اختصاصی بسپار/ بهبود آب‌گریزی رزین پلی‌یورتان آب پایه با استفاده از روش شبکه‌ای کردن
1403-09-14
0 38 خواندن این مطلب 4 دقیقه زمان میبرد
بسپار/ایران پلیمر رقابت‌پذیری اقتصادی و نگرانی‌های زیست‌محیطی، فن‌آوران پوشش را به بررسی شیمی و رویکردهای جدیدتر برای بهبود کارایی پوشش‌های آلی سوق داده است. پوشش‌ها می‌توانند موادی را با خواص زیبایی شناختی مطلوب مانند رنگ و براقیت ارائه دهند، اما در محافظت در برابر تأثیرات محیطی از جمله رطوبت، تشعشع و یا آسیب ناشی از منشاء مکانیکی یا شیمیایی از اهمیت حیاتی برخوردار هستند.
اثربخشی حفاظت از یک بستر در برابر عوامل مخرب طبیعی به عواملی مانند کیفیت بایندر و پوشش، ویژگی‌های زیرلایه، ویژگی‌های سطح مشترک پوشش/ بستر و خورندگی محیط بستگی دارد. پوشش‌های معمولی مقاوم در برابر خوردگی، سطوح فلزی را عمدتاً با دو مکانیسم محافظت می‌کنند: با عمل به عنوان یک مانع فیزیکی برای جداسازی بستر از محیط خورنده و با داشتن مواد واکنش‌پذیر (معمولاً رنگدانه‌ها یا بازدارنده‌ها). چالشی که در صنعت وجود دارد حفظ یا بهبود خواص با هزینه معقول و در عین حال رفع نیاز به پوشش‌های سازگار با محیط زیست است. استفاده از فناوری‌هایی مانند پوشش‌های قابل پخت با تشعشع، پوشش‌های آب‌پایه و پوشش‌های پودری به این دلیل رو به گسترش است. برخی از محققان بر روی روش‌هایی برای بهبود خواص پیونده ( بایندر) با استفاده از پلیمر با وزن مولکولی نسبتا کم تمرکز کرده‌اند که در طول پخت از طریق تشکیل شبکه‌های پیوند عرضی، خواص مورد نظر را ایجاد می‌کنند. وجود پیوندهای عرضی در پوشش‌های ترموست باعث افزایش استحکام کششی شده و بهبود مقاومت سایشی شده و همچنین باعث مقاومت اسیدی، قلیایی و حلالی بهتر در مقابل پوشش‌های ترموپلاستیک می‌شود.
پلی‌یورتان‌ها به واسطه‌ی بخش های سخت و نرم دارای خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر‌به‌فردی هستند. این دسته از پلیمرها کاربرد گسترده‌ای در دکوراسیون خانه، خودرو، پزشکی و سایر زمینه های صنعتی دارند. به طور معمول، پلی‌یورتان ها در حلال‌های آلی مانند استون، دی‌متیل‌فرم‌آمید و متیل‌اتیل‌کتون تولید می‌شوند. با توجه به افزایش فشارهای زیست محیط ی، پوشش حاوی حلال در حال محدود شدن هستند. یکی از راهکارهای به حداقل رساندن VOC و کنترل آلودگی محیط، جایگزینی پوشش های آب پایه بجای پوشش‌های آلی حلال پایه است. بنابراین پلی‌یورتان‌های آب پایه توجه بیشتری را به خود جلب کرده‌اند زیرا دارای مزایایی مانند غیرقابل‌اشتعال بودن، خاصیت ارتجاعی، چسبندگی، عدم انتشار گازهای مضر در فرآیند استفاده، عملکرد ساده و ضرر کمتر برای محیط‌زیست هستند. پلی‌یورتان های آب پایه به عنوان پوشش‌های آب‌پایه دوستدار محیط زیست به طور گسترده در منسوجات، پوشش‌های چرمی، رنگ‌ها، پردازش چوب، ساخت کاغذ و چسب استفاده می‌شوند. پوشش‌های نهایی حاوی ابن نوع پلیمرها دارای خواص مکانیکی عالی، انعطاف‌پذیری و مقاومت در برابر سایش هستند.
