کاربرد افزایه های پایه سیلیکون در صنعت رنگ و رزین

افزودنی های سیلیکونی در صنایع رنگ و رزین

افزودنیهای سیلیکونی به طور خیلی وسیع در صنایع پوشش مورد استفاده قرار می گیرند. وظیفه عمده این افزودنیهای سیلیکونی کاهش کشش سطحی در فرمولاسیون پوشش ها می باشد بر طبق خواص ویژه ای که این افزودنی ها دارند به صورت خیلی عالی عیوب سطحی از قبیل دهانه آتشفشانی شدن و حباب حباب شدن سطح و تر شدن ضعیف زیرآیند و غیره را از بین برده و بهبود می بخشند. علاوه بر اینها افزودنیهای سیلیکونی باعث افزایش خاصیت لیز یا سر شدن سطح گردیده که می توانند خواص مقاومت به خراش پوشش را بهبود بخشند. شیمی افزودنیهای سیلیکونی و رابطه بین شیمی ساختار آنها و کارایی آنها در زیر به طور مفصل شرح داده خواهد شد.

در بسیاری از مواقع عیوب سطحی حین اجراء پوشش و بعد از اجراء پوشش ظاهر می گردند. این عیوب سطحی تأثیرات چشم گیری بر روی خواص نوری و جلوه ظاهری پو ششها گذاشته و می توانند اثرات منفی بر روی کیفیت خواص محافظتی پوشش بگذارند. برخی از این عیوب عبارتند از:

+ تر کردن ضعیف زیرآیند توسط پوشش

+ تشکیل بناردسل ها و پدیده های فلودینگ و فلوتینگ در سطح

+ پوست پرتقالی شدن و عدم جریان پذیری خوب

برای مقابله با عیوب کشش سطحی افزودنی های خاصی مورد استفاده قرار می گیرند. بسیاری از این افزودنی ها باعث می شوند کشش سطحی کاهش یافته یا اختلاف کشش سطحی به مینیم مقدار خود کاهش پیدا کند.

افزودنی های سیلیکونی (پلیی سیلوکسانها) خیلی زیاد در فرمولاسیون رنگ و پوشش ها مورد استفاده قرار می گیرند.یکی از این پارامترهای اصلی که باعث عیوب ذکر شده در بالا می شوند ناشی از کشش سطحی مواد است به ویژه اختلاف کشش سطحی (گرادیان کشش سطحی) عامل اصلی این عیوب شناسایی شده است. عامل اصلی این گرادیان کشش سطحی (اختلاف کشش سطحی) ناشی از درون خود سیستم پوشش می باشد که می تواند ناشی از تبخیر حلال ها یا واکنش های شبکه ای شدن رزین بوده یا ناشی از عوامل خارجی اجزاء پوشش در حین عملیات اسپری کردن، ذرات غبار و آلودگی های زیرآیند باشند.

کاربرد افزودنی های سیلیکونی

پلی سیلوکسانها بسته به ساختار شیمیایی خود می تواند کشش سطحی رنگ مایع را مطابق شکل 1 کاهش دهند:

شکل 1

وقتی که کشش سطحی رنگ در مقدار کمی تثبیت می گردد، اختلاف کشش سطحی نمی تواند در سطح پوشش گسترده شود.

اگر پلی سیلوکسانها به طور کافی  با سیستم رنگ امتزاج پذیری نداشته باشند به صورت عالی می توانند خواص ضدکف و ضد حباب بودن را در سیستم رنگ به وجود آورند. علاوه بر اینها افزودنی های سیلیکونی خاصیت سُر شدن یا لیز شدن (Slip) فیلم خشک رنگ را بهبود بخشیده و باعث بالا رفتن مقاومت به خراش فیلم رنگ شده و همچنین چسبناک بودن و بلاکینگ سطح را از بین می برند.

تر کردن زیرآیند

تر کردن زیرآیند به کشش سطحی رنگ و کاهش سطحی بحرانی سطحی که می خواهیم پوشش دهیم وابسته است. به صورت یک قانون عمومی کشش سطحی رنگ باید کمتر یا در یک مقدار عمومی مشابه با کشش سطحی زیرآیند باشد.

تر کردن نامناسب (خزیدن یا Crawling یا دانه دانه ایستادن ذرات رنگ بر روی زیرآیند می شوند – در اصل خزیدن یا Crawling زمانی روی می دهد که انرژی سطحی زیرآیند جامد کمتر از کشش سطحی رنگ مایع باشد و رنگ نتواند زیرآیند را تر کند و در نتیجه رنگ بر روی زیرآیند به صورت قطره – قطره قرار بگیرد. معمولا ً زیرآیندهایی از این قبیل مانند مواد پلاستیکی بوده و ماهیت آب گریزی دارند.

موقعی انتظار می رود که کشش سطحی رنگ بزرگتر از کشش سطحی زیرآیند باشد. زیرآیندهایی با کشش سطحی پایین تر از قبیل پلاستیک ها، سطوح روغن مال شده یا سایر سطوح آلود به سادگی قابل تر شدن نیستند.در رنگهای پایه آب به دلیل اینکه آب قسمت عمده حلال آن ها را تشکیل می دهد دارای کشش سطحی بالاتری نسبت به رنگهای پایه حلالی هستند که در آن ها حلال های آلی استفاده شده است و بنابراین اغلب مشکلات زیادی با تر کردن زیرآیند از خود نشان می دهند.

افزودنی های سیلیکونی کشش سطحی رنگ را کاهش داده و بر این اساس به طور بهینه تر شدن زیرآیند را سبب می گردند (مانند شکل 2). برای پوشش های پایه آبی افزودنی های سیلیکونی ویژه از قبیل سورفکتانتهای سیلیکونی باید استفاده گردند.

ضد دهانه آتشفشانی (ضد دهانه بازکردن مانند گودال های کوچک در سطح پوشش)

عوامل زیادی باعث بازشدن دهانه آتشفشانی بر روی سطح پوشش می گردند. دهانه های آتشفشانی ممکن است از عواملی از قبیل اسپری کردن بیش از حد یا فشار بالا بر روی لایه های رنگ تازه اسپری شده به وجود آیند که در این حالت قطرات اسپری شده با فشار بالا بر روی رنگ تازه اسپری شده (خشک نشده) از قبل قرار گیرند به صورتی که قطرات اسپری شده کوچک از حالت اسپری شدن با فشار بالا دارای کشش سطحی کمتری نسبت به رنگ تر موجود بر روی زیرآیند که از قبل اسپری شده است بوده و در این حالت باعث ایجاد دهانه آتشفشانی در پوشش می گردد (مانند شکل 3) اختلاف کشش سطحی 1 الی 2 (mn/m) یا (dynes/cm) برای گسترده شدن قطرات بر روی رنگ تر موجود بر روی زیرآیند کافی بوده و می توانند باعث ایجاد دهانه آتشفشانی در روی پوشش گردند. دهانه آتشفشانی را Crater می نامیم.

شکل 2 و 3

در مواردی که کشش سطحی هر دو ماده با هم یکسان است یا اگر قطرات اسپری شده دارای کشش سطحی بالاتری هستند، در نتیجه گسترده یا پخش شده قطرات بر روی سطح به وجود نمی آید و پیرو آن دهانه آتشفشانی تشکیل نخواهد شد، اما اگر ذرات غبار ریز حین اجراء رنگ تر وارد رنگ شوند به خاطر ایجاد اختلاف کشش سطحی همان اثر مشابه قطرات اسپری شده با فشار بالا را در رنگ خواهند گذاشت و باعث ایجاد دهانه آتشفشانی در رنگ می گردند.

دهانه های آتشفشانی می تواند از کثیف بودن یا آلودگی های سطحی ناشی شوند (برای مثال وجود اثر انگشت بر روی سطحی که می خواهد رنگ شود) وقتی که این آلودگی نقش موادی با کشش سطحی کم را ایفاء می کنند. وقتی که با رنگ اجراء شد برخورد می کنند باعث به وجود آمدن دهانه آتشفشانی می گردند که این خود یک نقص عمده در تر کردن نامطلوب زیرآیند به حساب می آید. با استفاده صحیح از افزودنیهای سیلیکونی کشش سطحی کاهش یافته و مطابق با این کاهش رنگ کمتر از محیط اطراف مستعد اختلالات بیرونی (از قبیل اسپری با فشار بالا، ذرات و غبار و …)، آلودگی های زیرآیند یا ذرات ژل شدن رزین درون فیلم رنگ برای تشکیل دهانه آتشفشانی می گردد. در نتیجه استفاده از افزودنیهای سیلیکونی مشکلات فوق را کاهش داده و رنگ را در مقابل عیوب فوق ایمن می کند.

