فناوری نانو آبگریز چیست و چه کاربردی دارد؟

کاربرد فناوری نانو در صنایع رنگ و پوشش در بخش مواد اولیه بیشتر شامل رنگدانه ها می باشد. در موضوع رنگدانه ها، اندازه ذرات اهمیت بسیار زیادی دارد و با جلو رفتن به سمت مقیاس نانو و افزایش سطح فعال نانو ذرات (به دلیل دارا بودن تعداد بسیار زیاد اتم در سطح) خاصیت های متفاوت و به روزی مانند ضد سایش، آنتی باکتریال، خود تمیز شونده، ضد خش، ضد سایش و خواص حفاظت الکترومغناطیس در رنگ به وجود می آید.

پس بنابراین رنگ های نانو با به کارگیری از نانو ذرات فعال و گروه ها عاملي مناسب در قالب و فرم خود، می توانند متناسب با حرکت هاي محيطي و بازتاب هاي عاقلانه محافظتي، از خود نشان دهند. رنگ های ضد آب نانو نیز نوعی دیگر از رنگ های محافظتی هستند که به قصد افزایش دوام قطعات و کاهش هزینه ها دارای بهره گیری های زیادی در صنایع گوناگون می باشند.

آبگریزی چیست و به چه معناست ؟

آبگریزی از جمله خصوصیات فیزیکی سطحی یک ماده است. مواد آبگریز به دلیل ناهمواری‌های سطحی میکرو متری و نانو متری خود، اجازه انتشار یا به خدمت گرفته شدن آب روی سطح را نمی‌دهند و این امر موجب قطره‌ای شدن آب و سر خوردن آن ها می‌شوند. مولکول‌های آب‌گریز غیرقطبی هستند و به همین علت علاقه به دیگر مولکول‌ها و حلال‌های غیرقطبی دارند. این مولکول‌های آب‌گریز در داخل آب به هم متصل می شوند و تشکیل میسل (مواد فعال سطحی ) می‌دهند.

آب بر روی سطوح هیدروفوب زاویه‌ تماس بسیار وسیعی به خود می‌گیرد و به شکل قطرات کروی درمی‌آید. چند نمونه مثال‌ از مولکول آب‌گریز شامل نفت، آلکن‌ها، روغن و چربی و … می‌ باشند. از مواد هیدروفوب در صنعت به عنوان شوینده چربی ، جداکننده‌های نفت از آب و برای جدایی ذرات غیرقطبی از سطوح قطبی استفاده می‌شود.

آبگریزی به معنای توانایی یک سطح در دفع آب و جلوگیری از نفوذ آن است که به دلیل ساختار سطحی خاص و زاویه تماس بالای قطرات آب ایجاد می‌شود. یکی از مثال‌های ملموس آبگریزی، نمای ساختمان‌های ساخته‌شده با آجر آب‌گریز است. این نوع آجرها به دلیل پوشش نانومتری خاص خود، مانع از نفوذ رطوبت و آب به داخل مصالح می‌شوند. در نتیجه، علاوه بر جلوگیری از ایجاد شوره، کپک، و خرابی ناشی از نفوذ آب، دوام و زیبایی نمای ساختمان نیز حفظ می‌شود. چنین مصالحی به‌ویژه در مناطقی با بارندگی زیاد یا رطوبت بالا، کاربرد گسترده‌ای دارند و نگهداری و هزینه‌های تعمیرات را به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌دهند.

اهمیت آبگریز کردن سطوح

وجود رطوبت و نشت آب به زیرساخت های متفاوت قطعات ساختمانی و صنعتی مسئله ای های معروف و مشهور شده است.
آب و رطوبت در صنایع مختلفی مانند صنعت ساختمان، صنایع دریایی، سطوح فلزی و … می تواند مشکل آفرین باشد. نفوذ در مصالح ساختمانی، نشت آب به علت خلل و فرج درونی و ترک های ریز، مسئله ای آشنا شده است.

اکثر مصالح ساختمانی مانند گچ، بتن و سیمان دارای سطح کیفی بسیار کوچک و دسته های هیدروکسیل در سطح خود هستند. این دسته از هیدروکسیل ها به دلیل و علت تشابه با قالب و فرم آب و خصوصیت آب دوستی جذب کننده آب بوده، بدین گونه به آسانی خیس شده و آب در سطح آنها نفوذ می کند. بنابراین به منظور پیشگیری از رشد ترک ها، پوسته شدن روی رنگ و گچ، ایجاد کپک و قارچ در اثر رطوبت و… آبگریز کردن این سطح ها دارای ارزش بسیار زیادی است. خوردگی سطوح فلزی و فولادی به ویژه در نواحی ساحلی و جلوگیری از تضعیف مقاومت مصالح ساختمانی بتنی نیز از عوارض عدم استفاده از این محصول می باشد.

