Эффект лотоса в строительстве

Самоочищающиеся краски: не дают фасаду намокнуть и расщепляют грязь

Минеральные стены, так же, как и деревянные, нуждаются в защитном покрытии. Производители предлагают множество красок с различными свойствами, в том числе с и функцией самоочищения. Как же они работают? И насколько эффективны?

Главным врагом каменных, кирпичных, бетонных и оштукатуренных фасадов является вода, а потому задача краски — не дать атмосферной влаге проникнуть внутрь стены. Также важны стойкость к УФ-излучению и эластичность, компенсирующая подвижки стен. Это — обязательные качества. Но производители декоративно-защитных покрытий идут дальше, наделяя свои продукты все новыми и новыми свойствами. В частности, функцией самоочищения.

Давно известно, что листья лотоса не намокают даже под проливным дождем. Больше того, если окунуть цветок в воду, а потом достать его, он будет сухим. Вода не сцепляется с его поверхностью, но образует мелкие капли и скатывается вниз. Именно это вдохновило производителей красок на создание материалов с эффектом самоочищения, или с эффектом лотоса.

Нельзя сказать, что на стены, покрытые самоочищающейся краской, в принципе не оседает грязь. По сравнению с обычными покрытиями они значительно дольше сохраняют презентабельный вид

Секрет самоочищающихся красок — в особых компонентах, реагирующих на солнечные лучи. Они накапливают энергию света и расщепляют частицы грязи, которые теряют связь с поверхностью и легко смываются дождем.

Существует несколько разновидностей покрытий такого рода. Львиную долю рынка занимают силиконовые краски. Их основу составляет силиконовая смола, благодаря которой на поверхности стены образуется прочный, но пористый, воздухопроницаемый декоративный слой. Атмосферная влага сквозь него просочиться не может, а вот пар, идущий изнутри дома, выходит без труда.

Силиконовые фасадные краски оптимальны для известковых штукатурок, старых оснований или кирпичной кладки

Силиконовые краски влагостойки, паропроницаемы, прочны, эластичны и долговечны. По утверждениям производителей, срок жизни таких покрытий может достигать 15-20 лет. Подходят они для всех минеральных поверхностей, кроме бетонных.

Силикатные краски с эффектом самоочищения несколько уступают силиконовым по таким параметрам, как устойчивость к влаге и эластичность. Они образуют довольно плотную, жесткую пленку. Так что если есть риск того, что здание будет подвержено усадке или иным деформациям, лучше воспользоваться другим отделочно-защитным материалом. С другой стороны, силикатные краски чрезвычайно устойчивы к механическим повреждениям, и их можно использовать на любых минеральных стенах.

Если фасады окрашены силикатной краской, при перекрашивании можно использовать только силикатные или силиконовые составы

Существуют также модифицированные силиконом акрилатные краски, которые исправно выполняют свои функции, хотя и чуть менее эффективно, чем силиконовые и силикатные покрытия. Зато они куда более демократичны по цене.

Технология нанесения

Чтобы фасадная краска служила верой и правдой, ее нужно грамотно нанести. Всем известно, что отделываемая поверхность должна быть прочной, ровной, чистой и загрунтованной. Но это еще не все. Грунт, наносимый под фасадную краску, должен был паропроницаем. Иначе влага будет скапливаться в толще стены, а намокание материала приведет к его разрушению.

Крыша здания должна быть сконструирована таким образом, чтобы дождь и снег не попадали на стены. Осадки быстро разрушают даже самую качественную фасадную краску, ведь толщина декоративного слоя составляет всего 200-300 мк

К окрашиванию фасадов нужно приступать только после того, как дом переживет хотя бы один отопительный сезон. Дело в том, что в свежей кладке с еще не высохшим раствором содержание влаги составляет 20-25%. Испаряясь, вода будет разрушать красочный слой, из-за чего он неизбежно вздуется и отслоится. Внешние стены можно отделывать лишь тогда, когда их влажность опустится до 5%. Определить это можно при помощи бытового влагомера.

В завершении отметим, что грунт, краска и колоранты иногда оказываются несовместимыми. Чтобы избежать неприятных сюрпризов, лучше всего покупать все у одного производителя.