بناردسل ها، فلودینگ و فلوتینگ، جریان پذیری در سطح در حین فرآیند خشک شدن پخت فیلم رنگ و خشک شدن رزین الگوی جریان سیالات متلاطم در سیستم پوشش حاکم می گردد. در حالت طبیعی این متلاطم بودن های جریان ثابت بوده و از انتقال مواد تشکیل دهنده پوشش از لایه های زیرین فیلم رنگ به لایه های بالای فیلم رنگ اتفاق می افتد. این پدیده به تشکیل ساختارهای سلول مانند ماکروسکوپیک مرئی منجر می گردند (بناردسل نامیده می شود مانند شکل 4). اختلاف در دانسیته، دما و مخصوصاً کشش سطحی عامل اصلی نیروی محرکه تشکیل این سل ها می باشد. سایر عیوب سطحی از قبیل فلودینگ/ فلوتینگ و جریان پذیری سطحی ضعیف به تشکیل بناردسل ها (Benard Cells) برمی گردد.

شکل 4

فلودینگ و فلوتینگ (Floding and Floting)

در سیستم های رنگ که در آنها پیگمنت پخش شده است پیگمنت ها خودشان تمایل دارند در یک الگوی جریان دایره ای (چرخشی) حرکت کنند. در مواردی که پیگمنت های مختلف با حرکت های مختلف در این الگوی جریان حضور داشته باشند (اختلاف در اندازه ذرات و اختلاف در دانسیته).

برخی از این پیگمنت ها تحت این جریان چرخشی جدا شده و باعث ایجاد اختلال در فیلم رنگ می گردند و یک توضیع نا ممکن را در فیلم رنگ به وجود می آورند. که سبب می شوند یک نوع پیگمنت در سطح رنگ تجمع کند و در نتیجه باعث تغییرات عمده در جلوه ظاهری پوشش گردیده و سبب ایجاد اختلاف رنگ در سراسر سطح فیلم رنگ می گردد.

جریان پذیری

جریان متلاطم منجر به ایجاد بناردسل ها گردیده در بسیاری از مواقع مانع از ایجاد یک سطح زیبا و صاف در سطح فیلم رنگ می گردند. حتی در برخی از مواقع تا حدودی باعث تغییرات بافت سطح رنگ می گردند. وقتی که سیستم رنگ جریان پذیری مناسبی نداشته باشد این عیب را اغلب با نام پوست پرتقالی شدن بیان می کنند که این پوست پرتقالی شدن وابسته به شرایط خشک شدن و به ویژه ترکیبات مخلوط حلال های سیستم می باشد. در برخی موارد این اثر گاهی می تواند آنقدر قوی باشدکه تمام سطح فیلم رنگ فراگرفته و معیوب کند.وقتی که افزودنی های سیلیکونی حضور داشته باشند این اختلاف در الگوی جریان نمی تواند در سطح فیلم پوشش توسعه پیدا کند. به طوری که جریان چرخشی هنوز در سطح پوشش وجود دارد اما این عیوب در سطح پوشش نمی توانند به صورت مرئی جلوه کرده و پوست پرتقالی شدن و سایر پدیده هایی که در بالا شرح داده شد به حداقل کاهش می یابند.

لغزش سطح (Surface slip)

افزودنی های سیلیکونی می تواند خواص لغزشی سطح پوشش را بهبود بخشند. غالبا ً این صرفا ً لغزش نیست بلکه ارتباط بین خواص لغزش با سایر ویژگی های یک پوشش می باشد که از اولویت اصلی برخوردار است. به طور مشخص سطحی که خواص لغزشی بهتری داشته باشد از مقاومت به خراش خوبی برخوردار بوده، کمتر کثیف شده، راحتر پاک شده و مقاومت بهتری از خود در مقابل به هم چسبیدن لایه ها (Blocking) نشان می دهد. اندازه گیری لغزش سطح به راحتی می تواند توسط نیروی لازم برای کشیدن یک وزنه با وزن مشخص بر روی سطح پوشش انجام گیرد (مانند شکل 5 سمت چپ) یا با گذاشتن یک وزنه بر روی سطح شیب دار و دادن زاویه های مختلف به سطح به طوری که وقتی وزنه شروع به حرکت و سر خوردن می کند لغزش سطح اندازه گرفته می شود (مانند شکل 5 سمت راست).

شکل 5

خاصیت ضد کف داشتن:

از طرفی تشکیل کف می تواند از استفاده نادرست افزودنی های سیلیکونی ناشی شود. هرچند که استفاده صحیح از افزودنی های سیلیکونی می تواند باعث از بین بردن کف ها گردد. عاممل اصلی پدیده کف امتزاج پذیری این افزودنی های سیلیکونی می باشد. امتزاج پذیری بیشتر افزودنی سیلیکونی احتمال پایداری کف ها را در سیستم پوشش افزایش می دهد. افزودنی های سیلیکونی با امتزاج ناپذیری کنترل شده می توانند به طور خیلی موفقیت آمیزی به عنوان ضد کف ها مورد استفاده قرار گیرند.

اثرات افزودنی های سیلیکونی بر روی چسبندگی بین لایه ای پوشش ها:

سیلیکون ها به عنوان محصولات عمومی که شهرت بی نظیری در صنعت به عنوان نچسبیدن سایر مواد به آن غیر قابل پوشش دادن و اثرات نامطلوب چسبندگی بین لایه ای دارند. با این حال از طریق انتخاب مناسب و صحیح استفاده از افزودنی های سیلیکونی این گونه  نخواهد بود. افزودنی های سیلیکونی به دلیل خاصیت فعالیت سطحی شان به سطح رنگ مهاجرت می کنند. از آنجا که به عنوان یک اصل کلی دارای گروه های عاملی واکنش پذیر نبوده و به هیچ وجه نباید در خشک شدن و پخت رزین پوشش دخالتی داشته باشند. به بیان دیگر سیلیکون ها در کل طول فرآیند پخت پوشش به صورت فعال باقی می مانند. برای مثال این واقعیت نشان می دهد که به راحتی می توان این افزودنی ها را توسط حلال از سطح پاک کرد یا از بین برد.

در فرآیند پوشش دهی چند لایه ای حاوی افزودنی های سیلیکونی، سیلیکون ها نباید در لایه اولیه (لایه زیرین) باقی بماند (منظور از لایه اولیه یا زیرین، لایه ما بین دو فیلم رنگ روی هم می باشد). در مقابل، سیلیکون ها به دلیل تحریک و فعالیت سطحی شان به سطح جدید، یعنی لایه دوم رنگ مهاجرت می کنند. بنابراین بین دو لایه فیلم رنگ سیلیکونی باقی نمی ماند و بر این اساس چسبندگی بین لایه ای تحت تأثیر منفی قرار نمی گیرد.

در ارتباط با سیلیکون ها دو عامل اصلی وجود دارد که می تواند باعث اثرات منفی در چسبندگی بین لایه گردد:

1-مقدار افزودنی سیلیکونی استفاده شده

2-دمای پخت لایه اول

برای ترکیب هر رزین یا افزودنی سیلیکونی یک مقدار بهینه استفاده از سیلیکون وجود دارد، بیشتر از این مقدار بهینه نتایج خوبی حاصل نمی گردد (از قبیل تر شدن زیرآیند، ضد دهانه آتشفشانی، لغزش سطح و …). در واقع استفاده مازاد از مقدار توصیه شده از افزودنی های سیلیکونی باعث ایجاد عیوب جانبی از قبیل افت در چسبندگی بین لایه ای پوشش می گردد. استفاده بیش از حد مجاز از یک افزودنی سیلیکونی سبب می گردد مولکولهای سیلیکون در بین لایه دو فیلم رنگ باقی مانده و اثرات معکوس بر روی چسبندگی بگذارد (مانند شکل 6 سمت بالای شکل توجه شود). این بدان معنی است که تنظیم میزان افزودنی سیلیکونی در یک مقدار بهینه امری ضروری به حساب می آید.

