میکروکپسول ها در صنعت ساختمان

میکروکپسول فناوری پوشش ذرات کوچک جامدات هستند که دارای غشای محافظ برای حفظ مواد داخل مجهز هستند. هسته میکروکپسول از مایعات یا اجزای گازی یا نیمه جامد تشکیل شده است که دارای کاربرد های متنوعی می باشند. اولین بار کاربردهای صنعتی میکروکپسولاسیون در دهه 1950 در تولید کاغذهای کپی حساس به فشار برای کپسوله کردن محلول های آبگریز لوکو رنگ  استفاده شد. از آن زمان به بعد، میکروکپسولاسیون برای مقاصد و مصارف مختلف اصلاح و به طور مداوم بهبود یافته است،. در نتیجه، به نمونه ای از فن آوری میکرو و حتی نانوی مقیاس پویا تبدیل شده است . بر اساس اطلاعات میزان درخواست های ثبت اختراع، این فن آوری جزو دسته رشد سریع می باشد همچنین تحقیقاتی در زمینه های دیگر مانند مقاصد دارویی و پزشکی، محصولات آرایشی و بهداشتی و غذایی، کشاورزی  و همچنین در مواد شیمیایی. صنایع نساجی و مصالح ساختمانی، بیوتکنولوژی، عکاسی، الکترونیک و تصفیه زباله به سرعت در حال افزایش است.

یکی از پر مصرف ترین صنایع برای استفاده از میکرو کپسول ها صنایع ساختمانی است. صنعتی که روز به روز در حال بهبود و افزایش مصرف است. در حال حاضر تلاش می شود چالش های کنونی صنعت ساختمان مانند افزایش بی رویه میزان بتن، افزایش طول عمر بتن، جلوگیری از کربونیزاسیون و عوامل خورنده با این فن آوری در صنعت ساختمان بهبود بخشیده شود.

روش های متفاوتی برای ساخت مایکرو کپسول ها

• روش های مکانیکی،

در این گونه روش ها پوسته میکروکپسول بر اساس روش های مکانیکی مانند خشک کردن انجمادی، خشک کردن همراه پاشش و … بروی هسته تشکیل می شود.

• کوسرویشن

در محلول های کلوییدی مولکول های دارای زنجیر بلند (پلیمر ها) تحت شرایط کوسرویشن منجر به تشکیل ذرات میکرونی  می گردند.

• روش های پلیمریزاسیون

در این روش انواع  فرآیند پلیمریزاسیون مانند پلیمریزاسیون درجا، پلیمریزاسیون مرحله ای و پلیمریزاسیون بین لایه ای بروی قطرات انجام گرفته و موجب ساخت میکروکپسول هایی با پوسته مقاوم می گردند.

همچنین برای تشکیل قطرات از روش های مختلفی مانند سانتریفیوژ کردن، همزن های دور بالا و ابزار های میکرو سیالی می توان استفاده کرد.

چه نوع میکروکپسولی در صنعت ساختمان مناسب است

تحقیقات برای استفاده از انواع روش ها و مواد به منظور ساخت میکروکپسول مناسب صنعت ساختمان ادامه دارد . هر روز گونه متفاوتی از این محصول تهییه شده و راهی بازار می شود. در ابتدا می بایست کارکرد این مواد را بررسی نمود. برای مثال اگر هدف از ساخت میکرو کپسول افزایش قابلیت ایزولاسیون حرارتی ساختمان است می بایست ذراتی با این هدف تهییه نمود. بنا براین روش های متفاوتی برای ساخت آن پیشنهاد می گردد. در حال حاضر PCM یا مواد تغییر فاز دهنده به منظور عایق نمودن بتن در صنعت ساختمان به کار می رود. این مواد در صورت مایع بودن مانند پارافین های مایع ابتدا با پراکنش آب در روغن قطرات میکرونی به وجود می آیند و سپس با روش پلیمریزاسیون هسته روی آن تشکیل می کردد. در شکل زیر انواع کاربرد های میکرو کپسولهای ساختمانی مشخص شده است.

بتن خود ترمیم شونده یکی از مهم ترین دست آورده های میکرو کپسولهاست. در این نوع بتن در زمانیکه ترک ایجاد می شود همزمان پوسته میکروکپپسول هم ترک خورده و مایع داخل میکرو کپسول آزاد می گردد. این مایع می توان با سیلیکات ها و آهک های واکنش نداده بتن واکنش دهد و ترک را ترمیم نماید. . در برخی موارد مواد داخل این میکرو کپسول ها خود با یکدیگر واکنش می دهند.

شکل زیر بتن ترمیم شده توسط میکروکپسول در 20 روز را مشخص می کند. ترک در برخی قسمت ها 1 میلیمتر است.

نکات مهم ساخت میکروکپسول های ساختمانی

اندازه ذرات بر کارایی میکرو کپسول های به کار رفته در صنعت ساختمان بسیار تاثیر گذار است. همانطور که از نام آن پیداست اندازه میکرو کپسول بین 10 تا 1000 میکرون است ابعاد کوچکتر نانوکپسول نامیده می شوند. در صنعت ساختمان ساخت میکروکپسول نیاز به دانش فن آوری و تجهیزات اولیه دارد که بسته به میزان تولید و بازدهی آن ها اندازه ذرات طراحی می شود. معمولا تجهیزاتی که برای ساخت ذرات نانو مقیاس استفاده می شود دارای دقت و کیفیت بالاتری و بالطبع گرانتر است.. از آنجایی که حجم استفاده در محصولات ساختمانی بالاست، قیمت تمام شده و بازدهی روش عوامل بسیار مهمی در ساخت میکرو کپسول هستند. بنابراین برای ساخت این مواد می بایست هزینه های اولیه، میزان مصرف مواد همزمان با بازدهی روش بررسی گردد.. همچنین میزان دوام پوسته میکرو کپسول عامل بسیار مهمی است چرا که محیط بتن و محصولات ساختمانی معمولا بسیار قلیایی است و ممکن است مرطوب باشد بنابراین مستعد انجام واکنش با مواد داخل میکرو کپسول هستند.

چگونه میکروکپسول تهیه نماییم

شرکت فراصنعت سیمین به عنوان یکی از شرکت های پیشرو در زمینه محصولات ساختمانی میکروکپسولهای صنعت ساختمان را به عنوان یکی از محصولات دانش محور تولید نموده است و در حال بررسی و استاندارد نمودن روش تولید و استفاده این محصولات است. در صورت تمایل برای اطلاعات بیشتر در این خصوص با واحد تحقیق و توسعه شرکت فراصنعت سیمین تماس بگیرید.

نگارنده:

مهدی معدلت پرور

منابع

Qian, Chunxiang, et al. “Self-healing of early age cracks in cement-based materials by mineralization of carbonic anhydrase microorganism.” Frontiers in microbiology 6 (2015): 1225.

Boh, Bojana, and Boštjan Šumiga. “Microencapsulation technology and its applications in building construction materials Tehnologija mikrokapsuliranja in njena uporaba v gradbenih materialih.” RMZ–Materials and Geoenvironment 55.3 (2008): 329-344.

Qian, Chunxiang, et al. “Self-healing of early age cracks in cement-based materials by mineralization of carbonic anhydrase microorganism.” Frontiers in microbiology 6 (2015): 1225.

https://www.theengineer.co.uk/content/news/microcapsule-technology-could-yield-advance-in-carbon-capture