مکانیزم خود تمیزشوندگی
پوشش‌های خود تمیزشونده به دو گروه آب‌گریز و آب‌دوست تقسیم می‌شوند. در پوشش‌های آب‌گریز به واسطه تشکیل قطرات کروی‌شکل و در پوشش‌های آب‌دوست از طریق تشکیل لایه‌های نازک آب روی سطح، آلودگی‌ها از سطح زدوده می‌شوند.
مکانیزم خود تمیزشوندگی
آب‌دوست یا آب‌گریز بودن سطح به زاویه تماس قطره آب با سطح بستگی دارد. زاویه تماس در فصل مشترک سه فاز جامد و مایع و گاز در محل تماس قطره مایع با سطح جامد تشکیل می‌شود. به طور کلی، اگر زاویه تماس کمتر از 90 درجه باشد، سطح را آب‌دوست می‌گویند، در حالی که اگر این زاویه بیشتر از 90 درجه باشد، سطح را آب‌گریز می‌نامند. سطوح با زاویه تماس نزدیک به صفر درجه ابر آب‌دوست و سطوح با زاویه تماس بیشتر از 150 درجه ابر آب‌گریز نام دارند. سطوح آب‌گریز دارای انرژی سطحی بسیار پایین هستند، در حالی که انرژی سطحی سطوح آب‌دوست بسیار بالاست. استفاده از فناوری نانو و بروز خواص متفاوت در ابعاد نانومتری دستیابی به سطوح ابر آب‌گریز و ابر آب‌دوست را ممکن کرده است.
زاویه تماس یک قطره با سطح آب‌گریز: برای زاویه بزرگتر از 90 درجه سطح آب‌گریز و برای زاویه تماس بیشتر از 150 درجه باشد، سطح فوق ابر آب‌گریز نامیده می‌شود.
پوشش‌های آب‌گریز و ابر آب‌گریز
زبری سطح و ساختار آن، نقشی بسیار مهم در افزایش زاویه تماس دارند. انسان‌ها با الهام از برگ‌های نیلوفر آبی، برای ساخت سطوح فوق آب‌گریز تلاش کرده‌اند. در پوشش‌های آب‌گریز، آب به محض تماس با سطح به شکل قطرات کروی تجمع یافته و از روی سطح لغزیده و ذرات آلودگی را با خود از روی سطح می‌زداید. زمانی که یک سطح دارای بافت زبری در مقیاس نانومتری باشد، فصل مشترک بین هوا و آب در یک قطره که بر روی سطح قرار گرفته است افزایش پیدا می‌کند و نیروی موئینگی بین قطره و سطح شدیداً کم می‌شود. بنابراین، قطره آب شکل کروی به خود می‌گیرد و به راحتی جریان پیدا می‌کند و ذرات آلاینده موجود بر روی سطح، به قطرات آب چسبیده و با غلطیدن قطرات آب، آلودگی‌ها نیز از سطح زدوده می‌شود. پوشش‌های نانو با ذرات در حد چند ده نانومتر، ضمن پوشش حفره‌های میان ذرات سطح و همچنین رساندن زاویه تماس آب با سطح به بیش از 120 درجه، امکان ایستایی ذرات آب روی سطح را از بین برده و موجب کاهش تجمع آلودگی‌ها و چسبندگی آن روی سطح خواهند شد.
پوشش‌های آب‌گریز مبتنی بر فناوری نانو (نانوذرات سیلیکا)
پوشش‌های آب‌گریز، پوشــش‌های نازک نانومتری کاملاً شفاف بوده که قابل استفاده بر روی سطوح مختلف، مانند شیشه، چوب، سنگ، کاشی و سرامیک وغیره هســتند و با روش‌های متفاوتی بر روی این ســطوح پوشــش داده می‌شوند. نانوذرات سیلیکا مرســوم‌ترین ماده‌ی مورد استفاده در پوشــش‌های آب‌گریز است که کاربرد بیشــتری نسبت به ســایر اکسیدهای فلزی دارد. با قرار گرفتن این نانوذرات در بســتر پلیمری مناســب و عاملدار کردن سطح این ذرات، خاصیت آبگریزی مناســبی ایجاد می‌شود. در شکل زیر فرآیند آماده‌سازی یک پوشش فوق آب‌گریز نشان داده شده است.
فرایند آماده‌ســازی یک پوشش فوق‌آبگریز، 1. نانو ذرات سیلیکا 2. عاملدار کردن سطح ذرات سیلیکا با poly (BA-co-EFOA) 3. اتصال زنجیره‌های پلیمری فلئوردار به ذرات سیلیکا 4. شکل‌گیری ساختارهای سلسله مراتبی نانو بر روی سطح 5. قطره‌های آب قرار گرفته در زبری‌های سطح 6. تغییر شکل قطره به دلیل کشش سطحی نامتعادل 7. حرکت قطره آب به سمت بالا و معلق شدت آن در سطح 8. جدا شدن قطره آب از روی سطح
مزایای استفاده از فناوری نانو در صنعت کاشی و سرامیک
- کاهش استفاده از مواد شوینده برای تمیزسازی سطح تا 70%
- کاهش هزینه‌های پاک‌سازی و ضدعفونی کردن محیط
- کاهش دوره‌های پاک‌سازی
- کاهش آلودگی‌های محیط و محافظت از تاثیر نم و کثیفی‌ها
- سهولت در تمیز کردن لکه‌های سخت مانند سیلیکون، چربی و روغن با استفاده از آب
- جلوگیری از رشد و گسترش کپک، جلبک و مشابه آن‌ها در محیط‌های بیمارستانی، حمام و سرویس بهداشتی
- کاهش سایش و فرسایش سطوح
- بی‌خطر و سازگار بودن مواد با محیط زیست
نوشته: آقای عمادالدین هراتی فر