علاوه بر مقدار صحیح و درست افزودنی دمای پخت پوشش هم تأثیرات چشم گیری در چسبندگی بین لایه ای دارد. در یک سیستم پوششی که دمای مناسب پخت لایه اول (حاوی افزودنی سیلیکونی) بیش از حد است چسبندگی بین دو لایه از نظر فیزیکی کاهش می یابد. این بدین دلیل است که زنجیره های پلی اتر در ساختار پلی سیلوکسان در دمای بالای (C ̊ 140-150) از طریق فرآیند اکسیداسیون تجزیه می شوند. از طریق این فرآیند اکسیداسیون، گروه های واکنش پذیر در افزودنی سیلیکونی ایجاد می گردند. به طوری که افزودنی سیلیکونی به یک جزء جدایی ناپذیر از سیستم پوششی تبدیل گردیده و توانایی مهاجرت خود را از دست می دهد. به وسیله پوشش مجدد روی لایه اول این محصولات حاصل از تجزیه بین دو لایه باقی مانده و اثر معکوس بر روی چسبندگی می گذارند (مانند شکل 6 بخش پایینی شکل توجه شود). از آنجا که ناپایداری حرارتی ذکر شده در بالا ناشی از وجود زنجیره های پلی اتر در ساختار افزودنی می باشند، بنابراین می توان با ایجاد گروههای پایدارتر در ساختار شیمیایی از این اثر ممانعت به عمل آورد. برای مثال افزودنی های سیلیکونی ساختارهای اصلاح شده پلی استر و آلکیلی تا دماهای بالای 220 الی 250 درجه سانتیگراد پایدار هستند که در شیمی افزودنی های سیلیکونی به طور واضح شرح داده خواهند شد.

شکل 6

شیمی افزودنی های سیلیکونی

از ابتدای دهه ی پنجاه میلادی، افزودنی های سیلیکونی نقش اساسی را در عملکرد پوشش ها داشته اند. هرچند که نوآوری های شیمیایی در این حوزه به صورت خیلی زیاد به ویژه در حوزه سیستم های دوستدار محیط زیست رشد داشته اند.تجزیه سیستماتیک از طراحی مولکولی با تأکید ویژه بر روی ساختارهای پلی اتر پلی سیلوکسان و پلی استر پلی سیلوکسان ها ارایه شده است.

عوامل شیمیایی تعیین کننده کارایی سیلیکون برای سیستم های پوششی مرکب ها و چسب های دوستدار محیط زیست و کاربردهای وابسته به آن در ادامه ارائه گردیده است. در ادامه بحث فقط رابطه کارایی افزودنی ها با ساختار شیمیایی  بحث نشده بلکه مباحث و موضوعات زیر نیز مورد بررسی قرار می گیرد:

■ سازگاری افزودنی با سیستم ها

■ اثر افزودنی بر روی کشش سطحی

■ پایداری حرارتی افزودنی ها

■ ترک کردن و همتراز کردن

■ایجاد مقاومت در برابر لک پذیری و لغزش سطح

پلی دی متیل سیلوکسان های اصلاح نشده

ساده ترین محصولات پلی دی متیل سیلوکسان ها در شاخه های مختلف صنعت با نام روغن سیلیکون شناخته می شوند. اختلاف در طول زنجیر ساختار مولکولی سیلیکون ها خواص متفاوتی به آنها می دهد. با افزایش طول زنجیر مولکولی سیلیکون ها، ویسکوزیته بالاتری از خود نشان می دهند. ویسکوزیته عامل خوبی برای اندازه گیری جرم مولکولی این ترکیبات می باشد. جرم مولکولی بالاتر معمولا ً باعث کاهش حلالیت و کاهش امتزاج پذیری سیلیکون ها در سیستم پوششی می گردد. علاوه بر محصولات خطی در خانواده سیلیکون ها وجود محصولات حلقوی نیز امکان پذیر است.

گروههای دمتیل در هر دو خانواده خطی و حلقوی از سیلیکون ها اثرات سیلیکونی از قبیل کاهش کششی سطحی و بهبود لغزش سطحی را از خود نشان می دهند. پلی دمتیل سیلوکسان های با جرم مولکولی کم (مانند شکل 7 60˂X) و سیلیکونهای حلقوی بیستر برای کنترل جریان پذیری سطح و از بین بردن فلوتینگ پیگمنت  ها مورد استفاده قرار می گیرند. ویسکوزیته آن ها بین 1 الی 50 میلی پاسکال ثانیه است. چنین محصولاتی فرار بوده بنابراین میزان و شرایط استفاده از آن ها غالبا ً حساس می باشد. بعد از تبخیر این محصولات از سطح فیلم رنگ آنها ممکن است مجدد متراکم (مایع) شده و بنابراین سایر مواد و زیرآیندها و ماشین آلات اجراء و تولید را الوده کنند. سیلیکون ها با جرم مولکولهای بالاتر (m Pa.s 100-50=ویسکوزیته و 100-60=X ) می توانند به عنوان افزودنی های لغزش سطح مورد استفاده قرار بگیرند.

پلی دمتیل سیلوکسان ها با ویسکوزیته های حدود mPa.s 60000 (1200 ≈X) اغلب با رزین های مورد استفاده در رنگ ها در یک حالت میانه امتزاج پذیری/ امتزاج ناپذیری از خود نشان می دهند که به عنوان ضد کف ها بدون ایجاد اثرات دهانه آتشفشانی در سیستم های رنگ مؤثراند. این ترکیبات همان ضدکف های مورد استفاده در صنایع رنگ می باشند.

در آخر، آن دسته از محصولات که جرم مولکولی بالایی دارند (1400 ˃ X) و ویسکوزیته بیشتر از mPa.s 100000 به قدری نامحلول و غیر قابل امتزاج با سیستم های رنگ هستند که سبب ایجاد حفره در تمامی سیستم رنگ می گردند. آنها کاربردهای نسبتا ً محدودی دارند و عموما ً برای تولید رنگهای چکشی و محصولات مشابه آن استفاده می شوند.

فنیل پلی سیلوکسان ها

متیل فنیل پلی سیلوکسان (شکل 8) از اهمیت کمتری در صنعت رنگ برخوردار است حتی اگر از نظر امتزاج پذیری بسیار امتزاج پذیرتر از پلی دی متیل سیلوکسان خالص است. متیل فنیل پلی سیلوکسان ها هرچند که از نظر خواص همتراز کنندگی بهتر هستند اما تأثیری بر روی سایر خواص سطحی از قبیل فلودینگ و فلوتینگ، لغزش سطح و خواص ضد کفی ندارند. اگر فقط تعداد کمی از اتم های Si در زنجیر شامل پیوندهای فنیل باشند آنگاه محصول نهایی به خواص تدریجی نسبت به گروه های دی متیل موجود در داخل مولکول کسب کرده و نهایتا ً می تواند خواص همتراز کنندگی، کف زدا بودن و لغزش در مولکول کنترل شده و بدست آید.

شکل 7

شکل 8

پلی متیل آلکیل سیلوکسان ها

پلی سیلوکسان ها با گروههای متیل آلکیل سیلوکسان (شکل 9) به جای گروههای دی متیل (شکل 7) هنوز از خود خاصیت سیلیکونی نشان می دهد اما خواص زیاد برجسته ای برای صنعت افزودنی ندارند. آنها خواص لغزش سطح را بهبود بخشیده اما به اندازه محصولات دی متیل سیلوکسان نمی توانند اثر قوی بر روی کشش سطحی داشته باشند.

شکل 9

درجه فعالیت ارتباط مستقیم با طول زنجیر گروههای آلکیل دارد (شکل 10). با توجه به کشش سطحی بالای این قبیل محصولات، رنگ کردن چندین لایه با این محصولات به راحتی انجام پذیر است. این نوع از افزودنی های سیلیکونی اغلب در فرمولاسیون ضدکف ها به عنوان ماده فعال وجود دارند.

شکل 10

پلی سیلوکسان های اصلاح شده با گروه های آلی

همان طور که در بالا شرح داده شد باید امتزاج پذیری پلی سیلوکسان ها با سیستم پوششی با تغییر طول زنجیر تا حدودی قابل کنترل می باشد. با این حال یک راه متنوع برای دستیابی به کنترل دقیق و خوب خواص استفاده از اصلاح های شیمیایی گروه های عاملی در زنجیر پلی سیلوکسان ها است.

پلی اتر سیلوکسان ها

بیشترین اصلاح های گروههای عاملی صورت گرفته استفاده از زنجیرهای پلی اتری می باشد (مانند شکل a 11 و b 11) این ساختار شیمیایی عمومی به قدری متنوع است که مواد افزودنی سیلیکون سفارشی با خواص ویژه می توانند سنتز شوند.

