Nanoteknologia ja funktionaaliset pinnoitteet
Nanoteknologiat ja funktionaaliset pinnoitteet maaliteollisuudessa Tikkurila Oyj 21.5.2015 Jani Rutanen Nanoteknologiat Nanomateriaaleista Nanometri on vain miljoonasosa millimetristä 1 nm = 1 / 1 000 000 mm = 1 x 10-9 m Määritelmä: • ”Nanomateriaali” tarkoittaa luonnollista materiaalia, sivutuotemateriaalia tai valmistettua materiaalia. • Niiden koko on noin 1–100 nm vähintään yhden ulkomitan osalta. • Nanomateriaalien fysikaalis-kemialliset ominaisuudet voivat poiketa niistä, joita on massamuodossa olevalla aineella tai suuremmilla hiukkasilla. 21.5.2015 Nanoteknologia ja funktionaaliset pinnoitteet maaliteollisuudessa Kaupallisesti tuotetun hiilimustapigmentin partikkelikoko on noin 10 - 400 nm: 1. Channel Black 2. Furnace Black 3 Nanoteknologia maaliteollisuudessa Nanokokoluokan raaka-aineita käytetään maaleissa ja pinnoitteissa: • naarmuuntumisen- ja iskunkestävyyden parantamiseksi, • pintojen sähkön- ja lämmönjohtavuuden parantamiseksi, • puhtaana pysyvien pintojen aikaansaamiseksi, • ilman puhdistamiseksi, • UV-suojana, • bakterisidinä. Pienen kokonsa ansiosta niillä voidaan saada aikaan kirkkaita kalvoja. 21.5.2015 Nanoteknologia ja funktionaaliset pinnoitteet maaliteollisuudessa 4 Nanokomposiitti sideaineena Sideaineessa on yhdistetty nanokokoluokan silika ja akrylaatti. 21.5.2015 Nanoteknologia ja funktionaaliset pinnoitteet maaliteollisuudessa 5 Nanokomposiitti sideaineena (Atomic force microscopy) 21.5.2015 Nanoteknologia ja funktionaaliset pinnoitteet maaliteollisuudessa 6 Nanokomposiitti sideaineena Yhdistetään molempien raaka-aineiden hyvät ominaisuudet: • • silikan lasimaiset ominaisuudet (kovuus, palamattomuus, vedenkesto), akrylaatin elastiset ominaisuudet. 21.5.2015 Nanoteknologia ja funktionaaliset pinnoitteet maaliteollisuudessa 7 Nanokomposiitti sideaineena Silikan kovuuden ansiosta lika ei tartu maaliin. Lisäksi maalin sideaine tekee maalista voimakkaasti vesihakuisen, eli se kastuu tasaisesti. • Vesi vie lian mukanaan → puhtaana pysyvä maali. rasittamaton säärasitettu Nanokomposiittimaali 21.5.2015 säärasitettu rasittamaton Tavallinen julkisivumaali Nanoteknologia ja funktionaaliset pinnoitteet maaliteollisuudessa 8 Nanopartikkelikoon pohjuste Erittäin hienon partikkelikoon akrylaattidispersiota käytetään pohjusteissa ja pölynsidontana. • Erinomaiset tunkeutumisominaisuudet • Vahvistaa huokoisia ja jauhemaisia alustoja • Parantaa pintamaalin tartuntaa • Ei muuta alustan ulkonäköä • Partikkelikoko noin 60 nm. 21.5.2015 Nanoteknologia ja funktionaaliset pinnoitteet maaliteollisuudessa Normaalin maaleissa käytetyn dispersion akrylaattien partikkelikokojakauma. 9 UV -suoja-aineet Nanotitaanidioksidi pigmenttiä käytetään mm. suoja-aineena auringon ultraviolettisäteilyä vastaan: • Lähes väritön, ei peittokykyä • Partikkelikoko noin 10 nm • Hyvä UV-valon absorptiokyky • Puunsuoja-aineet/lakat sisällä ja ulkona. Polyuretaani-akrylaatti dispersiolakka 1500 tunnin keinotekoisen säärasituksen ja 3 kuukauden ulkoilmarasituksen jälkeen. Käsittelemätön vrt. UV-titaanimäärän lisäyksen vaikutus 21.5.2015 Nanoteknologia ja funktionaaliset pinnoitteet maaliteollisuudessa 10 Apuaineet Nanopartikkelikoon apuaineet naarmuuntumisen- ja iskunkestävyyden parantamiseksi, • alumiinioksidi • pintakäsitelty silika Käytetään mm. parketti- ja kalustelakoissa. 