تتمتع الأسطح فائقة الكارهة للماء بمجموعة واسعة من التطبيقات في مجموعة متنوعة من المجالات مثل العزل المائي، ومكافحة الضباب، والتنظيف الذاتي، ومقاومة التآكل، ومكافحة الجليد، وتقليل مقاومة التدفق نظرًا لخصائصها الفريدة. ومع ذلك، لا يزال الإنتاج الضخم لطلاءات منخفضة التكلفة ومنخفضة السمية وسهلة التطبيق ومتينة ومقاومة للماء يمثل تحديًا.
يوجد في الطبيعة عدد كبير من مواد كربونات الكالسيوم ذات الخواص الميكانيكية الفائقة والمكونات البسيطة التي حظيت باهتمام واسع النطاق بين العلماء. استنادًا إلى البحث المتعمق حول آليات التنوي والنمو لكربونات الكالسيوم، تم تحقيق تنظيم التمعدن الحيوي، والذي له تطبيقات واسعة في مجالات مثل مكافحة القاذورات، ومكافحة التحجيم، والتنظيف الذاتي، وفصل الزيت عن الماء.
أظهرت العديد من الدراسات أن الطاقة السطحية المنخفضة والبنية الخشنة هي العوامل الرئيسية التي تؤثر على الكارهة الفائقة للماء، وكانت هذه دائمًا موضوعات البحث الرئيسية في تكنولوجيا تعديل كربونات الكالسيوم. ببساطة، اتجاه التعديل لكربونات الكالسيوم هو تقليل الطاقة السطحية والحفاظ على التشتت، مع زيادة زاوية التلامس لضمان الكارهة للماء.
ما هو نوع كربونات الكالسيوم الأكثر ملاءمة للطلاءات الوظيفية؟ كيف يمكنني تعديله؟ ما هي النتيجة الفعلية؟
قام Gu Weile وآخرون بتصنيع شكلين مختلفين من بلورات مسحوق كربونات الكالسيوم، والتي تم مزجها بعد ذلك مع بولي دايميثيل السيلوكسان منخفض الطاقة السطحية (PDMS) لتغطية مادة فائقة الكراهية للماء. طلاءتم اختبارها لقدرتها على التنظيف الذاتي ومقاومة الصدمات. أظهرت التجارب أنه عندما تكون جرعة من خافضات التوتر السطحي ستيرات الصوديوم (NaSt) وأوليات الصوديوم (NaOL) هي 5%، فإن تأثير التعديل وكراهية كربونات الكالسيوم للماء هي الأفضل. زاوية تماس كربونات الكالسيوم من النوع الأراجونيت المعدلة بواسطة ستيرات الصوديوم 5% هي 127.5 درجة، وزاوية تماس كربونات الكالسيوم من النوع الكالسيت المعدلة بواسطة أوليات الصوديوم 5% هي 115.4 درجة. تم إجراء مزيد من البحث حول تأثير كميات مختلفة من كربونات الكالسيوم البلورية على كراهية الطلاءات، بزوايا تماس 151.4 درجة و153.2 درجة لطلاءات كربونات الكالسيوم من النوع الكالسيت والأراجونيت على التوالي. أخيرًا، تم تقييم خصائص التنظيف الذاتي ومقاومة الصدمات للطلاءات فائقة الكراهية للماء. أظهرت النتائج أنه بعد اختبار تأثير قطرات الماء بحجم 500 مل، ظلت زاوية التلامس لطلاءين متبلورين فائقي الكريهة للماء من كربونات الكالسيوم أعلى من 140 درجة، مع الحفاظ على كراهية ممتازة للماء.
استخدم تشينغ يوان وفريقه شعيرات كربونات الكالسيوم (CCWs) وكربونات الكالسيوم النانوية (CCNPs) كمواد حشو لتحضير الطلاءات فائقة الكارهة للماء من خلال تعديل سطح المسحوق، وتحسين نسبة الطلاء، والإشارة إلى "الطبقة النهائية التمهيدية"، وطرق التلميع في تكنولوجيا بناء الطلاء. . أظهرت الأبحاث أنه عند التعرض لـ 15 دورة من الاحتكاك، يمكن أن تصل زاوية التلامس للطلاء إلى 153.88 درجة، ويمكن أن تصل زاوية التدحرج إلى 9.20 درجة. يتمتع الطلاء بقدرات ممتازة على التنظيف الذاتي ويمكن إصلاحه بسهولة.
