اختصاصی بسپار/ توسعه پلیمرهای پشتپوش برای جایگزینی دیاکسید تیتانیوم در پوشرنگهای ساختمانی
بسپار/ایران پلیمرهزینههای انرژی و مواد برای بازار چند میلیارد دلاری پوششهای ساختمانی در حال افزایش است، اما رقابت شدید بین رهبران صنعت مانع از انتقال هزینههای فزاینده تولید به مصرفکنندگان میشود. در بین رنگدانههای مورد استفاده در پوششهای ساختمانی، دیاکسید تیتانیوم به دلیل خواص پشتپوشی استثنایی خود، که عمدتاً به ضریب انتشار نور بالای آن نسبت داده میشود، به طور گسترده شناخته شده است. تقریباً یک سوم تا نیمی از هزینه یک پوشرنگ لاتکس معمولی، دیاکسید تیتانیوم است که به عنوان رنگدانه برای سفید کردن پوشش یا افزایش پشتپوشی آن استفاده میشود. علاوه بر این، پوشرنگ شامل پیونده پلیمری است که استحکام و نفوذناپذیری را فراهم میکند، آب به عنوان حلال در مورد پوشرنگهای آبپایه و افزودنیها برای کمک به تشکیل فیلم یا افزایش ماندگاری محصول در فرمولاسیون پوشرنگ ساختمانی مورد استفاده قرار میگیرند[1].
پشتپوشی یا قدرت پنهانسازی یک ویژگی نوری مهم پوشرنگ سفید است که در نتیجه انتشار چندگانه نور تابشی به دلیل برهمکنش با ذرات رنگدانه ایجاد میشود. پشتپوشی بالا به دلیل تضاد زیاد در ضریب شکست بین رنگدانه و محیط اطراف ایجاد میشود. دیاکسید تیتانیوم اثر پشتپوشی فوقالعاده بالایی ایجاد میکند که ناشی از ضریب انتشار نور بالا به دلیل اندازه ذرات ریز و ضریب شکست بالای آن (n=2.5-2.8) است. از بین گریدهای مختلف دیاکسید تیتانیوم فقط روتایل و آناتاز به عنوان رنگدانه استفاده میشوند که روتایل تقریباً 20٪ بهتر از آناتاز در انتشار نور عمل میکند. اگرچه روتایل و آناتاز ترکیب شیمیایی یکسانی دارند، اما از نظر چگالی، ساختار شبکه و ضریب شکست متفاوت هستند[1].
با این حال، علاوه بر هزینه بالای آن، فرآیندهای استخراج و تولید آن چالشهای زیستمحیطی قابل توجهی را ایجاد میکنند. برای کاهش این مشکلات، ذرات پلیمری توخالی یک راه حل امیدوارکننده ارائه میدهند. این ذرات میتوانند به طور مؤثر مقدار دیاکسید تیتانیوم مورد نیاز در پوشرنگها را کاهش دهند و منجر به کاهش اثرات زیستمحیطی و صرفهجویی در هزینه شوند[2]. سازگاری این مواد با پیونده های آلی و چگالی کم، از جمله مزایای دیگر این مواد است[3]. علاوه بر این، ذرات پلیمری پشتپوش در مقایسه با حجم معادل دیاکسید تیتانیوم، سطح ویژه نسبتاً کمی دارند[1].
از اوایل دهه ۸۰ میلادی، به ویژه در دهه گذشته، کپسولهای پلیمری و ذرات توخالی پلیمری بر پایه پلیمرهای طبیعی و مصنوعی، به طور قابل توجهی در تحقیقات دانشگاهی و صنعت مورد توجه قرار گرفتهاند. چنین ذرات پلیمری با حفره داخلی میتوانند به طور بالقوه در پوشرنگهای ساختمانی به عنوان پشتپوشکننده مورد استفاده قرار گیرند[1].
روم و هاس ، یکی از پیشگامان این حوزه، بر بهینهسازی این ذرات برای عملکرد به عنوان یک عامل پشتپوشکننده تمرکز داشتند. دانشمندان شرکت داو در طول 50 سال گذشته نیز با موفقیت رنگدانه کروی توخالی مصنوعی را برای پوشرنگها توسعه دادهاند. در حال حاضر، پلیمر Ropaque-Opaque در 17 کشور در شش قاره تولید میشود. این پلیمر به طور دقیق مهندسی شده است تا فضای خالی هوا را بهینه کند و در نتیجه به دلیل کیفیت قابل توجه، عرضه قابل اعتماد و نوآوری مداوم در فناوری پلیمر پشتپوش، استانداردهای صنعتی را حفظ کند. در نهایت، داو، آرکما ، اشلند ، اینترپلیمر ، ویسن و هانکوک شرکتهای پیشرو در تولید پلیمر پشتپوش امروزی هستند که بازار آنها در مناطق آمریکای شمالی، آمریکای جنوبی، اروپا، آفریقا، خاورمیانه، آسیا و اقیانوسیه به خوبی تثبیت شده است[1].
پلیمر پشتپوش، یک پلیمر امولسیونی آب پایه است که قابلیت تشکیل فیلم ندارد و هنگام خشک شدن، با نفوذ آب از طریق پوسته پلیمری، حفرههای هوای میکروسکوپی تشکیل میدهد. هنگام خشک شدن، مایع به طور برگشتناپذیر از حفره تبخیر شده و با هوا جایگزین میشود و در نتیجه یک ذره کوچک با ظرفیت انتشار نور ایجاد میشود. این مواد به دلیل انتشار تصادفی نور در تمام زوایا در اثر تفاوت ضریب شکست بین پوسته پلیمری و حفرههای هوا، ظاهری سفید و پشتپوش ایجاد میکند. هنگامی که یک پرتو تابشی الکترومغناطیسی در ناحیه مرئی با ذرهای با قطری نزدیک به طول موج تابشها برخورد میکند، انتشار غیرانتخابی رخ میدهد. طبق نظریه می بازده انتشار به عواملی مانند شکل و اندازه ذره، اختلاف ضریب شکست بین محیط و ذره، طول موج نور و تعداد ذراتی که به عنوان مراکز انتشار رفتار میکنند، بستگی دارد[1].
(ادامه دارد …)
نویسنده: مهندس شهرزاد نجفی، کارشناس توسعه محصول-شرکت رزینفام
متن کامل این مقاله را در شماره 273 دوماهنامه پوشرنگ از گروه مجلات بسپار که در پایان تیرماه 1404 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.
