیک فناوری نوینی است که نوع جدیدی از چاپ را ارائه می‌دهد. این فناوری شامل یک فرایند چاپ منحصربه‌فرد با 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 1 تا 2 میلی‌متر دورتر قرار گرفته است، تزریق می‌شود.

هر نوار چاپ رنگ خاصی را چاپ می‌کند. چاپ پرسی نانوگرافیک landa به هشت میله چاپ مجهز است و بنابراین قادر به چاپ تا هشت رنگ مختلف به‌طور هم‌زمان است. پیکربندی با هشت نوار این اجازه را می‌دهد تا دو میله برای هر رنگ وجود داشته باشد ضمن آنکه کیفیت چاپ به‌مراتب بهتر می‌شود، سرعت چاپ نیز افزایش می‌یابد.

 

شکل 6. شماتیکی از دستگاه چاپ نانوگرافیک لاندا.

شکل 7. نشستن قطرات جوهر بر روی بستر.

هنگامی‌که جوهر با بستر چاپ در تماس قرار گرفت، این لایه نازک از جوهر فشرده که ضخامت آن 500 نانومتر است، بلافاصله به بستر نفوذ می‌کند. تصاویر شکل‌گرفته بسیار سخت، مقاوم در برابر سایش، بدون نیاز به خشک‌کردن هستند و هیچ‌گونه اثری روی بستر قبلی خود باقی نمی‌گذارند.

شکل 8. سمت چپ قطره نانو جوهر لاندا در مقایسه با (سمت راست) تزریق قطره جوهر روی کاغذ.

نانو رنگ‌دانه‌های معدنی شرکت Jetcolour بسیار ظریف و باثبات بوده و می‌توانند با شفافیت بالایی که دارند به‌عنوان پوشش‌های مختلف استفاده شوند. در جدول 1 برخی از این کاربردها را می‌بینید.

 

جدول 1: نانوپراکندگی رنگ‌دانه‌های غیرآلی

نام محصول	رنگ	میزان رنگ‌دانه	سایز متوسط هر ذره	کاربرد	مزایا	معایب
نانوپخش شده[22] دی‌اکسید تیتانیوم[23]	سفید	40%	<100 نانومتر	رنگ‌های صنعتی و پوشش‌ها محصولات ضد آفتاب پوشش‌های ضد بازتاب 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[24]	سیاه	20%	<100 نانومتر	رنگ‌های صنعتی، رنگ‌های خودرو، پوشش چوب، جوهرهای چاپ	استحکام بالا، رنگ خوب، مقاوم در برابر نور آب‌وهوا	ضخامت رنگ
نانوپخش شده اکسید آهن قرمز[25]	قرمز	40%	<100 نانومتر	رنگ‌ها و پوشش‌های صنعتی، رنگ‌های خودرو، رنگ‌های متالیک، پوشش چوب، پوشش‌های معماری، اسپری‌های رنگ، آب رنگ‌ها، لوازم‌آرایش	مقاوم در برابر نور و هوا، غیر واکنشی	قادر به تولید سایه‌های شفاف نیست
نانوپخش شده اکسید آهن زرد[26]	زرد	40%	<100 نانومتر	رنگ‌ها و پوشش‌های صنعتی، رنگ‌های خودرو، رنگ‌های متالیک، پوشش چوب، پوشش‌های معماری، اسپری‌های رنگ، آب رنگ‌ها، لوازم‌آرایش	مقاوم در برابر نور و هوا، غیر واکنشی	قادر به تولید سایه‌های شفاف نیست
نانوپخش شده اکسید آهن سبز[27]	سبز ترکیبی	40%	<100 نانومتر	رنگ‌ها و پوشش‌های صنعتی، رنگ‌های خودرو، رنگ‌های متالیک، پوشش چوب، پوشش‌های معماری، اسپری‌های رنگ، آب رنگ‌ها، لوازم‌آرایش
نانوپخش شده اکسید آهن قهوه‌ای[28]	قهوه‌ای	40%	<100 نانومتر	رنگ‌ها و پوشش‌های صنعتی، رنگ‌های خودرو، رنگ‌های متالیک، پوشش چوب، پوشش‌های معماری، اسپری‌های رنگ، آب رنگ‌ها، لوازم‌آرایش	مقاوم در برابر نور و هوا، غیر واکنشی	قادر به تولید سایه‌های شفاف نیست

