توليد پوشش جديد ابرآبگريز نانوكامپوزيتي پلي پروپيلن با استفاده از نانوذرات اكسيد روي چكيده امروزه پيشرفت فعاليت ها در حوزه نانومواد با پشتوانه سرمايه هاي روز افزون مالي ادامه دارد و شركت ها به دنبال شناخت روش هاي جديد هستند. پيشرفت در روش توليد، كيفيت بازدهي محصول را بهبود مي بخشد و باعث ايجاد افقي روشن در زمينه توليد انبوه مي گردد. عمومي شدن بحث فناوري نانو و سوددهي بالاي آن موجب شده تا محققان بيشتر در زمينه گسترش كاربردهاي فناوري نانو به كار خود ادامه دهند. نيرو محركه همه اين فعاليت ها گسترش مداوم نانومواد به علاوه خصوصيات و قابليت هاي جديدي است كه كشف شده است. همچنين براي افزايش تعداد تقاضا براي نانومواد، نوآوري هايي انجام مي شود تا عملكرد آنها اصلاح يافته و سوددهي افزايش يابد. در بسياري حوزه ها مانند خودرو و ساختمان كه صنايع در آن ها به حد رشد رسيده اند. استفاده از نانومواد در واقع تلاش براي بهبود زندگي است. به عبارت ديگر استفاده از نانومواد در اين صنايع ها و صنايع ديگر به عنوان روش كسب در بازار دايما در حال گسترش است. نانوپوشش¬هاي ابرآبگريز و خود تميزشونده (Self Cleaning)، از جمله مهمترين دستاوردهاي بهره گيري از فناوري نانو در عرصه ساخت و توليد پوشش ها به شمار مي روند كه علاوه بر كاركردهاي گوناگون و چند منظوره، انتظارات مصرف كننده را در زمينه صرفه جويي در هزينه و انرژي برآورده مي سازند. مواد نانوساختار در پوشش هاي هوشمند ضدخوردگي، ضدرادار، تصفيه كننده هوا، پوشش هاي زيست فعال و خود تميزشونده بكار مي روند. اين مواد با بهره گيري از برخي عوامل محيطي از جمله نور، گرما و يا با حساسيت به برخي تغييرات شيميايي همچون وقوع واكنش خوردگي، عكس العمل مناسب و كاركردهاي مورد انتظار را بروز مي دهند. اين نانو پوشش ها مي توانند مقدار خوردگي در تجهيزات دريايي را كاهش دهد و از تشكيل خزه و جلبك در تجهيزات متحرك و يا ساكن دريايي جلوگيري نمايد. نانوپوشش هاي هوشمند خود تميزشونده يكي از پركاربردترين اين نانوپوشش ها مي باشند.. عموما فرايند پاك سازي و تميز كردن نماي ساختمان ها، شيشه ها و برخي ديگر از اجزاي داخلي با صرف هزينه و وقت زيادي همراه است و استفاده از پوشش هايي كه زمينه هاي تميز شدن خود به خودي سطوح را فراهم آورند، بسيار مفيد واقع مي شود. همچنين اين دسته از پوشش¬هاي تميز شونده با اهداف ضد مه كردن و پاك سازي، قابل استفاده بر روي سطوح شيشه ها و بدنه اتومبيل¬ها هستند. از اثر آبگريزي در ساخت پوشش هاي خود تميزشونده استفاده مي گردد. خاصيت آبگريزي سطوح با تكيه بر ايجاد سطوح زبر نانوساختار و يا ميكرو / نانوساختار ايجاد مي شود. اما خاصيت آبدوستي بر اساس خاصيت نور آبدوستي نانوذرات نيمه هادي ايجاد مي گردد. اين گونه پوشش¬ها كاربرد فراواني مي توانند داشته باشند. چرا كه ابرآبگريزي باعث ايجاد خاصيت ديگري به نام خود تميز شوندگي نيز شده كه در كاربردهاي مختلفي اين خصوصيت مورد نياز است. اين پوشش ها همچنين به عنوان پوشش هاي ضدبرف، غبار و ضدگرد نيز كاربرد داشته باشد. در پوشش هاي آبگريز آب نمي تواند به سطح بچسبد در واقع به دليل همين آب است كه به اين ويژگي آبگريزي گفته مي شود. Hydro به معناي آب است و