Nanomatériaux dans l’industrie des revêtements: transformer les performances et les Applications

1. Introduction Introduction

L’industrie des revêtements a connu une transformation remarquable avec l’avènement des nanomatériaux. Les nanomatériaux, caractérisés par leur taille extrêmement petite dans la gamme des nanomètres (1 à 1000 nm), possèdent des propriétés physiques, chimiques et biologiques uniques qui sont distinctes de leurs homologues vrac. Ces propriétés ont ouvert de nouvelles voies pour améliorer les performances des revêtements dans un large éventail d’applications, des utilisations industrielles haut de gamme à des fins architecturales et décoratives quotidiennes. Si it' S protéger l’extérieur des aéronefs, des navires et des automobiles des conditions environnementales difficiles ou améliorer l’esthétique et la durabilité des murs intérieurs et extérieurs des bâtiments, les nanomatériaux se sont avérés être des additifs inestimables.

2. Nanomatériaux dans les revêtements

2.1 nanosilice (SiO₂)

La nanosilice est un nanomatériau clé dans l’industrie des revêtements. Il existe sous forme de poudre blanche amorphe dont la surface est riche en liaisons résiduelles insaturées et en groupes hydroxyle. La structure moléculaire de la nanosilice forme une chaîne tridimensionnelle complexe, qui confère plusieurs propriétés bénéfiques aux revêtements. L’une de ses fonctions principales est d’améliorer la stabilité thixotropique et la dispersion des revêtements. La thixotropie est cruciale car elle permet d’appliquer facilement les revêtements pendant le processus de peinture, de couler en douceur lors du cisaillement (comme lors de l’application de la brosse ou du rouleau), puis de s’épaissir et de rester en place une fois la force de cisaillement éliminée, empêchant ainsi le fléchissement.
En outre, nanosilica' S de fortes capacités de réflexion UV sont un atout pour les revêtements. Lorsqu’elle est exposée à la lumière du soleil, en particulier aux rayons ultraviolets (UV), la nanosilice forme un effet de protection. Ce blindage aide à réaliser le vieillissement anti-uv, qui est particulièrement important pour les revêtements utilisés dans des applications extérieures. Les rayons UV peuvent causer la décoloration, la fissure et la perte d’intégrité des revêtements au fil du temps. En réfléchissant les rayons UV, la nanosilice prolonge la durée de vie du revêtement. De plus, il augmente l’isolation thermique des revêtements. Dans les bâtiments, cela peut contribuer à des économies d’énergie car il aide à maintenir une température intérieure plus stable.
Lorsqu’elle est ajoutée aux revêtements, la nanosilice améliore considérablement l’effet ouvert - peut. Il s’agit de l’aspect et de la facilité d’utilisation du revêtement lorsque la boîte est ouverte pour la première fois. Il empêche le délaminage, en veillant à ce que les différents composants du revêtement restent bien mélangés. En termes de performance de construction, les revêtements nanosilice améliorés sont plus faciles à appliquer, et ils présentent également des propriétés anti-vieillissement améliorées, la stabilité thermique et la résistance. Par exemple, dans les revêtements automobiles, la nanosilice peut aider la peinture à résister aux épreuves de différentes conditions météorologiques, en maintenant son éclat et ses qualités protectrices pendant de longues périodes.

2.2 nanoargent (Ag)

Nanosilver a révolutionné les propriétés antibactériennes et antifongiques des revêtements architecturaux. En présence de la lumière UV, les nanoparticules d’argent subissent un processus chimique fascinant. Ils se décomposent en électrons chargés négativement (E ⁻) et en trous chargés positivement (h χ), formant des paires d’électrons - trous. Ces paires sont très réactives et peuvent interagir avec l’oxygène et l’eau dans l’air. Il en résulte la formation d’oxygène atomique (O) et de radicaux hydroxyles (HO·). Ces espèces ont une activité chimique extrêmement élevée et peuvent réagir avec les substances organiques présentes dans les bactéries. Par une série de réactions d’oxydation, les bactéries sont décomposées en dioxyde de carbone et en eau, les tuant efficacement.
L’ajout de nanoargent aux revêtements leur confère une gamme de fonctions. En plus des propriétés antibactériennes et antifongiques, ces revêtements ont également des capacités antisalissure, désodorisation et auto-nettoyage. Dans les murs intérieurs des maisons et des hôpitaux, où l’hygiène est de la plus haute importance, les revêtements contenant du nanoargent peuvent empêcher la croissance de bactéries, de champignons et de moisissures nuisibles. Ils peuvent également éliminer les odeurs désagréables et garder la surface propre. De plus, les revêtements nanosilver peuvent jouer un rôle dans la purification de l’air et de l’eau. En réagissant avec les toxines organiques nocives présentes dans l’air ou l’eau, ils peuvent les décomposer en substances inoffensives, assurant ainsi une fonction de nettoyage. Par exemple, dans un milieu hospitalier, ces revêtements peuvent aider à réduire la propagation de maladies infectieuses en tuant les bactéries et les champignons sur les parois.

