اختصاصی بسپار/ فناوری تولید پلیمر پودری با قابلیت پراکنش مجدد(RDP)
بسپار/ ایران پلیمر کاشیها نه تنها به دلیل اهداف زیباییشناختی، بلکه برای محافظت از دیوار در برابر شرایط محیطی تهاجمی به یکی از محبوبترین مصالح ساختمانی تبدیل شدهاند. کاشیهای سرامیکی به دلایل متنوعی از جمله مقرون به صرفه بودن، پرکاربردترین کاشیها در سراسر جهان هستند. سیستم کاشیکاری سرامیکی از سه لایه تشکیل شده است؛ لایه زیرین، لایه کاشی و از همه مهمتر لایه چسب. چسبهایی که در مصارف سازهای استفاده میشوند باید دارای مقاومت برشی بالا و مقاومت بسیار زیاد در برابر محیطهای تهاجمی باشند.
چسبهای پلیمری به عنوان اصلاحکننده برای بهبود چسبندگی، استحکام، ضدآب بودن، دوام، انعطافپذیری و تغییر شکل به سیمان اضافه میشوند. اصلاح دوغاب یا خمیر سیمان با پلیمر برای کاشیکاری و سایر اهداف، یک مفهوم معاصر نیست؛ بلکه از سال 1923 انجام شده است. از آن زمان، دوغاب سیمان اصلاحشده با پلیمر به دلیل ارائه عملکرد مناسب در مقایسه با دوغاب سیمان-ماسه معمولی، در عرصههای ساخت و ساز به کار گرفته شد و در نهایت محبوبیت پیدا کرد. اصل اساسی اصلاح پلیمری شامل مخلوط کردن پلیمر یا مونومر به صورت پودری یا مایع به همراه سیمان و سایر افزودنیها و به دنبال آن عملآوری است. در صورت استفاده از مونومرها، پلیمریزاسیون درجای مونومر مورد نیاز است. پلیمرها یا مونومرهایی که میتوان با آنها اصلاح پلیمری انجام داد، متنوع هستند که یکی از مهمترین آنها RDP (Redispersible Polymer Powder) میباشد.
از زمان اختراع RDPها توسط شرکت Wacker Chemie در سال 1953، این مواد تأثیر قابل توجهی در فناوری مدرن روکش کاشی داشتهاند. این مواد پودرهای خشکشده به روش خشک افشانی (Spray-dry) هستند که وقتی با آب مخلوط میشوند، پراکنه ی پایدار ایجاد میکنند. در ابتدا، RDPها از پراکنش لاتکس سنتز میشوند و این شامل یک فرآیند سنتز دو مرحلهای است. مرحله اول شامل تهیه لاتکسهای پلیمری از طریق پلیمریزاسیون امولسیونی و مرحله دوم خشک افشانی این امولسیون و تبدیل کردن آن به پودر است. قبل از خشک افشانی، مواد مختلفی مانند ضدکف، شتابدهنده، عوامل نگهدارنده آب و غیره برای بهبود عملکرد پلیمر به فرمولاسیون اضافه میشوند. برای جلوگیری از تشکیل کیک پودر پلیمر در حین ذخیرهسازی، مواد کمکی ضدانسداد مانند خاک رس، سیلیس و کلسیمکربنات قبل یا بعد از خشک افشانی اضافه میشوند.
RDP توانایی ایجاد خواص مفیدی را در دوغاب سیمانی دارد، از جمله: (1) بهبود مقاومت کششی، پلاستیسیته، مقاومت سایشی و مقاومت خمشی دوغاب، (2) انعطافپذیری مورد نیاز در ملات سیمانی با کاهش مدول الاستیک بسته به نسبت سیمان-پلیمر، (3) بستن منافذ و شکافهای دوغاب سختشده توسط لایه پلیمری جهت کاهش نفوذپذیری در برابر مایعات خاصی مانند آب، قلیا و غیره، (4) بهبود سیالیت و قابلیت ساخت دوغاب، (5) افزایش خاصیت نگهداری آب در دوغاب و (6) ایجاد مقاومت در برابر ضربه جهت جلوگیری از ایجاد ترک.
RDPها در زمینههای متنوعی مورد استفاده قرار میگیرند:
- چسب کاشی، چسب عایق حرارتی، درزگیر و ….
- آببندی و مالهکشی دیوارها
- آستری پوششهای ضدخوردگی و پلاستر
- ترمیم و بازسازی ملات
- پوشرنگهای پودری
- و ….
RDPهای تجاری موجود را میتوان به دو نوع طبقهبندی کرد: نوع اول پودرهای الاستومری و نوع دوم پودرهای ترموپلاستیک. پودرهای الاستومری شامل لاستیک استایرن بوتادیان (SBR) هستند، در حالی که پودرهای ترموپلاستیک شامل پلی (اتیلن-وینیل استات) (EVA)، پلی (وینیل استات-وینیل ورساتات) (VA/VeoVa)، پلی (استایرن-اکریلیک استر) (SAE) و پلی اکریلیک استر (PAE) میشوند. خواص عمومی این پلیمرها در جدول 1 مشخص شدهاند.
