شیشه ی خود پاک شونده

[sasan1]

شیشه خود پاک‌شونده ساخته شد
در حقیقت ایده طراحی و ساخت شیشه‌های خود پاك‌شونده ایده جدیدی نیست. از نخستین‌باری كه استفاده از شیشه‌های خود پاك‌شونده در زمینه‌های مختلف مورد توجه قرار گرفته است، سال‌ها می‌گذرد.
در حال حاضر تولید شیشه‌های خودپاك‌شونده در سطح دنیا به تولید صنعتی رسیده است، اما آنچه در این طرح ایرانی مورد توجه قرارگرفته تغییر فرآیند تولید شیشه‌هایی با این قابلیت است.
ویژگی و خصوصیات شیشه‌های خود پاك‌شونده‌ای كه امروزه در بسیاری از صنایع مختلف از جمله صنعت خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرد دائمی نیست و به مرور زمان از بین می‌رود البته اساس ساخت همه این شیشه‌ها استفاده از ذرات نانودی اكسید تیتانیوم است، اما چگونگی تولید این شیشه‌ها و مواد افزودنی كه در تركیب با نانوذرات مورد استفاده قرار می‌گیرد متفاوت است.
درباره ویژگی‌ها، خصوصیات و كاربرد شیشه‌های خود پاك‌شونده ایرانی با مریم حسینی زری، عضو هیات علمی موسسه پژوهشی علوم و فناوری رنگ گفت‌وگویی انجام داده‌ایم كه شما را به خواندن آن دعوت می‌كنیم.
این شیشه‌ها از چه نظر با دیگر شیشه‌های خود پاك‌شونده متفاوت است؟
معمولا در فرآیند تولید این شیشه‌ها از بستر رزینی استفاده می‌شود. رزین‌مانند چسب عمل كرده و موجب چسبیدن نانوذرات به سطح شیشه می‌شود.

بستر رزینی‌مانند لاكی كه روی سطح ناخن قرار می‌گیرد عمل می‌كند و پس از مدتی در اثر سایش از بین می‌رود. ما در این طرح جدید فرآیند ساخت شیشه را به گونه‌ای طراحی كردیم كه نانوذرات شبیه یك لعاب روی سطح شیشه قرار گیرد. بنابراین لازم است شیشه داخل كوره قرار گیرد. به این ترتیب ذرات نانو دی‌اكسید تیتانیوم روی سطح شیشه نفوذكرده و پوششی دائمی در سطح شیشه ایجاد می‌شود.
موادی كه در تولید این نوع شیشه‌ها استفاده می‌شود با دیگر شیشه‌های خود پاك‌شونده مشابه است و تنها تفاوت آنها در فرآیند تولید خلاصه می‌شود؟
بله. در حقیقت چگونگی چسبندگی ذرات نانو به شیشه متفاوت است. البته تركیب نانو تیتان‌ها هم قدری متفاوت است. وقتی ذرات نانو دی‌اكسید تیتانیوم به اصطلاح با عناصر دیگر دوب می‌شود قابلیت خود پاك‌شوندگی بیشتری دارد و به عبارت دیگر فعالیت فتوكاتالیستی این ذرات افزایش می‌یابد. پس می‌توان گفت علاوه بر فرآیند تولید، تركیب نانوذرات هم تا حدی تغییر پیدا كرده است.
منظور از دوب كردن چیست؟
هیچ واژه فارسی كه بتواند معادل خوبی برای این واژه باشد وجود ندارد. دوب كردن یعنی به ماده اصلی ماده دیگری در حد بسیار ناچیز اضافه شود كه اساسا قابل ردیابی هم نیست. این ماده ناچیز موجب تقویت برخی از خصوصیات ماده اولیه می‌شود، اما مقدار آن به اندازه‌ای نیست كه در آنالیزها خود را نشان دهد.
چه عاملی موجب می‌شود این شیشه‌ها از قابلیت خودپاك‌شوندگی برخوردار شود؟
فرآیند فتوكاتالیست در خود پاك شوندگی شیشه‌ها نقش اصلی را به عهده دارد. یعنی می‌توان به جای ذرات نانو دی‌اكسید تیتانیوم از تركیبات دیگری استفاده كرد كه قابلیت فتوكاتالیستی داشته باشد. مثلا اكسید روی می‌تواند جانشین خوبی برای نانوذرات تیتانیوم باشد، اما در بین مواد مختلف نانو تیتان دوب شده عملكرد بهتری دارد.
آیا فرآیند فتوكاتالیستی منجر به حل‌شدن آلودگی‌ها می‌شود؟
خیر. این فرآیند مبنای فیزیكی دارد. الكترون از یك تراز انرژی به تراز دیگر انرژی منتقل می‌شود، این رفت و برگشت الكترون در سطحی كه در اثر تابش اشعه فرابنفش خورشید به عنوان یك نیمه‌هادی عمل می‌كند، موجب می‌شود در سطح شیشه میل شدیدی به اكسیداسیون مواد ایجاد شود. این فرآیند میل به اكسیدكردن را در مواد افزایش می‌دهد.
چربی‌ها معمولا از مواد آلی هستند و در اثر اكسیداسیون به آب و دی‌اكسیدكربن كه موادی طبیعی هستند، تجزیه می‌شود.
یعنی در اثر تجزیه چربی‌ها هیچ ماده سمی ایجاد نمی‌شود. فرآیند فتوكاتالیستی نه‌تنها موجب زدودن چربی از سطح شیشه می‌شود بلكه همزمان چسب، رزین یا هر ماده آلی دیگری كه در سطح شیشه وجود داشته باشد را هم تجزیه می‌كند.

