کاربرد فناوری نانو در نماهای کامپوزیتی

0 خواندن این مطلب 7 دقیقه زمان میبرد

نماهای کامپوزیتی نانویی

استفاده از نماهای کامپوزیت آلومینیومی یکی از بهترین روشها برای دادن نمایی زیبا به ساختمان است. علاوه بر استفاده تزیینی در نماهای خارجی و داخلی، وظیفه دیگر این نماها محافظت از سطح برای مدت زمان طولانی و یا به عبارت دیگر، حفظ نو بودن ظاهر ساختمان است.

چگونه یک ساختمان بعد از گذشت ۱۰ سال یا بیشتر نو به نظر می رسد؟

وقتی با واژه نماهای کامپوزیتی آلومینیومی آشنا باشیم پاسخ به این سوال ساده می شود. البته اگر بخواهیم دقیق تر باشیم، استفاده از فناوری نانو در نماهای کامپوزیتی آلومینیومی، آنها را مقاوم تر کرده و به آنها ویژگی خودتمیز شوندگی اضافه می کند.

فناوری نانو چیست؟

فناوری نانو به زبان ساده ، علمی است که در آن می توان مواد را در مقیاس اتم یا مولکول کنترل کرد و به مواد خواصی مانند مقاومت در برابر محیط های اسیدی و قلیایی، خودتمیزشوندگی، مقاومت در برابر جای سوختگی، ضد آلودگی، ضد نوشتارو… افزود. شهرهایی را تصور کنید که در آنها به طور مداوم بارندگی باشد. چه اتفاقی برای ساختمان هایی که از مواد معمولی در دیوارشان استفاده می شود می افتد؟ البته که آنها طول عمر کوتاهی خواهند داشت و هزینه نگهداری آنها بسیار زیاد خواهد بود. اما اگر از این نماهای کامپوزیتی نانویی استفاده شود طول عمرشان ۱۵ سال یا بیشتر خواهد بود و تنها وسیله مورد نیاز برای نگهداری آنها باران خواهد بود!

نماهای کامپوزیتی نانویی چه کاربردی دارند؟

از این نماها در هر قسمتی از ساختمان می توان استفاده کرد. دیوارهای غشایی، نمای خارجی، لبه پشت بام، پارتیشن ها، تابلوهای تبلیغاتی، سردر مغازه ها، پوشش ستون ها و… نمونه هایی از این کاربردها است.

نماهای کامپوزیتی نانویی چگونه کار می کنند؟

نماهای نانویی تمامی خواص نماهای کامپوزیتی سنتی از قبیل استواری، مقاومت در برابر آتش و… را دارا هستند و با اضافه کردن یک پوشش نانومتری می توان به آنها خواصی از قبیل خودتمیزشوندگی، مقاومت اسیدی و قلیایی وضد آلودگی و گرد و غبار را افزود. وقتی نماهای کامپوزیتی معمولی به مدت طولانی در معرض قطرات باران قرار می گیرند، درون شیارهای میلیمتری آنها لکه های سیاه بوجود می آید. به صورتی که تمیز کردن آنها دشواری های زیادی دارد. از این رو نمای ظاهری ساختمان را از بین می برد. اما نماهای کامپوزیتی نانویی این مشکل را برطرف کرده اند، ذرات گرد و غبار موجود در هوا نمی توانند به سطح آن بچسبند و به آسانی با یک قطره باران شسته می شوند و نمای ساختمان ظاهر براق اولیه خود را بدست می آورد. به این خاصیت خودتمیزشوندگی گفته می شود.

شکل ۱. پوششهای روی پنل آلومینیومی

از آنجا که ذرات نانومتری روی سطح نما بسیار کوچک هستند، ذرات غبار به راحتی نمی توانند بر روی سطح آن بنشینند. از طرفی نوعی پوشش نانو فوتوکاتالیستی نیز موجود است که خاصیت ضد آب و ضد روغن را نیز به سطح اضافه می کنند. در زیر میکروسکوپ تفاوت سطح یک نمای نانویی و یک نمای معمولی نشان داده شده است.

شکل ۲. تصویر سطح یک نمای معمولی و یک نمای نانویی زیر میکروسکوپ

از دیگر خواص این سطوح می توان به خاصیت ضدلک سوختگی اشاره کرد. همانطور که در تصویر دیده می-شود یک پنل آلومینیوم معمولی و یک پنل آلومینیوم نانویی برای مدت ۳۰ ثانیه با آتش سیگار سوزانده شده اند و اثر آنها با هم مقایسه شده است.