 

همچنین رنگ‌دانه‌های آلی شرکت Jetcolour نانو رنگ‌دانه‌هایی با کارایی فوق‌العاده مطلوب هستند. این رنگ‌دانه‌ها به دلیل توزیع بسیار خوب ذرات می‌توانند در تولید جوهر دیجیتال، پوشش‌های صنعتی، جوهرهای چاپ بسته‌بندی، رنگ‌های اسپری الکترونیکی، رنگ‌های الکتروفورسز[29]، پوشش‌های فیلم پلاستیکی، پوشش‌های خطی فیلم‌ها و کاغذها و … استفاده شوند.

جدول 2: نانوپراکندگی رنگ‌دانه‌های آلی

نام محصول	رنگ	میزان رنگ‌دانه	سایز متوسط هر ذره	کاربرد
نانو رنگ‌دانه قرمز	رنگ‌دانه قرمز 122	20%	<100 نانومتر	جوهرهای دیجیتال، پوشش‌های صنعتی، اسپری‌های رنگ، رنگ‌های الکتروفورسیز، رنگ خودرو، جوهرهای چاپ و… .
نانو رنگ‌دانه قرمز	رنگ‌دانه قرمز شماره 146	20%	<100 نانومتر	جوهرهای دیجیتال، پوشش‌های صنعتی، اسپری‌های رنگ، رنگ‌های الکتروفورسیز، رنگ خودرو، جوهرهای چاپ و… .
نانو رنگ‌دانه قرمز	رنگ‌دانه قرمز شماره 179	20%	<100 نانومتر	پوشش‌های صنعتی، اسپری رنگ، پوشش لایه‌های پلاستیکی، رنگ‌های الکتروفورسیز، جوهرهای چاپ و … .
نانو رنگ‌دانه قرمز	رنگ‌دانه قرمز شماره 202	20%	<100 نانومتر	جوهرهای دیجیتال، پوشش‌های صنعتی، اسپری‌های رنگ، رنگ‌های الکتروفورسیز، رنگ خودرو، جوهرهای چاپ و… .
نانو رنگ‌دانه زرد	رنگ‌دانه زرد شماره 264	20%	<100 نانومتر	جوهرهای دیجیتال، پوشش‌های صنعتی، اسپری‌های رنگ، رنگ‌های الکتروفورسیز، رنگ خودرو، جوهرهای چاپ و… .
نانو رنگ‌دانه زرد	رنگ‌دانه زرد شماره 180	20%	<100 نانومتر	جوهرهای تزریقی چاپ، پوشش‌های صنعتی، رنگ‌ها، پوشش خطی لایه‌ها[30]، رنگ‌ها، رنگ‌های الکتروفورسیز و … .
نانو رنگ‌دانه آبی	رنگ‌دانه آبی شماره 15:3	20%	<100 نانومتر	پوشش‌های صنعتی، رنگ‌های الکتروفورسیز، پوشش‌های لایه پلاستیک، جوهرهای چاپ و… .
نانو رنگ‌دانه آبی	رنگ‌دانه آبی شماره 15:4	20%	<100 نانومتر	پوشش‌های صنعتی، رنگ‌های الکتروفورسیز، پوشش‌های لایه خطی، جوهرهای چاپ و… .
نانو رنگ‌دانه آبی	رنگ‌دانه آبی شماره 60	20%	<100 نانومتر	پوشش‌های صنعتی، رنگ خودرو، رنگ‌های الکتروفورسیز و … .
نانو رنگ‌دانه سبز	رنگ‌دانه سبز شماره 7	20%	<100 نانومتر	پوشش‌های صنعتی، پوشش‌های لایه خطی، رنگ خودرو، رنگ‌های الکتروفورسیز، جوهرهای چاپ و… .
نانو رنگ‌دانه بنفش	رنگ‌دانه بنفش شماره 19	20%	<100 نانومتر	پوشش‌های صنعتی، پوشش‌های لایه خطی، رنگ خودرو، رنگ‌های الکتروفورسیز، جوهرهای چاپ و… .
نانو رنگ‌دانه بنفش	رنگ‌دانه بنفش شماره 23	20%	<100 نانومتر	پوشش‌های صنعتی، پوشش‌های لایه خطی، رنگ خودرو، رنگ‌های الکتروفورسیز، جوهرهای چاپ و… .

