Наноматериалы в промышленности по нанесению покрытий: трансформационные характеристики и применение

1. 1. Введение

Производство покрытий претерпело значительные изменения с появлением наноматериалов. Наноматериалы, отличающиеся крайне малым размером в диапазоне нанометров (1-1000 нм), обладают уникальными физическими, химическими и биологическими свойствами, отличными от их аналогов в емкостей. Эти свойства открыли новые возможности для повышения производительности покрытий в широком спектре областей применения, от высококонечного промышленного использования до повседневных архитектурных и декоративных целей. Будь то it's защита наружного пространства воздушных судов, судов и автомобилей от суровых экологических условий или повышение эстетики и долговечности внутренних и внешних стен зданий, наноматериалы оказались неоценимыми добавками.

2. Наноматериалы в покрытиях

2.1 наносилика (SiO₂)

Наносилика является ключевым наноматериалом в производстве покрытий. Он существует как аморфный белый порошок с поверхностью, богатой ненасыщенными остаточными связями и гидроксильными группами. Молекулярная структура наносилики образует сложную трехмерную цепь, которая придает несколько полезных свойств покрытиям. Одна из его основных функций заключается в повышении стабильности тиксотропных и дисперсионных покрытий. Тиксотропия имеет решающее значение, поскольку она позволяет легко наносить покрытия в процессе покраски, плавно протекать при наличии покрытий (например, при нанесении кисти или ролика), а затем утолщать и оставаться на месте после снятия силы сдвига, предотвращая провисание.
Кроме того, nanosilica's сильные ультрафиолетовые отражения являются благом для покрытий. При воздействии солнечного света, особенно ультрафиолетовых (уф) лучей, наносилика формирует защитный эффект. Эта защита помогает достичь антиуф-старения, что особенно важно для покрытий, используемых на открытом воздухе. Ультрафиолетовые лучи могут со временем привести к исчезновению, трещинам и потере целостности покрытий. Отражая ультрафиолетовые лучи, наносилика увеличивает срок службы покрытия. Кроме того, это увеличивает теплоизоляцию покрытий. В зданиях это может способствовать экономии энергии, поскольку помогает поддерживать более стабильную температуру внутри помещений.
При добавлении к покрытиям наносилика значительно улучшает открытость — может воздействовать. Это относится к внешнему виду и пригодности покрытия при первом открытии банки. Он предотвращает опреснение, обеспечивая, чтобы различные компоненты покрытия оставались хорошо смешанными. С точки зрения конструкции, наносилики-улучшенные покрытия легче применять, и они также демонстрируют улучшенные антистареющие свойства, теплостойкость и прочность. Например, в автомобильных покрытиях наносилика может помочь краске выдерживать суровые погодные условия, сохраняя ее чистоту и защитные свойства в течение более длительных периодов времени.

2.2 наносеребро (Ag)

Наносеребро революционизировало антибактериальные и противогрибковые свойства архитектурных покрытий. В присутствии ультрафиолетового света наночастицы серебра проходят захватывающий химический процесс. Они разлагаются на электроны с отрицательной зарядкой (e⁻) и положительно заряженные отверстия (h⁺), образуя пары электронов-отверстий. Эти пары отличаются высокой реактивностью и могут взаимодействовать с кислородом и водой в воздухе. В результате образуются атомный кислород (O) и гидроксильные радикалы (HO·). Эти виды имеют чрезвычайно высокую химическую активность и могут реагировать с органическими веществами, присутствующими в бактериях. В результате серии окислительных реакций бактерии распадаются на углекислый газ и воду, эффективно убивая их.
Добавление наносеребра в покрытия наделяет их целым рядом функций. В дополнение к антибактериальным и противогрибковым свойствам, эти покрытия также имеют антиобратный, дезодоризирующий и самоочищающий потенциал. Во внутренних стенах домов и больниц, где гигиена имеет первостепенное значение, наносеребряные покрытия могут предотвратить рост вредных бактерий, грибов и плесени. Они также могут удалить неприятные запахи и сохранить поверхность чистой. Кроме того, наносеребряные покрытия могут играть определенную роль в очистке воздуха и воды. Реагируя с вредными органическими токсинами, присутствующими в воздухе или воде, они могут разбить их на безвредные вещества, обеспечивая функцию очистки. Например, в больничных условиях эти покрытия могут способствовать сокращению распространения инфекционных заболеваний, убивая бактерии и грибы на стенах.

2.3 оксид цинка (ZnO)

Оксид цинка наноскала обладает уникальными свойствами под солнечным светом, особенно уф-излучением. Подобно наносеребру, он может распадаться на свободные-движущиеся электроны (e⁻) и положительно заряженные отверстия (h⁺). Эти отверстия могут активировать кислород в воздухе, превращая его в реактивный вид кислорода. Эти реактивные виды кислорода обладают высокой химической активностью и способны окислять различные органические вещества, в Том числе находящиеся в бактериях. В результате, оксид цинка наноскала может устранить большое количество патогенов и вирусов.
В сочетании с другими наноматериалами, содержащимися в покрытиях, оксид цинка обеспечивает многочисленные преимущества. Покрытие обладает свойствами уф-экранирования, которые защищают его от унизительного воздействия уф-лучей. Он также имеет возможности для поглощения инфракрасного излучения, что может способствовать термоуправлению в некоторых областях применения. Антибактериальные и противогрибковые эффекты оксида наноскала цинка помогают сохранять поверхность с покрытием чистой и свободной от микробного роста. Кроме того, воздух-очистительные и антибактериальные дезодоризирующие функции делают его пригодным для использования в крытых и наружных покрытиях. Например, в наружных архитектурных покрытий он может защитить фасад здания от уф-повреждений, а также уменьшить присутствие бактерий и грибов, которые могут привести к обесцвечиванию и ухудшению поверхности. Кроме того, nanoscale цинка oxide's сильная способность поглощать ультрафиолетовые лучи делает его отличным антистареющим добавкой в покрытий, продлевая срок службы покрытия и сохраняя его внешний вид.

2.4 нано-карбонат кальция (како)

Карбонат кальция давно является основным наполнителем пигмента в промышленности по нанесению покрытий, часто используется в больших количествах. Нано-карбонат кальция, однако, имеет несколько преимуществ по сравнению с более крупными аналогами. Это очень хорошо, с равномерным распределением частиц по размеру. Его высокая белыми делает его идеальным выбором для покрытий, где цвет чистоты и яркости имеют важное значение. Кроме того, он имеет хорошие оптические свойства.
Поскольку размер частиц карбоната кальция дорабатывается до наноскеля, на атомном уровне происходят значительные изменения. Доля атомов на поверхности частиц наполнителя увеличивается по отношению к общему числу атомов. Это приводит к поверхностному воздействию и воздействию малых размеров, которым обычные частицы не обладают. Эти эффекты приводят к ряду превосходных физико-химических свойств. При добавлении к покрытиям карбонат нано-кальция может повысить прозрачность. Это полезно в тех случаях, когда требуется четкое, но вместе с тем защитное покрытие, как, например, в случае некоторых архитектурных и декоративных покрытий. Он также улучшает тиксотропию, которая помогает в процессе применения, и выравнивает, обеспечивая гладкое и равномерное завершение.
Пленка, образованная покрытиями, содержащими нано-карбонат кальция, обладает поверхностным действием из-за наночастиц. Этот поверхностный эффект создает защитный эффект, аналогичный эффекту наносилики, который помогает в достижении антиуф-старения. Кроме того, улучшается механическая прочность покрытия. В промышленных покрытиях, например покрытиях, используемых на машинах и оборудовании, повышенная механическая прочность, обеспечиваемая карбонатом нано-кальция, может защитить подстрат от истирания и износа, повышая прочность покрытого изделия.

2.5 наночастицы оксида железа

Оксид железа наноскала сохраняет химический состав и хрустальную форму традиционных пигментов оксида железа, но с улучшенными свойствами. Он обладает отличной химической устойчивостью, является нетоксичным, без запаха и относительно недорогим. Эти качества делают его экономически эффективным вариантом для различных видов нанесения покрытий. Оксид железа наноскала также обладает хорошей термостойкостью, устойчивостью к погодным условиям, кислотной стойкостью и щелочной стойкостью. Он предлагает высокую хрома, высокую красочную силу и высокую прозрачность, преодолевая ограничения традиционных пигментов оксида железа.
Традиционные пигменты оксида железа часто страдают от низкой насыщенности и недостаточной яркости цвета, что ограничивает их использование в верхних покрытиях. Прозрачные наночастицы оксида железа, с другой стороны, обладают большей способностью поглощать ультрафиолетовые лучи. Это свойство не только обеспечивает им оптическую стабильность, но и улучшает антистареющие свойства различных полимеров при их включении в покрытия. В результате они широко используются в высококлассных промышленных, архитектурных и декоративных покрытиях. В высокопрочных автомобильных покрытиях, например, прозрачные наночастицы оксида железа могут обеспечить богатый, долговечный цвет, защищая при этом красок от уф-повреждений, обеспечивая транспортное средство 's отделка остается живой в течение многих лет.

