اختصاصی بسپار/ کاربرد رزین اکریلیک آبپایه در سیستم پوششهای خودرویی
بسپار/ایران پلیمر رزین به عنوان یک جزء مهم پوششهای خودرویی شناخته میشود. در رزینهای سنتی حلالپایه عمدتاً از حلالهای آلی فرار برای کاهش گرانروی رزینها استفاده میشود[1]. در سالهای اخیر، با توسعه سریع اقتصاد و تأکید روزافزون بر حفاظت از محیط زیست، مقررات مربوط به انتشار ترکیبات آلی فرار ((Volatile organic compounds (VOCs) به تدریج سختگیرانهتر شده است. این تغییر، صنعت پوشش خودرو را به سمت راهحلهای پایدارتر سوق داده است و پوششهای آبپایه به عنوان یک روند غالب در حال ظهور هستند. در میان این موارد، رزین اکریلیک به عنوان یک ماده کلیدی برای پوششهای خودرویی آبپایه شناخته میشوند و به دلیل سازگاری با محیط زیست و کاربرد گسترده، توجه تحقیقات زیادی را به خود جلب کرده است[2].
رزین اکریلیک آبپایه به طور گسترده در بسیاری از زمینهها مانند لوکوموتیوها، کشتیها، کانتینرها، پلها، صنایع نظامی و غیره استفاده میشود. این رزین پایداری نوری، حرارتی و شیمیایی قوی از خود نشان میدهد. همچنین، پوشش تهیه شده توسط این رزین دارای هزینه بسیار پایین، مقاومت در برابر آب و هوا، مقاومت در برابر آلودگی و همچنین مقاومت در برابر اسید و قلیا است. با این حال، رزین اکریلیک آبپایه دارای معایبی مانند درصد جامد کم، مقاومت کم در برابر آب و خوردگی است که این معایب کاربرد آن را محدود میکند. به منظور حل چنین مشکلاتی، میتوان از موادی با عملکرد بهتر برای اصلاح رزینهای اکریلیک آبپایه استفاده کرد. در صنعت خودروسازی، رزین اکریلیک آبپایه اصلاحشده میتواند الزامات هر قسمت را بهتر برآورده کند. به طور مثال، اغلب اختلاف دما بین داخل و خارج خودرو وجود دارد که باعث میشود مه/ بخار آب روی شیشه جلو و پنجره مانع دید شود. بنابراین کشش سطحی پوشش اکریلیک را میتوان با اصلاح توسط ارگانوسیلیکون و ارگانوفلورین کاهش داد، به طوری که بخار آب به آن نچسبد و تجمع پیدا نکند[1].
یکی از مزایای پوششهای تکجزئی نسبت به پوششهای دوجزئی این است که نیاز به نسبتهای دقیق اجزا یا تخصص در کار کردن با آن را از بین میبرد. این سادگی، آنها را به طور ویژه برای تعمیرات پوشرنگ خودرو مناسب میکند، ضمن اینکه هزینههای بستهبندی و حمل و نقل را نیز کاهش میدهد. درجه پخت نقش اساسی در تعیین عملکرد کلی پوششهای خودرویی ایفا میکند. پخت ناکافی یا چگالی کم اتصال عرضی منجر به یکپارچگی ضعیف پوشش، کاهش قابل توجه مقاومت در برابر آب و خوردگی و در نتیجه نامناسب بودن پوشش برای کاربردهای خودرویی میشود، اما پوششهای تک جزئی میتوانند پخت بهینه را تضمین کنند. با این حال، پیشرفت در سیستمهای تک جزئی با عملکرد بالا در مقایسه با سیستمهای دو جزئی کندتر بوده است[2].
در پوششهای آبپایه خودرویی، رزینهای اکریلیک میتوانند با رزینهای ملامین به صورت حرارتی اتصال عرضی پیدا کنند یا در ترکیب با پلیایزوسیاناتها استفاده شوند تا دوام و عملکرد فیلم نهایی را افزایش دهند. وجود گروههای هیدروکسیل و کربوکسیل برای سازگاری با اتصالدهندههای عرضی و برای دستیابی به خواص لازم فیلم ضروری است. اکریلیکها به دلیل مقاومت بیشتر در برابر صابونی شدن (هیدرولیز در شرایط قلیایی) نسبت به آلکیدها یا پلیاسترها مورد توجه هستند که این یک مزیت حیاتی برای کاربردهای خودرو در معرض محیطهای خشن میباشد[3].
