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. read more

مقدمه:

نقش حلال برای حل کردن، دیسپرس­کردن و یکنواخت سازی اجزای رنگ بکار می رود و سبب می شود یک ترکیب همگن ایجاد شود که در نهایت بر کیفیت فیلم تشکیل شده در پوشش تاثیر زیادی دارد.تبخیر شدن حلال سبب ایجاد یک فیلم خوب روی سطح میشود. حلال نقش بهینه سازی عملکرد کل رنگ روی سطح اجرا شده را دارد. read more

مفهوم کشش سطحی:

کشش سطحی در رنگ‌ها به نیرویی گفته می‌شود که مولکول‌های سطحی مایع رنگ را به سمت درون مایع می‌کشد و باعث می‌شود سطح رنگ مانند یک لایه کشسان عمل کند. این پدیده ناشی از عدم تعادل نیروهای بین‌مولکولی در سطح مایع است؛ مولکول‌های درون مایع از همه طرف نیرو دریافت می‌کنند، اما مولکول‌های سطحی فقط از پایین و اطراف، و نه از بالا (چون در تماس با هوا هستند)، نیرو می‌گیرند. نتیجه این عدم تعادل، ایجاد نیرویی به سمت داخل است که سطح مایع را منقبض می‌کند. read more

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. read more

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. read more

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. read more

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. read more

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. read more

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. read more

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. read more