Самоочищающиеся покрытия для керамических поверхностей

В настоящее время прогрессивные нанотехнологии прекрасно оперируют с известными химическими процессами, в которых принимают участие хорошо известные неорганические или органические структуры и элементы. Однако участвуют они лишь в мизерных наноскопических объемах.

К примеру, если привести сравнение наноэлемента средних размеров и размеры стандартного футбольного мячика, то их соотношение примерно будет таким же, как соотношение размеров футбольного мяча с размерами земного шара! Поэтому аккуратно и скрупулезно выстраивая микроскопические структуры из известных элементов химической таблицы Менделеева, на сегодняшний день можно синтезировать материалы с уникальными и удивительными свойствами, которые зачастую даже противоречат общепринятому здравому смыслу.

Например, появились такие современные материалы, которые могут демонстрировать нам мощные клеящие способности, являясь, при этом, отличными репеллентами. Некоторые материалы демонстрируют необыкновенную твердость, являясь, однако, очень гибкими.

Покрытия из таких очень тонких материалов характеризуются прозрачностью, высокой стойкостью к различным химическим воздействиям, отличной устойчивостью к коррозии, поэтому сфера применения таких материалов поистине широка и безгранична. Один из областей практических приложений современных нанотехнологий — это получение стойких и прочных покрытий для керамических изделий.

Покрытий, которые без особых усилий самоочищаются от пыли и грязи, либо к которым пыль и грязь вообще не пристает.
В недалеком 1999 году германская фирма Nanogate Technologies GmbH из города Саарбрюкена одержала убедительную победу в тендере, объявленном известным концерном Duravit AG, на промышленную разработку самоочищающихся покрытий для керамических изделий под названием WonderGlis.

На ежегодной выставке CEVISAMA в 2000 году, но уже в Испании был представлен еще один похожий продукт — покрытие для керамической плитки Sekcid, разработанное компанией в результате стратегического и плотного партнерства с испанской компанией Torrecid S.A., являющейся одним из мировых лидеров в области производства глазурей и фритов для нужд керамической отрасли. На сегодняшний день идет высоконаучная работа над продуктом Cleartec, предназначенным для покрытия поверхностей душевых кабин концерна Duscholux GmbH.

Сущность подхода фирмы Nanogate гениальна, но вместе с тем и достаточно проста. Для этого представим себе обычную дощечку, из которой вырос лес острых стальных гвоздей, забитых с внутренней стороны. Можно представить обычную массажную щетку.

Затем представим себе самый обычный клочок бумаги, который будет являться пятном грязи.
При взаимном контакте дощечки с гвоздями или массажной щетки с клочком бумаги, изображающем грязь, сила прилипания этой грязи обусловлена, в первую очередь, площадью поверхности.

Если бы у дощечки гвоздей не было, а у щетки ворсинок и их поверхность была бы абсолютно гладкой, то площадь их контакта оказалась бы очень даже существенной, чтобы грязь держалась бы на поверхности достаточно прочно. Но, по причине острых кончиков стальных гвоздей площадь взаимного контакта минимальна, и грязь вынуждена парить как бы на пуанте.

Аналогичная ситуация возникает при контакте с каплей воды. Она не в состоянии просто растечься по остриям гвоздей и поэтому вынуждена свернуться в обычный шарик.

Далее, если немного наклонить нашу дощечку, то шарик воды свободно покатится по остриям гвоздей и встретится, в конце концов, с пятном грязи.
Теперь перед пятном грязи встает дилемма: или продолжать малоустойчиво балансировать на остриях дощечки, или же слиться воедино с ровной и гладкой поверхностью катящегося шарика воды.

Само собой разумеющееся, что выбор будет однозначно решен в пользу второго варианта событий. И таким образом, капли воды, обволоченные встречавшимися на пути пятнами грязи, скатываются, отягощенные своим весом, вниз и оставляют за собой идеально чистую и сухую поверхность.

