Färg och nanoteknologi

Färg och nanoteknologi
Anders Larsson
YKI, Ytkemiska Institutet AB
[email protected]
Upplägg presentation
1. Vad är nanoteknologi?
2. Varför nanoteknologi?
3. Exempel där nanoteknologi kan göra skillnad

Minskad smutsupptagning med kolloidal silika

Ökat skydd mot mögelpåväxt genom långsam frisättning av biocid

Multispektrala kamoflagefärger

Förbättrat UV-skydd av klarlackat trä

Förbättrat korrosionsskydd på stål
4. Slutsatser
Vad är nanoteknologi?
Ett material ska ha minst en dimension (x-, y- eller z-riktning) i skalan 1-100
nm.
Varför nanoteknologi?
Vi försöker skapa ny funktionalitet i färg.
Exempel ges nedan.
Minskad smutsupptagning med kolloidal silika
Partikelstorlek smuts
0.1 – 10 um
Mineral större smutspartiklar
Organiskt material och “carbon black” mindre
partiklar
R. Van Dingenen et al. Atmospheric Environment 38 (2004) 2561-2577
Minskad smutsupptagning med kolloidal silika
Källor till smuts:
•Ofullständig förbränning t.ex. sotpartiklar
•Sekundära aerosoler
•Mineral partiklar
I städer är ofullständig förbränning viktig
I jordbruksområden är mineralpartiklar och biogent material (pollen, sporer)
viktigt
Smutskoncentration högre i städer
Minskad smutsupptagning med kolloidal silika
- 12.5/6/3 wt.% Bindzil
(som leverat)
dispergerades i olika
basfärger
45 g
45
Basfärg
7.5 g
Bindzil
7.5 g
H2O
Minskad smutsupptagning med kolloidal silika
- 1 g standardsmuts
blandades med 1 g
Butylglykol och 998 g
H2O  standard
smutslösning
Carbon
black
(Degussa)
Minerals
(APIIE)
Pitch
(Koppers)
Total
mass [g]
8.5
35
6.5
50
Minskad smutsupptagning med kolloidal silika
Kontamineringsprocedur
- Prov sattes upp i 45°
vinkel
- 3x sprayning med 1
minut mellan varje
sprayning (30-40 cm
avstånd)
- L-värden mättes före
och efter
kontaminering
Minskad smutsupptagning med kolloidal silika
Procedur för uppvärmd kontaminering
- Samma procedur för
kontaminering + 1 h
vid 50°C i en ugn
- L-värden mättes före
kontaminering och efter
varje cykel (3x
sprayning + 1 h vid
50°C)
Minskad smutsupptagning med kolloidal silika
Heated contamination alkyd after 3.cycle
Standard dirt
6
5
ΔL
- Större mängd
silikahögre
motståndskraft
mot
nedsmutsning
- Högre
effektivitet med
Bindzil CC40
mot standard
smuts
CC40
4
40/220
3
2
0
3
6
9
Bindzil concentration [wt%]
12
15
Minskat smutsupptagning med kolloidal silika
Resultat: Lab kontamination
- Uppvärmd kontamination -
ΔL values of heated contamination (standard dirt)
6
5
4
after 1. heated cycle
after 2. heated cycle
3
after 3. heated cycle
2
1
CC
40
40
/2
20
a
c
ac
ry rylic
lic
ac
C
C4
ry
lic
0
40
/2
20
yd
al
k
al
k
yd
al
k
yd
0
ac acr
y
ry
lic lic/a
ac
/a
lk lkyd
ry
lic yd
/a
C
lky C4
0
d
40
/2
al alk
20
y
ky
d/ d/a
c
a
al
ky cry ryli
c
lic
d/
ac
C
C4
ry
lic
0
40
/2
20
ΔL
1. acrylate/alkyd 40/220
2. acrylate/alkyd CC40
3. acrylate CC40
4. acrylate 40/220
5. alkyd/acrylate 40/220
6. alkyd CC40
7. acrylate/alkyd
8. alkyd 40/220
9. alkyd/acrylate
10. alkyd/acrylate CC40
11. alkyd
12. acrylate
Minskad smutsupptagning med kolloidal silika
- träpaneler av
furu
- 10 replikat
per färg
- Prov sattes
upp i en
vinkel av 45°
riktning söder
Minskad smutsupptagning med kolloidal silika
(Bogesund 9 månader)
Ökat skydd mot mögelpåväxt genom långsam
frisättning av biocid
Mikrometerstora nanoporösa partiklar
Partiklar fylls med biocid
Partiklar beläggs med diffusionsbarriär⇒
Långsammare frisättning av biocid
Ökat skydd mot mögelpåväxt genom långsam
frisättning av biocid
Före (vänster) och efter
(höger) vattenlakning
Ingen biocid
State-of-the-art formulering
Inkapslad biocid
Multispektrala kamoflagefärger
Färg med IR reflekterande pigment:
Från forskningsprojekt med utveckling av multispektrala kamoflagefärger
(finansierat av Försvaret):
Pigment med reflektion i (VIS) visuella och (NIR) nära infrarött del av spektrumet
från solen:
VIS
NIR
IR reflekterande pigment
Reducerad värme in i byggnad från tak i värma klimat.
Bättre bevarande av värme i kalla klimat.
Förrbättrad UV skydd av klarlackat trä
Ceriapartiklar i akrylatfärg
UV absorberande nanopartiklar i vatten
Förrbättrad UV skydd av klarlackat trä
3-års EU-projekt FP7
YKI
Akzo Nobel Deco GmbH
SIRRIS
Casco Adhesives AB
UPV/Polymat
SP
Energenics Europe Ltd
BYK Chemie GmbH
Laviosa Chimica Mineraria SpA
PRA
Eka Chemicals AB
SP Trätek
Institute Excellence Centre
Förbättrat korrosionsskydd på stål
Kostnad för världens korrosion 3-4 % av globalt BNP.
Det behövs nya miljövänliga alternativ till rostskyddsfärger av
zinkfosfat och krom(III).
Nytt 3-årigt EU projekt
STEELCOAT:
- Nanopartiklar
- Ledande polymerer
- Bindemedel
STEELCOAT: Rostskyddsfärger
OPC = Open circuit potential (högre värde- bättre korrosionsskydd)
Färg med ledande
polymerer och
nanopartiklar
Färg med ledande
polymerer
Färg endast med bindemedel
Endast kolstål
Slutsatser
- Renare färgytor uppnås ibland med tillsats av kolloidal
silika
- Långsam frisättning av biocid försenar påväxt av mögel
- IR-reflekterande pigment potential för förbättrad
värmekontroll
- Potential för förbättrat UV skydd
- Potential för förbättrad korrosionsskydd
- Nanoteknologi kan ge funktioner ej tillgängliga på annan
längdskala