Co w farbie piszczy, czyli przyszłe trendy w lakiernictwie

Co w farbie piszczy, czyli przyszłe trendy w lakiernictwie

Z czasów szkolnych pamiętamy oglądanie świata pod mikroskopem optycznym, który umożliwiał powiększenie 100-krotne. Mogliśmy zobaczyć budowę naprawdę małych elementów świata przyrody, ale nie tych „nano”. Czasy się zmieniają i w zaawansowanych laboratoriach już dawno zapomniano o pracy na takim sprzęcie. Obecnie słowo nanotechnologia można spotkać na każdym kroku codziennego życia.

Czym jest nanotechnologia i do czego może się przydać?

Przede wszystkim nanotechnologia pozwala na tworzenie struktur na poziomie atomowym czy cząsteczkowym. Jest to stosunkowo nowe podejście, które odnosi się do poznania i doskonalenia właściwości materii w skali „nano”: jeden nanometr (jedna miliardowa metra). Ale jak duże są te przedmioty? Zobrazuje to przyrównując ludzki włos którego grubość jest 1000 razy większa od postawionej obok nano struktury. Zastanówmy się, dlaczego badacze tak mocno skupili się na tak małych elementach, które nie powinny być istotne.  Wbrew pozorom, coś tak małego wykazuje zupełnie inne, częstokroć zaskakujące zdolności fizyczne, w wyniku czego zacierają się granice pomiędzy dyscyplinami naukowymi i technicznymi.

Działania w zakresie nanotechnologii zdobywają coraz szersze zastosowanie. Działania w zakresie nano niosą ogromny potencjał, co w niedługim czasie będzie skutkowało rewolucją w wielu dziedzinach naszego życia. Manipulując na poziomie cząsteczkowym ewidentnie dyktuje się kierunki, w jakie przyszłe nano-produkty (w tym lakiery) będą zmierzały na przestrzeni kolejnych lat. Nanotechnologia przyczyniła się do opracowania specjalistycznych powłok określanych terminem „smart coatings” (powłoki inteligentne). Zaliczamy do nich m. in.:

• Farby samonaprawiające uszkodzenia zewnętrznych powłok lakierniczych, od paru lat stosowane do malowania promów kosmicznych jak i rakiet produkcji SpaceX wysyłanych na staje międzynarodową. Obecnie w przemyśle motoryzacyjnym można spotkać takie lakiery nakładane w samochodach marek premium.
• Kamuflażowe materiały powłokowe dla przemysłu zbrojeniowego, których zastosowanie można zobaczyć w wielu prototypach nowego sprzętu wojskowego. Niestety obecnie największym problemem jest trwałość takiej powłoki.
• Powłoki sygnalizujące nieszczelności instalacji i inne awarie, w perspektywie czasu będą miały zastosowanie nie tylko w instalacjach budowlanych, ale także w motoryzacji, dzięki czemu znacznie szybciej i łatwiej będzie można wykryć nieszczelność.
• Powłoki reagujące w określony sposób na wahania temperatury, takie powłoki termiczne można już spotkać, a ich zastosowanie w motoryzacji szczególnie w tuningu staje się standardem.
• Określenie „smart coatings” odnosi się również do farb wykazujących zachowanie antybakteryjne, w których wykorzystuje się cząsteczki nanosrebra. Materiały te niekiedy opisywane są jako „functional coatings” („powłoki funkcyjne”) z powodu funkcji jaką pełnią – w tym przypadku antybakteryjnej. Nanocząsteczki niektórych wypełniaczy (m. in. krzemionki) podnoszą odporność mechaniczną powłok lakierów do drewna, a tlenki metali o rozmiarach nano decydują o ochronie malowanych powierzchni przed działaniem promieni UV, a także zapewniają dobre właściwości antykorozyjne. W produkcji lakierów również wykorzystywane są produkty nanotechnologii jako spoiwo lakieru które wpływa na zwiększenia adhezji do podłoża, zapewniając doskonałe wypełnienie porów podłoża.