Абсолютно другой подход использовали исследователи японской компании TOTO. Они провели эксперименты на основе двуокиси титана с применением фотокатализатора.

Двуокись титана, модифицированная японскими разработчиками на основе современных нанотехнологий, при воздействии ультрафиолетовых лучей синтезирует активный кислород из атмосферного кислорода или из воды. Данный процесс чем-то напоминает естественный фотосинтез, при котором хлорофилл активно использует солнечный свет, чтобы переработать углекислый газ и воду в глюкозу и кислород.

Выделенного двуокисью титана активного кислорода во всех отношениях достаточно, чтобы подвергнуть расчленению и окислению органические материалы или пахучие газы, а также ликвидировать бактерии.
Результатом таких экспериментов и исследований японских специалистов явилось создание нового покрытия для керамических изделий с принципиально новыми качествами — деодорирования и стерилизования помещений, разрушения частичек грязи.

Это уникальное покрытие особо актуально для помещений медицинских учреждений и для помещений для приготовления пищи.
Последующие эксперименты с участием фотокатализатора позволили японцам открыть еще одно уникальное явление.

Под воздействие света постепенно начинает уменьшаться угол контакта поверхности покрытия с водой. И спустя некоторое время такая поверхность начинает обнаруживать у себя качества гигантской гидрофильности.

Иными словами, поверхность керамического материала попросту не отталкивает воду, а так как вода не в состоянии находиться в форме капли, она начинает полностью растекаться тончайшей пленкой по всей поверхности, превращаясь, таким образом, в тончайшую прозрачную пленку. Основные решения, полученные японскими исследователями, были официально запатентованы впервые в 1998 году (всего в последствии было зарегистрировано и выдано более 350 патентов) и получили коммерческое наименование Hydrotect.

Данная технология затем была лицензирована германской компанией Deutsche Steinzeug, которая уже в 2000 году на площадках концерна AgrobBuchtal начала серийное изготовление керамической плитки KerAion Hydrotect для облицовки фасадов зданий.
В результате любая атмосферные осадки в виде тумана, утренней росы и дождя образуют на поверхности керамической плитки KerAion Hydrotect постоянную тончайшую пленку воды, которая при стекании с наклонных и вертикальных плоскостей фасадов зданий увлекает с собой всю грязь, не давая, таким образом, ей скапливаться на поверхности плитки.

А активный кислород, в свою очередь, выделяющийся при воздействии ультрафиолетовых лучей, расщепляет органические загрязняющие частицы. При этом уничтожаются и потенциальные источники биологического разрушения зданий — грибок, мох, плесень, лишайник.

Технология, с помощью которой на поверхность керамической плитки наносится нанопокрытие Hydrotect в слой последнего обжига изделия, позволяет получить шикарную износостойкую поверхность.
Плитка с таким уникальным покрытием может эксплуатироваться также в качестве облицовочного материала пола в местах с повышенным людским движением.

На сегодняшний день все керамические плитки серии KerAion изготавливаются с нанесением такого полезного покрытия.
Следует отметить один очень важный момент.

Описанные самоочищающиеся поверхности сегодня рассматриваются прежде всего в глобальном контексте борьбы за уменьшение затрат и рабочего времени на уход и обслуживание керамических поверхностей.
По данным японского исследовательского центра по изучению свойств плитки во внешней облицовке ETCSC, именно по причине неотвратимого постепенного скапливания грязи на плитках расходы на очистку фасадов зданий, облицованных плиткой без уникального покрытия, за первые 8 лет эксплуатации возрастают ежегодно ориентировочно на 12,5%.

А в последующие восемь лет ежегодный рост затрат с учетом появления расходов на ремонт на обслуживание достигнет уже 18%! При использовании же керамической плитки с такой самоочищающейся поверхностью как Hydrotect эти затраты так и останутся на одном постоянном уровне.

Другие светильники этого типа: