Nowoczesne technologie stosowane w farbach
Nanotechnologia to ogólna nazwa technik i sposobów projektowania, opisywania, tworzenia oraz stosowania rozmaitych struktur o rozmiarach nanometrycznych (poniżej 100 nanometrów; niekiedy przyjmuje się zakres od 0,2 do 100 nm lub od 1 do 100 nm). Istotą nanotechnologii jest zdolność manipulowania pojedynczymi atomami, przy czym otrzymane struktury charakteryzuje zupełnie nowy układ molekularny.
Nanotechnlogia przyczyniła się do opracowania specjalistycznych powłok określanych terminem „smart coatings”, (powłoki inteligentne). Zaliczamy do nich m. in.:
- farby samonaprawiające uszkodzenia powłoki, stosowane do malowania promów kosmicznych,
- kamuflażowe materiały powłokowe dla przemysłu zbrojeniowego,
- powłoki sygnalizujące nieszczelności instalacji i inne awarie,
- farby z „pamięcią molekularną”,
- powłoki reagujące w określony sposób na wahania temperatury,
- produkty tworzące wymalowania zmieniające kolor „na życzenie”.
Określenie „smart coatings” odnosi się również do farb wykazujących zachowanie antybakteryjne, recepturowanych z użyciem nanosrebra. Materiały te niekiedy opisywane są jako „functional coatings” („powłoki funkcyjne”). Nanocząsteczki niektórych wypełniaczy (m. in. krzemionki) podnoszą odporność mechaniczną powłok lakierów do drewna a tlenki metali o rozmiarach nanometrycznych decydują o ich efektywnej ochronie przed działaniem promieni UV. Inne nanocząstki zapewniają właściwości antykorozyjne farb do metalu.Nowoczesne dyspersje polimerowe wykorzystywane w formie spoiw w wyrobach lakierowych wpływają na zwiększenia adhezji a użyte w materiałach gruntujących oznaczają doskonałą penetrację i bardzo dokładne wypełnienie porów podłoża.
Z uwagi na fakt coraz większej popularności farb i tynków określanych mianem „samooczyszczających się” oraz rozkładających nieprzyjemne zapachy, poniżej przedstawiona została specyfika dwóch zasadniczych rodzajów nanocząsteczek odpowiedzialnych za te specyficzne właściwości:
Nanocząstki TiO2
Obecne na rynku produkty wykorzystują najczęściej fotokatalityczną odmianę (anatas) dwutlenku tytanu (TiO2), metalu, półprzewodnika, najpopularniejszego białego pigmentu, który sprowadzony do rozmiarów nanometrycznych traci swoje właściwości kryjące. Zdolność TiO2 do fotokatalizy zależy bezpośrednio od wielkości jego cząstek - najbardziej efektywne są odmiany o wymiarach 5–10 nm. TiO2 zastosowany w farbie czy tynku, pod wpływem promieniowania UV (i zachodzącym reakcjom utleniania i redukcji) osłabia przyczepność zalegającego na powierzchni elewacji brudu. Nie działa jednak na wszystkie rodzaje osadzonych zanieczyszczeń. Po przebiegu reakcji zabrudzenia tracą przyczepność do podłoża i zostają zmywane wraz z deszczem. Część zanieczyszczeń w kolejnych reakcjach przekształca się w wodę i dwutlenek węgla. Fotokataliza z udziałem TiO2 zachodzi nawet przy braku bezpośredniego nasłonecznienia, podczas pochmurnej pogody, ponieważ promieniowanie UV przenika przez chmury (w osłabionej nieco intensywności). Nanocząsteczki TiO2 mogą być stosowane w produktach organicznych (np. dyspersyjnych, silikonowych) jak i materiałach mineralnych (krzemianowych, cementowych, betonowych). Warto podkreślić, że dwutlenek tytanu o rozmiarach nanometrycznych posiada silne właściwości hydrofilowe, niekiedy określane jako „superhydrophilic” (zupełnie przeciwne do hydrofobowego działania związków silikonowych).Fotokatalityczne działanie dwutlenku tytanu obejmuje również neutralizację różnego rodzaju niepożądanych zapachów (np. dym nikotynowy, zapachy powstałe w wyniku przyrządzania posiłków, gazy przemysłowe i spalinowe), a także redukcję rozwoju mikroorganizmów. Właściwości te tłumaczą dużą popularność modyfikowanych farb fotokatalitycznych, tynków dekoracyjnych oraz gładzi szpachlowych do zastosowań wewnętrznych i zewnętrznych (głównie elewacje budynków). Niezaprzeczalny fakt redukcji gazów spalinowych przez nanocząsteczki TiO2 powoduje coraz powszechniejsze wbudowywanie ich w matrycę kompozytów wykorzystywanych przy konstrukcji nawierzchni autostrad lub betonów w kostkach brukowych. Dotychczasowe doświadczenia wykazały wysoką skuteczność tych rozwiązań w praktyce.