شکل 11

گروههای دی متیل مسئول کاهش کشش سطحی سیلیکون ها هستند بنابراین با تغییر نسبت گروههای دی متیل نسبت به اصلاح توسط گروههای آلی می توان کشش سطحی را کنترل نمود.

اگر به جای گروههای دی متیل گروههای متیل آلکیل حضور داشته باشند نتیجه کار محصولاتی با کشش سطحی بالا بدست می آیند و بنابراین نمی تواند کشش سطحی پوشش را با قدرت بیشتری نسبت به محصولات حاوی متیل کاهش دهند.

همان طور که قبلا ً ذکر شد، ماهیت پلی اترها می تواند متغیر باشد بر این اساس، این بخش می تواند شامل واحدهای اتیلن اکساید (EO) یا واحدهای پروپیلن اکساید (PO) باشد. پلی اتیلن اکساید شدیدا ً آب دوست (قطبی) بوده در حالی که پروپیلن اکساید شدیدا ً آب گریز (غیر قطبی) است. بنابراین بدیهی است که در نهایت نسبت EO/PO بتواند در کنترل قطبیت کلی یک افزودنی سیلیکونی کمک کننده باشد. مقدار بالای EO قطبیت را افزایش داده به طوری که سیلیکون محلول در آب می گردد.و بنابرای با سیستم های قطبی امتزاج پذیر می گردد هرچند که تمایل به تشکیل پایداری کف در افزودنی افزایش می یابد. مقدار بالای PO از طرف دیگر باعث کاهش حلالیت افزودنی در آب گردیده و خاصیت ضد کف بودن محصول افزایش می یابد. در ادامه نسبت EO/PO، محل دقیق زنجیرهای پلی اتری در مولکول افزودنی است که از اهمیت بالایی برخوردار است. همانطور که در شکل a11 و b11 نشان داده شده است قرارگیری خلاقانه زنجیره پلی اتری در انتهای زنجیر و در وسط زنجیر ساختارهای افزودنی جدیدی را به وجود آورده است.

پلی استر سیلوکسان ها

همچنین می تواند زنجیرهای پلی استر را به جای گروههای پلی استر برای اصلاح شیمیایی سیلسکون ها استفاده کرد. اصلاحات پلی استری (مانند شکل 12) خواص امتزاج پذیری افزودنی را کنترل می کننند. یک تفاوت عمده بین اصلاح پلی اتری و اصلاح پلی استری پلی سیلوکسان ها پایداری حرارتی آنها می باشد. افزودنی هایی که با گروه های پلی استری اصلاح شده اند تا دمای 150 درجه سانتیگراد پایداری حرارتی دارند. در دمای بالاتر، زنجیر پلی اتری توسط اکسیداسیون تخریب می شود (که توسط طیف سنجی IR به وضوح قابل اثبات است).

شکل 12

اصلاح پلی استری تا دمای 250 درجه سانتیگراد پایدار بوده و قبل از این دما تخریب اتفاق نمی افتد. مقایسه افزودنیهای پلی استر سیلوکسان و پلی اتر سیلوکسان ها در جدول زیر به وضوح نشان داده شده است و همچنین پایداری گرمایی نیز مقایسه گردیده است.

جدول 1

آلکیل – آریل پلی سیلوکسان ها

گروههای آروماتیکی جهت اصلاح ساختار مولکول سیلیکون می توانند مورد استفاده قرار بگیرند. محصولات حاصل از اصلاح آلکیل – آریل سیلیکون ها در حالت کلی از پایداری حرارتی عالی برخوردار هستند. پلی دی متیل سیلوکسان اصلاح شده با آرآلکیل (مانند شکل 13) به صورت ترکیبی در مولکول خود ویژگی پایداری حرارتی و افزایش کشش سطحی را دارد، بدین صورت که در اصطلاحات شیمیستهای پلی سیلوکسان این کشش سطحی به مقداری بالاتر از حد نساب گروههای دی متیل رسیده است. البته که کشش سطحی بالاتر به علت وجود گروههای متیل آلکیل است. اگر علاوه بر گروههای آرآلکیل و متیل آلکیل گروههای دی متیل نیز حضور داشته باشد سبب کاهش کشش سطحی خواهند شد.

شکل 13

سیلیکون های واکنش پذیر

محصولات واکنش پذیر پلی سیلوکسان جایگاه ویژه ای در دنیای سیلیکون ها دارند یک ساختار معمولی از آنها در شکل 14 نشان داده شده است. ساختار کلی پلی سیلوکسان به آن اجازه می دهد در سطح جهت گیری عالی در سطح داشته باشد در حالیکه ساختارهای شبیه به رزین گروههای پلی اتری یا پلی استری ویژگی امتزاج پذیری مناسبی را با بایندر به وجود می آورند. گروههای واکنش پذیر متناسب و متعادل با مکانیسم پخت بایندر رنگ طراحی می گردند.

شکل 14

به طور خلاصه خواص فوق با خود رزین رنگ به صورت عالی شبکه ای می شوند. این خواص منحصر به فرد سطح فقط با رنگهای سیلیکونی قابل دستیابی می باشد بدین معنی که خواص لغزشی دائمی سطح، مقاومت در برابر شستشو، چرک پذیری کمتر و عدم پوشش دهی مجدد بدست می آید.

منعقد کننده و لخته ساز

مقدمه:

آب های زیرزمینی و سطحی دارای ذرات محلول و معلق هستند. انعقاد و لخته سازی برای جداسازی بخش جامدات معلق از آب استفاده می شود. ذرات معلق در منبع، بار، اندازه ذرات، شکل و چگالی متفاوت هستند. کاربرد صحیح انعقاد و لخته سازی به این عوامل بستگی دارد. جامدات معلق در آب دارای بار منفی هستند و از آنجایی که بار سطحی یکسانی دارند، وقتی به هم نزدیک می شوند یکدیگر را دفع می کنند. بنابراین، جامدات معلق در حالت تعلیق باقی می‌مانند و در کنار هم جمع نمی‌شوند و خارج از آب ته نشین نمی‌شوند، مگر اینکه از انعقاد و لخته‌سازی مناسب استفاده شود.

منعقد کننده:

مواد شیمیایی منعقد کننده با بارهای مخالف مواد جامد معلق به آب اضافه می شوند تا بارهای منفی جامدات غیر قابل ته نشینی (مانند خاک رس و مواد آلی تولید کننده رنگ) را خنثی کنند. هنگامی که بار خنثی می شود، ذرات معلق کوچک می توانند به هم بچسبند. این ذرات کمی بزرگتر میکروفلوک نامیده می شوند و با چشم غیر مسلح قابل مشاهده نیستند. آب اطراف میکروفلوک های تازه تشکیل شده باید شفاف باشد. اگر نه، انعقاد و برخی از بار ذرات خنثی نشده اند. ممکن است نیاز باشد که مواد شیمیایی منعقد کننده بیشتری اضافه شود. برای دستیابی به انعقاد خوب، به یک مخلوط پرانرژی و سریع برای پراکندگی مناسب منعقد کننده و ترویج برخورد ذرات نیاز است. اختلاط بیش از حد بر انعقاد تأثیر نمی گذارد، اما اختلاط ناکافی این مرحله را ناقص می کند. زمان تماس در محفظه مخلوط سریع معمولاً 1 تا 3 دقیقه است.

لخته ساز:

لخته سازی، مرحله اختلاط ملایم، اندازه ذرات را از میکروفلوک زیر میکروسکوپی به ذرات معلق قابل مشاهده افزایش می دهد. ذرات میکروفلوک با هم برخورد می‌کنند و باعث می‌شوند که آنها با هم پیوند پیدا کنند و لخته‌های بزرگ‌تر و قابل مشاهده‌تری به نام پینفلوک تولید کنند. اندازه لخته با برخوردهای اضافی و برهمکنش با پلیمرهای معدنی اضافه شده (منعقد کننده) یا پلیمرهای آلی به رشد خود ادامه می دهد. ماکروفلوک‌ها تشکیل می‌شوند و پلیمرهایی با وزن مولکولی بالا، به نام کمک‌های منعقدکننده، ممکن است برای کمک به پل زدن، اتصال و تقویت لخته، اضافه کردن وزن و افزایش سرعت ته‌نشینی اضافه شوند. هنگامی که لخته به اندازه و استحکام مطلوب خود رسید، آب برای ته نشینی آماده است. زمان تماس طراحی برای لخته سازی از 15 یا 20 دقیقه تا یک ساعت یا بیشتر است و لخته سازی نیاز به توجه دقیق به سرعت اختلاط و مقدار انرژی مخلوط دارد. برای جلوگیری از پاره شدن یا برش لخته، سرعت اختلاط و انرژی معمولاً با افزایش اندازه لخته کاهش می یابد. هنگامی که لخته ها از هم جدا می شوند، سخت است که آنها را به اندازه و قدرت بهینه خود برسانید.

