Aktualności i przegląd rynku

Trend do stosowania materiałów "naturalnych" (biobased) dotarł i do farb. Jednym z motywów ich wprowadzenia jest łatwość dopuszczenia do użytku niezbyt silnie zmodyfikowanych materiałów pochodzenia roślinnego. Stosuje się wobec nich zasadę GRAS (Generally Recognized As Safe) i do ich zakazu potrzebne jest wykazanie ich szkodliwości, podczas gdy dla materiałów "chemicznych" niezbędne jest wykazanie nieszkodliwości. Mieszanki białek spożywczych znalazły zastosowanie jako hydrofilowe dodatki do powłok fotoutwardzalnych i transportery wody w powłokach hydrofobowych. W powłokach takich często wykorzystuje się naturalne tiole (np. cysteinę) do inicjowania reakcji sieciowania, gdy siarka stanie się centrum reaktywnym. W najprostszym przypadku powstają ugrupowania dwusiarczkowe typu cystyny, możliwe są też addycje do wiązań podwójnych. Wiązania dwusiarczkowe wykazują izomerię syn-anti, wiążącą się ze zmianą długości łańcucha i objętości cząsteczki (przykładem jest wulkanizowany kauczuk). Jeśli elastyczność nie jest pożądaną cechą powłoki, można "zrelaksować" dwusiarczek dodatkiem kwasu GRAS, np. winowego. Wykorzystywana jest "autoinicjacja fotoreakcji", czyli zapoczątkowanie takiego procesu chemicznie, a nie UV. Dalsza reakcja przebiega z udziałem promieniowania widzialnego. Do farb dodaje się spożywcze olejki zapachowe, barwniki lub nawet gumy (np. guar lub ksantan) jako zagęszczacze. W atramentach są one rozproszone w glikolu propylenowym z emulgatorem lecytynowym. Piękne efekty optyczne otrzymali badacze z uniwersytetów Harvarda i Exeter, naśladując mieniące się owoce amerykańskiej rośliny hagberry. Badania mikroskopowe wykazały, że elementem pigmentowym skórki owocu są mikrowłókna, będące nanowarstwami biopolimeru nawiniętego na brązowe włókno roślinne. Daje to skokowe zmiany współczynnika załamania na nanometrach odległości. Odbite od nich światło interferuje, co widać, gdy patrzy się pod kątem innym niż prosty do orientacji włókien. Dwuwarstwy polimerowe otrzymano na podłożu stałym i przeniesiono na powierzchnię wody, gdzie nawinięto je na elastyczne włókno. Długość fal światła całkowicie odbijanego przez taki rezonator optyczny zależy od ilości "zwojów", czyli nawiniętych dwuwarstw oraz ich grubości. Ta ostatnia zależy od naprężeń, jakim poddawane jest całe włókno, stąd nowy materiał może służyć do ich pomiaru.

Rewolucja nanotechnologiczna wchodzi powoli do pokryć. Jeszcze nie tam, gdzie wyprze dotychczasowe materiały i technologie, czyli do pigmentów, ale zadomowiła się w wypełniaczach i innych dodatkach. Jak dotychczas farbiarze nie dają sobie rady z podstawowym nanoefektem: nanocząstka wykazuje swoje nanowłaściwości, gdy jest dobrze izolowana od innych. Zmienia je drastycznie po aglomeracji. Jako wypełniacze stosuje się coraz częściej nanocząstki wypełnione polimerami (gdy są porowate) lub powleczone nimi. Chodzi głównie o znaną z technologii polimerowej kompatybilność nanocząsteczek z "fazą makro". Nanocząstki tlenków Si i Al nadają powierzchniom powłok jednocześnie przezroczystość i połysk, a przy tym drastycznie zwiększają twardość i odporność na ścieranie. Tlenek glinu ma tak duży współczynnik załamania światła, że stosuje się go na ogół do pokryć matowych. 0,5-2% dodatku tlenku glinu o średnicy ziaren od 20 do 80 nm czyni powłokę prawie niezniszczalną. Oleje silikonowe, woski i poliakrylany wykazują często synergię własności z nanocząstkami nieorganicznymi. Wykorzystuje się to do komponowania lakierów nadrukowywanych (overprint varnishes, cienkie warstwy ochronne nanoszone na właściwe pokrycie), które muszą być jednocześnie bardzo cienkie i bardzo odporne. Nanokrzemionkę można skłonić do pokrywania cząstek zawiesin polimerowych. Obie warstwy mogą aglomerować, co doprowadziło do materiałów o kontrolowalnej przenikalności wody i gazów. Można też skłonić inny polimer do nałożenia się kolejną warstwą. Nanocząstki ZnO w pokryciach podnoszą ich odporność chemiczną i usuwają wrażliwość na światło UV. Do tego samego celu wykorzystuje się tlenki Ce i Ti. Ten pierwszy jest drogi, drugi jest fotokatalizatorem i wymaga powleczenia dodatkowym polimerem wyłapującym wolne rodniki. Nanorurki węglowe też zwiększają odporność pokryć na warunki atmosferyczne. Na wykorzystanie czeka ich znakomite przewodnictwo cieplne i elektryczne. Nanorozdrobnione glinki poprawiają własności pokryć poliuretanowych. Ciekawym zagęszczaczem okazały się nanowłókna celulozowe pozyskane z korzeni marchwi i buraków cukrowych. Powiązania pierścieni glukozowych aksjalnymi łącznikami daje im strukturę "płytkową", co pozwala na minimalizację ingerencji w strukturę polimeru, a więc na zachowanie jego własności. Dodatkowo wytrzymałość mechaniczna tych włókien jest zbliżona do węglowych. Są już na rynku pod nazwą Curran®. Wyróżniają się największym wśród zagęszczaczy zakresem modyfikacji lepkości preparatów powłokotwórczych i samych powłok.