 

شرکت‌های ایرانی فعال در تولید نانورنگدانه

• شرکت رنگ‌دانه سیرجان

ازجمله شرکت‌های فعال درزمینهٔ تولید رنگ‌دانه می‌توان به شرکت رنگ‌دانه سیرجان اشاره کرد. این شرکت تولیدکننده مستربچ و افزودنی، کامپاندهای نانو صنعتی و بهداشتی و نخ و الیاف با مقاومت و مدول بالا بوده و دارای گواهینامه موسسه استاندارد، پارک علم و فناوری (وزارت علوم، تحقیقات و فناوری) و در حال دریافت گواهینامه دانش‌بنیان (معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری) نانومقیاس (ستاد ویژه توسعه فناوری) نیز است.

• شرکت نانورنگدانه شریف

با توجه به مطالعات و تحقیقات انجام‌شده توسط تیم فن‌آور این شرکت، فعالیت‌ها متمرکز در تولید مواد نانویی گردید که در ابتدا تولید نانوذرات کلوئیدی سیلیس و سپس نانوذرات نقره مدنظر قرار گرفت و در ادامه تولید، نانو پلیمر کامپوزیتی آنتی‌باکتریال و چندین محصول دیگر به تولید آزمایشگاهی رسید.

 

• نیلگون رنگ‌دانه زنجان

 

شکل 9. تصویر نانورنگدانه آبی تولید شرکت نیلگون رنگ‌دانه زنجان.

خاصیت رنگ‌دهی بالا (سه برابر بیشتر از نمونه‌های معمولی)، کاهش هزینه، افزایش راندمان واکنش و خواص نوری و پوشش سطحی باکیفیت بالا از مزایای این رنگ‌دانه‌ها است. با توجه به بررسی‌های میدانی، مهم‌ترین چالش در حوزه خمیرهای پیگمنت صنعت رنگ، رنگ‌دانه‌های باکیفیت مرغوب است. این نانورنگدانه می‌تواند تا دمای ۲۵۰ درجه و بالاتر پایدار باشد و این در حالی است که رنگ‌های خارجی در دمای بیش از ۲۰۰ درجه از بین می‌روند. نانورنگدانه‌های تولیدی شرکت نیلگون رنگ‌دانه زنجان به دلیل بهره‌گیری از جدیدترین فناوری‌های تولید رنگ‌دانه، پاسخگوی نیاز شرکت‌های داخلی خواهد بود و امکان صادرات آن در گام‌های بعدی نیز وجود دارد.

 

شرکت‌های بین‌المللی تولیدکننده نانورنگدانه‌ها

برخی از معروف‌ترین شرکت‌های تولیدکننده نانورنگدانه در جهان عبارت‌اند از:

• Lanxess AG (Germany)

یکی از شرکت‌های پیشرو در صنایع شیمیایی با فروش 7/7 میلیارد یورو در سال 2016 است. دارای 19200 کارمند در 25 کشور دنیا و دارای نمایندگی فروش در 75 سایت تولید در سراسر جهان است. کسب‌وکار اصلی LANXESS توسعه، تولید و بازاریابی از مواد شیمیایی مواد اولیه، مواد افزودنی، مواد شیمیایی خاص و پلاستیک است.