21.5.2015 Nanoteknologia ja funktionaaliset pinnoitteet maaliteollisuudessa 11 Nanoteknologian haasteita Vaikka nanoteknologia alkaa jo olla arkipäivää, on sillä vielä muutamia esteitä kaadettavanaan: • raaka-aineiden korkea hinta • valmistukseen liittyvät tekniset haasteet • puutteet testausmenetelmissä • hyödyn osoittaminen • turvallisuus- ja terveysnäkökohdat. wwww.byk.com 21.5.2015 Nanoteknologia ja funktionaaliset pinnoitteet maaliteollisuudessa 12 Turvallisuus- ja terveysnäkökohdat Nanomateriaalien fysikaalis-kemialliset ominaisuudet voivat poiketa niistä, joita on suuremmilla hiukkasilla. Euroopan kemikaalivirasto seuraa nanomateriaalien kehitystä aktiivisesti ja mm. biosidiasetuksessa on erityisiä säännöksiä nanomateriaaleja varten. Biosidiasetuksen mukaan tehoaineen hyväksyminen ei kata nanomateriaalimuotoa, jollei sitä ole erikseen mainittu. • Tehoaineiden nanomateriaalimuodoista on yleensä laadittava erillinen asiakirja-aineisto, joka täyttää kaikki tietovaatimukset. • Kun tehoaineen tai muun kuin tehoaineen nanomateriaalimuotoa käytetään biosidivalmisteessa, tarvitaan erillinen riskinarviointi. 21.5.2015 Nanoteknologia ja funktionaaliset pinnoitteet maaliteollisuudessa 13 Funktionaaliset pinnoitteet Funktionaaliset pinnoitteet Yhteistä määritelmää termille, "Functional Coatings", ei ole olemassa . (Lähde: Functional Coatings, Vincentz, 2011). Määritelmä: • Tässä yhteydessä funktionaalisella pinnoitteella tarkoitan pinnoitetta, joka antaa pinnalle jonkun uuden toiminnallisuuden, mitä perinteisellä pinnoiteteknologialla ei ole saavutettu. • Esimerkiksi: Puhtaana pysyvät pinnat tai sähköä johtavat pinnat 21.5.2015 Nanoteknologia ja funktionaaliset pinnoitteet maaliteollisuudessa 15 Puhtaana pysyvät pinnat Puhtaana pysyviä pintoja saadaan aikaiseksi mm. kahden vastakkaisen menetelmän mukaisesti: • Hydrofiilinen (vesihakuinen) pinta imee vettä hyvin ja pinta kastuu tasaisesti. Vesi kuljettaa lian pois pinnalta pois. Lisäksi pinta kuivuu nopeasti. Pinta on joko niin kova tai kuluva, että lika ei tartu. • Hydrofobinen (vettä hylkivä) pinta pysyy puhtaana hylkivyytensä ansiosta. Vesi huuhtoo lian pois. Pinnan rakenteella ja veden hylkivyydellä saadaan aikaiseksi puhtaana pysyvä pinnoite. 21.5.2015 Nanoteknologia ja funktionaaliset pinnoitteet maaliteollisuudessa 16 Itsepuhdistuvat pinnat Fotokatalyyttistä titaanidioksidia käytetään pintojen puhdistamiseen ja ilman saasteiden vähentämiseen. • Pinnoitteen titaanidioksidin fotokatalyysi hajottaa mm. orgaanista ainesta ja typen oksideja (NOx). O2, H20 Valo (sis. UV:ta) VOCit, eloperäiset yhdisteet, NOxit jne. ·O2-, ·OH, ·OOH CO2, H2O Nitraatteja 21.5.2015 Nanoteknologia ja funktionaaliset pinnoitteet maaliteollisuudessa 