Источник

Эффект лотоса в современных нанотехнологиях для авто

Многие современные технологии основаны на результатах наблюдения за живой природой и заимствования у нее уникальных механизмов и принципов. Одним из примеров такого «сотрудничества» человека с природой является так называемый «эффект лотоса» (Lotus-effect). Под этим эффектом понимают явление самоочистки листьев и цветов некоторых растений, которое основано на особом наноструктурированном строении их поверхности. Данный феномен был запатентован учеными, открывшими его в семидесятых годах ХХ века – Вильгельмом Бартхлоттом и Кристофом Найнуйсом.

Эффект был назван в честь лотоса – растения, на котором он проявляется максимально ярко. Интересную способность лотоса к самоочистке заметили еще в древние времена: например, культура буддизма отождествляет его с чистотой и непорочностью, ведь листья и цветки этого растения не покрываются грязью даже в мутной тинистой воде.

Цветок лотоса и капля воды на поверхности листа

В результате исследований выяснилось, что способность к самоочищению относится не только к неорганическим загрязнениям (пыль, сажа, например), но и к загрязнениям биологическим (водоросли, микроорганизмы, споры, бактерии и пр.). Причем защищать себя таким образом может не только лотос – кактус, тюльпан, камыш, капуста также обладают этим свойством, а еще некоторые насекомые, в частности, их крылья.

Как же работает этот механизм? Благодаря точным микроскопам удалось раскрыть его природу. Оказалось, все дело в кутине – воскообразном веществе, состоящем из высших жирных кислот и эфиров. Это вещество располагается на поверхности листьев и цветков в виде своеобразных «шипов», которые и являют собой специфическую наноструктуру.

Поверхность листа лотоса под электронным микроскопом

«Эффект лотоса» возник в результате сложных эволюционных процессов, направленных на повышение способностей растений к выживанию. Дело в том, что загрязнение листьев как неорганическими веществами, так и бактериями, способно нарушить естественные биологические явления, имеющие место на поверхности. Ведь поверхность любого листка – это комплексная система, обладающая возможностями терморегулирования, фотосинтеза, водно-солевого обмена и др. Таким образом, с помощью «лотос-эффекта» растения защищают себя от размножения и паразитирования спор, загрязнения любыми веществами. Поверхности таких особых растений способны проявлять уникальные гидрофобные возможности, благодаря которым любая жидкость не задерживается, а стекает с них, увлекая за собой и загрязнения. Частицы грязи при этом распределяются по внешней стороне капли воды, не проникая внутрь нее.

Капля жидкости на супергидрофобной поверхности (капля касается листа только в нескольких точках, стягивается за счет поверхностного натяжения к шару и при самых незначительных углах наклона свободно скатывается)

Изучив условия, в которых проявляется «эффект лотоса», ученые смогли объяснить, как он реализуется на наноуровне. Сделать это можно с помощью простого примера: представим себе поверхность, покрытую зубцами наподобие расчески. Если положить на зубцы кусочек бумаги, то площадь его соприкосновения с поверхностью будет минимальной – только в местах контакта с зубцами. Если тот же клочок бумаги положить на гладкую поверхность, площадь соприкосновения значительно увеличится.

Таким же образом работает и поверхность листьев, покрытая восковыми ворсинками: грязь соприкасается только с ними, и капли воды тоже. Вода не может растечься и остается в виде шарика, а частицы загрязнения, слабо сцепленные с «остриями» ворсинок, соединяются с гладкой поверхностью капли. Капля же, стекая с листа, уносит с собой и загрязнения.

Капля воды на гладкой (слева) и шероховатой (справа) поверхностях

Соответственно, такой механизм «эффекта лотоса» довольно просто скопировать человеку, создав материал с такими же свойствами, как и самоочищающиеся поверхности растений.

Есть множество примеров, демонстрирующих широкое применение технологий на основе «эффекта лотоса», но большинство из них относятся к созданию специальных покрытий для автомобилей – для корпуса, окон, пропитки тентов и пр.

Нанотехнологии на основе этого явления помогли увеличить срок эксплуатации автомобильных покрытий, защитить внешний вид автомобиля от постоянных угроз внешней среды, тем самым снижая скорость снижения стоимости машины при регулярном использовании.

Одним из примеров применения «эффекта лотоса» стал продукт компании «Дуалес Систем Дойчланд АГ», который она продемонстрировала еще в 2000 году на всемирной выставке в Ганновере. Это была автомобильная краска, способная к самоочищению под воздействием обычной воды, причем отличный результат достигается даже при сильном загрязнении.