ما هي الركائز التي يمكن تطبيق الطلاءات الوظيفية لكربونات الكالسيوم عليها؟
الفيبر
تعد تقنية الطلاء الرطب باستخدام نفايات ألياف البولي أميد هي الطريقة الرئيسية لتحضير المنسوجات المطلية مثل الأشرطة المنسوجة ذات العلامات التجارية وهي أيضًا طريقة مهمة لإعادة التدوير الفيزيائي لألياف البولي أميد. لديها تكاليف إنتاج منخفضة وأداء منتج ممتاز. كربونات الكالسيوم عبارة عن مسحوق غير عضوي رخيص وغير سام وغير ضار يستخدم عادة كمواد حشو في تقنية الطلاء الرطب لألياف نفايات البولياميد، والتي يمكن أن تعزز سمك وبياض وقوة الطلاء السطحي للأشرطة المنسوجة ذات العلامات التجارية.
لي بنغفي وآخرون. تستخدم طريقة تخليق حمض الأوليك في الموقع لتحضير حشو طلاء كربونات الكالسيوم للطلاء الرطب من مادة البولي أميد. انخفضت زاوية التلامس لفيلم الطلاء بمقدار 8.29 درجة، وانخفض طول الحبر للنسيج المطلي بمقدار 10.42 مم، وانخفضت قيمة الرقم الهيدروجيني للنسيج المطلي إلى 7.27. تم تحسين امتصاص الحبر، وكانت قيمة الرقم الهيدروجيني أكثر توافقًا مع معايير سلامة النسيج.
جيانغ جيكانغ وآخرون. استخدم المعدل الاصطناعي DOPO لتطعيم كربونات الكالسيوم المعدلة، مما حقق تشتتًا موحدًا في طبقات البولي أميد مع هياكل مسام طلاء شفافة ورقيقة. الرقم الهيدروجيني للنسيج المطلي في بيئة رطبة هو 7.02، وهو ما يلبي المتطلبات البيئية. وقت امتصاص الحبر هو 89 ثانية، وطول الحبر 53.4 مم، والباركود المطبوع واضح وخالي من الكسر، ويصل التصنيف إلى المستوى A.
تشن زيجي وآخرون. تم استخدام مكونات مثبطات اللهب من فوسفور السيليكون في معدِّلات أدوات التوصيل لتعزيز التشتت ومنحها وظيفة مثبطات اللهب من خلال إنشاء طبقة بولي أميد ناعمة ومسطحة ومسامية ورقيقة على القماش. أظهرت الأبحاث أن كربونات الكالسيوم المعدلة لديها محبة جيدة للدهون وأن نسيجها المطلي بالبولي أميد 6 له تأثير مثبط جيد للهب.
أسمنت
تعد تقنية طلاء الأسطح إجراءً فعالاً لتحسين متانة الخرسانة، كما أن الطلاءات المقاومة للماء للغاية والتي تتميز بخصائص مقاومة للماء ومقاومة للتجمد والتنظيف الذاتي هي حاليًا إحدى النقاط الساخنة للبحث.
شو هوافنغ وآخرون. استخدم البوليدوبامين لتحفيز تمعدن كربونات الكالسيوم على سطح الخرسانة وتقليل أيونات الفضة في الموقع إلى الفضة النانوية، من أجل بناء هياكل خشنة مركبة من ميكرو نانو. قاموا بتعديلها كارهة للماء باستخدام سيلان ذو طاقة سطحية منخفضة للحصول على طلاءات وظيفية كارهة للماء من كربونات الكالسيوم. أظهرت النتائج أنه في كل من بيئات مياه البحر العادية والمحاكاة، انخفض حجم امتصاص الماء لعينات الطلاء المركب بمقدار 90.3% و93.44% مقارنة بالعينات غير المعالجة، على التوالي، مما يدل على خصائص جيدة للماء وغير منفذة. بعد الاحتكاك المتكرر لعينة الطلاء المركب على سطح ورق الصنفرة لمسافة مكافئة قدرها 5 أمتار، لا تزال زاوية التلامس للطلاء أكبر من 140 درجة، مع انخفاض قدره 6.87% فقط، مما يدل على مقاومة التآكل الجيدة.