17 Mikrohuokosteknologia Vulkaanisesta lasista valmistetun paisutetun perliitin ansiosta maalipintaan syntyy pienen pieniä 0,1-100 mikrometrin kokoisia mikrohuokosia, jotka tuovat siihen valtavasti lisää pinta-alaa. Mikrohuokoisten pinnoitteiden tärkeimmät toiminnalliset ominaisuudet: • Kondenssiveden absorbointi • Nestemäisen veden levittyminen pinnoitteen huokosiin • Veden pintajännityksen poistuminen • Haihtumisen nopeutuminen 21.5.2015 Nanoteknologia ja funktionaaliset pinnoitteet maaliteollisuudessa Elektronimikroskooppikuva, jossa näkyy mikrohuokosrakenne noin 3500-kertaisena suurennoksena. Yhdellä neliömetrillä maalipintaa voi olla jopa jalkapallokentän verran lisäpintaa. 18 Mikrokapselointi Aineiden mikrokapselointia käytetään: • Kontrolloituun ja viivytettyyn aktiivisten aineiden vapauttamiseen • Helposti hajoavien aineiden kestävyyden parantamiseksi • Funktionaalisuuden aikaansaamiseksi • • Itsestään korjautuvat tai vauriota indikoivat pinnoitteet Väriä vaihtavat pinnoitteet Aktiivisten aineiden vapautuminen voi tapahtua esimerkiksi: • Puoliläpäisevän kapselin seinämän kautta • Ympäristötekijöiden hajottavan vaikutukseen kautta • Mekaanisen voiman kautta February 17, 2009 Presenter/Subject 19 IR-valoa heijastavat väripigmentit Ilmastoa viilentävät pinnoitteet perustuvat auringon säteilyä voimakkaasti heijastaviin pigmentteihin. • Auringon erityisesti IR-säteilyn heijastuminen absorption sijaan pitää pinnan viileänä. • Katto- ja julkisivupinnoitteet Mustat pinnat yleensä imevät jopa 90% auringon säteilystä ja siten kuumentuvat. Valkoiset pinnat imevät vain korkeintaan 25% minkä takia niillä on taipumus pysyä paljon viileämpänä. 21.5.2015 Nanoteknologia ja funktionaaliset pinnoitteet maaliteollisuudessa 20 IR-valoa heijastavat väripigmentit Väripigmenttien vaikutus pintalämpötilaan Normaali musta väripigmentti IR-heijastava musta pigmentti Normaali 21.5.2015 Valoa heijastavat väripigmentit Nanoteknologia ja funktionaaliset pinnoitteet maaliteollisuudessa 21 Turvallisuutta lisäävä funktionaalisuus Pimeässä loistavat tuotteet imevät valoenergiaa, jonka jälkeen ne luovuttavat sen hiljalleen pois. • Jälkiloistavat fosforenssipigmentit • Strontium-aluminaatti tai sinkkisulfidi Palonsuojaus • Ammoniumpolyfosfaatti + huokostusaine, melamiini, jotka aiheuttavat hiilidioksidipäästöjä ja paloa eristävää vaahtoa. • Aluminiumhydroksidi 21.5.2015 Nanoteknologia ja funktionaaliset pinnoitteet maaliteollisuudessa Aktiiviset pigmentit Sähköä johtavat pigmentit johtavat sähköä, jolloin sähköstaattiset varaukset pääsevät purkautumaan • Hiilipigmentit (heikkoutena musta väri) • Sekoitus levymäisiä ja pallomaisia johtavia pigmenttejä Käytetään antistaattisissa tiloissa, etenkin teollisuusmaalipuolen lattiapinnoitteissa. Magnetiitti (Fe3O4) pigmentti on nimensä mukaisesti vahvasti magneettinen. Ferromagneettisia rauta-hileitä lisätään maalin joukkoon, jolloin saadaan aikaiseksi magneettimaali. 21.5.2015 Nanoteknologia ja funktionaaliset pinnoitteet maaliteollisuudessa
© Copyright 2024