شکل ۳. سمت راست: پنل کامپوزیتی آلومینیومی معمولی بعد از ۳۰ ثانیه سوزانده شدن توسط آتش سیگار، سمت چپ: پنل کامپوزیتی آلومینیومی نانویی بعد از ۳۰ ثانیه سوزانده شدن توسط آتش سیگار

استفاده از نانوپوششهای خود تمیز شونده بر روی نماهای کامپوزیتی

جدول ۱. نانوپوششهای خودتمیزشونده فوتوکاتالیستی-نانومواد استفاده شده، اصول، خواص و کاربردها

نانومواد	نانوذرات دی اکسید تیتانیوم
اصول	ذرات نوع آناتاز تیتانیا در مقیاس نانو درون یک بستر پلیمری خنثی سطح مشترک پایا بین پوشش وزیرلایه تکنولوژی پوشش دهی تر/ نانوتکنولوژی شیمیایی
خواص	چسبندگی مناسب بر روی شیشه و فلز، مقاومت شیمیایی بالا در برابر حلال ها و اسیدها بسیار شفاف به خاطر وجود ترکیبات غیرآلی نانومقیاس، سختی سطحی شبیه شیشه شیوه اعمال به صورت تجاری موجود است. مانند اسپری، غوطه وری، شارشی و چرخشی آنتی استاتیک – غبار را جذب نمی کند
اثر	نوع آتاتاز نانوذرات تیتانیای فوتوکاتالیستی در یک بستری که با اثر فوتوکاتالیستی تجزیه نمی شود برانگیختگی توسط اشعه ماورا بنفش محیط سطح ابر آبدوست (ضد مه)، آب به زیرلکه می رود و آن را به راحتی می توان پاک کرد اثر خود تمیز شوندگی با تجزیه مواد ارگانیک و مضر اکسیژن فعال بر روی سطح مواد ارگانیک، غبار، لکه و غیره را می شکند چسبندگی سطحی را ضعیف می کند و سطح راحت تمیز می شود
مزیت ها	ترکیبات بودارو روغنی را حذف می کند، باکتری ها و ویروس ها را می کشد، نامریی است انواع مختلفی به صورت تجاری موجود است، غبار ارگانیک می تواند توسط نور ماورا بنفش از بین برود و با آب پاک شود، سطح به نظر تمیزتر می آید، غبار در همه جا به صورت یکسان پخش می شود نقطه کثیف وجود ندارد، روغن می تواند فقط با استفاده از پارچه یا اسفنج نمناک تمیز شود، نیازی به تمیزکننده های مضر برای محیط زیست وجود ندارد

فوتوکاتالیست ها واکنش های شیمیایی را در زیر تابش نور سرعت می بخشند. این در مورد تجزیه مواد ارگانیکی مانند چربی ها، روغن یا حتی میکروبها نیز صدق می کند. در مورد معمول ترین فوتوکاتالیست مورد استفاده ,TiO عملکرد کاتالیستی به شکل قابل توجهی در مقیاس نانو بهبود می یابد.

نانورTiO دارای سطح مخصوص بسیار زیاد ، حجم تخلخل زیاد و اندازه حفرات بزرگ، فعالیت زیاد و چگالی کم است. این خواص سطح دردسترس وانتقال جرم برای جذب سطحی آلودگی های ارگانیک را زیاد می کند واز آنجا که واکنش های فوتوکاتالیستی بسته به واکنش های شیمیایی روی سطح دارد، باعث عملکرد فوتوکاتالیستی بهتری می شود. نانو TiO نور را در محدوده ماورا بنفش جذب می کند، ولی جذب بسیار ناچیزی در محدوده مریی دارد. این خاصیت آن را تبدیل به مولفه ای برای محافظت سطوح از تخریب توسط UV تبدیل می کند.

به شکل ۴. مکانیزم فوتوکاتالیسیتی بر روی یک سطح دارای نانوذراتTiO۲

کاربردهای آن در زمینه خودتمیزشوندگی، ضد مه، ضد میکروبی و یا پاک کنندگی با آب است. در محیط های داخلی ساختمان، اکثرسطوح، مانند سرامیکها، شیشه پنجره یا کاغذ به مرور زمان توسط مواد ارگانیک مانند روغن، غبارودود پوشیده می شود و کثیف می شوند. پوشش های نانو,TiO شفاف می توانند به طوری باشند که هیچ تاثیر عینی بر روی رنگ یا شفافیت زیر لایه نداشته باشند. اما می توانند مواد ارگانیک را به محض نشستن تجزیه کنند. به منظور دستیابی به خاصیت فوتوکاتالیستی در محیط های داخلی که معمولا نور UV کمی دارند،طیف جذب TiO را می توان با دوپ کردن کمی تغییر داد.

اکسیداسیون فوتوکاتالیستی ضایعات هیدروکربنی را که از سوختن سوختهای فسیلی در کارخانه های صنعتی تولید می شود کاهش می دهد. بتن دارای پوشش فوتوکاتالیستی به منظور کاهش آلودگی های هوا مانند NOx و VOC بخصوص در مکانهایی که دارای آلودگی های زیاد هستند مانند خیابان های اصلی پرتردد، تونل های جاده ای ، محیط های شهری و غیره استفاده می شود . این آلاینده ها اثر فزاینده ای بر کیفیت هوای شهری دارند و باعث تشکیل “دود فوتوشیمیایی” وازن می شوند.