Phobia به معناي ترس مي باشد. در واقع اصطلاح Hydrophobic ترس رفتار آب را از چيزي به نام سطح توصيف مي كند. در اين حالت آب به شكل قطرات و دانه هاي متراكم و به دنبال اين رفتار سعي مي كند كه از سطح فرار كند. عمل تميز كنندگي اين پوشش ها به اين علت است كه نه تنها آب بلكه آلودگي ها نيز قادر به چسبيدن به سطح نيستند كه اگر بر روي سطح، آب ريخته شود يا بعدها باران ببارد سطح شسته مي شود. بكارگيري نانوذرات در ساخت پوشش هاي آبگريزي، باعث بهبود خواص آبگريز مي شود. شرح اختراع 1. عنوان اختراع توليد پوشش جديد ابرآبگريزن انوكامپوزيتي پلي پروپيلن با استفاده از نانوذرات اكسيد روي 2. زمينه فني مربوط به اختراع اساس كار اين پوشش بر مبناي انرژي سطحي كم و زبري بالا مي باشد كه از دو ساختار ميكرو و نانو تشكيل شده است يك سطح كاملاً ابرآبگريز بدست مي آيد كه زاويه تماسي بالاي 150 را پديد مي آورد. كه براي آن به لحاظ انرژي، داشتن هر گونه تماسي با سطح نامطلوب است (180=θe). كه طبق نظريه Cassie-Baxter زاويه تماس هر چه بالاتر باشد سطح آب گريز تر خواهد بود به طوري كه اگر اين مقدار به 150 تا 180 درجه برسد سطح ابرآب گريز خواهد شد و همچنين مدل Wenzelمي باشد. 3. مشكل فني و بيان اهداف اختراع : عموماً فرايند پاك سازي و تميز كردن نماي ساختمان ها، شيشه ها و برخي ديگر از اجزاي داخلي با صرف هزينه و وقت زيادي همراه است و استفاده از پوشش هايي كه زمينه هاي تميز شدن خود به خودي سطوح را فراهم آورند، بسيار مفيد واقع مي شود. همچنين اين دسته از پوشش هاي تميز شونده با اهداف ضدمه كردن و پاك سازي، قابل استفاده بر روي سطوح شيشه ها و بدنه اتومبيل ها هستند. از اثر آبگريزي در ساخت پوشش هاي خود تميزشونده استفاده مي گردد. خاصيت آبگريزي سطوح با تكيه برايجاد سطوح زبر نانو ساختار و يا ميكرو / نانوساختار ايجاد مي شود. اما خاصيت آبدوستي بر اساس خاصيت نور آبدوستي نانوذرات نيمه هادي ايجاد مي گردد. سطوح ابرآبگريز طبيعي نظير برگ نيلوفرآبي زنده هستند. سطوح آنها مي توانند به راحتي تعمير يا بازآرايي شوند. براي سطوح ابرآبگريز ساخته ي بشر، از توانايي دفع آب به تدريج كاسته شده كه اين كاهش در اثر استفاده¬ي طولاني مدت و تجمع آلاينده ها رخ مي دهد. ساختن نانو و ميكروساختارهاي مستحكم، از اهميت كليدي در كاربرد اين سطوح برخوردار است به طور كلي، توليد سطوح ابرآبگريز هنوز در مرحله ي اوليه خود قرار دارد. اما مي توان گفت كه كاربرد سطوح ابرآبگريز در زندگي واقعي در آينده، واقعي خواهد شد. هدف از انجام اين پروژه تاثير غلظت نانوذارت اكسيد روي بر خواص ابرآبگريزي پلي پروپيلن به منظور ايجاد زبري بالا تر و خود تميزشوندگي بيشتر پوشش هاي آبگريز مي باشد. چرا كه ابرآبگريزي باعث ايجاد خاصيت بيشتر "خودتميزشوندگي" شده كه در كاربردهاي مختلفي اين خصوصيت مورد نياز است. 4. شرح وضعيت دانش پيشين و سابقه پيشرفت هايي كه در ارتباط با اختراع ادعايي وجود دارد به طور كلي پوشش ها را به سه دسته تقسيم بندي مي‌كنند كه هر كدام مزايا و معايب خاص خودشان را دارند 1- پوشش هاي آبدوست 2- پوشش هاي آبگريز 3- پوشش هاي ابرآبگريز در دهه گذشته، مطالعات بسيار زيادي و همچنين اختراعات گوناگوني در زمينه