Samoczyszczący się lakier samochodowy

Przykładowo nanosrebro wykazuje znacznie silniejsze działanie bakteriobójcze i grzybobójcze niż srebro w postaci makro czy mikro, a jego efektywność wzrasta proporcjonalnie wraz z redukcją wielkości cząsteczek (im mniejsze cząsteczki tym większa powierzchnia czynna). Niemieckie oraz japońskie konsorcja samochodowe są pozytywnie nastawione na takie rozwiązanie technologiczne. Trwają prace badawcze nad zastosowaniem takich powłok w transporcie publicznym. Samooczyszczające się i dodatkowo antybakteryjne powierzchnie mogą zdziałać cuda w obliczu stale powiększających się miast (Tokio ma już 38 mln mieszkańców). W produkcji powłok wykorzystuje się materiały organiczne, nieorganiczne ale również nowoczesne tworzywa opracowane przez człowieka takie jak kompozyty i metamateriały.

Choć w ostatnim czasie masowo powstają nowe technologie otrzymywania powłok funkcjonalnych, często są to rozwiązania jedynie na skalę laboratoryjną, niemożliwe do zastosowania na dużych powierzchniach. Wyzwaniem dla technologów będzie więc dostosowanie tych metod do potrzeb przemysłu, tak aby warstwy funkcjonalne można było nanosić na obiekty o dowolnie dużej powierzchni.

Kolejnym problem w przypadku tego typu powłok stanowi jednak niepożądana interferencja między poszczególnymi warstwami stosowanymi na powierzchniach malowanych. Widzimy, że jeszcze długa przed nami droga, aby uzyskać produkty spełniające wszystkie oczekiwania. Czasami na co dzień widzimy produkty, których właściwości nie zawsze doceniamy. Dla przykładu możemy sami zadbać o to, aby powłoka naszego samochodu była choć odrobinę „samoczyszcząca”. Wystarczy zastosować wosk (np. WAX marki Profix) i w krótkim czasie bez ingerencji w nano świat otrzymujemy nie tylko lustrzaną powłokę lakieru, ale co równie ważne długo utrzymującą czystość powierzchnię. 

Z nano będą miliony

Najnowsze prognozy wskazują, że sprzedaż powłok z zastosowaną nanotechnologią w roku 2021 przekroczy 1 mld $. Ostatnio dotarłem do raportów przygotowywanych przez firmę zajmująca się szeroko pojętą analizą rynkową „nano-produktów”. Eksperci wzięli pod lupę główne obszary wykorzystania powłok funkcjonalnych: budownictwo, motoryzację, lotnictwo, medycynę, branżę tekstylną. Największy sektor zastosowań tego typu produktów to budownictwo – w roku 2021 wartość sprzedaży w tej branży wyniesie już 625 mln $. Będą to przede wszystkim powłoki samooczyszczające, które wymagają jednak udoskonalenia pod kątem trwałości – obecnie dostępne rozwiązania nie są wystarczająco odporne na trudne warunki klimatyczne, w jakich zwykle funkcjonują dachy i fasady budynków. Na drugim miejscu znajduje się motoryzacja. Wartość powłok funkcjonalnych sprzedawanych do tego sektora w roku 2021 ma już wynieść 450 mln $, największe szanse na zaistnienie w tej branży mają lakiery samonaprawiające. Dzięki nim nie będziemy już musieli bać się zarysowań na karoserii naszych samochodów.

W tych kilku zdaniach chciałem przedstawić co nas czeka w niedalekiej przyszłości. Wiele firm chcąc nadążyć za nowinkami rozpoczęło już intensywne prace nad powstaniem innowacyjnych powłok z nanotechnologią. Jeszcze kilka lat a nasz samochód będzie bardziej odporny na uszkodzenia mechaniczne przy zachowaniu efektowego koloru, a może nawet będzie możliwa zmiana koloru samochodu w zależności od nastroju kierowcy (ciekawe jakie zmiany koloru można by było zauważyć stojąc w gigantycznym korku).

Jakub Tomaszewski
Specjalista ds. receptur i kolorysta
Multichem Sp. z o.o. producent
lakierów marki Profix