صنعت رنگ و پوشش به دلیل کاربردهاي گستردهاي که در ساختمان و بخشهاي مختلف صنعت دارد، از پتانسیل زیادي براي استفاده از فناوري نانو برخوردار است. مقالات و منابع علمی موجود، حاکی از آن هستند که استفاده از نانوذرات در رنگها و پوششها در سالهاي اخیر مورد توجه قرار گرفته است و محققان متعددي درصدد ارتقاي کیفیت رنگ با استفاده از انواع نانوذرات هستند. امروزه از نانومواد به منظور بهبود خواص و دادن یک خاصیت جدید به رنگ استفاده میشود. افزودن نانومواد به دلیل ویژگیهاي ساختاري خاص خود، باعث بهبود خواص رنگها از جمله اندازه، شكل و سطح نهایی میشود. از اثرات افزودن نانومواد به ساختار رنگ میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- افزایش مقاومت رنگ در برابر شرایط وخيم آبوهوایي
- توليد محصولات سازگار با محيطزیست
- نفوذ مناسبتر و موثرتر به زیرلایه
- افزایش ميزان پخششوندگي رنگ
- جلوگيري از ایجاد قارچها، جلبکها و آلودهکنندههاي آلي به دليل واکنشهاي کاتاليستي مداوم
- بهبود سختي رنگ و مقاومت در برابر خراشيدگي
- ماندگاري بيشتر رنگ
- بهبود چسبندگي براي زیرلایهها قدیمي و یا جدید
- قابل شستشوي آسان
- قابليت استفاده به صورت بيرنگ )شفاف( متناسب با جنس سطح
- پایداري و ثبات رنگي
در حال حاضر، از پرکاربردترین نانومواد مورد استفاده در صنعت رنگسازي میتوان به تیتانیوم دياکسید، و سیلیكون دياکسید در مقیاس نانو اشاره کرد، اما استفاده از نانوموادي مانند نقره، اکسید روي، آلومینیوم اکسید، سریم دياکسید، اکسید مس و منیزیم اکسید نیز در مرحله آزمایشی قرار دارد.
نانو تیتانیوم دياکسید به منظور بهره گیري از دو خاصیت مهم فعالیت فوتوکاتالیستی و محافظت کننده در برابر اشعه فرابنفش به رنگها اضافه میشود. ترکیب اثر فوتوکاتالیستی و خاصیت آبدوستی در رنگها میتواند باعث ایجاد خاصیت خودتمیزشوندگی در رنگها گردد و در نتیجه باعث بی نیازي به تمیز کردن مرتب سطح میشود. اگرچه طبق تحقیقات استفاده از فوتوکاتالیست نانو تیتانیوم دياکسید در رنگهاي آلی منجر به سست کردن پیوندها با استفاده از اشعه فرابنفش میشود، اما نوع روتایل این نانومواد در پوششهاي آلی مناسب براي محافظت در برابر اشعه فرابنفش است. افزودن نانوسیلیكوندياکسید به رنگ نیز سبب افزایش سختی رنگ در مقیاس ماکرو و میكرو، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر خراش و مقاومت در برابر هوا میشود. اضافه کردن این نانومواد به رزینهاي پلیمري همچنین منجر به تولید رنگ با خاصیت ضد سایش در حد عالی میشود. این در حالی است که افزودن این ماده باعث کاهش خاصیت کشسانی رنگ که براي مقاومت در برابر ریزش رنگ ضروري است، میشود. از طرفی ایجاد خاصیت آنتی میكروبیال در برابر باکتري و عوامل بیماري زاي انسانی در رنگ با افزودن نانو نقره امكانپذیر است. لازم به ذکر است که اثر ضد باکتري این رنگها در فضاهاي بیرونی به دلیل تماس با عوامل متفاوت نسبت به فضاهاي داخلی کمتر است. آزمایشهاي مختلف نشان میدهد که نانوذرات نقره همانند نانوذرات تیتانیوم دي اکسید نمیتوانند به طور کامل از رشد جلبکها و میكروبها جلوگیري نمایند. همچنین این نانوماده اثر بازدارندگی ضعیفی بر روي رشد قارچها دارد.