Развитие нанотехнологий позволило усовершенствовать способы очистки поверхности авто: сейчас уже существуют особые составы, которые распыляются на поверхность и растираются тканью. Они не только удаляют грязь, но и покрывают поверхность слоем самоочищающегося вещества, которое действует в течение многих месяцев.

Уже в 2003 году появились машины, поверхность которых покрыта лаком со специально разработанными наночастицами. После высыхания лака наночастицы обеспечивают его прочность и интенсивность блеска за счет образования плотной сетчатой структуры. Такую технологию использовали в производстве автомобилей Mercedes-Benz серий E, S, CL, SL и SLK, которые на выставке «Automechanika» в 2004 году получили награду в одной из номинаций за свои уникальные способности к легкой очистке.

Еще одним достижением развития нанотехнологий стало создание экологически безопасных красок. Дело в том, что обычные краски содержат в составе растворители, которые во время сушки загрязняют окружающую среду. После изобретения новых порошковых веществ эта проблема была решена: такие порошковые краски не содержат вредоносных органических соединений. Кстати, компания DuPont заявляет, что создала экологически чистую порошковую краску на водной основе еще вначале 90-х – для высыхания такому материалу нужно не более 10 секунд под воздействием ультрафиолетового излучения.

А фирма Nanovere сумела создать краску, обладающую сразу двумя полезными свойствами: способностью к самоочищению и стойкостью к царапинам и повреждениям. Продукт получил название Zyvere 2K Nanocoating и прошел все испытания в естественных условиях «на отлично».

Еще одно изобретение, покрытие на основе наночастиц диоксида кремния, способно снизить появление царапин на 53%, а возникновение загрязнений – на 60% за счет описанного выше «эффекта лотоса». Такое нанопокрытие применяют для кузовов автомобиля, нанесения на колесные диски, поверхности судов и самолетов.

В общем-то, сегодня разработано довольно много составов на основе нанотехнологий: например, всевозможные полироли и другие средства защиты. Они предназначены для нескольких основных целей: визуальная маскировка повреждений и царапин на поверхности, восстановление свойств лакокрасочного покрытия или стекол автомобиля и придания им способности к самоочистке. Такие материалы состоят обычно из некого растворителя и самой полироли, основанной на частицах наноматериала (алмаз, окиси кремния и титана и др.).

Важным шагом стало также изобретение гидрофобных покрытий для стекол в автомобилях, которые постоянно подвергаются действию воды и грязи, а потому становятся мутными и ухудшают обзор. Такие покрытия основаны на уменьшении площади соприкосновения капель воды с поверхностью стекла, что позволяет воде стекать, не оставляя подтеков и загрязнений.

Процесс лотос-эффекта: 1 – нанопокрытие; 2 – капля жидкости (воды); 3 – загрязнение; 4 – поверхность (стекло, краска, керамика и т.д.)

Использование таких веществ для стекол имеет массу преимуществ. Любые загрязнения, как-то: снег, дождь, пыль, смолы, капли масла, насекомые – легко удаляются даже потоком воздуха при движении автомобиля или, в более экстремальных условиях, «дворниками». Естественно, более прозрачные стекла улучшают видимость даже в ночное время, а в результате повышается уровень безопасности. Кроме того, это позволяет экономить на стеклоочистителях, ведь их приходится использовать значительно реже.

Конечно, «эффект лотоса» нашел свое применение не только в автомобильной промышленности. Сегодня уже создано множество материалов, способных к самоочищению, обладающих гидрофобными свойствами, например, водоотталкивающие краски для фасадов, покрытия для поездов, незапотевающие стекла, непромокающая одежда и т.д. Развитие нанотехнологий и продолжение изучения их возможностей способно в перспективе принести человечеству еще множество удачных изобретений.

Источник

Развитие искусственных поверхностей

Современные технологии позволяют создавать практичные защитные материалы, способствующие созданию в покрытии наружных поверхностей дополнительных эффектов. Для этого технологи и разработчики используют различные виды не только химических веществ. Так же хорошим материалом являются искусственно созданные элементы, которые стоят намного меньше дорогих аналогов. В специализированных магазинах можно приобрести подобные товары.

Например, благодаря нано технологиям разработчиками была создана оригинальная искусственная поверхность, которая при более детальном рассмотрении с помощью различных устройств напоминает щетку. Удивительно, но подобную, создано при помощи различных современных технологий защитную поверхность по-другому называют нано травой. Такое название Она получила благодаря тому, что в структуре нано травы переплетается огромное количество различных нано стержней, симметрично расположенных на небольшом расстоянии друг от друга.

