فناوری نانو توانايي ساخت، كنترل و استفاده ماده در ابعاد نانومتري است. اندازه ذرات در فناوری نانو بسيار مهم است، چرا كه در مقياس نانويي، ابعاد ماده در خصوصيات آن بسيار تأثيرگذار است و خواص فيزيکي، شيميايي و بيولوژيکي تک تک اتمها و مولکولها با خواص توده ماده متفاوت است. اين اندازه در مواد مختلف متفاوت است، اما به طور معمول مواد نانو به موادي كه حداقل يكي از ابعاد آنها كوچك تر از ۱۰۰ نانومتر باشد، گفته مي شود.
گستره حوزه فناوری نانو، صنایع مختلفی از جمله ساختمان سازی را در بر میگیرد. پوششهای آنتی گرافیتی[1] (ضد نقش و نوشتار) یکی دیگر از کاربردهای فناوری نانو در بهبود کیفیت فضاهای شهری و محافظت از نما و افزایش زیبایی بناها است. عملکردی که از پوششهای ضد نقش انتظار میرود، این است که نقش محافظ را برای سطوح نما ایجاد میکنند، تا از ترسیم شدن نوشتهها یا تصویرهای نامناسب بر روی نمای ساختمانها، دیوارهای محیط شهری، پلها، ابنیه تاریخی و … پیشگیری شود. بنابراین منظور از پوششهای آنتی گرافیتی این نیست که این پوششها مانع از درج تصاویر بر روی خود میشوند؛ بلکه مقصود این است که با اعمال پوششهای آنتی گرافیتی ، قدرت چسبندگی مواد گرافیتی[2] بر روی سطوح کاهش مییابد.
بهطور کلی پوششهای ضد نوشتار مدت زیادی است که به بازار عرضه شده و از آنها در محلهای مختلفی استفاده میشود. اما این پوششها دارای نقایصی هستند که مهمترین آنها ماندگاری و دوام پایین آنها است، که این ضعف عمده با کمک فناوری نانو برطرف شده است.
انواع پوشش های آنتی گرافیتی:
به طور کلی پوششهای آنتی گرافیتی به دو دسته تقسیم میشوند که در زیر به توضیح مختصری در خصوص هر کدام پرداخته شده است]1[.
- پوششهای قربانی شونده[3] (موقت):
در این نوع پوشش حذف نقشهای برجای مانده روی سطح مستلزم از بین رفتن بخشی یا لایهای از پوشش محافظ است. بنابراین پس از حذف نقش و نوشتههای روی دیوار، پوشش محافظ نیز از بین میرود و پوشش محافظ جدید، باید دوباره اعمال شود. به عبارت دیگر این لایه قابل بازگشت نیست و چنانچه یک بار از این نوع پوشش استفاده کنیم، مواد تشکیل دهنده پوشش قابلیت خود را از دست میدهند. برای حذف مواد گرافیتی در این نوع پوشش اغلب از آب داغ یا بخار استفاده میشود، که در زمان اعمال مواد گرافیتی و پوشش محافظ با هم از بین میروند.
اصلیترین مشکل این پوشش این است که پوشش باید بعد از هر بار عمل پاک کردن جایگزین شود که این عمل بسیار وقتگیر و پرهزینه است.
- پوششهای غیر قربانی شونده[4] (دائمی):
برخلاف پوششهای قربانی شونده، این پوششها ماندگار و دائمی هستند و پس از زدودن مکرر نقشها و نوشتهها از روی سطح، بدون اینکه هیچگونه تغییری در عملکرد و ظاهر پوشش بهوجود آید در محل خود باقی خواهند ماند. این پوششها را میتوان به صورت اسپری کردن و یا رنگ آمیزی روی سطوح مورد نظر اعمال کرد. با استفاده از این پوششها جلوه ظاهری ماده زیرین هیچ تغییری نخواهد کرد. بنابراین در این نوع پوشش هرگونه مواد رنگی و نوشتاری میتواند با پاککنندههای آبی مناسب برداشته شود، بدون اینکه پوشش محافظ آسیبی ببیند.
از مهمترین ویژگی این پوشش میتوان به طول عمر بالا و قابلیت حذف مواد گرافیتی به دفعات مکرر بدون از دست دادن خواص، عملکرد و ظاهر پوشش اشاره کرد.
شکل 1: سنگ پایینی با لایه نازکی از مواد آنتی گرافیتی، پوشش داده شده است. همان طور که مشاهده می شود تفاوتی بین کیفیت و شفافیت دو سنگ دیده نمیشود]2[.
شکل 2: مواد تشکیل دهنده پوشش آنتی گرافیتی میتوانند به راحتی و به وسیله اسپری کردن بر روی سطح مورد نظر لایه محافظ با دوامی را تشکیل دهند]3[.