رنگهاي تصفیه کننده هوا، آنتی باکتریال، خودتمیزشونده، ضد خراش، عایق حرارتی، تاخیرانداز آتش، مقاوم در برابر خوردگی، آنتی گرافیتی، خودترمیم شونده، سپر الكترومغناطیس، آنتی استاتیک، آبگریز، خورشیدي، ترافیكی، تغییر پذیر، ضد اثر انگشت و رسانا از جمله رنگهاي ساخته شده با فناوري نانو هستندکه در ادامه هر یک از این رنگها به صورت مختصر معرفی خواهند شد.
رنگ نانويی تصفيه کننده هوا
یكی از عملكردهاي رنگهاي فوتوکاتالیستی، تصفیه هوا است که عبارت از خنثی نمودن آلودگیهاي موجود در هوا از طریق واکنشهاي اکسایش- کاهش ایجاد شده در اثر تابش نور است. فعالیت فوتوکاتالیستی از طریق اضافه نمودن مقادیر پایینی از ذرات داراي این خاصیت مانند اکسید روي یا اکسید تیتانیوم به رنگ، حاصل میشود. در حال حاضر از میان فوتوکاتالیستهاي موجود، نانوذرات تیتانیوم دي اکسید داراي کاربرد بیشتري هستند.
رنگهای آنتی ميکروبيال نانو
رنگهاي آنتی میكروبیال نانو، رنگهایی هستند که به واسطه حضور نانوذرات آنتی میكروبیال یا نانوذرات فوتوکاتالیستی، داراي خاصیت آنتی میكروبیال هستند. خاصیت آنتی میكروبیال در برگیرنده خواص آنتی باکتریال، آنتی ویروس، ضد قارچ و یا ضد جلبک است. اخیرا، بیشترین نانومواد مورد استفاده براي تولید رنگ با خاصیت آنتی میكروبیال تیتانیوم دي اکسید و نانوذرات نقره است. همچنین در برخی از گزارشها از نانوذرات اکسیدروي و نانوفیبرهايکربنی براي تولید رنگ با خاصیت آنتی میكروبیال یاد شده است. این مواد افزودنی را میتوان در هنگام تولید رنگها، روکشها و رنگ جلا به منظور ایجاد مقاومت رنگ در برابر میكروب به آنها اضافه کرد.
رنگهای خودتميزشونده
رنگهاي خودتمیزشونده، رنگهایی هستند که براساس عملكردهاي مختلفی که وابسته به ویژگیهاي سطحی و نوع آنها است، کمتر کثیف میشوند و آلودگیهاي روي آنها به راحتی شسته و برداشته میشود. رنگهاي خودتمیزشونده به دو دسته آبگریز و آبدوست تقسیم میشوند. منبع الهام پوششهاي خودتمیزشونده آبگریز را میتوان به گیاه نیلوفر آبی نسبت داد، زیرا به دلیل آبگریز بودن نیلوفر آبی میتوان قطرات آب را بر روي آنها مشاهده کرد. این در حالی است که رنگهاي خودتمیزشونده آبدوست بر پایه فوتوکاتالیستها تولید شده اند. این نوع رنگها وقتی که در معرض نور قرار بگیرند قادر به سست کردن پیوندهاي آلی هستند. در حال حاضر براي تولید پنجره هاي خودتمیزشونده موجود در بازار از این تكنیک استفاده شده است. این نوع پنجره ها در دو مرحله سطح را تمیز میکنند، در ابتدا ذرات آلی جذب شده به خود را با استفاده از فوتوکاتالیست میشكنند و سپس این ذرات با شستشوي توسط آب به راحتی از سطح جدا میشوند. تیتانیوم دياکسید یكی از نانوموادي است که در زمینه رنگهاي خودتمیزشونده آبدوست بسیار کاربرد دارد.