3. Подготовка нанопокрытий

3.1 смачивание и рассеивание

Подготовка нанопокрытий сопряжена с уникальными проблемами, обусловленными характером наноматериалов. Частицы пигмента в нанопокрытиях крайне малы, что дает им высокую поверхностную активность. Такая высокая поверхностная активность приводит к тому, что частицы подвержены агломерации. Агломерация может привести к неединообразному распределению наноматериалов в покрытии, что, в свою очередь, может повлиять на характеристики покрытия. Например, если наносеребряные частицы агломерата в покрытии, антибактериальные свойства могут быть скомпрометированы, так как отдельные частицы более равномерно распределены, чтобы эффективно убивать бактерии.
Таким образом, эффективное увлажнение и рассеивание являются критически важными вопросами для нанопокрытий. Важнейшую роль в этом отношении играет поверхностная обработка наноматериалов. Обработка поверхности может включать использование пав или других химических веществ для изменения поверхности наноматериалов. Эти поверхностно активные вещества могут уменьшить поверхностное напряжение между наноматериалами и матрицей покрытия, облегчая увлажнение наноматериалов компонентами покрытия. Метод добавления наноматериалов также непосредственно влияет на дисперсию нанопокрытий. Например, медленное и непрерывное добавление наноматериалов может способствовать достижению более единообразного дисперсии по сравнению с быстрым добавлением. В некоторых случаях ультразвуковое лечение может использоваться для дальнейшего разрушения агломератов и обеспечения лучшей дисперсии наноматериалов в покрытии.

3.2 процесс шлифования

Для достижения оптимальной производительности пигментной системы в нанопокрытиях необходимо сократить размер частиц пигмента до меньшего уровня и обеспечить более равномерное распределение. Интенсивность цвета, блеск, прозрачность и другие свойства покрытия в значительной степени зависят от размера частиц пигмента. Традиционные методы ультрамелкого шлифования пигментов в контексте нанопокрытий в основном опираются на шаровые или песчаные мельницы. В этих процессах добавляется определенное количество циркониевых бусин. Эти бусы выступают в качестве шлифовальных средств.
Когда пигмент заземлен на шаровой или песочной мельнице, циркониевые бусины сталкиваются с частицами пигмента, постепенно уменьшая их размер. Цель заключается в уменьшении среднего размера частиц пигмента до очень небольшого уровня. Как правило, для нанопокрытий средний размер частиц пигмента должен быть ниже 500 нанометров. Однако в случае высококачественных пигментов чернил, которые являются разновидностью специализированного нанопокрытия, размер частиц может быть уменьшен до менее 200 нанометров или даже до 100 нанометров. Использование циркониевых бус в диапазоне от 0,1 мм до 0,3 мм оказалось эффективным при шлифовании пигментов до требуемого размера частиц. Выбор размера буса, скорость мельницы и длительность шлифования тщательно контролируются параметрами для достижения желаемого распределения частиц по размеру и характеристик покрытия. Например, при производстве высококачественных автомобильных красок точное распределение частиц по размеру имеет решающее значение для обеспечения гладкой, глянцевой отделки с отличной цветовой последовательностью и долговечностью.
В заключение следует отметить, что наноматериалы оказали глубокое воздействие на производство покрытий. Их уникальные свойства позволили разработать покрытия с повышенной долговечностью, уф-устойчивостью, антибактериальными свойствами, водостойкостью, абразивной устойчивостью и стойкостью к пятнам. Надлежащая подготовка нанопокрытий, включая эффективные процессы увлажнения, дисперсии и шлифования, имеет важнейшее значение для полного использования потенциала этих наноматериалов. По мере продолжения исследований и разработок в области наноматериалов и нанопокрытий мы можем ожидать, что в будущем мы станем еще более инновационными и высокопроизводительными покрытиями, охватывающими широкий круг отраслей и областей применения.