نماهای کامپوزیتی نانویی چه مزایایی دارند؟

نماهای نانویی از این فناوری نوین برای تغییر ساختار مولکولی سطح مواد استفاده می کنند تا خواص دلخواه ما را بر روی آن ایجاد کند. این نماها ضدنوشتارو خودتمیزشونده هستند. | این سطوح توسط نانو پلیمرهایی ساخته شده اند که ۵۰۰۰ بار کوچکتر از قطر موی انسان هستند، لذا به نظر نامریی می رسند. از طرفی این نماها دارای سطح آب گریز و چربی گریز هستند که باعث می شود که آب و کثیفی از سطح آن دفع شود. این سطوح برای مدتی طولانی تمیز باقی می مانند و در صورت کثیفی تنها با آب مثل روز اول تمیز می شوند. در واقع دیگر نیازی به مواد تمیزکننده برای شستشوی این نماها نیازی نیست.

شکل ۵.خاصیت آب گریزی نماهای کامپوزیتی نانویی

این سطوح با دارا بودن یک لایه نازک پلیمری نامریی (فلوروکربن)، دارای یک نمای براق و صیقلی هستند که برای سال ها به همین صورت باقی می ماند.
روغن، چربی و غبار به سرعت و راحتی توسط آب تمیز می شوند و ظاهرنما را همیشه نونگه می دارد.
این سطوح آب، غبار و رنگ اسپری شده را دفع می کنند و باعث می شوند تا نما برای سال هانو به نظر برسد.
شستشوی آنها ساده است و باعث پایین آمدن هزینه نگهداری ساختمان می شود.

بزرگی بازار پوشش های خود تمیز شونده فوتوکاتالیستی

پوشش های نانو,TiO به صورت وسیعی تجاری شده اند و به طور خاص در بازارهای ژاپنی و اروپایی در تصفیه هوا و آب ، شیشه خودتمیزشونده، محصولات بتنی و بسیاری پوشش های دیگر استفاده شده است. محصولاتی که در بازار هستند عبارتند از:

شیشه خودتمیزشونده Pikington Activ
نمای ساختمان Ecoclean از شرکت Alcoa
کاشی دود خوار BoralPure از Boral

این محصولات همگی شامل ,TiO نانومقیاس هستند. پوششهای فوتوکاتالیستی برروی تعداد زیادی از ساختمان های ژاپن مانند ترمینال فرودگاه بین المللی Chuba اعمال شده اند. بازار تکنولوژی فوتوکالیستی در ژاپن در دهه گذشته رشد چشمگیری را داشته است و بنا به گزارش انجمن صنعتی فوتوکاتالیستی ژاپن، در فروش ارزشی بیش از ۱ میلیارد دلار در سال ۲۰۱۲ داشته است.

حجم کلی فروش برای تکنولوژی های تمیزکاری در سال های اخیر بخصوص در آسیا، بسیار افزایش داشته است. مانند تصفیه کننده های هوای فوتوکاتالیستی. بازارهای آسیا و اروپا بزرگترین بازار وامریکا اندکی کوچکتر در حال حاضرهستند.

نمودار ۱. درآمدهای نانوپوششهای خود تمیزشونده فوتوکاتالیستی ۲۰۱۰ تا ۲۰۲۵، میلیون دلار

معرفی برخی شرکت های تولید کننده

چین	۴-۱۶$	FoshanShundeKamol \| Decorative Materials Co., Ltd.	http://kamol.en.alibaba.com86-757-22302889
چین	۲۰-۳۰$	Guangdong Bolliya Metal Building Materials Co., Ltd.	http://www.bolliya.com86-757-22890830
چین	۱۵-۲۰$	Goldstar Building Decorative Materials Co., Ltd.	http://www.goldstar-cn.com ۲۷۳۳۰۳۰۶-۷۵۷-۸۶
چین	——–	Shanghai Huayuan New Composite Materials Co., Ltd	http://www.huayuanfu.com ۵۹۷۲۵۲۹۲-۰۲۱-۸۶
چین	۵-۲۰$	Jinan Linquan Import And Export Co., Ltd.	http://www.lqtrade.com ۸۶-۵۳۱-۸۷۰۶۱۱۶۲
چین	۴-۱۶$	FoshanVanco Building Materials Co., Limited	http://www.vancopanel.com86-757-28881052
چین	۵-۲۵$	Ningbo Hanking Import & en/index.php Export Co., Ltd	http://www.sinsobond.com/ ۸۶-۵۷۴-۸۷۶۴۷۵۶۲