Процессы, связанные с наноразмерами веществ (по стандарту ISO это соответствует 1-100 нанометрам), называются нанотехнологиями. Они позволяют управлять свойствами веществ, резко усиливая одни качества и ослабляя другие.
Справка. 1 нанометр (нм) равен одной миллионной миллиметра и соизмерим с десятью молекулами водорода, если их выстроить в одну линию.
НТ отводится главная роль в шестом по счёту технологическом укладе мирового технического прогресса (предыдущий пятый уклад связан с информатизацией и телекоммуникацией).
Нанотехнологии для ЛКМ
ЛКМ по существу являются взвесями частиц пигментов и других компонентов в жидких плёнкообразующих веществах. Уменьшение взвешенных частиц до наноразмеров создаёт возможность более лёгкого и плотного заполнения микронеровностей окрашиваемой поверхности. Значительно улучшаются адгезионные и прочностные характеристики лакокрасочного покрытия. Исключается необходимость предварительного грунтования.
Строго говоря, использование наноуровня в работе с лакокрасочными материалами не вполне соответствует общепринятым в науке и технике представлениям о нанотехнологиях. Тем не менее, лаки и краски, имеющие в своём составе наряду с основными компонентами какие — либо наноструктуры, а также образующие покрытия толщиной в пределах наноразмеров, носят название нанолакокрасочных материалов (НЛКМ).
Это направление в производстве и применении НЛКМ интересное и открывает новые перспективы в использовании их необыкновенных свойств.
Новые свойства ЛКМ
1. НЛКМ в борьбе с инфекциями. Мощным противодействием распространению инфекционных заболеваний является окраска помещений красками, содержащими биоцидные вещества. 100% — ной эффективностью по уничтожению болезнетворных микроорганизмов на многие месяцы обладают соль полигексаметиленгуанидина (ПГМГ), причём безвредного для человека и животных. Эти соли ПГМГ вводятся в краску в виде наночастиц. На одном из опытных заводов в Москве производятся по этим рецептурам лакокрасочные материалы «Биокрилат-2» и «Биокрилат-4».
Институтом элементоорганических соединений имени академика А.Н. Несмеянова разработан биозащитный состав ХТ-500 для покраски интерьера помещений с пребыванием в них большого числа людей. ХТ-500 обладает контактным действием: патогенные организмы гибнут при попадании на окрашенные поверхности в широком интервале температур (- 40° ÷ +100°).
Не одно тысячелетие человечество знает о бактерицидных свойствах серебра, «убийцами» бактерий работали ионы этого металла. Многократно более эффективными оказались наночастицы серебра – они обезвреживают боле 600 разновидностей микробов, вирусов, микрогрибков. Московский институт нанотехнологий МФК внедрил в производство получение красочного состава (торговая марка «Ag Бион») в виде взвеси в растворителях наночастиц серебра с размерами от 9 до 15 нанометров. Этот препарат используется в рецептурах НЛКМ (жидких и порошковых). В виде прозрачного лака, например, он используется для покрытия клавиатур компьютеров и смартфонов.
Институт прикладной механики РАН работает над внедрением шунгит — серебряного нанокомпозиционного состава. Достаточно ввести его в обычный ЛКМ, чтобы придать ему высокоэффективную бактерицидность. С таким нанокомпозитом выпускаются опытно-промышленные партии лаков и красок ВД-ВА-224, ХВ-784, ПФ-115.
Справка. Шунгит – уникальный минерал, содержащий природные наночастицы – фуллерены. Шунгит — эффективный обеззараживатель, применяется в бытовых фильтрах для очистки воды. Единственные на планете крупные залежи его находятся в Карелии близ посёлка Шуньга.
Новосибирские учёные ведут работы по изучению наночастиц анатазной формы диоксида титана (белый пигмент). Обладая высокой фотохимической активностью, нанодиоксид титана способен уничтожать патогенны вплоть до вирусов гриппа. За рубежом уже производят НЛКМ на основе этих наночастиц.
2. НКЛМ, светящиеся в темноте. При введении в рецептуры ЛКМ люминофоров в виде наночастиц получаются светоаккумулирующие краски. После облучения дневным или электрическим светом окрашенная поверхность начинает светиться в темноте с высокой интенсивностью и длительностью.
НПФ «Спектр» (Москва) освоила выпуск фотолюминофорную нанокраску ХВ-589 для световых знаков, которые при отсутствии стандартного освещения (в чрезвычайных ситуациях) указывают направления эвакуации.
В Московском текстильном университете предложена производственникам технология нанесения наноразмерных полимерных покрытий с люминофорами для светящихся в темноте разных видов одежды, обуви и т.д.