Зачастую основным материалом для создания подобных стержней является кремний. Ведь он хорошо взаимодействует с другими типами поверхностей и различных материалов.

Кроме того, используют и другие вещества, а также материалы, позволяющие открывать новые возможности самоочищающихся типов поверхностей. Всё зависит от типа покрытия. Поэтому некоторые материалы усовершенствуют при помощи специальных добавок и химических элементов, отличающихся особой прочностью и долговечностью.

Свойства самоочищающейся поверхности

Это ты такую ситуацию, что-то подобную нано траву пропадает капля воды. Жидкость не сможет проникнуть глубже поверхность только потому, что специально продуманная структура нано травы и присутствие большого натяжения жидкости на поверхности не пропустит воду, оттолкнет её.

Способность к отталкиванию различных жидкостей присутствует во всех типах самоочищающихся поверхностей. Это свойство позволяет материалам не разрушать свою структуру, даже когда воздействие внешних факторов осуществляет давление на саму поверхность.

Подобная самоочищающаяся поверхность уникальна, благодаря своим свойствам:

Капля жидкости на супергидрофобной поверхности (капля касается листа только в нескольких точках, стягивается за счет поверхностного натяжения к шару и при самых незначительных углах наклона свободно скатывается)

Для того, чтобы обеспечить покрытие наружных поверхностей дополнительным увеличением защитных функций самоочищающегося типа поверхности, необходимо использовать особые лакокрасочные материалы. Несколько лет назад химики смогли добиться уменьшение уровня смачиваемости, используемые при защите поверхностей нано травы. Секрет заключался в создание дополнительного слоя при помощи применения одного из гидрофобных полимеров.

Данные вещества просто наносят на поверхность нано травы. После того, как полимер начнет выполнять свои защитные функции, к подобной нано траве не прилипнет не только вода, но и различные части других материалов, способных загрязнять поверхности.

Таким образом, эти частички грязи или же вода, которым всё же удалось попасть на самоочищающуюся поверхность, просто скатывается с неё. Иногда они смываются водой, задерживающейся на некоторое время на поверхности самого покрытия. Это очень удобно, ведь поверхность не нуждается в дополнительной очистке или же поддерживании её чистоты.

Эффект лотоса

Цветок лотоса и капля воды на поверхности листа	Поверхность листа лотоса под электронным микроскопом

Секрет листьев лотоса заключён в особом природном преимуществе, позволяющем цветку очищать свои листья, предотвращая попадание на них грязи или же воды. При более детальном рассмотрении листьев с использованием микроскопа, можно раскрыть секрет данной самоочищающейся поверхности, которая была создана природой.

Функции искусственной поверхности

По всей поверхности листа можно увидеть различные микропупырышки, оснащенные специальными микроворсинками. Большинство проведённых исследований установили природу данных ворсинок. Оказалось, они были сделаны из воска. Ведь только воск является природным материалом, обладающим специальными гидрофобными свойствами. Поэтому листья лотоса очень похожи на нано траву, созданную учеными в лабораторных условиях.

Ученые просто взяли за основу подобное свойства листьев и на его основе создали специальное защитное покрытие, которая в свою очередь:

Капля воды на гладкой (слева) и шероховатой (справа) поверхностях

Природа всегда вдохновляла ученых и различных разработчиков на создание новых решений для улучшения человеческой жизни. Однако, данные материалы должны быть не только приемлемые по цене недоступны для создателей таких защитных покрытий.

Поэтому на данный момент ученые заняты поиском дополнительных источников для создания более дешевого и одновременно практичного сырья.

Это позволит не только упростить процесс производства самоочищающегося покрытия, но и создаст возможность для дополнительного расширение ассортимента товаров, созданных при помощи использования технологии «Эффекта лотоса».

Покрытие наружных поверхностей

Ученые добились значительных результатов в создании самоочищающихся покрытий и поверхностей, способных водоотталкивающим свойствам. Только представьте себе материалы у которых самоочищающиеся покрытия, поверхности, которых будут оставаться чистыми на протяжении всего времени их эксплуатации. Это значительно уменьшит финансовые расходы на приобретение всевозможных химических средств и очистителей, способных уничтожить грязи и налёт с поверхностей.

К тому же при слишком частом воздействии на поверхность при помощи химических веществ её структура со временем разрушается. Этого можно избежать, установив специальную самоочищающуюся поверхность, которая обеспечит дополнительную защиту любому типу конструкции.