پس اگر نانوذرات تیتانیوم را با استفاده از چسب روی سطح شیشه قرار دهید فرآیند فتوكاتالیستی می‌تواند رزین و موادی كه موجب استقرار نانوذرات در سطح شیشه می‌شود را هم از بین ببرد. یعنی تنها ایجاد خراش روی سطح شیشه ساختار آن را تغییر نمی‌دهد.
پس برای این‌كه یك سطح خود پاك‌شونده دائمی داشته باشیم باید تمهیداتی در این زمینه اندیشیده شود تا نانو دی‌اكسید تیتانیوم به كمك یك ماده آلی یا پلیمری روی سطح شیشه قرار نگرفته بلكه در سطح شیشه نفوذ كرده باشد. این طرح جدید است و به گفته داوری كه این طرح را مورد ارزیابی قرار داده نمونه مشابه آن در سطح دنیا ثبت اختراع نشده است.

این تغییرات، زاویه ترشوندگی آب را هم تحت تاثیر خود قرار می‌دهد. روی شیشه‌های معمولی پس از خشك‌شدن سطح شیشه ردپایی از قطرات آب بر جای می‌ماند. اما اگر زاویه تماس قطرات آب با سطح شیشه به صفر میل كند یعنی سطح شیشه خیلی آب دوست باشد آب روی سطح شیشه نمی‌چسبد بلكه جریان پیدا می‌كند. به این ترتیب دیگر نه تنها ردی از آب روی سطح شیشه باقی نمی‌ماند بلكه قطرات آب با حركت روی سطح شیشه می‌تواند گرد و غبار احتمالی كه وجود دارد را نیز شست‌وشو دهد.
آیا عوامل محیطی می‌تواند ویژگی این شیشه‌ها را تحت تاثیر قرار دهد؟
بستگی به این دارد كه نانو تیتان‌ها دوب شده باشد یا نه. اگر دوب نشده باشد شیشه عملكرد خوبی برای از بین بردن آلودگی‌ها ندارد. شیشه‌های خود پاك‌شونده باید مدت زمان مناسبی در معرض تابش نور خورشید قرار گیرد.