Примером стопроцентной нанотехнологии является разработанный процесс получения плёнкообразующих на основе полиорганосилоксанов, к полимерным цепям которых молекулярной сборкой прививаются нанолюминофоры. Такими НКЛМ можно окрашивать стеклянные, керамические, бетонные, металлические, пластмассовые изделия на длительные сроки их эксплуатации.
3. НКЛМ против пожаров. Огромное количество пожаров заставило искать новые способы борьбы с ними. Лидирующие позиции заняли пассивные формы защиты с помощью интуменсцентных (вспучивающихся) красок.Такие составы стали применяться 30 – 40 лет назад. Принцип действия их заключается в способности при нагреве вспучиваться с образованием слоя негорючего пенококса, который изолирует от огня предохраняемую от возгорания поверхность.
Этот способ особенно эффективен для защиты несущих конструкций (люди гибнут чаще всего под ними). Применение в современных рецептурах наноразмерных компонентов (фуллеренов) значительно улучшило защитные свойства этих ЛКМ.
Справка. Обработке интумесцентными красками за рубежом подвергают примерно 50% защищаемых от огня поверхностей, в России пока не более 10%. Но их производство и применение в РФ быстро растёт.
4. НКЛМ против грязи. С ростом высотного строительства усложняется задача очищения фасадов зданий от различных загрязнений. Проблему решают НЛКМ с наночастицами двуокиси титана. Эти частицы при дневном освещении резко активируют молекулы кислорода. Твёрдые органические соединения, на поверхности которых адсорбируется пыль из атмосферы, окисляются этим кислородом до воды, азота и углекислого газа.
Грязь отлипает от фасада, тем самым его очищая.
Отечественных аналогов этой технологии нет. Но в Сан-Петербурге учёные синтезировали наночастицы – астралены, которые будучи значительно дешевле двуокиси титана обладают такой же фотохимической активностью. Мраморные фасады некоторых исторических объектов северной столицы были защищены лаками, модифицированными наноастраленами.
5. НКЛМ для автомобиля. Автомобилестроение всегда отличалось быстрым реагированием на новинки техники и технологии.
Модифицирование автоэмалей наночастицами кремния придают покрытию уникальные водоотталкивающие свойства в борьбе с коррозией, что уже использует компания Nissan.
BMW работает над внедрением порошковых ЛКМ с наночастицами диоксида титана, способных к самоочищению поверхности авто от грязи.
Mercedes-Benz (лидер в применении нанатехнологий) уже целое десятилетие применяет покрытие автомашин материалами на основе керамических наночастиц, что позволяет в разы повысить эффективность защиты от повреждений.
В российском концерне «Наноиндустрия» изготавливают наносостав для защиты некоторых узлов от износа и для снижения шума.
6. Наноплёнкообразователи в ЛКМ. Выше приведены примеры с применением в ЛКМ твёрдых взвешенных наночастиц.
Другая часть нанотехнологии в этой области связана с применением наноплёнкообразующих материалов для получения сверхтонких лакокрасочных покрытий толщиной всего 4 – 10 нм. Представителями таких ЛКМ являются эпиламы (дословный перевод «поверхностная плёнка»), основой которых являются фторорганические соединения. Покрытые ими поверхности (эпиламинированные) обладают необычайно высокими показателями по гидрофобности, адгезионной прочности, абразивно -, хим – и термостойкости.
В настоящее время шесть предприятий в Москве, Санкт-Петербурге, Дзержинске производят эпиламы.
Вторая ветвь этого направления связана с синтезом водных диспергированных составов, в которых дисперсная фаза образована наноразмерными глобулами (полимерными клубками размером до 60нм). Примером такого плёнкообразователя является дисперсия «Лакротэн Э-021», производимая в ООО «Оргхимпром» в г. Дзержинске.
Немного фантастики вместо заключения
Бурное развитие нанотехнологий в производстве и применении ЛКМ подталкивает российских, зарубежных учёных и специалистов к реализции новых порой фантастических идей. Например:
- разрабатываются НЛКМ с фотовольтарическим эффектом. Лакокрасочные покрытия на их основе способны не только выполнять традиционные функции (декоративность и защита от коррозии), но и подобно солнечным батареям получать электричество. Кроме того такие покрытия, используя ими же выработанный электрический ток, смогут испускать свет белого цвета наподобие светодиода.
- делаются попытки придания покрытиям НЛКМ пьезоэлектрических свойств для контроля и выявления усталости конструкционных материалов в ходе их эксплуатации.
Без сомнения, внедрение широким фронтом нанотехнологий в лакокрасочное производство обеспечит небывалый инновационный прорыв в этой отрасли.
Автор статьи: Кузьмин Владимир Дмитриевич