انعقاد، لخته سازی، و رسوب به صورت ترکیبی:

برخی از طرح ها شامل انعقاد، لخته سازی و ته نشینی یک واحد می شوند (یا واحدهای تماس جامدات جریان بالا یا واحدهای پوشش لجن). اکثر واحدهای تماس جامدات جریان بالا از گردش برای تقویت تشکیل لخته و به حداکثر رساندن استفاده از مواد شیمیایی تصفیه استفاده می کنند. واحدهای لجن، لخته های تازه تشکیل شده را مجبور می کنند تا از میان بستر معلق لخته به سمت بالا عبور کنند.

در هر دو سبک واحدها، سطح مقطع حوضه از پایین به بالا افزایش می‌یابد، که باعث می‌شود جریان آب با بالا آمدن کندتر شود و لخته‌ها ته نشین شوند. واحدهای ترکیبی معمولاً از نرخ افزایش بالاتر و زمان کوتاه‌تر استفاده می‌کنند. تولیدکنندگان متعددی بر اساس این مفاهیم طراحی، واحدهای اختصاصی را به بازار عرضه می کنند. این واحدها جمع و جورتر هستند و به زمین کمتری برای مکان یابی کارخانه نیاز دارند.

انتخاب منعقد کننده:

انتخاب ماده شیمیایی منعقد کننده به نوع جامد معلقی که باید حذف شود، شرایط آب خام، طراحی تاسیسات و هزینه مواد شیمیایی بستگی دارد. باید به کیفیت مورد نیاز پساب، تأثیر بر عملکرد فرآیند تصفیه پایین دست، هزینه، روش و هزینه حمل و دفع لجن و هزینه دوز مورد نیاز برای تصفیه مؤثر توجه شود.

منعقد کننده های معدنی:

منعقد کننده های غیر آلی مانند نمک های آلومینیوم و آهن بیشترین استفاده را دارند. هنگامی که به آب اضافه می شود، این یون های بسیار باردار برای خنثی کردن ذرات معلق هستند. هیدروکسیدهای معدنی تشکیل شده، زنجیره های پلیمری کوتاهی را تولید می کنند که تشکیل میکروفلوک را افزایش می دهد. منعقد کننده های معدنی معمولاً کمترین قیمت را برای هر پوند ارائه می دهند، به طور گسترده در دسترس هستند، و زمانی که به درستی استفاده شوند، در حذف اکثر جامدات معلق موثر هستند. آنها همچنین قادر به حذف بخشی از پیش سازهای آلی هستند که ممکن است با کلر ترکیب شوند و محصولات جانبی ضد عفونی را تشکیل دهند. منعقد کننده های غیر آلی حجم زیادی از لخته تولید می کنند که می تواند باکتری ها را در حین ته نشین شدن به دام بیندازد.

منعقد کننده های غیر آلی ممکن است pH آب را تغییر دهند زیرا آنها قلیاییت را مصرف می کنند. هنگامی که در فرآیند نرم شدن خاکستر سودا آهک استفاده می شود، نمک آلوم و آهن تقاضا برای آهک و خاکستر سودا ایجاد می کند. آنها همچنین به تجهیزات ذخیره سازی و تغذیه مقاوم در برابر خوردگی نیاز دارند. توجه به این نکته مهم است که حجم زیادی از لخته ته نشین شده باید به روشی قابل قبول از نظر زیست محیطی دفع شود.

Download

اثرات سیلیکای آبگریز بر عملکرد آنتی فوم های پایه سیلیکونی

مقدمه:

یک آنتی فوم شامل روغن پلی دی متیل سیلوکسان، ذرات سیلیکا آبگریز، سدیم دودسیل سولفات (SDS) به عنوان سورفکتانت آنیونی و اکسید اکتیل فنیل دکا اتیلن  (Triton X-100) به عنوان سورفکتانت غیر یونی برای استفاده در سیستم های آبی مورد بررسی قرار گرفت. عملکرد ترکیبات مختلف روغن، ذرات سیلیکا و سورفکتانت در کنترل ارتفاع کف با استفاده از آزمون بیکرمن تعیین شد. اندازه قطرات روغن پراکنده و ذرات سیلیکا با استفاده از میکروسکوپ نوری و الکترونیکی تعیین شد. مشخص شد که افزایش محتوای سیلیکا در مخلوط ضد کف و استفاده از ذرات باعث افزایش عملکرد ضد کف و کاهش زمان از بین رفتن کف می شود. این مشاهدات برای هر دو مورد استفاده از سورفکتانت های آنیونی و غیریونی یکسان بود.

اثر سورفکتانت یونی و غیر یونی بر پایداری فوم:

مطابق با شکل زیر زمان تخریب کف برای سورفکتانت غیریونی (Triton X-100) بیشتر از زمان تخریب کف سورفکتانت یونی است.

اثر هم افزایی روغن و سیلیکا:

اثرات هم افزایی مخلوط ضد کف در شکل زیر نشان داده شده است.اثر هم افزایی روغن سیلیکون و ترکیب سیلیکا بسیار بیشتر از اجزای منفرد مانند سیلیکا بخار شده، ذرات سیلیکا و روغن سیلیکون است. این بدان معنی است که ترکیبی از ذرات سیلیکا و روغن سیلیکون باعث کاهش سریعتر ارتفاع کف و زمان از بین رفتن کف می شود. در غیاب روغن سیلیکون، ذرات سیلیکا سورفکتانت یونی را از محلول جذب می کنند، رفتار آب گریزی خود را از دست می دهند و آبدوست تر می شوند، که منجر به کاهش فعالیت ضد کف می شود. فعالیت ضد کف سیلیکا به تنهایی بیشتر از روغن سیلیکون بدون استفاده از ذرات سیلیکا است. مکانیسم های تخریب کف توسط قطرات روغن و ذرات جامد به دلیل پراکندگی قطرات روغن و تغییر شکل پل روغن قابل مقایسه است. در بیشتر موارد، قطرات روغن تجمع اولیه فوم ها را در ناحیه ها و گره ها از بین می برد. این به دلیل سد ورودی بالای محلول سورفکتانت است. هنگامی که موانع ورود کم است، قطره روغن به عنوان ضد کف سریع عمل می کند و ممکن است توسط مکانیسم کشش پل، لایه را بشکند. یکی از راه‌های کاهش سد ورودی و تبدیل قطرات روغن به یک ضد کف سریع، افزودن ذرات جامد آبگریز است. جذب ذرات سیلیکای آبگریز اضافه شده بر روی سطوح قطرات روغن سیلیکون، جذب سورفکتانت را افزایش می دهد، کشش سطح و مانع ورود را کاهش می دهد. این باعث افزایش سرعت انتشار به لایه فوم می شود و کشش سطحی را کاهش می دهد.

نتیجه گیری:

ذرات سیلیکا با اندازه بزرگ ممکن است به راحتی لایه کف سطح را لمس کنند و لبه های تیز زاویه تماس بیش از 90 درجه ایجاد کنند. با ایجاد اثر پین بر روی لایه کف و با افزایش عمق نفوذ، کشش سطحی لایه‌های کف کاهش می‌یابد و فیلم کف سریع‌تر از آنتی‌ فومهای مبتنی بر روغن و سیلیس به تنهایی می‌شکند. اثر هم افزایی روغن و سیلیکا بر عملکرد آنتی فوم به عنوان کاهش ارتفاع کف و دوام چشمگیر است. با افزایش مقدار سیلیکا، زاویه تماس بیش از 90 درجه تشکیل می‌شود، ارتفاع کف کاهش می‌یابد و زمان بیشتری برای فرسودگی کف و دوام آنتی‌ فوم نیاز است.

