Doskonała trwałość powłok samochodowych to najważniejsza cecha w kwestii ochrony karoserii pojazdu. Dodatkowo od powłok lakierniczych wymaga się stabilności koloru i odporności na zarysowania, pęknięcia, związki chemiczne czy nagłe zmiany temperatury. Lakier bezbarwny, który jest najbardziej narażony na działanie czynników zewnętrznych, także musi być odporny. Dodatkowo powinien zachowywać przejrzystość i być odporny na działanie promieniowania UV. Trudno jest jednak zapewnić funkcję samonaprawy (leczenia) przy jednoczesnym spełnieniu wszystkich tych warunków.

Samonaprawialna powłoka

Materiały o swobodnym ruchu cząsteczkowym mają wysoką skuteczność samonaprawy, ale niską trwałość. Za to materiały o wysokiej twardości i doskonałej trwałości mają wyjątkowo słabą zdolność samonaprawy.

Zespół naukowców z Koreańskiego Instytutu Technologii Chemicznej (Korea Research Institute of Chemical Technology – KRICT) opracował przezroczysty materiał powłokowy, który spełnia wszystkie powyższe warunki i ma wydajność podobną do komercyjnych materiałów powłok ochronnych. Jego szczególną cechą jest to, że powłoki te mogą się samonaprawiać tylko za pomocą światła słonecznego (szczególnie światła bliskiej podczerwieni w świetle słonecznym, przy długości fal: 1000–1100 nm).

Dzięki opracowanemu samonaprawiającemu się materiałowi ochronnemu zarysowania powierzchni można „wyleczyć” w ciągu 30 min ekspozycji na światło słoneczne. 

Czy światło może naprawić lakier?

Kiedy opracowany materiał pochłania światło słoneczne, temperatura powierzchni wzrasta, ponieważ energia świetlna jest zamieniana na energię cieplną. Następnie podwyższona temperatura powierzchni umożliwia samoczynne „zagojenie się” zarysowania powierzchni przez powtórzenie dysocjacji i rekombinacji wiązań chemicznych w strukturze polimeru.

Funkcje samonaprawiania przy użyciu barwników fototermicznych były badane już wcześniej. Jednak badania te opierały się głównie na materiałach nieorganicznych. A te są trudne do zastosowania przemysłowego, ponieważ materiał powłokowy powinien być przezroczysty. Ponadto materiały nieorganiczne wymagają dużej ilości energii świetlnej, aby uzyskać efekt fototermiczny.

Koreański zespół badawczy wykorzystał przezroczyste organiczne barwniki fototermiczne, które mogą pochłaniać światło bliskiej podczerwieni. Światło bliskiej podczerwieni to źródło energii o długich falach, które odpowiada za mniej niż 10% światła słonecznego w południe – dzięki czemu można uniknąć nadmiernego wzrostu temperatury powierzchni pojazdu. Ponadto organiczne barwniki fototermiczne mają wiele zalet: nie wpływają na kolor produktu, ponieważ są z natury bezbarwne, łatwo mieszają się z różnymi farbami i są niedrogie.

Materiał samonaprawiający może zostać wykorzystany jako materiał powlekający do zastosowań transportowych, urządzeń elektronicznych (smartfonów i komputerów) oraz przyszłych materiałów budowlanych. Ponadto oczekuje się, że samonaprawialna powłoka przyczyni się do osiągnięcia neutralności węglowej. Możliwe będzie bowiem ograniczenie stosowania szkodliwych rozpuszczalników organicznych, które powstają w dużych ilościach podczas malowania pojazdów.

Źródło: ACS Applied Polymer Materials. Reprinted (adapted) with permission from Fast, Localized, and Low-Energy Consumption Self-Healing of Automotive Clearcoats Using a Photothermal Effect Triggered by NIR Radiation. Copyright 2022, American Chemical Society.