با این حال، برخی از ویژگی‌های ضعیف پلی‌یورتان های آب پایه، مانند سرعت خشک شدن کم، چسبندگی آهسته و ضعف در مقاومت‌های حلالی و شیمیایی، استفاده آن‌ها را در کاربردهای با کارایی بالا تا حدی محدود می‌کند. همچنین به دلیل گروه‌های آبدوست ذاتی آن‌ها، مانند کربوکسیل، خواص ضدآب و مکانیکی فیلم‌های تشکیل‌شده به طور جدی تحت تاثیر قرار گرفته است. برای رفع این کاستی‌ها و دنبال کردن پوشش‌های پیشرفته، تحقیقات زیادی برای کشف روش‌های اصلاح جدید انجام شده است. در میان آن‌ها، روش‌های شبکه‌ای کردن شیمیایی به طور گسترده‌ای مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. به عنوان مثال، پلی‌یورتان های آب پایه ی خشک‌شده با اشعه فرابنفش به دلیل فرآیند ساده و خواص مکانیکی عالی، توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. با توجه به اینکه اکثر پلی‌یورتان های آب پایه توسط روش خود امولسیون‌سازی سنتز می‌شوند و گروه‌های کربوکسیل زیادی بر روی زنجیره پلیمری وجود دارد، روش اتصال عرضی با در نظر گرفتن این گروه‌های کربوکسیل به عنوان نقطه اتصال عرضی و حذف یا انتقال آن‌ها از طریق واکنش اتصال عرضی، نه تنها محتوای گروه کربوکسیل گروه‌های آبدوست در پوشش پلی‌یورتان‌های آب پایه را تا حدی کاهش می‌دهد، بلکه یک سیستم شبکه اتصال عرضی را نیز تشکیل می‌دهد.
پلی‌یورتان اکریلات آب‌پایه خواص عالی از نظر سختی، مقاومت جوی و شیمیایی را نشان می‌دهد. از طریق اصلاح، رزین حاصل هر دو مزیت پلی‌یورتان و پلی‌اکریلات آب‌پایه را با هم خواهد داشت. گزارش‌های متعددی اشاره کرده‌اند که ساختار شبکه‌ای می‌تواند مقاومت در برابر آب، خواص مکانیکی و سایر ویژگی‌های فیلم این رزین‌ها را بهبود بخشد. به طور مثال استفاده از عامل اپوکسی در تولید پلی‌یورتان اکریلات در ساختار هسته-پوسته و شبکه‌شده با استفاده از روش پلیمریزاسیون امولسیونی می‌تواند باعث ایجاد ساختار شبکه‌ای‌شده یکنواخت‌تر و خواص مکانیکی و پایداری حرارتی شود.
فلوئوروپلیمرها دارای خواص آب‌گریزی خیلی خوبی هستند و بسیاری از محققان تأثیر محتوای فلوئور را بر برخی از خواص مانند مقاومت در برابر آب بررسی کرده‌اند. نتایج استفاده از این ترکیبات در پلی‌یورتان‌های آب پایه نشان داد که زنجیره‌های جانبی فلوئوروکربن طولانی با مهاجرت به سطح مشترک فیلم-هوا در هنگام تشکیل فیلم، سطح آب‌گریز با انرژی سطحی کم ایجاد می‌کنند. با استفاده از ترکیب مونومرهای عاملی شبکه‌شونده و فلوروپلیمرها می‌توان دو خاصیت فوق را ترکیب کرد و با کاهش کشش سطحی و افزایش زاویه تماس، جذب آب سطحی را کاهش داد و همچنین در اثر ایجاد پیوندهای عرضی با جلوگیری از مهاجرت همه عوامل فلوئوره به سطح و محبوس کردن بخشی از آن‌ها در بالک، نفوذ آب به داخل ساختار را نیز محدود کرد.
(ادامه دارد …)
نویسنده: مهندس شهرزاد نجفی، کارشناس تحقیق و توسعه، شرکت رزینفام
متن کامل این مقاله را در شماره 265 دوماهنامه پوشرنگ از گروه مجلات بسپار که در پایان آبان ماه 1403 منتشر شده است، می خوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه و فیدیبو قابل دسترسی است.
