Nanomaterials in the Coating Industry: Transforming Performance and Applications (en inglés)

1. introducción

La industria del recubrimiento ha sido testigo de una notable transformación con la llegada de los nanomateriales. Los nanomateriales, caracterizados por su tamaño extremadamente pequeño en el rango de nanómetros (1-1000 nm), poseen propiedades físicas, químicas y biológicas únicas que son distintas de sus contrapartes en volumen. Estas propiedades han abierto nuevas vías para mejorar el rendimiento de los recubrimientos en un amplio espectro de aplicaciones, desde los usos industriales de alta gama a los propósitos arquitectónicos y decorcotidianos. Whether it's proteger los exteriores de aviones, barcos y automóviles de las duras condiciones ambientales o mejorar la estética y la durabilidad de las paredes interiores y exteriores de los edificios, los nanomateriales han demostrado ser aditivos invaluables.

2. Nanomateriales en recubri

2.1 nanosílice (SiO −)

La nanosílice es un nanomaterial clave en la industria del recubrimiento. Existe como un polvo blanco amorfo con una superficie rica en enlaces residuales insaturados y grupos hidroxilo. La estructura molecular de la nanosílice forma una intrincada cadena tridimensional, que imparte varias propiedades beneficia los recubrimientos. Una de sus funciones principales es mejorar la estabilidad tixotróy la dispersión de los recubrimientos. La tixotropía es crucial ya que permite que los recubrimientos se apliquen fácilmente durante el proceso de pintura, flusuavemente cuando se cortan (como durante la aplicación de cepillo o rodillo) y luego se engrosy permanecer en su lugar una vez que se elimina la fuerza cortante, evitando la caída.
Por otra parte, nanosilica&#Las fuertes capacidades de reflexión UV de 39;s son de gran ayuda para los recubrimientos. Cuando se expone a la luz solar, especialmente los rayos ultravioleta (UV), la nanosílice forma un efecto de protección. Este apantallamiento ayuda a lograr un envejecimiento anti UV, que es particularmente importante para los recubriutilizados en aplicaciones al aire libre. Los rayos UV pueden hacer que los recubrimientos se desvanezcan, se agrieten y pierdan su integridad con el tiempo. Al reflejar los rayos UV, la nanosílice extiende la vida útil del recubrimiento. Además, aumenta el aislamiento térmico de los recubrimientos. En los edificios, esto puede contribuir al ahorro de energía, ya que ayuda a mantener una temperatura interior más estable.
Cuando se añade a los recubrimientos, la nanosílice mejora significativamente el efecto open - can. Esto se refiere a la apariencia y usabilidad del recubrimiento cuando se abre la lata por primera vez. Evita la delamin, asegurando que los diferentes componentes del recubrimiento permanecen bien mezclados. En términos de rendimiento de construcción, los recubrimejorde nanosílice son más fáciles de aplicar, y también exhipropiedades anti - envejecimiento mejor, estabilidad térmica y resistencia. Por ejemplo, en recubrimientos de automóviles, la nanosílice puede ayudar a la pintura a soportar los rigode diferentes condiciones climáticas, manteniendo su brillo y cualidades protecdurante períodos más largos.

2.2 nanoplata (Ag)

La nanoplata ha revolulas propiedades antibacterianas y antifúnde de los recubrimientos arquitectónicos. En presencia de la luz UV, las nanopartículas de plata se someten a un fascinante proceso químico. Se descomponen en electrones con carga negativa (e −) y agujeros con carga positiva (h −), formando pares de electrones con agujero. Estos pares son altamente reactivos y pueden interactuar con el oxígeno y el agua en el aire. Como resultado, el oxígeno ató(O) y los radicales hidroxilo (HO·) se forman. Estas especies tienen una actividad química extremadamente alta y pueden reaccionar con las sustancias orgánicas presentes en las bacterias. A través de una serie de reacciones de oxid, las bacterias se descomponen en dióxido de carbono y agua, matándolos eficazmente.
La adición de nanoplata a los recubrimientos les dota de una gama de funciones. Además de las propiedades antibacterianas y antifúngicas, estos recubrimientos también tienen capacidad antiincrust, desodoriy de autolimpieza. En las paredes interiores de los hogares y hospitales, donde la higiene es de suma importancia, los recubrimientos que contienen nanoplata pueden prevenir el crecimiento de bacterias, hongos y moho dañinos. También pueden eliminar olores desagradables y mantener la superficie limpia. Por otra parte, los recubrimientos de nanoplata pueden desempeñar un papel en la purificación del aire y el agua. Al reaccionar con toxinas orgánicas presentes en el aire o en el agua, pueden degradarlas en sustancias inofensivas, proporcionando una función limpiadora. Por ejemplo, en un hospital, estos recubrimientos pueden ayudar a reducir la propagación de enfermedades infecciosas al matar bacterias y hongos en las paredes.