پوشش هاي پليمري ابرآبگريز در دنيا به ثبت رسيده است. به ويژه، از زمان ظهور نانوتكنولوژي و كاربرد مواد نانويي در اين پوشش ها توجه شديدي به اين موضوع معطوف شده است. اكثر تحقيقات انجام شده در زمينه پوشش ها از نوع ابرآبگريز و از روشهاي پرهزينه استفاده شده است و به ندرت از روش ريخته گري محلولي استفاده شده است كه روشي كم هزينه مي باشد و اكثر كارهايي كه در زمينه پوشش هاي ابرآبگريز است در زمينه با مواد ديگر بوده است كه قيمت مواد آنها از نظر اقتصادي مقرون به صرفه نيست. 5.افشاي اختراع ارائه راه حل براي مشكل فني موجود ، همراه با شرح دقيق و كافي و يكپارچه اختراع با توجه به اينكه توليد اين پوشش ها در مرحله ابتدايي خود قرار دارد. پوشش بدست آمده از پلي پروپيلن و نانوذرات اكسيد روي داراي ساختار ميكرو و نانو با زبري بالا مي باشد كه از روش هاي ساده و ارزان كه به تجهيزات خاصي نياز ندارد از قبيل ريخته گري محلولي و آغشته سازي محلولي مي باشد بدست آمده است وقتي قطره روي پوشش قرار مي گيرد زاويه تماس بالاي 150 درجه را دارا مي باشد و هنگا مي كه شروع به غلتيدن مي كند باعث تميز شدن سطح مي شود كه براحتي آلودگي را از سطح پاك مي كندو از چسبيدن هر گونه آلودگي به خود جلوگيري مي كند . اكسيد روي با توجه به تاثيرات منحصر به فرد خود با مورفولوژي هاي مختلف كاربردهاي وسيع بالقوه اي را در سيم مقاومت الكتريكي، حسگرهاي گازي، سراميك و دستگاه هاي نوري و الكتريكي دارا هستند. نانوذرات اكسيد روي ذراتي غيرآلي و فعال هستند. كوچكي كريستال ها و خاصيت غيرچسبندگي آن ها باعث شده كه نانوذرات اكسيد روي به صورت پودر سفيد رنگ كروي و متخلخل باشند. استفاده از اين نانوذرات در پوشش هاي ابرآبگريز و خود تميزشونده باعث پايداري، كاهش هزينه‌ها و بازدهي بالا پوشش مي شود. اثرات سطحي و فعاليت‌ بالاي نانوذرات اكسيد روي ناشي از سطح موثر بسيار زياد آن است. همچنين نانوذرات اكسيد روي به لحاظ فوتوكاتاليستي و پايداري خوبي كه دارند از اهميت زيادي برخوردار هستند. در پوشش هاي ابرآبگريز بلورينگي از اهميت زيادي برخوردار است بطوري كه ماده هر چه بلورينگي بيشتري داشته باشد آبگريزتر خواهد بود پلي پروپيلن (Polypropylene) يكي از موادي است كه با توجه به بلورينگي خوب و لغزندگي سطحي كه دارد در بين پليمرها يك پليمر آبگريز به شمار مي رود از جمله شاخصه هايي كه به شناسايي اين پليمر در بين ساير نمونه ها كمك مي نمايد، عدم خراش پذيري سطح آن، ارزان بودن و نيز مقاومت آن در برابر خرد شدن است. شكل1- نمونه اي از پوشش توليد شده و پروفايل قرار گرفتن قطره روي آن 6.نحوه ساخت و پياده سازي در اين پژوهش از ريخته گري محلولي جهت آماده سازي پوشش استفاده مي گردد. به طوري كه مقدار مشخصي از گرانو PP (پلي پرو پيلن ) به طور كامل در زايلين در دماي 120 درجه سلسيوس حل شده و سپس نانوذرات اكسيد روي به محلول افزوده مي شوند و محلول به مدت معيني همزده شده تا نانوذرات به خوبي پراكنده شوند. در نهايت محلول ها روي شيشه تميز شده از قبل ريخته شده و خشك مي شوند تا تاثير دما نيز بررسي گردد. هنگام تهيه پوشش بايد نكات زير مد نظر قرار داده شوند 1-پايين بودن هزينه مواد 2- در عمليات فرآيندي در حين هم خوردن محلول اگر دما افت شديد پيدا كند ژل تشكيل مي شود. براي جلوگيري از تشكيل ژل بايد دما را كم كم پايين آوريم 3- خشك كردن پوشش 4- تعيين مقدار بهينه نانوذرات اكسيد روي 5- بالا نبودن دما در حين عمليات فرآيندي به ويژه در حين همزدن 7.