جدول 1. خواص پلیمرهای مورد استفاده در تولید RDP
| pH (redispersed, 50% solid) | Bulk density (g/cm3) | Average particle size (micrometer) | Appearance | Type of RDP |
| 4 | 0.54-0.64 | 10-250 | White Powder | VA/VeoVa |
| 5-6 | 0.40 | 70 | White Powder | EVA |
| 10-12 | 0.31-0.51 | 45-75 | White Powder | PAE |
| 7-8 | 0.40 | 5-50 | White Powder | SBR |
لاستیک استایرن بوتادیان از زنجیرههای انعطافپذیر بوتادین و استایرن تشکیل شده است، بنابراین چسبندگی، دوام، خواص مکانیکی و آببندی را در ملاتهای بتنی بهبود میبخشد. پلی (اتیلن-وینیل استات) نیز یکی از RDPهای پرکاربرد است و به دلیل سازگاری عالی با سیستمهای پایه سیمانی، یکی از گزینههای استاندارد در ملاتهای خشک بوده است. پلی (وینیل استات-وینیل ورساتات) نیز یکی دیگر از RDPهایی است که تحت بررسی دقیق محققان قرار دارد. وجود گروه ورساتات در آن، سه زنجیره جانبی بلند مولکول α-آلکیل را به پلیمر وارد میکند که خاصیت فوقالعادهای مانند مقاومت قلیایی بهتر را به همراه دارد. پلی (استایرن-اکریلیک استر) برای اصلاح ملاتهای سیمانی استفاده میشود و با افزایش نسبت SAE/سیمان، اثر کاهش و حبس آب، مقاومت فشاری، مقاومت خمشی و ضدآب بودن افزایش مییابد. کارایی قابل توجه و خواص مکانیکی بهبودیافته نیز برای استر پلیاکریلیک که در ساخت ملاتهای اصلاح شده نیز استفاده میشود، مشاهده شده است.
فناوری فرآیند تولید [1,2] RDP
فرآیند تولید RDP شامل پیادهسازی یک خشککن پاششی است که محلول پلیمری را اتمیزه میکند. هوای گرم آنها را به ذرات ریز با اندازه ۵ تا ۵۰۰ میکرومتر تبدیل میکند که وقتی در آب تحت همزن قرار میگیرند، با اندازه ذرات ۱ تا ۱۰ میکرومتر پراکنده میشوند. محلول پلیمری با فرآیند پلیمریزاسیون امولسیونی تهیه میشود که شامل مونومرهایی مانند اولفینها و مونومرهای غیراشباع وینیل استرها و همچنین اکریلیک استرها است. پلیمریزاسیون امولسیونی، یک سامانه پلیمری با ۴۰ تا ۶۰ درصد محتوای جامد تولید میکند. افزودنیهای مختلفی مانند ضدکفها، غلظتدهندهها و غیره نیز به این سامانه پلیمری اضافه میشوند.
سپس این سامانه تحت خشکافشانی قرار میگیرد تا به پودر روان تبدیل شود. هدف از تبدیل این امولسیون به پودر، جلوگیری از چسبندگی و تشکیل فیلم چسب در دمای اتاق است. همچنین، فرم پودر را میتوان به راحتی نگهداری و حمل کرد و در عین حال قابلیت پراکنش مجدد آن را حفظ کرد. خشککن پاششی، محلول را به قطرات کوچک اتمیزه میکند و یک جریان هوای گرم (هوای معمولی یا نیتروژن) حلالها را تبخیر میکند و پودرهای جامد حاصل را تشکیل میدهد. عوامل ضدکلوخه شدن مانند کلسیمکربنات برای جلوگیری از تشکیل کلوخه به این پودر به دست آمده اضافه میشوند. نمودار جریان فرآیند تولید RDP در شکل 1 نشان داده شده است.
پودر خشکشده به روش خشکافشانی در یک جداکننده سیکلونی یا فیلتر کیسهای جمعآوری میشود. به دلیل دمای بالای جریان هوا در طول فرآیند خشکانش، ذرات پودر اغلب مقدار مشخصی از گرما را حفظ میکنند و برای جلوگیری از تجمع نیاز به خنکسازی دارند. لایه کلوئیدی محافظ هنوز روی سطح پودر باقی میماند و به آن اجازه میدهد تا به راحتی در تماس با آب تجزیه و دوباره پراکنده شود.
برای بهبود پایداری ذخیرهسازی و عملکرد کاربردی RDP، تولیدکنندگان ممکن است پسپردازشهای مناسبی مانند تنظیم توزیع اندازه ذرات، بهبود جریانپذیری یا افزودن عوامل ضدکلوخه شدن را روی پودر جمعآوریشده انجام دهند.
در طول بستهبندی، معمولاً از کیسههای کاغذی کامپوزیتی یا کیسههای پلاستیکی ضدرطوبت برای محافظت از پودر در برابر رطوبت و تخریب در طول حمل و نقل و ذخیرهسازی استفاده میشود. اقدامات دقیق آببندی و حفاظت در برابر رطوبت برای اطمینان از عملکرد محصول بسیار مهم است.
(ادامه دارد …)
نویسنده: مهندس شهرزاد نجفی، کارشناس توسعه محصول در شرکت رزینفام
متن کامل این مقاله را در شماره 277 دوماهنامه پوشرنگ از گروه مجلات بسپار که در پایان آبان ماه 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.