Download

رنگ های متورم شونده بر پایه رزین سیلیکونی

مقدمه:

رزین های سیلیکونی و پلی سیلوکسان های شاخه دار با مقاومت حرارتی بسیار خوب به طور گسترده ای به عنوان اجزای مواد پوشش برای برآوردن نیازهای کاربردهای مختلف استفاده می شوند. از این ترکیبات می توان برای پوشش دادن مواد مختلف از جمله مصالح ساختمانی، سرامیک و عناصر ساختمانی استفاده کرد. یکی از مصادیق کاربردهای پرتقاضا، سازه های فولادی و آلومینیومی مورد استفاده در ساخت و ساز هستند که باید به اندازه کافی در برابر آتش محافظت شوند تا ظرفیت بار خود را برای مدت زمان مشخصی حفظ کنند و امکان تخلیه و حفاظت از جسم را فراهم کنند. در شرایط آتش سوزی، دمای عناصر سازه فولادی به سرعت بالا می رود و به دمای حدی می رسد که در آن خواص مکانیکی از بین می رود. نتیجه آن تغییر شکل عناصر سازه و فروریختن آنهاست. بسته به نوع منبع آتش و شدت آن و انبوه عناصر ساختاری، دمای بحرانی فولاد (450-550 درجه سانتیگراد) را می توان در عرض چند دقیقه بدست آورد. دلیل از بین رفتن خواص مکانیکی فولاد در دماهای بالا ممکن است تنش های مربوط به انبساط حرارتی باشد. هنگامی که سازه در معرض اثرات همزمان دمای بالا و تنش‌های بالا قرار می‌گیرد، کانال فولادی خزش فولادی را نشان می‌دهد. بر اساس مطالعات دقیق، مشخص شد که این اثر بسته به نوع فولاد در دمای بالاتر از 400 تا 500 درجه سانتیگراد رخ می دهد. با مقایسه پایداری حرارتی میلگردهای تقویت‌کننده نورد گرم  و نورد سرد ، مشخص شد که تا دمای 400 درجه سانتی‌گراد، هیچ تغییر قابل‌توجهی در مقاومت مکانیکی رخ نمی‌دهد. با این حال، در دماهای بالاتر، کاهش واضحی در استحکام مکانیکی میلگردهای تقویت‌کننده سرد کار شده مشاهده شد. نتایج حفاظتی بسیار خوبی برای چنین سازه هایی را می توان در صورت استفاده از پوشش های تشدید کننده مبتنی بر سیلیکون به دست آورد. سیلیکون‌های با ساختار منشعب، از جمله رزین های سیلیکونی یا پلی‌سیلوکسان‌های شاخه‌دار، با پایداری حرارتی بسیار خوبی مشخص می‌شوند که ممکن است حفاظت کافی را تسهیل کند، زیرا از دست دادن خواص مکانیکی فولاد معمولاً در دمای حدود 500 درجه سانتیگراد رخ می‌دهد.

رزین های سیلیکونی:

رزین های سیلیکونی به دلیل خواص منحصر به فرد خود، به ویژه آنهایی که مربوط به مقاومت بسیار خوب در برابر حرارت هستند، به طور گسترده ای به عنوان مواد پوششی استفاده می شوند. مهمترین اثر در مقاومت حرارتی طولانی مدت پوشش مربوط به نوع رزین است. علاوه بر این، این ساختار توسط یک واکنش شیمیایی بین گروه های هیدروکسیل از رس ارگانیک و رزین سیلیکون تثبیت می شود. پلاکت‌های سیلیکات در ماتریس سیلیکونی قرار می‌گیرند و به طور قابل توجهی استحکام مکانیکی آن را افزایش می‌دهند و در نتیجه محافظت بالایی در برابر آتش ایجاد می‌کنند.

رنگ های متورم شونده رزین سیلیکونی:

استفاده از رزین های سیلیکونی به عنوان چسب یا اجزای آنها در رنگ های متورم برای به دست آوردن پارامترهای مورد نظر لایه نسوز مهم است. تنوع ساختار رزین‌های سیلیکونی و درجه شاخه های آن‌ها، انتخاب یک بایندر با پایداری حرارتی مناسب را امکان‌پذیر می‌سازد، به طوری که تخریب حرارتی آن در دمای مناسبی قرار می‌گیرد که در لایه‌های مختلف شکل می‌گیرد و لایه رنگ خیلی زود نرم نمی‌شود و باعث از بین رفتن آن می‌شود. همچنین پارامترهای لایه محافظ نیز تحت تأثیر نوع جایگزین‌های آلی در ساختار رزین سیلیکون قرار دارند، به‌ویژه محتوای مناسب گروه‌های فنیل که باعث افزایش پایداری حرارتی بایندر می‌شود. این انتخاب پرکننده‌های مناسب، تأثیر قابل‌ توجهی بر پارامتر لایه محافظ دارند.

پرکننده‌هایی مانند گچ، رس یا گرافیت منبسط شده توانایی ادغام در ساختار لایه محافظی را دارند که با استفاده از رزین سیلیکونی به عنوان چسب رنگ تشکیل شده است. این خاصیت به دلیل وجود گروه‌های سیلانول فعال است که قادر به واکنش با گروه‌های عاملی موجود در پر کننده‌ها هستند. خواص لایه محافظ نیز تحت تأثیر ساختار پرکننده ها، به ویژه فیبری یا لایه ای است که خواص مکانیکی لایه محافظ را تقویت می کند. این ویژگی ها به طور قابل توجهی بر پارامترهای عایق تأثیر می گذارد. خواص منحصربه‌فرد رنگ‌های متورم که نه تنها از سازه‌های فولادی، بلکه سایر مصالح ساختمانی و پلاستیک‌ها نیز محافظت کافی را ممکن می‌سازد، به افزایش مداوم استفاده از این رنگ‌ها کمک می‌کند و در نتیجه ایمنی افراد و اموال را در هنگام آتش‌سوزی افزایش می‌دهد.

منبع:

Zielecka M, Rabajczyk A, Cygańczuk K, Pastuszka Ł, Jurecki L. Silicone resin-based intumescent paints. Materials. 2020 Jan;13(21):4785.

Download

پلی اسپارتیک در مقابل اپوکسی و اورتان

پلی اسپارتیک در مقابل اپوکسی و اورتان

انتخاب عاقلانه پوشش ها

مقدمه:

انتخاب پوشش مناسب برای دارایی های صنعتی مهم است. انتخاب درست می تواند به معنای افزایش عمر مفید و نگهداری کمتر برای دارایی های کلیدی باشد. اشتباه ممکن است زمینه ساز شکست های نابهنگام و پرهزینه باشد.

سیستم‌های پوشش اپوکسی و یورتان را که یکی از پایه‌های قدیمی حفاظت از دارایی‌های صنعتی هستند، با فناوری پلی اسپارتیک مقایسه می‌کنیم، یک نوع پوشش هیبریدی که محبوبیت بیشتری دارد زیرا می‌تواند زمان تاخیر را محدود کرده و هزینه‌ها را کاهش دهد.

مزایای پلی اسپارتیک:

پوشش‌های پلی اسپارتیک، پوشش‌های پلی اوره سخت و بادوام هستند که بر اساس واکنش استرهای پلی اسپارتیک دارای عملکرد آمینی با پلی ایزوسیانات‌ها هستند. پوشش های پلی اسپارتیک در کاربردهای داخلی/خارجی برای محافظت از بتن و فولاد استفاده می شود. کاربردهای متداول این پوشش شامل گاراژهای مسکونی، انبارها، فضاهای صنعتی/تجاری، پلها، پشت بام ها، تیرهای چراغ برق، واگن های ریلی و سیستم های کفپوش است.

رزین های پلی اسپارتیک مشابه و مرتبط با رزین های پلی اوره هستند و از نظر فنی نیز نوعی رزین الاستومری هستند که از محصول واکنش شیمیایی اولیه پلی ال و یک جزء ایزوسیانات از طریق پلیمریزاسیون مرحله ای به دست می آیند. تنها در دهه 1990 بود که نوع فعلی رزین های پلی اسپارتیک پیشرفته دو جزئی معرفی شدند. در اصل، همه پلی اسپارتیک ها پلی اوره

هستند، اما همه پلی اوره ها پلی اسپارتیک نیستند.  دسته ای از این مواد که برای کاربردهای کف سازی هستند، اساساً سرعت پخت یک پلی اوره را کاهش می دهند، به طوری که سیستمهای پلی اسپارتیک زمان بیشتری را برای اعمال و تکمیل می دهند که معمولاً با زمان واکنش قابل تنظیم از حدود 10 تا 120 دقیقه میباشد. این مورد باعث می شود که آنها به طور قابل توجهی سریعتر از اپوکسی ها و پلی اورتان های معمولی باشند، اما آنها به اندازه پلی اوره سریع و تا حدی غیرقابل کنترل نیستند و سیستم های رزین پلی اسپپارتیک به تجهیزات گران قیمت و تخصصی نیاز ندارند.