روش های دستیابی به سطوح آبگریز:

هنگامی که یک سطح دارای بافت ریزی در مقیاس نانومتری باشد، فصل اشتراک بین هوا و آب در یک قطره که بر روی سطوح قرار گرفته است، افزایش یافته و نیروی موئینگی بین قطره و سطح شدیداً کم می شود.

به این علت، قطره آب شکل کروی به خود گرفته و امکان توقف ذرات آب روی سطح را نابود می کند. به طور کلی برای دستیابی به خاصیت آب گریزی در یک سطح، می توان از رنگ ها و پوشش های آب گریز استفاده کرد. در استفاده از رنگ ها و پوشش ها، شرایط یکسانی برای دستیابی به آبگریزی سطح وجود دارد.

رنگ های آبگریز مبتنی بر فناوری نانو:

اساسا در رنگ های آبگریز از تلفیقات حاوی عناصر سیلیکون، مانند پلی اورگانو سیلیکان، اپوکسی پل یسیلوکسان و پلیمرهای حاوی فلوئورین به کارگیری می شود. زاویه تماسی که در اثر به کارگیری از این رنگ های آبگریز ایجاد می شود کمتر از 90 درجه است. استفاده از ایجادکننده های سیلان، اورگانوسیلان و فلوروسیلان توانایی این زاویه را به کمی بیشتر از 90 درجه (یعنی داشتن سطح با خاصیت آبگریز) افزایش می دهد.

سختی آبگریزی پایین و همچنین پایداری کم از معایب این رنگ ها به شمار می رود. در این موقعیت به کارگیری از فناوری نانو در رنگ های آبگریز می تواند چاره گر باشد، تا بتوان به رنگ فوق آبگریز و با خاصیت مطلوب دست یافت. به کارگیری از افزودنی های نانو متری به منظور ازدیاد زبری سطح و در نتیجه افزایش زاویه تماس، دلیل به کارگیری از نانو ذرات با خاصیت آبگریز (مانند نانو ذرات سیلیکا) در رنگ است.

عموما در رنگ های فوق آبگریز نانویی از نانو کامپوزیت های آلی- معدنی به کارگیری می شود. به عنوان مثال در نمونه های از رنگ های آبگریز مبتنی بر فناوری نانو از نانو کامپوزیت های آلی- معدنی (نانوکامپوزیت آکریلیک- سیلیکا) استفاده شده است، اندازه ذرات سیلیکا استفاده شده حدود 15 تا 30 نانومتر و اندازه نانوکامپوزیت تشکیل شده زیر 200 نانومتر است.

مزایای رنگ های آبگریز مبتنی بر فناوری نانو:

• از جمله مزیت های رنگ های آبگریز مبتنی بر فناوری نانو می شود به موارد زیر نیز اشاره کرد:
• افزایش رسوخ رنگ بر روی سطح به دلیل استفاده از ذرات نانومتری
• افزایش قدرت چسبندگی رنگ های نانو بر روی سطح نسبت به رنگ های معمولی
• درشتی بسیار اندک رنگ نانو پوشیده شده بر روی یک سطح
• نسبت به رنگ های معمولی و در نتیجه صرفه جویی در مصرف رنگ سازگار بودن رنگ های نانو با محیط زیست

کاربردهای پوشش ها و رنگ های ضد آب مبتنی بر فناوری نانو:

• استخر، سونا و جکوزی
• آثار گلی، کاشی و سفا ل ها
• آجرهای بدون حفاظ
• سطح های چوبی
• ستون های دریایی
• برج های خنک کننده
• تصفیه خانه فاضلاب
• تراورس های خط آهن
• تونل ها
• باراندازها
• کارخانه های کشتی سازی

نتیجه گیری

فناوری نانو آب‌گریز با ارائه راهکارهای نوین در مقابله با نفوذ آب و رطوبت، انقلابی در دوام و کارایی مصالح ساختمانی و صنعتی ایجاد کرده است. از نمای ساختمان‌ها با آجرهای آب‌گریز گرفته تا پوشش‌های مقاوم در برابر رطوبت، این فناوری نقش مهمی در افزایش عمر مفید و کاهش هزینه‌های نگهداری ایفا می‌کند. استفاده از عایق‌های نانو نیز به‌عنوان یک مکمل قدرتمند در حفاظت از سطوح، می‌تواند تأثیرات رطوبت و آب را به حداقل رسانده و مزایای بیشتری از جمله صرفه‌جویی در انرژی و حفظ کیفیت مصالح را به همراه داشته باشد. برای آشنایی بیشتر با عایق نانو و کاربردهای آن، این بخش را مطالعه کنید.