Inteligentne powłoki w dziedzinie farb i lakierów

Inteligentne powłokiWedług analiz NanoMarkets LC, wartość globalnego rynku "inteligentnych" powłok wynosi obecnie ok. 290 mln dol. Producenci dodatków do powłok malarskich i lakierniczych prześcigają się w pomysłach na ulepszenie końcowych produktów. Niektóre z tych innowacji mają szansę prawdziwie zrewolucjonizować rynek.

Nowoczesne powłoki możemy podzielić na dwie kategorie. W pierwszej mieszczą się produkty wpływające na wygląd pomalowanej nimi powierzchni, w drugiej zaś powłoki, które ulepszają parametry danej powierzchni. Wciąż doskonalone są receptury produktów odblaskowych, fluorescencyjnych, fotoluminescencyjnych (dające efekt "świecącego" koloru), fotochromowych, emitujących kolor otoczenia ("kameleon") i wielu innych. Dzięki zastosowaniu do ich tworzenia najnowszych osiągnięć nanotechnologii i dbałości o ekologiczny charakter powłok, takie farby i lakiery często nie tylko nie mają nieprzyjemnego zapachu, ale dodatkowo mogą pochłaniać wonie z otoczenia. Kolejne firmy prześcigają się w coraz bardziej przyjaznych środowisku powłokach na bazie wody, o zmniejszonej lub wyeliminowanej obecności lotnych substancji organicznych.

Drugą, pojemniejszą kategorią, jest ta związana z wszelkimi parametrami pomalowanej powłoką powierzchni. Należą do nich np. powłoki zapobiegające pojawieniu się na pomalowanych powierzchniach bakterii, pleśni, grzybów czy porostów. W składzie najnowocześniejszych z nich (np. opracowanych przez firmę Bioni z naukowcami z Fraunhofer Institute for Chemical Technology lub tych marki BASF) znajdują się jony srebra. Wyroby te stosuje się już nie tylko w basenach, szpitalach czy magazynach, ale też przedszkolach, szkołach i domach prywatnych.

Amerykańscy naukowcy w ostatnich miesiącach opracowali farbę antybakteryjną, która podczas wysychania uwalnia bakteriobójcze substancje. Dzięki temu produkt zamknięty w opakowaniu jest nieaktywny i nie ma niebezpieczeństwa dezaktywacji biobójczych dodatków. Uczeni z University of Eastern Michigan w ubiegłym roku skończyli za to prace nad powłoką, która "inteligentnie" reaguje na szkodliwe zewnętrzne czynniki i stosownie do ich mocy reguluje wydzielanie substancji "leczniczych". Dzięki temu najbardziej "ulecza się" w obliczu korozji lub ataku grzybów, a na co dzień pozostaje nieaktywna.

Na dostępność tego typu rozwiązań na rodzimym rynku będziemy musieli jednak poczekać nawet kilka lat. - Materiały, których właściwości jakiś czas temu bliższe były fantastyce naukowej, jak choćby bakteriobójcze właściwości nanocząstek srebra czy złota, obecnie wytwarzane są na półprzemysłową skalę. Kwestią czasu i - w pewnym stopniu - kwestią społecznej akceptacji jest wzrost udziału nanotechnologicznych dodatków w wytwarzanych dziś produktach powszechnego użytku - tłumaczy prof. dr hab. Jerzy J. Langer z Wydziału Chemii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. Według analiz, światowy rynek antybakteryjnych i samoczyszczących się powłok osiągnął w 2010 r. wartość około 700 mln dol. (Research and Markets). Do roku 2015 ma być wart trzy razy więcej.

Dzięki zastosowaniu nanotechnologii możliwe jest kolejne rewolucyjne rozwiązanie: samodzielne naprawianie zniszczeń przez powłokę. Wyroby takie oferują m. in. Dow, Altana Chemie (we współpracy z Nanophase Technologies Corporation), Bayer czy PPG Industries. - To farby, których zewnętrzne warstwy potrafią automatycznie naprawić małe i większe zniszczenia, w podobny sposób, w jaki działa ludzka skóra - tłumaczy Robert Tomczak z firmy Bayer. Tomczak zwraca uwagę, że powłoki te mają właściwości podobne do poliwęglanu, będącego zamiennikiem szkła. Obecnie trwają badania nad użyciem takich powłok w przemyśle wojskowym i medycynie, a już są stosowane na szeroką skalę w przemyśle samochodowym. Innowacyjne lakiery czy farby znajdują zastosowanie również w innych środkach transportu - mogą m. in. minimalizować uszkodzenia powierzchni statków. Nowoczesne pokrycia już teraz zwiększają odporność na uszkodzenia kadłubów statków (w ofercie ma je np. SigmaKalon Group) czy kajaków (zastosowała je próbnie norweska firma Re-Turn). Jak sugerują producenci, zastosowanie nowatorskich rozwiązań podniesie także poziom odporności statków na uderzenia i silne wiatry.

Jeden z produktów firmy Bioni, poza zapobieganiem pojawieniu się glonów i porostów, ma też dodatkowe właściwości - chroni przed wysokimi temperaturami i odbija światło słoneczne (do 93%). Jak deklaruje producent, pozwala to na mniejsze zużycie energii do chłodzenia/ogrzewania pomieszczeń. Rozwiązanie to zapewnia też paroprzepuszczalność pomieszczeń oraz ochronę przed wnikaniem wilgoci z zewnątrz. Takie rozwiązanie opatentowały również m. in. BASF i DuPont. Odwrotne działanie mają najnowsze produkty marki DSM, które sprawiają, że szkło pochłania więcej światła, zamiast je odbijać. To rozwiązanie ma znaleźć zastosowanie w telewizorach, komputerach i lampach przyszłości, ale też w energetyce słonecznej.

Za granicą produkty odbijające lub pochłaniające światło wykorzystywane są już na szeroką skalę. - W Polsce to na razie zagadnienie jeszcze niedoceniane i raczej nie wdrażane w projektach architektonicznych - mówi Elżbieta Wojciechowska z DuPont. Powłoki odbijające światło mogą być również odpowiedzią na problemy przemysłu lotniczego, takie jak potrzeba sprostania ekstremalnym temperaturom czy dużemu promieniowaniu UV, występującym na znacznych wysokościach. Jak sugeruje Klemens Barmann z DuPont, termoregulacja ma również przyszłość w aspekcie lakierów samochodowych. Wyroby takie umożliwiałyby minimalizowanie upału/zimna odczuwanych wewnątrz pojazdu, a przez to zmniejszania obciążeń nakładanych obecnie na systemy klimatyzacji. Dalsza rewolucja w dziedzinie lakierów samochodowych to np. system ECO Concept firmy DuPont, polegający na eliminacji jednej z czterech warstw standardowo nakładanych w samochodowych liniach produkcyjnych. Dzięki połączeniu dwóch procesów (a co za tym idzie także warstw) tworzenia powłok w jeden, zoptymalizowano czas nakładania wierzchniej powłoki o 25%, zmniejszono ilość lotnych składników organicznych (VOC) o 30% i oszczędzono nawet do 25% energii oraz surowców. Z kolei Henkel opracował TecTalis™, pierwszą bez fosforanową powłokę konwersyjną, , która zużywa mniej energii, jest bardziej przyjazna dla środowiska i zmniejsza koszty, jakie zajmuje produkcja z użyciem powłok tradycyjnych, a także powstałą przez galwanizację tlenków tytanu powłokę Alodine, która tańszym niż dotychczas kosztem zapewnia ochronę przeciw ścieraniu, korozji i zmianom temperatur.

- Wierzę również w przyszłość lakierów samodzielnie redukujących brud i odpornych na zarysowania - mówi Klemens Barmann z firmy DuPont. Takie lakiery ma już w ofercie DuPont, Valspar, SigmaKalon czy BASF.

Kolejne innowacyjne, wprowadzone ostatnio na rynek powłoki to te dające się rozprowadzać na miękkich powierzchniach, znajdując zastosowanie np. w termofoliach i tapetach, a wkrótce również w całym przemyśle tekstylnym; ognioodporne, oparte na pęczniejących nanokompozytach, a także produkty odprowadzające ładunki elektryczne nagromadzone na powierzchni powłoki - zastosowanie np. dla obudów silników, sprzętów elektrycznych, pojemników z łatwopalnymi gazami lub płynami.

Coraz popularniejsze (w ofercie ma je np. Dow Coating Solutions i Henkel Corporation) są też powłoki przeznaczone specjalnie do obiektów będących stale w wysokich lub niskich temperaturach. Dzięki temu znacznie wydłużyć można okres pomiędzy malowaniem np. narażonych na korozję rur, będących pod stałym działaniem wysokich temperatur (do 140 st. C).

Niektóre powłoki są na tyle innowacyjne, że wraz z ulepszaniem ich właściwości poszerza się spektrum ich zastosowania. Firma Bayer opatentowała serię odpornych na działanie wody poliuretanowych powłok o wyjątkowo gładkiej powierzchni, które mogą znaleźć zastosowanie w ludzkim ciele (Baymedix). Pokryte nimi cewniki, mikro-części wszczepiane po zabiegach kardiologicznych (np. stenty) i inne produkty medyczne zyskają elastyczność, będą trwalsze i mniej inwazyjne dla ludzkiego organizmu. Innym z rozwiązań są pokrycia, które są w stanie z ustaloną częstotliwością (od odstępu godzinnego do kilkumiesięcznego) uwalniać substancje aktywne, przy czym zarówno substancje lecznicze, jak i pomocnicze można dobrać w tym procesie dowolnie.

Na koniec warto zwrócić uwagę na dodatki do powłok, jakie w swojej ofercie ma np. Evonik. Wzmacniają one innowacyjne działanie farb czy lakierów, chronią zawarte w nich składniki, rozpraszają je i działają przeciw pieniąco czy przeciw gazowo. Tym samym przedłużają "życie" powłok.