من أجل تحسين مقاومة التآكل والتلوث للمباني الخارجية المصنوعة من الحجر الرملي، قام Wen Yaping et al. تم تصنيع طلاء معدل من الأحماض الدهنية القائمة على كربونات الكالسيوم باستخدام كربونات الكالسيوم كمادة أساسية والأحماض الدهنية كمواد تعديل كارهة للماء من خلال تفاعل الطور السائل. أظهرت الأبحاث أن متوسط حجم حبيبات كربونات الكالسيوم المعدلة بحمض الأوكتاديكانويك كبير نسبيًا (31 نانومتر)، وتختلف خشونة سطح الحجر الرملي بشكل كبير. يمكن أن تصل الزاوية الكارهة للماء إلى 119 درجة، ومستوى مقاومة التلوث 5، ومعدل امتصاص الماء 1.0% فقط. بالمقارنة مع عينات الحجر الرملي المعالجة بالطلاء غير المعدل، فإنه يحسن بشكل فعال مقاومة التلوث السطحي للحجر الرملي.
زجاج
يوان تشى تشينغ وآخرون. طور طريقة بسيطة وممكنة لتحضير بولي ثنائي ميثيل سيلوكسان (PDMS)/CaCO3 بناءً على الطلاءات شديدة الكارهة للماء. يمكن تطبيق الطلاء الناتج على ركائز مختلفة، مثل ورق الكرافت والشرائح الزجاجية والألواح النحاسية. بعد الطلاء على ركيزة زجاجية والتجفيف في درجة حرارة الغرفة، يمكن أن تصل زاوية التلامس لسطح الطلاء إلى 160 درجة، وزاوية الانزلاق أقل من 3 درجات. يُظهر اختبار القص أن طلاء P3 فائق الكارهة للماء يتمتع بمقاومة قص ميكانيكية عالية والتصاق، ويمكنه الحصول على سطح ثابت كاره للماء. أظهرت التجارب الخارجية أن تحضير الطلاءات ذاتية التنظيف باستخدام راتنج السيليكون وكربونات الكالسيوم المعدلة بحمض دهني يمكن أن يحتفظ بأكثر من 85% من شفافية الألواح الزجاجية، مع زاوية تلامس تبلغ حوالي 110 درجة وأداء جيد ضد الضباب. بعد التعرض للخارج لمدة 4 أشهر، لا يتضرر أداء التنظيف الذاتي بشكل أساسي.
معدن
في الوقت الحاضر، يعد سلوك التنظيف الذاتي لمواد ألواح الجدران محل اهتمام كبير، ويمكن تحقيق سلوك التنظيف الذاتي هذا عادةً من خلال إنشاء أسطح كارهة للماء. قام ليو تشانغ يانغ وآخرون بترسيب طبقة موحدة من فيلم كربونات الكالسيوم بسمك حوالي 20 ميكرون على سطح سبيكة نيوديميوم المغنيسيوم، مما أدى إلى تحسين مقاومة التآكل للسبائك في سوائل مسام الخرسانة المحاكاة التي تحتوي على أيونات الكلوريد. استخدام بيرفلوروديسيلتريثوكسيسيلان لـ المواد الكيميائية إن تعديل العينات المطلية قد يؤدي إلى تعزيز قدرتها على التنظيف الذاتي.
في الوقت الحاضر، كانت هناك حالات تطبيق للطلاءات الوظيفية بكربونات الكالسيوم في العديد من المجالات مثل التعبئة والتغليف وأدوات المائدة ومواد البناء والمواد الصديقة للبيئة والمنسوجات والطلاءات والمستحضرات الصيدلانية وما إلى ذلك. ومع تزايد الطلب على خفض التكاليف وتحسين الكفاءة في المؤسسات، سيصبح تطبيق الطلاءات الوظيفية لكربونات الكالسيوم منتشرًا على نطاق واسع في المستقبل، وسوف تنضج تكنولوجيا التطبيق تدريجيًا.