2.3 oxyde de Zinc (ZnO)

L’oxyde de zinc à l’échelle nanométrique présente des propriétés uniques sous la lumière du soleil, en particulier le rayonnement UV. Comme le nanoargent, il peut se décomposer en électrons mobiles libres (E ⁻) et en trous chargés positivement (h χ). Ces trous peuvent activer l’oxygène dans l’air, le convertissant en espèces réactives d’oxygène. Ces espèces réactives d’oxygène ont une forte activité chimique et sont capables d’oxyder diverses substances organiques, y compris celles contenues dans les bactéries. Par conséquent, l’oxyde de zinc à l’échelle nanométrique peut éliminer un grand nombre d’agents pathogènes et de virus.
Lorsqu’il est combiné avec d’autres nanomatériaux dans les revêtements, l’oxyde de zinc présente de multiples avantages. Le revêtement acquiert des propriétés de blindage UV, qui le protègent contre les effets dégradants des rayons UV. Il possède également des capacités d’absorption infrarouge, qui peuvent contribuer à la gestion thermique dans certaines applications. Les effets antibactériens et antifongiques de l’oxyde de zinc à l’échelle nanométrique aident à maintenir la surface enduite propre et exempte de croissance microbienne. En outre, les fonctions de purification de l’air et de désodorisation antibactérienne le rendent approprié pour une utilisation dans les revêtements intérieurs et extérieurs. Par exemple, dans les revêtements architecturaux extérieurs, il peut protéger la façade du bâtiment contre les dommages causés par les UV tout en réduisant la présence de bactéries et de champignons, qui peuvent causer la décoloration et la détérioration de la surface. En outre, l’oxyde de zinc nanométrique et#La forte capacité d’absorption des rayons UV en fait un excellent additif anti-vieillissement dans les revêtements, ce qui prolonge la durée de vie du revêtement et maintient son apparence.

2.4 Nano - Carbonate de Calcium (CaCO₃)

Le carbonate de Calcium est depuis longtemps un agent de remplissage de pigments de base dans l’industrie des revêtements, souvent utilisé en grandes quantités. Le Nano - carbonate de calcium, cependant, offre plusieurs avantages par rapport à ses homologues de plus grande taille. Il est extrêmement fin, avec une distribution granulométrique uniforme. Sa blancheur élevée en fait un choix idéal pour les revêtements où la pureté des couleurs et la luminosité sont importantes. En outre, il a de bonnes propriétés optiques.
Lorsque la taille des particules du carbonate de calcium est affinée à l’échelle nanométrique, des changements importants se produisent au niveau atomique. La proportion d’atomes à la surface des particules de charge augmente par rapport au nombre total d’atomes. Il en résulte des effets de surface et des effets de petite taille que les particules conventionnelles ne possèdent pas. Ces effets donnent lieu à une série d’excellentes propriétés physico-chimiques. Lorsqu’il est ajouté aux revêtements, le nano - carbonate de calcium peut augmenter la transparence. Ceci est bénéfique dans les applications où un revêtement clair, mais protecteur, est nécessaire, comme dans certains revêtements architecturaux et décoratifs. Il améliore également la thixotropie, qui facilite le processus d’application, et le nivellement, assurant une finition lisse et uniforme.
Le film formé par des revêtements contenant du nano - carbonate de calcium a un effet de surface dû aux particules à l’échelle nanométrique. Cet effet de surface crée un effet de blindage, similaire à celui de la nanosilice, qui aide à réaliser le vieillissement anti-uv. De plus, il améliore la résistance mécanique du revêtement. Dans les revêtements industriels, tels que ceux utilisés sur les machines et les équipements, la résistance mécanique améliorée fournie par le nano - carbonate de calcium peut protéger le substrat de l’abrasion et de l’usure, augmentant la durabilité de l’élément enduit.

2.5 nanoparticules d’oxyde de fer

L’oxyde de fer nanométrique conserve la composition chimique et la forme cristalline des pigments d’oxyde de fer traditionnels, mais avec des propriétés améliorées. Il a une excellente stabilité chimique, est non toxique, inodore et relativement peu coûteux. Ces qualités en font une option rentable pour diverses applications de revêtement. L’oxyde de fer nanométrique a également une bonne résistance à la température, une résistance aux intempéries, une résistance aux acides et une résistance aux alcalis. Il offre un chroma élevé, un pouvoir colorant élevé et une transparence élevée, surmontant les limitations des pigments traditionnels d’oxyde de fer.
Les pigments traditionnels à l’oxyde de fer souffrent souvent d’une faible saturation et d’une luminosité insuffisante des couleurs, ce qui limite leur utilisation dans les revêtements haut de gamme. Les nanoparticules d’oxyde de fer transparentes, en revanche, ont une plus grande capacité à absorber les rayons UV. Cette propriété leur confère non seulement une stabilité optique, mais améliore également les propriétés anti-vieillissement de divers polymères lorsqu’ils sont incorporés dans les revêtements. En conséquence, ils sont largement utilisés dans les revêtements industriels, architecturaux et décoratifs haut de gamme. Dans les revêtements automobiles haut de gamme, par exemple, les nanoparticules transparentes d’oxyde de fer peuvent fournir une couleur riche et durable tout en protégeant la peinture contre les dommages UV, assurant le véhicule et#39; la finition S reste vibrante pendant des années.