شکل 3: پاک شوندگی آسان نقاشیهای کشیده شده بر روی سطحی با پوشش آنتی گرافیتی. بعد از حذف کامل رنگ و شستشوی پوشش با آب، پوشش محافظ آماده برای استفاده دوباره است]4[.
پوششهای آنتی گرافیتی دائمی، نمونهای از کاربردهای فناوری نانو در محافظت از نما و افزایش زیبایی بناها است که در ادامه به توضیح بیشتری پرداخته شده است.
عملکرد پوشش های آنتی گرافیتی دائمی:
مواد پوششدهنده ساختمانی با خاصیت آنتیگرافیتی، قدرت چسبندگی اسپریهای رنگ و مواد گرافیتی را به وسیله ایجاد انرژی سطحی پایین، کاهش میدهند. این مواد که دارای سطح آبگریزی هستند با فشار اندک آب و شویندههای مناسب باعث از بین رفتن رنگ و نوشتههای روی سطح پوشش میشوند. بنابراین این پوششها، موجب میشوند تا سطوح مصالح، رفتار آبگریز از خود به نمایش گذارند. کیفیت عالی آبگریزی موجب میشود تا نوشته ها یا ترسیمهای نقش بسته روی سطوح به آسانی و به کمک مواد شوینده مناسب پاک شوند. برخلاف پوششهای آنتیگرافیتی موقت، در پوششهای دائمی، مصالح خاصیت نفوذپذیری خود را در برابر بخار حفظ میکنند و چون ویژگی نفوذپذیری اصلی خود را از دست نمیدهند، آسیبهای بالقوه ناشی از رطوبت و نم بر این مواد کاهش خواهد یافت. نانوپوشش فوق نازکی که به این روش ایجاد می شود، منفذهای مویین مواد را بدون اینکه آنها را مسدود کند، میپوشاند. افزون بر امکان تمیز شدن آسان، این پوششها به شکل قابل توجهی امکان انباشتگی آلودگی بر روی سطح نما را نیز کاهش میدهند.
شکل 4: رنگ ایجاد شده از روی سطح به راحتی و بدون هیچ گونه آسیبی از روی سطح برداشته می شود]2[.
الزامات پوششهای آنتی گرافیتی:
- زاویه تماس بالا (بزرگ تر از 100 درجه)
- اصطکاک کم
- پایدار در برابر روغن و چربی
- پایدار در برابر مواد شوینده
بررسی خاصیت آب گریزی سطح:
از آنجا که دستیابی به خاصیت آبگریزی برای سطوح کاملاً صاف میسر نخواهد بود، ایجاد سطوح آبگریز با کمک نانوذرات از طریق قرارگرفتن پوشش نانومتری بر روی سطح امکان پذیر است که همزان با افزایش زاویه تماس (زاویهای که آخرین لبهی یک مایع با سطح زیرین خود ایجاد میکند) کاهش انرژی سطحی را نیز به همراه خواهد داشت.
این پوشش نانوساختار، پستی و بلندیهایی در ابعاد نانومتر دارد. هر چه مقدار پستی و بلندیهای سطح پوشش داده شده بیشتر باشد، زاویه تماس بزرگتر میشود، همچنین در این حالت اندازه بسیار کوچک ساختار مانع فرو رفتن آلودگیها و ذرات معلق به داخل فرو رفتگیها میگردد. بنابراین زبری سطح و انرژی سطحی پایین از عوامل مهم در ایجاد سطح آبگریز هستند.
شکل 5: مقایسه نحوه تشکیل قطره و زاویه تماس آن در دو سطح مسطح و نانوساختار
| مواد آبگریز به دلیل ناهمواریهای سطحی میکرومتری و نانومتری خود، اجازه پخش و یا جذب شدن آب به روی سطح را نمیدهند و از این رو باعث قطرهای شدن آب و سر خوردن آن میشوند.
|
شکل 6: مقایسه بین حذف ذرات آلودگی در سطح معمولی و سطح آبگریز (تصویر سمت چپ سطح معمولی و تصویر سمت راست سطح آب گریز را نشان میدهد)]5[.
نمونههایی از پوشش دهندههای دائمی آنتی گرافیت:
مناسب ترین این پوشش ها، پوشش دهنده های نانو بر پایه سیلان هستند که برای کاربردهای طولانی مدت مناسب است.