مزایای پوش های اپوکسی و اورتان:

سیستم های پوشش اپوکسی و اورتان دو لایه حفاظتی را بر روی یک سطح ارائه می دهند. آنها در تنظیمات صنایع سنگین به خوبی عمل می کنند زیرا اتصالات محکم تر و نفوذپذیری کمتری دارند، محافظت از بستر خوب، افزایش مقاومت شیمیایی و سختی بیشتر را ارائه می دهند. با توجه به این ویژگی ها، بسترهای فلزی و بتنی که توسط ترکیبات اپوکسی و یورتان محافظت می شوند، در برابر استفاده و سوء استفاده به خوبی مقاومت می کنند. پوشش های اپوکسی و اورتان نیز می توانند قرار گرفتن در معرض بسیاری از مواد شیمیایی صنعتی را تحمل کنند. به عنوان مثال، سطوح محافظت شده توسط پوشش های اپوکسی و اورتان به خوبی در برابر اسید سولفوریک مقاومت میکنند، که در طیف گسترده ای از فرآیندهای صنعتی استفاده می شود. با این حال، اسیدهای آلی خاصی که در تولید مواد غذایی وجود دارند، مانند اسید نیتریک، میتوانند به پوشش های اپوکسی و اورتان آسیب برسانند.

پوشش های اپوکسی و اورتان برای فضاهای داخلی با محیط های کنترل شده مناسب هستند.

محدود کردن زمان تاخیر با فناوری پلی اسپارتیک:

فناوری پلی اسپارتیک، به عنوان یک پوشش هیبریدی شبیه به پلی یورتان‌ها، نسبتاً جدید در صحنه پوشش‌های صنعتی است. نوآوری‌ها در این فناوری، این پوشش‌ها را در مقایسه با سیستم‌های پوشش اپوکسی و اورتان به گزینه‌ای بهتر تبدیل کرده است.

استفاده از پلی اسپارتیک در یک لایه پوشش انجام می شود در حالی که سیستم های سنتی اپوکسی و اورتان دو لایه نیاز دارند. این فناوری راه درازی را پیموده است زیرا فرمولاسیون های پلی اسپارتیک اولیه دارای ارزش چسبندگی پایینی بودند. خرابی های شناخته شده سیستم به دلیل عدم وجود محرک های چسبندگی در فناوری پلی اسپارتیک اولیه است.

فناوری پلی اسپارتیک از پلی یورتان های سنتی جدا می شود زیرا استرهای پلی اسپارتیک را می توان برای کاربردهای مختلف دستکاری کرد. دستکاری استرها امکان کنترل زمان خشک شدن را فراهم می کند. در جایی که پوشش های اپوکسی و اورتان نیاز به زمان پخت بسیار طولانی تری دارند، پوشش های پلی اسپارتیک بسیار سریع تر عمل می کنند. این امر زمان تأخیر را محدود می‌کند. پوشش‌های پلی اسپارتیک نیز می‌توانند برای کاربرد و پخت در دماهای بسیار پایین‌تر از انجماد فرموله شوند.

فناوری پلی اسپارتیک در مقایسه با ترکیبات اپوکسی و یورتان یک مرحله از فرآیند پوشش را حذف می‌کند، در هزینه‌های کار و مواد صرفه‌جویی می‌کند و زمان‌بندی پروژه را کوتاه می‌کند.

دانلود فایل pdf 

دیسپرس پیگمنت ها

مقدمه:

در حالت خشک ذرات پیگمنت به واسطه نیروهای جاذبه با ماهیت فیزیکی و شیمیایی از جمله نیروهای واندروالسی و نیروی پل مایع به هم چسبیده اند و حالت اگلومره دارند. برای دیسپرس پیگمنت در رزین یا ماتریس مایع ، باید بر این نیروهای جاذبه غلبه کرد. ماشین آلات پراکنش از جمله آسیاب میکسر ها و سایر آسیابها به گونه ای طراحی شده اند که بتوانند انرژی لازم برای غلبه بر این نیروهای جاذبه را فراهم کنند. در واقع راندمان عمل دیسپرس بستگی به انتقال موثر انرژی از این ماشین آلات به ذرات اگلومره پیگمنت دارد. می دانیم که قدرت رنگی (مثلا پشت پوشی یا کارایی تینت) و خواص نوری و خواص کاربردی یک رنگ و هر سیستم پوششی با افزایش قابلیت دیسپرس پیگمنت افزایش می یابد. بنابراین پایداری فرایند دیسپرس اهمیت زیادی از نظر کاربرد رنگ دارد و درجه پراکنش تاثیر عمده ای بر خواص نوری فیلم تر و خشک پوشش دارد. به همین دلیل فرایند دیسپرس اهمیت کلیدی در فرایند ساخت دارد. برای مثال در مورد جوهر ها میزان دیسپرس رنگدانه ها باید به قدری کامل باشد که مرکب از داخل نازل با قطر 5 میکرون عبور کند بدون اینکه فتیلیه ای شود یا مسیر نازل را مسدود کند. فرایند دیسپرس پیگمنت یکی از گرانترین مراحل ساخت رنگ است. بخصوص هنگامیکه درجه دیسپرس بالا مد نظر باشد. این فرایند شامل انتخاب رنگدانه مناسب (سایز و … ) از بین بردن نیروی جاذبه بین ذرات رنگدانه است. در واقع در محصولات موجود در بازار ، قیمت پوشش رابطه عکس با اندازه ذرات پیگمنت دارد. یعنی به طور کلی در شرایط یکسان مواد اولیه،  هرچه درجه دیسپرس پیگمنت بیشتر باشد قیمت پوشش بالاتر است. مثلا در سری آسترهای ضد خوردگی ، رنگ های تزییناتی رویه ، مرکب چاپ فلکسو ، رنگ های اتومبیلی ، تونرهای الکتروفوتوگرافی پودری ، و مرکب چاپ به ترتیب اندازه ذرات کاهش یافته و قیمت پوشش هم بیشتر می شود.

محیط میکروسکوپی حاکم بر ذرات رنگدانه خشک :

 دیسپرس ، فرایندی است که ذرات درشت پیگمنت از هم جدا شده و داخل ماتریس پراکنده می شوند و لایه ای از رزین یا محمل روی هر ذره را می پوشاند. به منظور خرد کردن و جدا کردن ذرات درشت باید بر نیروهای جاذبه بین ذرات پیگمنت خشک (ذرات اگلومره ) غلبه کرد. این نیروهای جاذبه می تواند چسبندگی یا پیوستگی باشند. ماهیت اغلب این نیروها واندروالس یا الکترواستاتیک است.

نیروهای چسبندگی و پیوستگی در فرایند دیسپرس:

از نقطه نظر تئوری ، قابلیت دیسپرس بواسطه میزان انرژی لازم برای جدا کردن ذرات پیگمنت در ماتریس مایع پیوسته تعریف می شود به نحوی که ذرات پیگمنت کاملا بوسیله محیط مایع احاطه شده و هیچ گونه تماسی با ذرات دیگر نداشته باشند. از نقطه نظر میکروسکوپی ، سهولت فرایند دیسپرس بواسطه نیروهای داخلی و بین ذره ای موجود در داخل ذرات خشک پیگمنت که به صورت اگلومره و کلوخه می باشند ، و نیروهای بین ذرات پیگمنت و ماتریس مایع تعیین می شود. از نقطه نظر ماکروسکوپیک ، قابلیت دیسپرس پیگمنت تحت تاثیر:

1)نیروی جاذبه بین ذرات پیگمنت 2) جاذبه بین پیگمنت و ماتریس مایع رنگ 3) نیروی پیوستگی که داخل ذرات رنگدانه و داخل ماتریس مایع عمل کند قرار دارد.

وقتی میکسر شروع به کار می کند ، اثر چسبندگی بین ماتریس مایع رنگ و پره های میکسر مهمتر می شود زیرا راندمان عمل دیسپرس در واقع شدیدا به انتقال موثر انرژی از میکسر به ذرات درشت و کلوخه میکسر بستگی دارد.

