Нанотехнологии и автокосметика

Рынок материалов для автомоек переполнен “нанопродуктами”. Но большинство из них не имеет отношения к нанотехнологиям. Покупая такой продукт, потребитель только переплачивает за новомодную приставку в названии.

О нанотехнологиях широко заговорили тридцать лет назад, но исследования в нанохимии и нанофизике ведутся почти век, а ряд наноматериалов известен с древности. В последние годы нанотехнологии всё чаще используют в производстве материалов для автоклининга и детейлинга. В этой статье расскажем зачем нужны продукты нанотехнологий в простых процессах мойки и ухода за автомобилем.

Что такое нанотехнологии

Нанотехнологии — это изучение, проектирование и производство материалов и устройств из отдельных частиц, размер которых соответствует нанодиапазону (1-100 нанометров). Один нанометр равен одной миллиардной части (10-9) метра.

Таким образом, первым и главным признаком наночастиц является их геометрический размер — протяженность не более 100 нм хотя бы в одном измерении. Именно с таких размеров вещества приобретают принципиально новые химические и физические свойства.

Наночастицы могут самовыстраиваться в определенные структуры. Эти структуры также проявляют необычные свойства. Например, нанонить паутины способна удерживать огромных по сравнению с ее толщиной насекомых.

Свойства наноструктурированных материалов зависят от расположения и взаимной ориентации элементов структуры. Эта характеристика называется упорядоченность. Важнейший вопрос, стоящий перед нанотехнологией — как заставить молекулы группироваться определенным способом, чтобы получить новые материалы или устройства.

Исходным сырьем для наноматериалов служат оксиды металлов (титана, кобальта и др.), силикаты, природные и синтетические полимеры. Полученные материалы используют в технике, электронике, медицине и даже пищевой промышленности.

“Нано” в автокосметике

Автомобильная промышленность много лет использует нанотехнологии. Смазки для борьбы с трением и износом, восстанавливающие присадки, создающие на поверхности активных механизмов защитные структуры и покрытия, износоустойчивые лакокрасочные материалы — все эти разработки заняли прочные позиции в отрасли. Сравнительно недавно нанотехнологии стали использовать в производстве автокосметики.

Вопреки сложившемуся мнению, нанотехнологии не используют в производстве моющих средств. Зато широко применяют для обновления и защиты элементов отделки автомобиля. Сейчас доступны наносоставы для любых элементов — оптики, резины, пластика, ткани. Особое место занимает нанообработка лакокрасочного покрытия (ЛКП). Внешний вид и качество ЛКП, отражают техническое состояние транспортного средства. Благодаря свойствам и эффектам нанотехнологий, можно относительно недорого обновить и защитить внешний вид автомобиля. Ранее мы уже писали про жидкое стекло для автомобиля.

После нанесения покрытия, наночастицы самоорганизуются в тонкую гладкую пленку и прочно сцепляются с обработанной поверхностью на молекулярном уровне (силы Ван-дер-Ваальса). Защитную пленку можно убрать абразивными средствами, но придется потрудиться. На пористых поверхностях наночастицы проникают в поры и как бы выстилают их изнутри.

Нанопокрытия имеют толщину в несколько нанометров. Поэтому пленку можно увидеть только при помощи увеличительных приборов. В затвердевшем состоянии нанопленка безвредна и нетоксична.

Качественное нанопокрытие характеризуется тремя группами свойств: защитные, оптические и гидрофобные.

Защитные свойства

Основная функция нанопокрытий — защита поверхности от воздействия окружающей среды. Нанопокрытия жаростойки, морозоустойчивы, стабильны к ультрафиолетовому излучению и химическому воздействию. Но главный качественный параметр большинства покрытий — стойкость к механическим повреждениям (царапинам, потертостям).

Наноматериалы по сравнению с обычными объемными материалами обладают более высокими механическими характеристиками. Среди них: способность выдерживать без разрушения прилагаемые механические нагрузки (прочность), способность обратимо деформироваться под действием нагрузок (пластичность), сопротивление материала вдавливанию в него более твердого эталонного материала (твердость). Например, увеличение твердости при переходе размера зерен в нанодиапазон у металлов может достигать 500-600%, а у хрупких материалов (например, для керамик) — 200-300%. Это объясняется значительными силами взаимодействия между атомами на поверхности наноразмерных зерен.

Очень высокой твердостью обладают многослойные материалы, состоящие из чередующихся пленок разного состава, толщина которых лежит в нанодиапазоне.