رنگهای ضد خراش نانو
خش یا خراش عبارت است از شكاف و یا کنده شدن قسمتی از سطح رنگ که در نتیجه ي تماس با یک شی تیز ایجاد شده باشد. رنگهاي ضد خراش نانو، رنگهایی هستند که به دلیل وجود نانوذرات، نسبت به رنگهاي متداول، مقاومت به خراش بهتري از خود نشان میدهند. به طور سنتی مقاومت به خراش رنگها با افزودن مقدار زیادي از افزودنیهاي معدنی مانند اکسید فلزي معدنی با ابعاد میكرونی ایجاد میشود. اما این افزودنیها معمولا باعث مات شدن رنگ میشود که این پدیده به دلیل پراکندگی نور مرئی توسط این ذرات است . تكنولوژي پوششهاي مقاوم به خراش نانو تا 25 درصد باعث کاهش انرژي مصرف شده در فرایندهاي پوشش دهی میشود و هزینه ي مواد را تا 75 درصد کاهش میدهد . از جمله نانومواد مورد استفاده در این نوع رنگها میتوان به اکسید سیلیسیم و اکسید آلومینیوم اشاره کرد.
رنگهای عايق حرارتی نانو
نانوفناوري از طریق افزایش مقاومت حرارتی در پوششهاي رنگی باعث کاهش انتقال حرارت به روش هدایتی و ایجاد رنگهاي عایق حرارتی میشوند. این رنگها براي کنترل دماي داخلی ساختمان و جلوگیري ار اتلاف انرژي مناسب هستند. این رنگها از رزین آکریلیک پایه آب به همراه نانوکامپوزیتهاي Nano Silicasol XL100 ، TSM Ceramic و MANTI Ceramic که یک عایق بسیار موثر است، تولید میشوند.
رنگهای نانويی تاخيرانداز آتش
مواد تاخیرانداز آتش، موادي هستند که اشتعال را به تاخیر می اندازند و یا سرعت انتشار شعله را کاهش میدهند. فرایند حریق و آتشسوزي را میتوان به سه مرحله کلی افروزش، گسترش حریق و حریق گسترش یافته تقسیم نمود. علیرغم اهمیت هر سه مرحله، مرحله دوم یعنی انتشار شعله به عنوان عامل مهم در آزمونهاي پوششها و رنگهاي ضدحریق شناخته میشود. رنگهاي تاخیرانداز آتش توانایی به تاخیر انداختن مرحله دوم آتش سوزي یعنی انتشار آتش به سطح محافظت شده را دارند. این رنگها در معرض حرارت از خود گاز خفه کننده آتش آزاد میکنند. در حال حاضر از مواد هالوژنی به منظور ایجاد خواص تاخیرانداز آتش استفاده میشود. این نكته حائز اهمیت است که این مواد اثرات مخربی بر محیط زیست گذاشته و ناسازگار با محیط زیست است. جایگزینی نانومواد با هالوژنها یكی از راه حلهاي موثر است. از پرکاربردترین نانومواد مصرفی براي ایجاد این خاصیت میتوان به اکسید سیلیسیم اشاره کرد. از این رنگها میتوان در ساختمان سازي و صنایع چوب استفاده کرد.
رنگهای مقاوم در برابر خوردگی
برخی نانوذرات مانند تیتانیوم دياکسید و نانورسها مانند O2xH3CO12(OH)2Al 4hydrotalcite Mg از طریق بهبود همگنی رنگها و کاهش تخلخل موجود در رنگ و در نتیجه کاهش نفوذ اکسیژن و آب، توانایی افزایش ممانعت از خوردگی سطح محافظت شده مانند روي و آلومینیوم را دارند. نانوذرات در واقع با پر نمودن حفره ها و افزایش یكپارچگی رنگ، از ایجاد ترکهاي سطحی نیز جلوگیري میکنند.در حال حاضر از کرومات به منظور بهبود مقاومت در برابر خوردگی استفاده میشود که البته با محیط زیست ناسازگار است. طبق پیش بینی ها در آینده نانومواد عنوان شده در بالا، جایگزین کرومات خواهند شد.