Nanosrebro
Srebro (szlachetny metal nieżelazny) to najstarszy znany w dziejach ludzkości środek bakteriobójczy, wykorzystywany od starożytności. Konserwujące właściwości tego metalu docenili Fenicjanie w VIII wieku p.n.e. podczas dalekich podróży, przechowując wodę, wino i mleko w srebrnych pojemnikach. Amerykańscy pionierzy XVIII-tego wieku wrzucali srebrne monety do beczek z wodą transportowanych koleją w celu wydłużenia jej przydatności do spożycia. Srebrne sztućce i klejnoty przechowywane na średniowiecznych dworach królewskich i książęcych redukowały ryzyko zarazy. Metal ten stosowany jest również w tradycyjnej medycynie Chińskiej i niektórych plemion indiańskich. Srebro służyło także do oczyszczania wody w czasie wyprawy statku kosmicznego MIR i promu kosmicznego NASA.Obecnie nanosrebro wykorzystywane jest m.in. w celu ochrony powłok malarskich (zarówno do zastosowań wewnętrznych jak i zewnętrznych) przed atakiem mikroorganizmów (głównie bakterii ale również grzybów, pleśni i alg).Nanosrebro wykazuje znacznie silniejsze działanie bakteriobójcze i grzybobójcze niż srebro, a jego efektywność wzrasta proporcjonalnie wraz z redukcją wielkości cząsteczek (im mniejsze cząsteczki tym większa powierzchnia czynna). Mechanizm antybakteryjnego działania nanosrebra nie jest do końca wyjaśniony. Przyjmuje się jednak, że jest on wynikiem aktywności dodatnio naładowanego atomu srebra (określanego również kationem srebrnym lub srebrem jonowym), który atakuje i niszczy bakterie jednocześnie na kilka sposobów. Jon srebra działa zarówno na ścianę komórkową, błonę komórkową, enzymy białkowe oraz DNA bakterii. Dzięki temu wszechstronnemu działaniu, nanosrebro wykazuje wyjątkową skuteczność w porównaniu ze znanymi tradycyjnymi antybiotykami, które wykazują jedynie selektywne działanie na bakterie (te działające na enzymy nie działają na DNA czy błonę komórkową i odwrotnie).Testy dowiodły niesłychanie wysokiej – 99,9% skuteczności nanosrebra w zakresie redukcji bakterii. Typowe środki powłokowe do ochrony przeciw mikroorganizmom stosowane w przemyśle farbiarskim są efektywne jedynie przez krótki okres (zazwyczaj kilku lat). Nanosrebro wykazuje permanentne działanie, niesłabnące w czasie. Poza tym podobnie jak wszystkie inne nanocząsteczki charakteryzuje się tak dużym polem powierzchni w stosunku do objętości, że liczba poniżej 1 grama tego metalu na 10 kg farby jest wystarczająca do zapewnienia efektywnego działania.Obserwacje obiektów pomalowanych farbami z nanocząstkami srebra dowodzą bardzo dobrej ochrony uzyskanych wymalowań przed atakiem mikroorganizmów.
Farby z nanosrebrem znajdują zastosowanie w zakresie wnętrz obiektów mieszkalnych, obiektów służby zdrowia (szpitali, klinik, gabinetów lekarskich, centrów rehabilitacyjnych, domów spokojnej starości), obiektów oświaty (szkół, przedszkoli, żłobków, etc) czy ośrodków wypoczynkowych (hoteli i Spa). Produkty te polecane są również do ochrony elewacji budynków przed atakiem alg i grzybów. W erze coraz większej popularności bezspoinowych systemów ociepleń (BSO), rozwój pierwszych z wymienionych mikroorganizmów staje się coraz powszechniejszym problemem. Farby elewacyjne z nanosrebrem stanowią skuteczny środek pozwalający zapomnieć o „zielonych” (zaatakowanych przez algi) ścianach domów i bloków mieszkalnych.
Gdzie kończy się działanie nanotechnologii, a zaczynają skuteczne działania specjalistów od marketingu?
Produkty z nanotechnologią stwarzają doskonałe możliwości z marketingowego punktu widzenia. W części z nich reklamowany efekt osiągnięto za pomocą bardziej ekonomicznych metod. Zawartość nanocząstek decyduje o końcowej cenie farby czy tynku. W ten sposób dochodzimy do bardzo istotnego (niekiedy kluczowego) czynnika - wysokiej ceny. Należy zachować ostrożność przy zakupie tanich produktów z chętnie reklamowaną nanotechnologią. Nowoczesne materiały bynajmniej nie należą do grupy tanich.