• BASF SE (Germany)

این شرکت که از سال 1865 آغاز به فعالیت کرده است، یکی دیگر از شرکت‌های فعال درزمینهٔ تولید رنگ‌دانه‌هاست و با داشتن 114000 کارمند در همه بخش‌ها و اکثر نقاط دنیا قادر به پاسخگویی نیاز مشتریان خود است. این شرکت با همراهی شرکت Landa Labs موفق به تولید نانو رنگ‌دانه برای اتومبیل شده است.

 

• Leuchtstoffwerk (Germany)

 

این کمپانی از سال 1948 آغاز به کار کرد. این کمپانی در حال حاضر به تولید فسفر، انواع رنگ‌دانه و برخی مواد شیمیایی می‌پردازد. ازجمله آن‌ها می‌توان به نانو کریستال‌های ATO یا اکسید قلع آنتیموان[31] اشاره کرد. این پوشش شفاف را می‌توان برای ضد گردوغبار کردن سطوح استفاده نمود.

• Landanano

این شرکت در سال 1993 توسط بنی لاندا در حالی تأسیس شد که پیش از آن بنی لاندا اولین چاپگر دیجیتال را راه‌اندازی کرده بود. در سال 2002 این شرکت تصمیم گرفت با بهره‌گیری از فناوری‌نانو تأسیسات خود را گسترش دهد. در مدت تحقیقات برای این فرآیند، به این نتیجه رسید که نانورنگدانه‌ها می‌توانند صنعت چاپ را با تحولی عظیم روبرو کند. در حال حاضر یکی از خطوط تولید این شرکت به چاپگرهای نانوگرافیک تعلق دارد.

اقتصاد نانو رنگ‌دانه‌ها در بازار جهانی

در میان انواع نانو رنگ‌دانه‌های معدنی یا مصنوعی، نانو رنگ‌دانه اکسید آهن در انواع رنگ‌ها، سهم قابل‌توجهی دارد. این رنگ‌دانه به‌طور طبیعی در سنگ معدن یافت می‌شود و به‌صورت مصنوعی هم قابل تهیه است. رنگ‌دانه اکسید آهن در صنعت رنگ، صنعت ساخت‌وساز، صنعت پلاستیک، صنعت کاغذ و … استفاده می‌شوند. مصرف جهانی رنگ‌دانه‌های اکسید آهن طی چند سال گذشته اخیر رشد پایدار بوده و پیش‌بینی‌شده است این رشد در پنج سال آینده به‌دلیل افزایش صنعت ساخت‌وساز به مقیاس بسیار بالایی برسد.

نانورنگدانه دی‌اکسید تیتانیوم نیز یکی دیگر از نانورنگدانه‌های معدنی و قابل‌استفاده در صنایع مختلف است و خواص فیزیوشیمیایی عالی در کاربردهای مختلف از خود نشان داده است. این نانوماده در مقادیر کوچک برای بهبود عملکرد و در مرحله نهایی به محصول اضافه می‌شود. بااین‌حال عواملی مثل سمیت در غلظت بالاتر می‌تواند در رشد بازار آن تأثیرگذار باشد؛ اما با توجه به خواص منحصربه‌فرد آن تقاضا برای این ماده در بازار رو به رشد است. آسیا و اقیانوسیه دارای یکی از جذاب‌ترین بازارها برای این ماده است و در صنایعی چون رنگ‌ها و پوشش‌ها، لوازم‌آرایشی و پلاستیک استفاده می‌شود. تحقیقات در سال 2015 نشان داد بیشترین استفاده نانورنگدانه اکسید تیتانیوم مربوط به بخش لوازم‌آرایش و دارای 33.9 درصد بازار بوده است.