2.3 óxido de Zinc (ZnO)

El óxido de zinc a nanoescala exhibe propiedades únicas bajo la luz solar, especialmente la radiación UV. Similar a la nanoplata, se puede descomponer en electrones en movimiento libre (e −) y agujeros cargados positivamente (h −). Estos agujeros pueden activar el oxígeno en el aire, convirtiéndolo en especies reactivas de oxígeno. Estas especies reactivas del oxígeno tienen una fuerte actividad química y son capaces de oxidar varias sustancias orgánicas, incluyendo aquellas dentro de las bacterias. Como resultado, el óxido de zinc a nanoescala puede eliminar un gran número de patógenos y virus.
Cuando se combina con otros nanomateriales en recubrimientos, el óxido de zinc imparte múltiples beneficios. El recubrimiento adquiere propiedades de protección UV, que lo protegen de los efectos degradde los rayos UV. También tiene capacidad de absorción infrarroja, lo que puede contribuir a la gestión térmica en ciertas aplicaciones. Los efectos antibacteriy antifúnde óxido de zinc a nanoescala ayudan a mantener la superficie cubierta limpia y libre de crecimiento microbi. Además, las funciones puridel aire y desodoriantibacterilo hacen adecuado para su uso en revestiinteriores y exteriores. Por ejemplo, en revestiarquitectónicos al aire libre, puede proteger la fachada del edificio de los daños UV al tiempo que reduce la presencia de bacterias y hongos, que pueden causar decoloración y deterioro de la superficie. Además, el óxido de zinc a nanoescala#La fuerte capacidad de 39;s para absorber los rayos UV lo convierte en un excelente aditivo anti - envejecimiento en recubrimientos, extendiendo la vida útil del recubrimiento y manteniendo su apariencia.

2.4 Nano - carbonato de calcio (CaCO -)

El carbonde calcio ha sido durante mucho tiempo un relleno de pigmentos en la industria de recubrimiento, a menudo utilizado en grandes cantidades. Nano - carbonato de calcio, sin embargo, ofrece varias ventajas sobre sus contrapartes de mayor tamaño. Es extremadamente fino, con una distribución de tamaño de partícula uniforme. Su alta blancura lo convierte en una elección ideal para recubridonde la pureza del color y el brillo son importantes. Además, tiene buenas propiedades ópticas.
A medida que el tamaño de partícula del carbonde calcio se refina a nanoescala, ocurren cambios significativos a nivel atómico. La proporción de átomos en la superficie de las partículas de relleno aumenta en relación con el número total de átomos. Esto conduce a efectos superficiales y efectos de pequeño tamaño que las partículas convencionales no poseen. Estos efectos se traducen en una serie de excelentes propiedades fisicoquímicas. Cuando se añade a los recubrimientos, el nano carbonato de calcio puede aumentar la transparencia. Esto es beneficioso en aplicaciones donde se requiere un recubrimiento claro, pero protector, como en algunos recubrimientos arquitectónicos y decor. También mejora la tixotropía, que ayuda en el proceso de aplicación, y nivel, asegurando un acabado suave y uniforme.
La película formada por recubrimientos que contienen nano carboncálcitiene un efecto superficial debido a las partículas a nanoescala. Este efecto superficial crea un efecto de protección, similar a la de la nanosílice, que ayuda a lograr el envejecimiento anti - UV. Además, mejora la resistencia mecánica del recubrimiento. En recubrimientos industriales, como los utilizados en maquinaria y equipos, la resistencia mecánica mejorada proporcionada por nano - carbonato de calcio puede proteger el sustrde la abrasión y el desgaste, aumentando la durabilidad del elemento recubier.

2.5 nanopartículas de óxido de hierro

El óxido de hierro a nanoescala conserva la composición química y la forma cristalina de los pigmentos de óxido de hierro tradicionales, pero con propiedades mejoradas. Tiene una excelente estabilidad química, no es tóxico, inodoro y relativamente barato. Estas cualidades lo convierten en una opción rentable para varias aplicaciones de recubrimiento. El óxido de hierro a nanoescala también tiene buena resistencia a la temperatura, resistencia al clima, resistencia a los ácidos y resistencia a los álcalis. Ofrece un alto croma, un alto poder colory una alta transparencia, superando las limitaciones de los pigmentos de óxido de hierro tradicionales.
Los pigmentos tradicionales de óxido de hierro a menudo sufren de baja satury brillo de color insuficiente, lo que restringe su uso en recubride de alta gama. Las nanopartículas transparentes de óxido de hierro, por otro lado, tienen una mayor capacidad para absorber los rayos UV. Esta propiedad no sólo les da estabilidad óptica, sino que también mejora las propiedades anti - envejecimiento de varios polímeros cuando se incorporan en recubrimientos. Como resultado, son ampliamente utilizados en recubrimientos industriales, arquitectónicos y decorde alta gama. En recubride de alta gama para automóviles, por ejemplo, las nanopartículas transparentes de óxido de hierro pueden proporcionar un color rico y de larga duración al mismo tiempo que protegen la pintura de los daños UV, asegurando el vehículo#39;s final sigue siendo vibrante durante años.

3. Preparación de nanorecubrimientos

3.1 humectación y dispersión

La preparación de nanorecubripresenta desafíos únicos debido a la naturaleza de los nanomateriales. Las partículas de pigmento en nanorecubrimientos son extremadamente pequeñas, lo que les da una alta actividad superficial. Esta alta actividad superficial hace que las partículas sean propensas a aglomer. La aglomeración puede conducir a una distribución no uniforme de los nanomateriales en el recubrimiento, lo que a su vez puede afectar el rendimiento del recubrimiento. Por ejemplo, si las partículas de nanoplata se aglomeren en un recubrimiento, las propiedades antibacterianas pueden verse comprometidas como las partículas individuales ya no se distribuyen uniformemente para matar eficazmente las bacterias.
La humectación efectiva y la dispersión son por lo tanto cuestiones críticas en nanorecubrimientos. El tratamiento superficial de nanomateriales juega un papel crucial en este sentido. El tratamiento de superficies puede implicar el uso de surfacu otros agentes químicos para modificar la superficie de los nanomateriales. Estos surfacpueden reducir la tensión superficial entre los nanomateriales y la matriz de recubrimiento, haciendo más fácil que los nanomateriales sean mojados por los componentes de recubrimiento. El método de adición de nanomateriales también influye directamente en el estado de dispersión de nanorecubrimientos. Por ejemplo, la adición de nanomateriales lentamente y con agitación continua puede ayudar a lograr una dispersión más uniforme en comparación con una adición rápida. En algunos casos, el tratamiento ultrasónico puede ser utilizado para romper aglomerados y asegurar una mejor dispersión de los nanomateriales en el recubrimiento.

3.2 proceso de recti

Para lograr el rendimiento óptimo del sistema de pigmentos en nanorecubrimientos, es esencial reducir el tamaño de partícula del pigmento a un nivel menor y asegurar una distribución más uniforme. La intensidad del color, brillo, transparencia y otras propiedades del recubrimiento son altamente dependientes del tamaño de partícula del pigmento. Los métodos tradicionales para la molienda ultrafina de pigmentos en el contexto de nanorecubrimientos se basan principalmente en molinos de bolas o molinos de arena. En estos procesos, se añade una cierta cantidad de perlas de zirconia. Estas cuentas actúan como medios de molienda.
Cuando el pigmento es molido en un molino de bolas o molino de arena, las cuentas de zirconia chocan con las partículas de pigmento, reduciendo gradualmente su tamaño. El objetivo es reducir el tamaño medio de partícula del pigmento a un nivel muy pequeño. En general, para nanorecubri, el tamaño medio de partícula del pigmento debe estar por debajo de 500 nanómetros. Sin embargo, en el caso de pigmentos de tinta de alta calidad, que son un tipo de nanorecubrimiento especializado, el tamaño de partícula se puede reducir a menos de 200 nanómetros o incluso tan bajo como 100 nanómetros. Usando cuentas de zirconia en el rango de tamaño de 0,1 mm a 0,3 mm se ha encontrado para ser eficaz en pigmentos de molienda para el tamaño de partícula requerido. La elección del tamaño del grano, la velocidad del molino y la duración de la molienda son parámetros cuidadosamente controlados para lograr la distribución deseada del tamaño de las partículas y el rendimiento del revestimiento. Por ejemplo, en la producción de pinturas de alta gama para automóviles, una distribución precisa del tamaño de las partículas es crucial para garantizar un acabado suave y brillante con una excelente consistencia de color y durabilidad.
En conclusión, los nanomateriales han tenido un profundo impacto en la industria de recubrimientos. Sus propiedades únicas han permitido el desarrollo de recubrimientos con una mayor durabilidad, resistencia a los rayos UV, propiedades antimoho y antibacterianas, resistencia al agua, resistencia a la abrasión y resistencia a las manchas. La preparación adecuada de nanorecubrimientos, incluyendo procesos efectivos de mojado, dispersión y molienda, es esencial para aprovechar plenamente el potencial de estos nanomateriales. A medida que la investigación y el desarrollo en nanomateriales y nanorecubrimientos continúan, podemos esperar ver recubrimientos aún más innovadores y de alto rendimiento en el futuro, atendiendo a una amplia gama de industrias y aplicaciones.