نیروهای پراکنش در ماشین آلات دیسپرسیون : با توجه به دلایلی که ذکر شد بیشتر ماشین آلات دیسپرس به گونه ای طراحی می شوند تا بیشترین راندمان انتقال انرژی از دستگاه به ذرات پیگمنت حاصل شود. انرژی پخش شده در محیط ، به غیر از مقداری که صرف جدا کردن ذرات کلوخه پیگمنت می شود غالبا به صورت گرما در محیط دفع می شود.  گرچه ماشین آلات دیسپرس در مکانیسم پراکنش متفاوت هستند ، ولی همگی به گونه ای طراحی شده اند تا انواع نیروهای پراکنش یا تعدادی از آنرا فراهم کنند. انواع نیروهای پراکنش عبارتند از:

   1)نیروی برشی 2) نیروی ضربه ای 3) نیروی مالشی

کاهش اندازه ذره ممکن است فقط در اثر انرژی باشد که در قالب نیروی برشی و ضربه ای و مالشی از دستگاه به پیگمنت منتقل می شود. بنابراین انتقال موثر انرژی از دستگاه به ذره نقش عمده ای در راندمان کاهش اندازه ذرات پیگمنت دارد.  این انتقال انرژی به عوامل زیر بستگی دارد:

1)نیروی چسبندگی بین دستگاه پراکنش و ماتریس مایع رنگ 2) جاذبه بین محیط مایع و ذره پیگمنت 3) نیروی پیوستگی داخل ماتریس مایع

نتیجه گیری:

راندمان دیسپرس به خصوصیات دستگاه و خمیر رنگ بستگی دارد. لذا برای افزایش کارایی دیسپرس هم باید دستگاه آسیاب مناسبی انتخاب نمود و هم فرمول خمیر رنگ متناسب با دستگاه طراحی کرد . هنگام طراحی فرمول خمیر رنگ باید خصوصیات چسبندگی و پیوستگی آن را در نظر گرفت و در این زمینه دانش را کسب کرد. با این شرایط خمیر رنگ به دستگاه میکسر-آسیاب می چسبد و می تواند انرژی مکانیکی را بواسطه نیروهای پیوستگی داخل ماتریس ، پخش کرده و بواسطه خواص چسبندگی رزین به پیگمنت ، این انرژی را از ماتریس به ذرات پیگمنت منتقل کند.

دانلود فایل pdf 

تاثیر نسبت هاردنر بر خصوصیات فیزیکی رنگ های پلی اورتان

همانگونه که می دانید، پلی اورتان ها پوشش های دو جزیی هستند که برای  کاربردهای ضد خوردگی با کارایی بالا مورد استفاده قرار می گیرند.

بر اساس تحقیقی که در سال 2014 میلادی  در یکی از دانشگاه های استرالیا انجام گرفته است، نسبت میزان هاردنر بر روی خواص مکانیکی  رنگ های پلی اورتان تاثیر زیادی دارد. در این تحقیق سه نوع پوشش پلی اورتان با نسبت  هاردنر 75/0، 1 و 5/1 نسبت به رزین مورد بررسی قرار گرفته است.

یافته های تحقیق نشان می دهد  که نسبت هاردنر به رزین می­تواند روی خواص مکانیکی نهایی پوشش تاثیر داشته باشد. در این تحقیق دو پارامتر مکانیکی «خوردگی رنگ» و «چسبندگی رنگ بر روی سطح» از نقطه نظر  ساختار شیمیایی  و تراکم پیوندها مورد ارزیابی قرار گرفته است. در پوشش پلی اورتان پیگمنت و رنگزا استفاده نشده است.

برای ارزیابی خصوصیات ضد خوردگی، قطعه پوشیده شده با رنگ به مدت 1008 ساعت در محلول 3 درصد کلرید سدیم نگهداشته شده است و نتایج تغییرات با تست های مقاومتEIS[1] و DC سنجیده شده اند. مقاومت در برابر سایش نیز با تست[2]Taber انجام گرفته اند.

چسبندگی تر پوشش هم با غوطه ورکردن نمونه برای 5 تا 7 روز در محلول 3 درصد کلرید سدیم  و سپس روش کندن پوشش[3]  استفاده شده است.

ساختار شیمیایی پوشش با تست کردن لایه منفصل پوشش با استفاده از اسکتروسکوپی FTIR مورد ارزیابی قرار گرفته است و سپس خصوصیات فیزیکی و مکانیکی پوشش با تست DMTA سنجیده شده است.

نتایج تست الکتروشیمیایی نشان داد که پوشش های پلی اورتان با نسبت هاردنر بالاتر، مقاومت یونی(الکتروشیمیایی)بالاتری دارند که بخاطر ایجاد پیوندهای متقاطع بیشتر است.

کمترین میزان چسبندگی پوشش با محاسبه استوکیومتری نسبت هاردنر به رزین بدست می آید. بررسی ها نشان می­دهد چسبندگی بالاتر، مقاومت در برابر خوردگی را هم افزایش می دهد.

نتیجه تست FTIR نشان می­دهد که پوشش های پلی اورتان با نسبت هاردنر کمتر، تعداد گروه اورتان کمتری نسبت به پوششهای با نسبت هاردنر بالا تر دارند. به علاوه نتایج آزمایشات تایید نمود که تست های مقاومت EIS و DC روشهای مناسبی برای تشخیص میزان محافظت کوتینگ نسبت به خوردگی و سایش است.   

[1] Electrochemical Impedance Spectroscopy

[2] این تست شامل تهیه یک نمونه دیسک شکل  است که در تماس با یک چرخ ساینده با نیروی از پیش تعیین شده در تست برای سیکل مشخصی قرار می گیرد.

[3] Pull-off method

رزین های سیلیکونی چیست؟

رزین چیست؟
رزین ترکیبی است مصنوعی یا طبیعی که بسیار چسبنده است که اگر تحت شرایطی خاص قرار گیرد سخت می شود.حلال رزین ها معمولا الکل میباشد و در آب حل نمی شود، این ترکیب را بر اساس ترکیب شیمیایی و مورد استفاده آن به روش های گوناگونی طبقه بندی می کنند.
رزین سیلیکونی با فرمول شیمیایی  RnSiXmOy از جمله مواد پرکاربرد است که به جهت تشکیل از ترکیب اتم های اکسیژن و سیلیسیم، از مقامت زیادی در برابر گرما برخوردار است.
همچنین سیلیکون رزین که با نام پلی سیلوکسان هم شناخته می شوند به جهت داشتن پایه و ویژگی های معدنی می تواند هیدروژن، نیتروژن و کربن را در ساختار خود بپذیرد.
مشخصات رزین سیلیکونی
داشتن حالت فیزیکی مایع (محلول(
قابلیت حمل در صورت داشتن درصد جامد ۵۰ الی ۸۰
برخورداری از قابلیت پخته شدن در دمای ۲۰۰ الی ۲۵۰ درجه سانتی گراد
داشتن وزن مولکولی ۲۰۰۰ الی ۵۰۰۰
در برابر فولاد و آلومینیوم از چسبندگی خوبی برخوردارند
از قابلیت حل شوندگی در حلال هایی چون آروماتیک و کتون ها برخوردارند این در حالی است که در حلال هایی چون متیل الکل ها به سختی حل می شوند.
رزین سیلیکونی از قابلیت ترکیب با پلی ایزوسیانات ها برخوردار است به گونه ای که این ترکیب ضمن پخته شدن در دمای اتاق، مقاومت بالایی در برابر دما و خوردگی دارد.
رزین های سیلیکونی با موادی همچون اپوکسی و آلکید ملامین اوره سازگارند.
عدم سازگاری رزین سیلیکونی با روغن بزرک
عدم تماس رزین سیلیکونی با ترکیبات سربی در هنگام نگه داری در انبار
رزین های سیلیکونی به جهت داشتن سیلیس موجود در آن، از مقاومت بالایی در برابر مواد شیمیایی و گرمازا برخوردار است.
ترکیبات آلی موجود در این رزین ها نیز سبب افزایش خاصیت انحلال پذیری، نرمی و فعالیت شیمیایی ترکیب می شود. (همچنین لازم به ذکر است که افزایش میزان ترکیبات آلی در رزین سیلیکونی، میزان گرایش آن را به ترکیبات آلی افزایش می دهد.)
استفاده از حلال هایی همانند زایلن با اتیل، تولوئن، زایلن، بوتیل استات با بوتانل و سیکلوهگزانون تولوئن برای رقیق کردن رزین سیلیکونی مناسب است.
شرکت فرسو تجارت پایستار از تامین کنندگان رزین های سیلیکونی است. این رزین ها برای تولید انواع رنگ های نسوز کاربرد دارد که بسته به ترکیبات فرمولاسیون میتواند تا 700 درجه سانتی گراد را تحمل نماید.