نانو ذرات سیلیکا با اندازه ذرات بسیار کوچک و سطح تماس زیاد کاربرد فراوانی در پوششهای آبگریز دارند. نانوذرات سیلیکا به روش های مختلفی از جمله روش سل-ژل[7] تشکیل می گردند. نانوذرات تشکیل شده شامل دو گروه فعال (Si-OH) و غیرفعالSi=O) ) روی سطح خود هستند. برای پوشش های آنتیگرافیتی لیگاندهای[8] آب گریز و روغن گریز[9] به نانوذرات سیلیکا پیوند زده میشوند. لیگاندهای آب گریز مولکولهای غیر قطبی مانند زنجیرههای هیدروکربنی و لیگاندهای روغن گریز شامل مولکولهای قطبی هستند. بنابراین وجود همزمان مولکولهای قطبی و غیرقطبی در پوشش باعث میشود که رنگهای پایه آبی و روغنی به یک اندازه قابلیت اتصال خوبی با پوشش نداشته باشند. به همین دلیل است که این رنگها به راحتی از سطح زیر لایه قابل پاک شدن هستند.
شکل 7: اتصال لیگاندهای آب گریز و روغن گریز با نانوذرات سیلیکا در سطح پوشش]6[.
- با ایجاد پیوند بین ترکیباتی با انرژی سطحی پایین و نانوذراتی چون نقره، سیلیکا و کلسیم کربنات میتوان ترکیباتی با خاصیت آب گریزی ایجاد کرد.
محصولات آنتی گرافیتی نانو به طور موثر و ثابت از ساختمان در مقابل موارد زیر محافظت خواهند نمود:
- گرافیتی، اسپری رنگ و ماژیک
- لکههای آب و کثیفی
- پوستر، برچسب و آدامس
- میکروارگانهایی مانند جلبک و قارچ
- دوده، گرد وغبار و مواد روغنی
کاربردهای پوشش آنتی گرافیتی دائمی:
این پوشش ها معمولا در موارد زیر کاربرد دارد:
– اتاق کودک
– پارکینگ اتومبیلها
– تابلوها و علائم راهنمایی و رانندگی
– تجهیزات مدارس از قبیل میز و نیمکت
– دیواره پلها و زیرگذرها و جداول خیابانی
– ایستگاههای تاکسی و اتوبوس و پایانههای بین شهری
– نمای ساختمانهای قدیمی و جدید ، موزهها و ابنیه تاریخی
آینده پوشش های آنتی گرافیتی:
هزینه از بین بردن و تعمیر آسیبهای ناشی از نوشتار سالانه حدود 12 تا 25 میلیارد دلار تخمین زده شده است. نوشتار روی دیوار خطری روز افزون برای مواد معماری در آثار باستانی به حساب میآید. نوشتار میتواند بر روی سطوح انواع مواد تاثیر بگذارد و در اغلب موارد پاک کردن آن بسیار دشوار و هزینه بر است. نفوذ در حفرات ماده باعث میشود که اثری غیر قابل تعمیر بر روی سطوح رنگ خورده بگذارد. پوشش ضد نوشتار با استفاده از نانوذرات و پلیمرها ساخته میشود تا پوششی بوجود آید که آب و چربی را همزمان دفع کند. پلی سیلوکسان پلی اورتان اصلاح شده با اضافه کردن نانوذرات سیلیکا در مقابل آب و هوا مقاومت خوبی دارد. نتیجه آن این است که سطح پوشش داده شده نچسب میشود و بسیار آسان تمیز میشود و این قابلیت را دارد تا در برابر چندین بار نوشتار مقاومت کند.
. بنا به گزارش Future Market میزان درآمد نانوپوشش های آسان تمیز شونده در سالهای 2010 تا 2025 در جدول زیر آمده است. در این گزارش نرخ رشد سالانه این نوع نانو پوشش 2/5 % اعلام شده است.
اسامی برخی از شرکتها:
| نام شرکت | محصولات | وبسایت | ||
| شرکت های داخلی | شرکت رنگ و رزین الوان | محصول نانوسیل الوان به عنوان پوشش آبگریز برای آغشتهسازی و استفاده به عنوان سیلر برای زیرآیندهای معدنی و بسیار قلیایی قابل استفاده است. این محصول برای ایجاد خاصیت آبگریزی در سطوح معدنی متخلخل و جاذب مورد استفاده در صنایع ساختمانی و آثار هنری و باستانی قابل استفاده است. | www.alvanpaint.com | |
| شرکت تیکو آریا | این محصول بر روی کلیه سطوح و دیوارها قابل استفاده است جهت آنتی گرافیت نمودن(پاک شوندگی آسان) | www.ticoarya.com | ||
| شرکت های خارجی | Cleancorp Nanocoatings | این شرکت نانوموادی را برای ضد نوشتار کردن سنگ و سطوح معدنی، محافظت از خوردگی فلزات، پوشش ضد اثر انگشت برای سطوح فلزی، ضد خش، آبگریز و چربی گریز، پوششهای قابل تنفس برای سنگ و سطوح معدنی تولید میکند. | www.cleancorp.de | |
| Coval Molecular Coatings | این شرکت نانوپوششهای ضد نوشتار تولید میکند | www.covalmolecular.com | ||