این شیشه‌ها به اشعه فرابنفش خورشید نیاز دارد. می‌توان از لامپ‌هایUV هم برای شارژ این شیشه‌ها استفاده كرد. چون باید شیشه به عنوان نیمه‌هادی عمل كند تا قابلیت خود پاك‌شوندگی داشته باشد.
یعنی این شیشه زمانی از قابلیت خودپاك‌شوندگی برخوردار است كه در مقابل نور خورشید قرار گیرد؟
بله دقیقا. این شیشه‌ها باید مانند باتری با نور خورشید شارژ شود. در غیر این صورت اصلا قابلیت خود پاك‌شوندگی ندارد. در شیشه‌های جدید از نانوتیتان‌های دوب شده با دیگر عناصر به عنوان پوشش استفاده می‌شود كه در بهبود خواص این شیشه‌ها نقش مهمی دارد و در این صورت دیگر برای شارژ شیشه به اشعه فرابنفش نیازی نیست.
یك شیشه معمولی در چه فرآیندی تبدیل به یك شیشه خود پاك‌شونده می‌شود؟
در مرحله اصلی تولید شیشه‌های خود پاك‌شونده ابتدا باید نانو دی‌اكسید تیتانیوم را با عناصر دیگر دوب كرد تا فرآیند فتوكاتالیستی با قدرت بیشتری در سطح شیشه انجام شود. پس از سنتز نانوذرات باید این ذرات را به عنوان پوشش روی سطح شیشه قرار داد. تجربه نشان می‌دهد بهترین روش برای این كار غوطه‌ورسازی است. برای این كار محلولی از نانو دی‌اكسید تیتانیوم تهیه شده و شیشه در آن غوطه‌ور می‌شود. البته می‌توان از روش چاپ هم برای استقرار این پوشش در سطح شیشه استفاده كرد.
آیا در این روش محدودیتی در ماندگاری خواص و ویژگی‌های شیشه ایجاد می‌شود؟
خیر. در واقع بعد از این فرآیند وقتی شیشه خشك می‌شود در داخل كوره قرار می‌گیرد و مرحله پخت را پشت سر می‌گذارد در اثر حرارت دی‌اكسید تیتانیوم در سطح شیشه نفوذ می‌كند.
آیا تغییر فرآیند تولید در هزینه نهایی شیشه اثر می‌گذارد؟
به هر حال كوره دمای بالایی دارد و ممكن است فرآیند پوشش دهی در مقایسه با شیشه‌هایی كه در آنها برای پوشش دهی از رزین استفاده می‌شود قدری بیشتر باشد. برای تامین دمای كوره باید هزینه سوخت پرداخت شود، اما تاثیر چندانی در قیمت آن نمی‌گذارد. قیمت شیشه‌های خود پاك‌شونده نسبت به شیشه‌های معمولی بیشتر است. اگر نانو تیتان‌ها را داخل كشور تولید كنیم هزینه تولید این شیشه‌ها كمتر می‌شود.
از شیشه‌های خود پاك‌شونده در چه زمینه‌هایی می‌توان استفاده كرد؟
هیچ محدودیتی در استفاده از این شیشه‌ها وجود ندارد. این شیشه‌ها هیچ محدودیتی در دید ایجاد نكرده و می‌توانند به عنوان ضد بخار عمل كنند. این شیشه‌ها نه تنها خود پاك‌شونده هستند بلكه ویژگی آنتی‌باكتریال هم دارند. باكتری‌ها هم تركیباتی آلی دارند بنابراین در اثر فرآیند فتوكاتالیست این موجودات نیز از بین می‌روند.

این ویژگی موجب می‌شود شیشه‌های خود پاك‌شونده كاربرد بیشتری داشته باشد. با توجه به اهمیت استفاده از تجهیزات آنتی‌باكتریال در موزه‌ها با هدف جلوگیری از تاثیر باكتری‌ها بر اشیای قدیمی به نظر می‌رسد این شیشه‌ها در موزه‌ها هم كاربرد داشته باشد، اما به طور كلی ساختمان و خودروها از مهم‌ترین زمینه‌های كاربرد این شیشه‌هاست.