Как нано поверхность будет использоваться в ближайшем будущем? Например, можно будет создать наряды, которые никогда не будут загрязняться или же терять яркость света.

Сейчас уже идут разработки уникальные самоочищающиеся поверхности ветрового стекла. Его уникальность состоит в том, что специальные нано ворсинки расположены на внешней поверхности материала. Это создаст защитное нано покрытие, которое обеспечит дополнительное удобство в управлении транспортным средством при различных погодных условиях.

Процесс лотос-эффекта: 1 – нанопокрытие; 2 – капля жидкости (воды); 3 – загрязнение; 4 – поверхность (стекло, краска, керамика и т.д.)

Применение самоочищающегося покрытия

Кроме травы для машин уже созданы колесные диски, сохраняющие свою частоту на протяжении всего периода управления транспортным средством.

В сфере создания строительных материалов с использованием «эффекта лотоса» также будет проведено множество инновационных проектов. Среди лакокрасочных материалов уже появились краски с «эффектом лотоса», благодаря которым можно покрасить внешнюю части дома и больше не беспокоиться о потом, что на его стенках будет накапливаться грязь.

Существуют так же водоотталкивающие краски со специальными дополнительными эффектами. Благодаря их использованию можно добиться нужных вам результатов и при этом не обладать специальными знаниями в науке.

По какому же принципу действует данная краска с «эффектом лотоса»? Когда на обычную поверхность попадает какая-то грязь, то она остаётся на ней и со временем образует налёт. Даже вода полностью не способна смыть все загрязнения.

Очистить самостоятельно большую площадь практически невозможно без применения особой техники. Ведь не все участки дома доступны для очистки простыми моющими средствами.

И если в очищающих типах поверхностей содержатся специальные волокна, задерживающие попадание грязи и жидкости на основную поверхность, то краска действует немного по-другому.

В её составе присутствуют особые микрокристаллы, которые похожи на микроволокна и препятствуют распространению грязи по поверхности. Они состоят из стеклянных частиц, искусственно созданных в лабораторных условиях. Подобно листьям лотоса, они действуют как мощный водоотталкивающий технологически совершенный механизм.

Стёкла домов так же могли бы стать более совершенными, благодаря существованию такой технологии. Ведь она универсальна и по сути эффект лотоса можно применять на разных типах поверхностей, которые вполне возможно будут созданы из прочных или же эластичных материалов.

Поэтому разработчики всерьёз задумались об усовершенствовании уже существующих технологий. Особенно подобные стёкла очень актуальны на большой высоте, где всевозможные очистители и моющие средства не способны на длительное время избавить стекло от грязи и сохранить его эстетический вид. Стекло, усовершенствованное водоотталкивающими свойствами намного дешевле и эффективнее обычного.

Ниже можно посмотреть видео с сравнением о бычного и самоочищающегося стекла

Даже обычная керамическая плитка может стать универсальной и долговечной, если усовершенствовать её при помощи специальных добавок при создании её формы. Для домов так же разрабатывают специальную черепицу, способную сохранять свою чистоту. Разработчики продумали даже возможность предотвращения накапливания больших объёмов снега на крыше.

Самоочищающиеся поверхности приобретают всё большую популярность, благодаря своим свойствам. Поэтому на данный момент ученые заинтересованы в увеличении объёмов производимой продукции за счёт использования технологий вторичной переработки сырья. Это позволит в значительной степени сократить общие расходы на производстве, связанные с использованием больших объёмов исходных веществ.

Ведь на данный момент химические вещества, необходимые для реакции стоят немалых денег. За счёт этого стоимость полученного самоочищающегося покрытия увеличивается. Но с другой стороны, спрос на его производство возрос в несколько раз. Так все затраты на производство товаров из специального покрытия, отталкивающего грязь окупятся сполна после расширения производства.

материалы по теме

Нанопокрытие для космических кораблей было разработано томскими учеными

Иллюминаторы космических кораблей теперь будут защищены многослойными наноструктурными металлокерамическими покрытиями, которые были разработаны томскими учеными.

Исследования в области нанопокрытий финансируются Канадой

184 тысячи долларов получили научные сотрудники Университета Саскачевана для разработки и тестирования наноструктурированных покрытий, благодаря которым возможно заставить служить дольше труднодоступные промышленные и медицинские детали.

Источник