Применение нанотехнологий в промышленном производстве ЛКМ

В последнее время разработаны и успешно применяются в производстве ЛКМ молекулярные нанотехнологии, в которых используются специальные нанороботы-сборщики, или ассемблеры. При изготовлении эмали сейчас используют фишинг-процесс. В водной пасте с ПАВ производится на обычных жерновых мельницах перетир пигментов. Этот процесс является переводом пигментов из водного состояния в органическое. После фишинг-процесса гидрофибизированная пигментная паста с помощью ПАВ и наноассемблеров смешивается с любой лаковой составляющей.

Этот процесс позволяет достигать любой модульной универсальности. С его помощью получается до 30 наименований продукции на одном оборудовании. Так же немаловажным является и получение измельчения компонентов до состояния первичных кристаллов, что является физико-химическим преимуществом перед другими технологиями. Все это в совокупности позволяет достигать высокой промышленной безопасности и экологической культуры производства.

С краскообразующими материалами все термохимические операции производятся без применения растворителей. Лаковая основа, являющаяся в чистом виде токсичным и пожароопасным компонентом, привлекающая к себе большое внимание противопожарного надзора и Роспотребнадзора, смешивается в условиях, удовлетворяющих надзорные органы, с краскообразующими компонентами.

В данный момент производство ЛКМ остается приблизительно на одном уровне, а доля ассемблеров растет. Это говорит о том, что предприятия все больше используют новые технологии в производстве ЛКМ.

Преимущества применения нанотехнологий в производстве ЛКМ

C помощью нанотехнологий можно в 6 раз увеличить экономию дорогостоящих компонентов. Например, при использовании наномонтажа наиболее популярных полимеров с помощью мезоцит-ассемблеров и хелацит-ассемблеров, достигается 6-кратная экономия пигмента двуокиси титана, взяв за основу голографическое увеличение показателей преломления света и применяя исходные молекулы жидкокристаллической смектической фазы С.

Известные технологии предусматривают многочасовое растворение полимеров, когда как применение нано-ассемблеров сокращает эту процедуру до нескольких минут. Такой прирост в скорости происходит из-за использования нано-ассемблеров, которые воздействуют на СООН-содержащие сополимеры (ПФ, ГФ или акриловые лакокрасочные материалы) в трехблочном сополимере (терцет). Акриловый сополимер трансформируется в органическую стадию, приобретая, в зависимости от требуемых эффектов, двуосность (кристаллическое строение), и образует смектик С, включающий спиральные блоки.

В России сейчас только путем высокотемпературного синтеза арокси-концевых групп изготавливают термостойкие кремнийорганические соединения, способные выдержать мемпературу до 530 градусов. Для этого применяются технологии наносборки с помощью ТБХА-ассемблеров, которая производится из омегадиметилсилоксандиола при комнатной температуре.

Мастика с низким коэффициентом внутреннего трения получают с помощью многофункционального крестолина-ассемблера. Они легко перемешиваются с обычными мастиками, что позволяет снижать затраты энергии для производства, при этом сохраняется при низких температурах требуемая эластичность. При этом расход растворителя одновременно снижен до 10%.

Резинобитумные и каучукобитумные мастики, например мастика АПМ, являются композициями, которые сочетают высокую стойкость и долговечность, являются высокоэластичными, влагонепроницаемыми и газонепроницаемыми, обладают относительно небольшой стоимостью. Для получения необходимого для работы состава и плотности в мастики добавляют в большом количестве растворители. После испарения растворителей формируется композиционный материал с требуемыми свойствами. Применяя нано-ассемблера Крестолина, можно обеспечить скольжение относительно друг друга внутренних элементов мастики. Он образует структурную сетку (реопексию), которая и обеспечивает прочность и эластичность при достаточно низких температурах.

Использование турмалин-ассемблеров и крестолин-ассемблеров позволило получить, используя дорогое тунговое масло, высококачественные пленки ЛКМ. Это масло превосходит по качеству подсолнечное, конопляное и льняное масла. По твердости такая пленка не уступает пленке алкидного лака ПФ-170. Такие качества пленки помогают достигать точного молекулярного производства, в котором применяют нанотехнологии.

Так же пленки олифы, полученные по этой технологии, лучше, чем пленки лаков обычных олиф и ПФ по параметрам светостойкости. На испытательных стендах краски на основе такой олифы выдерживают испытания более 2 сезонов подряд под воздействием прямых солнечных лучей. В соответствии с ГОСТ-21903 на стенде для ускоренного испытания УФ-светостойкости пленка белой краски проходит испытания, не изменяя цвет более 8 часов подряд.

Применение нанотехнологий позволяет существенно снизить вредность производства. Это достигается путем исключения такой традиционной операции для получения олиф, как продолжительная продувка подогретого до 190 градусов масла, протекающая на протяжении нескольких часов. При применении нанотехнологий не выделяется акролеин, очень вредное, токсичное вещество, использование которого является недостатком в традиционном производственном процессе алкидных лаков и олифы.

Потребительские свойства ЛКМ

Нанотехнологии позволяют улучшить потребительские свойства лакокрасочных и огнезащитных материалов. Для достижения стойкости к атмосферным осадкам лучшие традиционные ВД-краски требуют соблюдения срока сушки до 10 дней, когда как применение нанотехнологий в новых красках сокращает срок воздушной сушки и получение стойкой к смыванию пленки всего до суток. 

Нанотехнологии обеспечивают ограничение впитывания при нанесении на пористую поверхность пигментных наполнителей и полимерных компонент ВД-красок. Такими поверхностями являются штукатурка, бетон, кирпич. Так же этому воздействию подвергаются и органические поверхности, такие, как бумага и дерево. Одновременно у этих полимерных компонент возрастает адгезия к этим материалам.

Нанотехнологии увеличивают покрывающую способность композиций. За счет этого возможно увеличить экономию дорогих пигментов для органирастворимых красок в 6 раз, а для ВД-красок в 4 раза.

Применение нанотехнологий устраняет низкий коэффициент “отлипа”. Это обусловлено наличием низкомолекулярных жирных кислот (вацинальных ОН-групп) в составе.

Нанотехнологии снабжают фон окрашенных поверхностей большого размера равномерностью цвета.

Полученные с помощью молекулярных нанотехнологий краски на основе олифы обладают таким же уровнем светостойкости, что и пленки алкидных лаков.

Нанотехнологии позволяют получать из уже известных молекул новые соединения, отличающиеся как количественно, так и качественно. Это становится достижимым благодаря применению программ ассемблеров или благодаря введению в их структуры иных заместителей-эффекторов.

Экономическая эффективность нанотехнологий при производстве ЛКМ

Переход любого производства на молекулярные технологии снижает его энергоемкость. Если вместо макротехногенной технологии с металлоемким м энергоемким оборудованием применять молеклярнуе нанотехнологии, то можно снизить энергоемкость производства 1 тонны продукции с 190 кВт/ч до 61 кВт/ч. При этом рентабельность такого производства возрастает до 100%. Это позволяет обеспечивать компактность производства, то есть сосредоточить на  площади 100 кв. метров выпуск более 20 видов продукции. Так же применение таких технологий повышают культуру и безопасность производства.

Несомненна вся перспективность разработок в данной области. В настоящее время в России уже идет подготовка к производству наиболее долговечного для дорожных покрытий нано-модифицированного бетона и асфальта, а так же материалов специального назначения.