Самовосстанавливающиеся лакокрасочные покрытия и прочие «умные» виды ЛКМ

Интерес к интеллектуальным (smart) лакокрасочным покрытиям среди членов Special Chem начиная момента их появления на рынке ЛКМ (с 2011 года) вырос почти в 3 раза. В октябре 2013 г. Special Chem задал вопрос: «Какую основную функциональность/эффект вы хотите получить при создании «умных» ЛКМ?» На заданный вопрос было получено 364 отклика по сравнению со 143, полученными на этот же вопрос в октябре 2011 г.

При этом приоритет важности характеристик «умных» ЛКМ за это время практически не изменился. Наибольшее число голосов получила способность ЛКМ к самовосстановлению, за ней следовали легкость очищаемости, водоотталкивание, антимикробные свойства.

Результаты опросов в октябре 2011 и 2013 гг.

Некоторое различие с данными октября 2011 г. состоит в том, что способность к очистке воздуха получила 6,3% голосов, а материалы с оптическим эффектом — 5,6% голосов, тогда как в 2013 г. эти показатели были выше:
материалы с оптическим эффектом получили 7,7%, а способность к очищению воздуха — только 6,9% голосов.

Функциональность «умных» ЛКМ по данным опроса сообщества Special Chem в 2011 г. (143 голоса) и 2013 г. (364 голоса):

«Умные» ЛКМ определяются как материалы, способные воспринимать и определенным способом реагировать на внешние воздействия, используя механизм обратимости. Эти ЛКМ обычно включают наночастицы, антимикробные добавки, биоактивные компоненты или полимерные материалы, которые реагируют и отвечают на внешние изменения. Под изменениями понимают повреждение поверхности, ее загрязнение, микробное воздействие, оптические эффекты и загрязнение воздуха. После того как внешнее воздействие скорректировано, материал возвращается в исходное состояние.

Технология «умных» ЛКМ предлагает множество уникальных возможностей. Однако коммерческий успех этих инновационных ЛКМ может оказаться незначительным, поскольку такие ЛКМ дороже обычных. Есть опасение, что некоторые «умные» ЛКМ могут создавать экологические проблемы. Например, использование диоксида титана в самоочищающихся ЛКМ может способствовать загрязнению воздуха вследствие превращения аммиака в оксид азота, который образует озон.

Самовосстанавливающиеся краски

Одна из самых ранних технологий, использованных для самовосстановления, включает сочетание микрокапсул, заполненных мономером, и твердого катализатора. И микрокапсулы, и твердый катализатор диспергированы в жидком ЛКМ.

После отверждения покрытие страдает от микротрещин, напряжение, из-за которого образуются микротрещины, разрушает микрокапсулу, в результате чего высвобождается мономер. Затем мономер заполняет образовавшуюся пустоту и полимеризуется в присутствии диспергированного катализатора.

В качестве метода восстановления разрушенных окрашенных поверхностей исследуются микрокапсулы, содержащие жидкую краску. Когда микрокапсула разрушается при повреждении окрашенной поверхности, жидкая краска высвобождается для восстановления разрушенного покрытия. В этом случае катализатор не требуется. Еще в одном способе самовосстановления покрытий используется микрокапсулированный реактивный силиловый эфир.

Преимущество силилового эфира — его способность легко реагировать с влагой воздуха, при этом не требуется катализатор для инициирования сшивки.

Изучаются добавки природного биопроисхождения — энзимы и пептиды, чтобы способствовать самовосстановлению из-за хрупкости, что, естественно, происходит при старении покрытий.

Легкоочищающиеся ЛКМ

К числу легкоочищающихся архитектурных ЛКМ относятся материалы, содержащие фотокатализатор, например наночастицы диоксида титана (анатазной формы), которые разлагают органические загрязнения, контактирующие с поверхностью покрытия. Разложившиеся загрязнения затем легко смываются дождем.

Применение гидролизуемых фторалкилсиланов в композиции ЛКМ обеспечивает получение гладких легкоочищаюхся антиграффити ЛКМ с низкой энергией поверхности. Некоторые новейшие способы разработки легкоочищающихся ЛКМ включают энзимы, например, протеазы, липазы, амилазы, целлюлазы. Энзимы разлагают белки, жиры, крахмал, целлюлозу, которые чаще всего загрязняют поверхности. После того как загрязнения разлагаются, они легко могут быть удалены водой.

Водоотталкивающие ЛКМ

Фторполимеры и полимеры на основе силиконов, как правило, используются для улучшения водоотталкивающих свойств ЛКМ. Эти полимеры имеют высокий краевой угол смачивания, а это, в свою очередь, приводит к тому, что вода собирается в виде капелек, а не разливается по поверхности. Добавление гидрофобных наночастиц неорганических оксидов, в частности оксида кремния, приводит к получению поверхности с высоким краевым углом смачивания, уменьшая возможность загрязнений смачивать поверхность ЛКМ.

Антимикробные ЛКМ

Под ними часто понимают противообрастающие ЛКМ, которые препятствуют росту микроорганизмов: плесени, грибов или водорослей на поверхности покрытия. Серебро и медь — вот примеры металлов, которые обеспечивают отличные антибактериальные свойства и могут быть введены в ЛКМ в виде наночастиц. При добавлении к обычным ЛКМ и ЛКМ УФ-отверждения цетил пиридиум хлорида, цетримида или алексидина получаются антимикробные покрытия.

ЛКМ, очищающие воздух

Показано, что фотокаталитические материалы, в частности допированный ультрачистый анатазный диоксид титана, способны разрушать многие микроорганизмы. Допированный сверхчистый анатазный диоксид титана может быть введен в лакокрасочное покрытие в качестве агента, очищающего воздух.

ЛКМ с оптическим эффектом

Выраженный оптический эффект может быть получен при нанесении чередующихся слоев ЛКМ с контрастными показателями преломления. Например, противоотражающий эффект может быть получен путем нанесения покрытия с низким показателем преломления на поверхность многослойных покрытий с контрастным показателем преломления.

Интеллектуальные ЛКМ вызывают повышенный интерес, так как они могут повышать качество материалов и добавлять ценные свойства обычным ЛКМ.

Самоочищающиеся ЛКМ в настоящее время представляют крупнейший рынок «умных» ЛКМ. Сегменты рынка, в которых наиболее востребованы «умные» ЛКМ, включают военные, медицинские, электронные отрасли, а также автомобилестроение. По прогнозам, рынок коммерческих «умных» ЛКМ к 2018 г. достигнет нескольких миллиардов долларов.

Джордж Пастернак, «Special Chem»; Self-repairing functionality continues to be top-most requirement in SMART Coatings