بازار جهانی نانورنگدانه اکسید روی در سال 2015 ارزشی بالغ‌بر 099/2 میلیون دلار داشت و تخمین زده می‌شود این میزان تا سال 2022 به میزان 677/7 میلیون دلار برسد. نانورنگدانه اکسید روی، خواصی چون ضد میکروبی، ضد خوردگی، کاتالیستی و مقاوم به پرتوی فرابنفش است. این خواص باعث شده این نانورنگدانه اغلب در انواع رنگ‌ها و پوشش‌ها، لوازم‌آرایشی، لوازم مورداستفاده در خانه، البسه پزشکی و … استفاده شود. به‌طورکلی بخش عظیمی از اقتصاد نانورنگدانه‌ها مربوط به صنعت لوازم‌آرایشی می‌شود. این بخش شامل انواع لوازم‌آرایشی برای صورت، رنگ مو، لاک ناخن و… است. اقتصاد نانورنگدانه‌ها بین سال‌های 2016 تا 2021 رشد ارزشی 6/7 درصد خواهد داشت که تا پایان سال 2021 مبلغی بالغ‌بر 57/11 میلیون دلار خواهد بود.

خلاصه مدیریتی

در سال‌های اخیر حل مشکلات صنایع رنگ و رزین، به‌عنوان یکی از صنایع مهم کشور، موردتوجه فناوران و شرکت‌های دانش‌بنیان قرار گرفته است. از سوی دیگر فناوری‌نانو، به‌عنوان یکی از فناوری‌های کلیدی قرن بیست و یکم به‌عنوان راهکاری مؤثر برای بهبود فرآیندها و ارتقای عملکرد قطعات و تجهیزات در این صنعت خواهد بود. ازآنجایی‌که استفاده از رنگ‌ها در تمام صنایع و برای مصارف گوناگون به‌کار می‌رود، به‌کار بردن رنگ‌هایی که در ساختار آن‌ها از نانورنگدانه (به‌جای رنگ‌دانه‌های معمولی) استفاده شده است، می‌تواند کمک شایانی به دوام تجهیزات و قطعات کند ضمن آنکه صرف هزینه کمتری را نیز در پی خواهد داشت. در این گزارش سعی شده تا با نگاهی به فناوری‌نانو بتوان مشکلات ناشی از رنگ‌های معمولی را مرور نمود و برای آن‌ها راهکاری مبتنی بر فناوری‌نانو ارائه داد.

 

منابع

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Paint#Pigment_and_filler
2. https://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B1%D9%86%DA%AF%D8%AF%D8%A7%D9%86%D9%87
3. https://www.royaltalens.com/information/a-guide-to-pigments/types-of-pigments/
4. http://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/pigment-market-143004566.html?gclid=CjsKDwjw6qnJBRDpoonDwLSeZhIkAIpTR8LFQ4MF0NhiMLrTxuOQHdK5EEdK0LN0ZQyJEI7VRMYOGgKzf_D_BwE
5. https://www.basf.com/documents/corp/en/news-and-media/news-releases/2017/04/P168e_Joint-PR_BASF_Strategic_Partnership.pdf
6. http://www.micromarketmonitor.com/market-report/iron-oxide-pigments-reports-6162602525.html
7. http://www.academia.edu/17537447/A_Review_on_Application_of_Nano_pigments_in_General_Coating_Industry
8. http://www.genkychem.com/prointroe.html

[1] resin

[2] Additives

[3] Binders

[4] Solvents

[5] Pigments

[6] conjugated systems

[7] alizarin

[8] azo-pigments

[9] phthalocyanine

[10] quinacridone

[11] cadmium yellow

[12] cobalt blue

[13] titanium white

[14] Tunable color

[15] Nano-pigment Screen

[16] Phosphorus screen

[17] LCD

[18] TiO2

[19] ZnO

[20] SiO2

[21] MgO

[22] Nano Dispersed

[23] TiO2

[24] Carbon Black

[25] Iron Oxide Red

[26] Iron Oxide Yellow

[27] Iron Oxide Green

[28] Iron Oxide Brown

[29] electrophoresis paints

[30] film liner coatings

[31] Antimony Tin Oxide

 

———————————————————————

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]

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