مزاياي اختراع 1- توليد و تهيه آسان 2-صرفه جويي در هزينه و زمان 3-قابليت خود تميزشوندگي بالا 4- استفاده از روش ريخته گري محلولي وعدم نياز به تجهيزات خاص 5- مقرون به صرفه بودن مواد مورد استفاده 6- ضد غبار 7- ضد برف 8- سمي نبودن 9- پايداري نسبتا خوب 10- مقاومت بالا 11- عدم حساسيت به تداخل و تاثيرات محيطي 12- عمر نسبتا خوب 13- آبگريزي بالا 14-عمر نسبتا خوب 15- زبري بالا و انرژي سطحي كم 8.روش اجرايي براي به كار گيري اختراع اين پوشش كه شامل آبگريزي بالا مي باشد و تنها از مواد ارزان و كم قيمت بدست آمده است. هنگامي كه اين پوشش بر روي شيشه يا فلز اجرا شود خاصيت خود تميزشوندگي به آنها مي دهد. بطوري كه ابتدا بايد سطح را از هر گونه آلودگي پاك كنيم.سپس مقدار مشخصي از محلول را روي شيشه يا فلز مي ريزيم. فرآيند تميز كاري شيشه يا براي ارتقا چسبندگي لايه ها و نيز جلوگيري از نفوذ آلودگي به سطح شيشه كه از اهميت زيادي برخوردارند انجام شد. 9.كاربرد صنعتي از كاربردها ي صنعتي اين طرح مي توان در حوزه خودرو، ساختمان، عينكها، پنجرههاي نوري براي تجهيزات الكترونيكي، كاهش كشش سيال، سطح بيولوژيك، ضدجرم گيري زيستي، جلوگيري از خوردگي ناشي از آب،و صنايع ديگر نام برد نانوپوشش هاي ابرآبگريز و خود تميزشونده (Self Cleaning)، از جمله مهم ترين دستاوردهاي بهره گيري از فناوري نانو در عرصه ساخت و توليد پوشش-ها به شمار مي روند كه علاوه بر كاركردهاي گوناگون و چند منظوره، انتظارات مصرف كننده را در زمينه صرفه جويي در هزينه و انرژي برآورده مي سازند. بطوري كه هر جا نياز به تميز بودن باشد مي توان از اين پوشش ها استفاده كرد. 10.نتايج در اين پژوهش، پوشش ابرآبگريزي از پلي پروپيلن با حضور نانوذرات اكسيد روي تهيه شد. زاويه تماس نمونه ها با افزايش درصد نانوذرات اكسيد روي به ترتيب افزايش و كاهش يافت. نتايج زاويه تماس (CA) حاكي از آن است كه با افزايش درصد نانوذرات اكسيد روي زاويه تماس افزايش پيدا مي كند با افزودن بيش از اندازه نانوذرات اكسيد روي از زاويه تماس و آبگريزي پوشش به شدت كاسته مي شود. دماي خشك كردن يكي از پارامتر هاي موثر در پوشش هاي آبگريز مي باشد بنابراين هنگامي كه دماي خشك شدن بالا ( 100 درجه سانتيگراد) مي رود از بلورينگي پوشش كاسته و پوشش ناپايدار مي شود همچنين آبگريزي آن كاهش پيدا كرد. دماي خشك كردن بهينه، 50 درجه سانتيگراد بود. نتايج ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) نشان دهنده مورفولوژي كروي شكل و زبر بودن سطح پوشش مي باشد كه از زبري دوتايي ميكرو و نانو تشكيل شده است كه سبب بهبود آبگريزي مي شود و با افزايش بيش از حد نانوذرات اكسيد روي زبري آن كاهش پيدا مي كند به دليل انباشتگي نانوذرات اكسيد روي كراتي در حد چند ميكرون بوجود مي آيد كه باعث كاهش آبگريزي مي شود. بنابراين، اين پوشش ابرآبگريز بدليل بلورينگي پليمر خواصي شامل زبري و زاويه تماس بالا را دارا مي باشد.