Anders Larsson YKI, Ytkemiska Institutet AB anders.larsson@yki.se Färg och nanoteknologi
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.
Vi försöker skapa ny funktionalitet i färg. Exempel ges nedan. Varför nanoteknologi?
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 H 2 O
Minskad smutsupptagning med kolloidal silika - 1 g standardsmuts blandades med 1 g Butylglykol och 998 g H 2 O standard smutslösning Carbon black (Degussa) Minerals (APIIE) Pitch (Koppers) mass [g] 8.5 35 6.5 Total 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 - Större mängd silika högre motståndskraft mot nedsmutsning - Högre effektivitet med Bindzil CC40 mot standard smuts ΔL 6 5 4 3 2 Heated contamination alkyd after 3.cycle Standard dirt 0 3 6 9 12 15 Bindzil concentration [wt%] CC40 40/220
Minskat smutsupptagning med kolloidal silika Resultat: Lab kontamination - Uppvärmd kontamination - 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 ΔL 6 5 4 3 2 1 0 ΔL values of heated contamination (standard dirt) acrylic/alkyd acrylic/alkyd CC40 acrylic/alkyd 40/220 alkyd/acrylic alkyd/acrylic CC40 alkyd/acrylic 40/220 alkyd alkyd CC40 alkyd 40/220 acrylic acrylic CC40 acrylic 40/220 after 1. heated cycle after 2. heated cycle after 3. heated cycle
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 SP Trätek Institute Excellence Centre YKI SIRRIS UPV/Polymat SP PRA Akzo Nobel Deco GmbH Casco Adhesives AB Energenics Europe Ltd BYK Chemie GmbH Laviosa Chimica Mineraria SpA Eka Chemicals AB
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