3. Préparation de nanorevêtements

3.1 mouillage et Dispersion

La préparation de nanorevêtements présente des défis uniques en raison de la nature des nanomatériaux. Les particules de Pigment dans les nanorevêtements sont extrêmement petites, ce qui leur confère une activité de surface élevée. Cette activité de surface élevée rend les particules sujettes à l’agglomération. L’agglomération peut conduire à une distribution non uniforme des nanomatériaux dans le revêtement, ce qui peut à son tour affecter les performances du revêtement. Par exemple, si des particules de nanoargent s’agglomérent dans un revêtement, les propriétés antibactériennes peuvent être compromises car les particules individuelles ne sont plus réparties uniformément pour tuer efficacement les bactéries.
Le mouillage et la dispersion efficaces sont donc des questions critiques dans les nanorevêtements. Le traitement de surface des nanomatériaux joue à cet égard un rôle crucial. Le traitement de Surface peut impliquer l’utilisation d’agents tensioactifs ou d’autres agents chimiques pour modifier la Surface des nanomatériaux. Ces tensioactifs peuvent réduire la tension superficielle entre les nanomatériaux et la matrice de revêtement, ce qui facilite le mouillage des nanomatériaux par les composants de revêtement. La méthode d’addition des nanomatériaux a également un impact direct sur l’état de dispersion des nanorevêtements. Par exemple, l’ajout de nanomatériaux lentement et avec une agitation continue peut aider à obtenir une dispersion plus uniforme par rapport à un ajout rapide. Dans certains cas, le traitement par ultrasons peut être utilisé pour briser davantage les agglomérats et assurer une meilleure dispersion des nanomatériaux dans le revêtement.

3.2 processus de meulage

Pour obtenir les performances optimales du système de pigment dans les nanorevêtements, il est essentiel de réduire la taille des particules du pigment à un niveau plus petit et d’assurer une distribution plus uniforme. L’intensité de la couleur, la brillance, la transparence et d’autres propriétés du revêtement dépendent fortement de la taille des particules du pigment. Les méthodes traditionnelles de broyage ultra-fin des pigments dans le contexte des nanorevêtements reposent principalement sur les broyeurs à billes ou à sable. Dans ces processus, une certaine quantité de billes de zircone sont ajoutés. Ces perles agissent comme des médias de broyage.
Lorsque le pigment est broyé dans un broyeur à boulets ou à sable, les billes de zircone entrent en collision avec les particules de pigment, réduisant graduellement leur taille. L’objectif est de réduire la taille moyenne des particules du pigment à un niveau très faible. Généralement, pour les nanorevêtements, la taille moyenne des particules du pigment doit être inférieure à 500 nanomètres. Cependant, dans le cas des pigments d’encre de haute qualité, qui sont un type de nanorevêtement spécialisé, la taille des particules peut être réduite à moins de 200 nanomètres, voire jusqu’à 100 nanomètres. L’utilisation de billes de zircone dans la gamme de taille de 0,1 mm à 0,3 mm s’est révélée efficace pour broyer les pigments à la taille de particules requise. Le choix de la taille des billes, la vitesse du broyeur et la durée de broyage sont tous des paramètres soigneusement contrôlés pour obtenir la distribution granulométrique désirée et les performances de revêtement. Par exemple, dans la production de peintures automobiles haut de gamme, une répartition granulométrique précise est cruciale pour assurer une finition lisse et brillante avec une excellente consistance de couleur et durabilité.
En conclusion, les nanomatériaux ont eu un impact profond sur l’industrie des revêtements. Leurs propriétés uniques ont permis le développement de revêtements avec une durabilité accrue, une résistance aux UV, des propriétés antimoisissure et antibactérienne, une résistance à l’eau, une résistance à l’abrasion et une résistance aux taches. La bonne préparation des nanorevêtements, y compris des procédés efficaces de mouillage, de dispersion et de broyage, est essentielle pour exploiter pleinement le potentiel de ces nanomatériaux. Au fur et à mesure que la recherche et le développement dans le domaine des nanomatériaux et des nanorevêtements se poursuivent, nous pouvons nous attendre à voir des revêtements encore plus innovants et de haute performance à l’avenir, pour un large éventail d’industries et d’applications.