| Diamon Fusion International, Inc | این شرکت توسعه دهنده و امتیاز دهنده ثبت اختراع نانوفناوری آبگریز میباشد و سطوح را در برابر نوشتار، غبار و لکه محافظت میکند | www.dfisolutions.com | ||
| seichemical | پوشش منحصر به فرد این شرکت با بهره گیری از فناوری نانو پوششی را ایجاد می کند که مانع از چسبیدن رنگ، برچسب و یا مواد چسبنده به سطح می شود. | www.seichemical.com | ||
| cslsilicones | پوشش آنتی گرافیتی این شرکت، یک پوشش شفاف، شیشه مانند و دایمی می باشد که مناسب برای پوشش دهی سطوح فلزات، بتن، آجر، سنگ، چوب و … می باشد. | www.cslsilicones.com | ||
| nanotech | این پوشش لایه ای نازک و شفاف بر روی انواع سطوح بوجود می آورد و از تماس رنگ با سطح اصلی جلوگیری می کند. | www.nanotechcoatings.com |
خلاصه وضعیت
تولید کننده گان مشتاق به استفاده از تکنولوژی هایی هستند که قادر به تمیز و نو نگهداشتن محصولات بعد از گذشت سالیان پس از مصرف، می باشند. به طور ایده آل این پوشش ها در چرخه های تمیز کاری های طولانی مدت برای محصولاتی که نیاز به آب کشی با آب و یا تمیز کردن با پارچه های مرطوب برای حذف کثیفی ها و روغن، با دوام خواهند بود. استفاده از آن نیز برای سطوح خارجی که گاهی نیاز به تمیز کاری دارند و یا محافظت از آن سطوح در برابر آسیبهای بیرونی نظیر رنگ پاشی و یا برچسبهای تبلیغاتی نیز مقدور می باشد.
در جدول زیر کلیه مطالب مربوط به پوشش های آسان تمیز شونده به صورت خلاصه آورده شده است.
| نانو مواد مورد استفاده | نانوذرات دی اکسید سیلیکون |
| اصول | · مناسب برای فلزات، شیشه، سرامیک، سنگ، سطوح ساختمانی و سطوح پلاستیکی
· کاربری آسان به طور مثال اسپری کردن و در صورت نیاز انجام عملیات حرارتی · نیمه شفاف (فلزات، سرامیک، شیشه، سنگ) یا شفاف (پلاستیک، پلی کربنات) · چسبندگی خوب بر روی زیر لایه ها بدون فرایند آماده سازی دشوار · زاویه تماس بزرگتر از 120 (برای آب)، ابر آب گریز · اثر خود تمیز شوندگی، درمعرض بارش باران نمایان میگردد · خواص ضدچسبندگی و آسان تمیز شوندگی؛ بعلاوه محافظت های سطحی ( برای فلزات) · با دوام، محافظت سطحی با ثبات شیمیایی و مکانیکی، · خواص آنتی باکتریال و یا حفاظت در برابر خزه، قارچ و رشد جلبک
|
| اثرات | · تقریبا آب به صورت مروارید کامل شکل میگیرد
· گرد و غبار به راحتی توسط آب( بارش باران) شست و شو داده می شود. · مقاومت در برابر روغن |
| مزیت | · دفع کننده اب و خاک و رنگهای گرافیتی
· خود تمیز شوندگی (توسط آب یا باران و یا روش های دیگر) · شفافیت (مخصوصا برای سطوح تزئینی ، شیشه و پنجره ها دارای اهمیت می باشد) · مدل های گوناگون تجاری قابل دسترس |
| · |
منابع:
[1] www. en.wikipedia.org
[2] www.ecologicalcoatings.com
[3] www.antigraffiticoatings.com.au
[4] www.cslsilicones.com
[5] www.edu.nano.ir
[6] Bayer MaterialScience. Wiping Out Graffiti. Bayer AG. 26 April 2009.
.—————————————————-
[1] Anti-graffiti
[2] گرافیتی به تصویر کردن نقشها، اشکال، حرفها، نشانهها، نمادها، الگوها و کلمهها بر روی دیوارها و یا هر مکان عمومیای که بتوان از آن به عنوان مکانی برای نوشتن، نقاشی، کندهکاری و خطکشی کردن استفاده کرد، گفته میشود.
[3] Sacrificial Anti-Graffiti Coating
[4] Non-Sacrificial Anti-Graffiti Coating
[5] Fluorinated coatings
[6] Polyurethane coatings
[7] Sol-gel
[8] Ligand
[9] Oleophobic (oil-fearing)
—————————————————
بخش ترویج صنعتی فناوری های نانو و میکرو
====================================================================================
(توجه: 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 دسترسی به فایل PDF کلیه گزارشات، به بخش گزارش های صنعتی پایگاه اینترنتی رسانه تخصصی نانو و صنعت (www.INDnano.ir/category/report) مراجعه نمایید.
====================================================================================