Оптические свойства

Наноматериалы имеют ряд особенностей рассеяния и поглощения света. Одно из свойств — способность наночастицы излучать видимый свет строго определенной длины волны. Изменяя размер частицы, изготовленной из одного и того же материала, можно варьировать цвет излучения и его чистоту. Например, частица диаметром 3 нм светится синим, а 6 нм – красным цветом. Этот эффект давно и хорошо известен и используется людьми для изготовления цветных стекол.

Чаша Ликурга (IV век нашей эры) — при освещении снаружи кажется зеленой, а при освещении изнутри — красной. Эффект объясняется наличием в стекле мельчайших частиц коллоидного золота и серебра (около 70 нм)

Оптические эффекты наноматериалов обнаружены в окружающем мире: крылья бабочек, перья павлина, ископаемые минералы. Во всех случаях мы наблюдаем различные цветовые оттенки. Но эти материалы не содержат соответствующих пигментов, а состоят из бесцветных частиц нанометрового диапазона.

Автомобильные наносоставы обычно усиливают блеск поверхности, яркость и глубину цвета.

Гидрофобные свойства

Листья и цветки многих растений почти не загрязняются. Это явление называют “эффект лотоса”. В буддизме лотос считается символом незапятнанной чистоты. Его листья и цветки распускаются в грязной тине водоемов безупречно чистыми.

После изучения данного феномена открылись удивительные возможности природы защищаться от неорганических (пыль, сажа) и биологических (споры грибков, микробы, водоросли) загрязнений. Ученые обнаружили, что поверхности растений покрыты тонкой внеклеточной мембраной, на которой проявляются гидрофобные качества. Они настолько сильны, что даже мед и клей на водной основе не прилипают, а полностью стекают с поверхности. Этот же эффект наблюдается и у животных (крылья стрекоз и бабочек).

В настоящее время разработаны пропитки и аэрозоли для нанообработки дерева, бумаги, кожи и даже для облицовочного камня! Обработанный камень не утрачивает гидрофоб даже после шлифовальной бумаги.

Автомобильные нанопокрытия состоят из наночастиц оксида титана с размерами 20-50 нм и полимерного связующего. Наночастицы закупоривают мельчайшие поры в поверхности и не дают молекулам воды проникнуть в нее. Такой состав резко снижает смачиваемость поверхности водой, маслами и спиртовыми растворами.

Подобные покрытия могут наноситься на любые части автомобиля, включая натуральные и синтетические ткани. При нанесении на ткань, нанопленка обволакивает каждое отдельное волокно. На вид и на ощупь поверхность остается прежней, проницаемость воздуха также не меняется. Но энергия поверхности настолько снижается, что жидкость и грязь не могут на ней удержаться и просто скатываются по ней.

Настоящее нано

Настоящих наносоставов для автоклининга и детейлинга мало. Нанопродукт — штука высокотехнологичная. Мало внести нанокомпонент, например, в полироль. Нужно сохранить наночастицы в первоначальном виде, не допустить их агломерацию в более крупные формы. На заводе-производителе, кроме специалистов по нанотехнологиям, должны быть приборы анализа, база для проведения наблюдений, обратная связь с потребителями.

Выбирая флакон на полке магазина, посмотрите на состав. Нанопродукты содержат малый набор компонентов, иногда это только нанокомпонент и растворитель. Про нанокомпонент пишут в аннотации "суспензия/коллоидный раствор наночастиц "чего либо" в "чем-либо" и указывают его роль. Если нанокомпонент не указан, или компонентов много, это повод усомниться. Производитель вряд ли станет умалчивать про "наносодержимое", ведь это показатель определенного уровня продукта.

Еще в аннотации указывают чья это разработка — НИИ, исследовательский центр или лаборатория. Нанопродукт пока еще диковинная вещь, поэтому скрывать отношение к его разработке бессмысленно.

Напечатать на этикетке можно что угодно, поэтому вероятен обман, особенно если производитель малоизвестный. Есть целая группа продуктов, которые не связаны с нанотехнологиями: “наноочистители”, “наношампуни”, освежители воздуха с “наночастицами”. Что и от чего, например, очищают на наноуровне очистители — непонятно. Еще пример: антибактериальная обработка воздуха наночастицами серебра. Какую роль здесь играет размер частицы? Серебро является клеточным ядом в форме иона, и не важно от какого "куска" этот ион "отщепился".

За недостоверную информацию на этикетке, компанию могут лишить свидетельства о госрегистрации продукта (СГР). За несоответствие маркировке Роспотребнадзор штрафует: ИП — от 20000 руб, ООО — от 60000 руб.

Будьте бдительны!

*****

Чтобы быстро получать новости и знания, присоединяйтесь к нам ВКонтакте или Facebook.
А еще подпишитесь на еженедельный дайджест публикаций.