اخیرا ساختارهای استواستوکسی متاکریلات و آلیل استو استوکسی به عنوان مونومر عاملی جهت ایجاد سیستم اتصال عرضی به طور خاص در پوششهای خودرویی آبپایه مورد بررسی قرار گرفتهاند. این سیستمها پتانسیلها و محدودیتهای فرمولاسیونهای تکجزئی را دارد. اگرچه این سیستمها اتصال عرضی را روی سطح زیرلایه ایجاد میکنند و پوششهایی با براقیت عالی ایجاد میکنند، اما چگالی اتصال عرضی پایین و جذب آب بالا دارند. این ویژگیها حساسیت به جذب رطوبت را افزایش میدهند و باعث سفید شدن و کاهش دوام میشوند. چگالی اتصال عرضی پایین به مولکولهای آب اجازه میدهد تا در شرایط مرطوب راحتتر از طریق پوشش نفوذ کنند و خوردگی زیرلایه را تسریع کنند. سایر سیستمهای اتصال عرضی مبتنی بر این نوع مونومرهای عاملی با چالشهای مشابهی از جمله مقاومت در برابر آب، مقاومت در برابر آب و هوا، محافظت در برابر خوردگی و سختی کمتر از حد مطلوب روبرو هستند که همگی کاربرد آنها را در صنعت خودرو محدود میکند[2].
در پاسخ به این چالشها در صنعت پوشش لاک خودرویی، اکریلیک آبپایه تک جزئی بر پایه این مونومرهای عاملی و ایزوسیانات مسدودشده، طراحی شده است که نه تنها در حین انبارداری پایدار است، بلکه عملکرد بهبودیافته در شرایط اتصال عرضی در دمای نسبتاً پایین دارد. در سنتز رزین اکریلیک، انواع و نسبتهای مونومرها نقش حیاتی در تعیین ویژگیهای عملکردی پوشش ایفا میکنند. به طور خاص: (1) مونومرهای عملکردی به مقاومت در برابر آب، مقاومت در برابر خوردگی، چسبندگی، تر شدن و پایداری کلی پوشش کمک میکنند، همچنین گروههای واکنشی ضروری برای شبکه شدن را نیز به اشتراک میگذارند. (2) مونومرهای نرم، انعطافپذیری و دوام پوشش را بهبود میبخشند و توانایی آن را در مقاومت در برابر تغییر شکل افزایش میدهند. (3) مونومرهای سخت، سختی و مقاومت در برابر سایش پوشش را افزایش میدهند و سطحی مقاومتر ایجاد میکنند. با توجه به این نقشهای حیاتی، تجزیه و تحلیل مقدار بهینه هر نوع مونومر ضروری است. از ترکیب مونومرهای عاملی ذکرشده در رزین اکریلیک، در جهت کاهش گرانروی و دمای انتقال شیشهای پلیمر استفاده میشود. همچنین ایجاد پیوند عرضی با ایزوسیاناتها، آلدئیدها و آمینها، مقاومت در برابر آب، دوام و خواص مکانیکی کلی پوشش را بهبود میبخشند. عوامل پخت رایج در پوششهای تکجزئی، مانند آدیپیک اسید دیهیدرازید، اگرچه در دماهای پخت پایین مؤثر هستند و محلولیت بالایی در آب دارند، اما استانداردهای سختی و مقاومت در برابر آب مورد نیاز برای پوششهای خودرویی را برآورده نمیکنند. از سوی دیگر، ایزوسیانات در دمای اتاق پخت میشود اما نیاز به بستهبندی دوجزئی دارد که پیچیدگی تولید و هزینههای حمل و نقل را افزایش میدهد. آمینو رزینها هم برای اتصال عرضی با رزینهای اکریلیک به دمای پخت بالا (160 درجه سانتیگراد) نیاز دارند. برای رفع این محدودیتها، میتوان از ایزوسیانات مسدودشده که در دمای 110 درجه سانتیگراد پخت میشود، برای ایجاد پیوند عرضی با رزین اکریلیک استفاده کرد.
مونومرهای عاملی با ساختارهای استواستوکسی متاکریلات و آلیل استو استوکسی از طریق پلیمریزاسیون رادیکال آزاد، به همراه متیل متاکریلات و استایرن و همچنین متاکریلیک اسید به عنوان مونومر عاملی واکنش میدهند. پس از آماده سازی رزین اکریلیک، این ماده به همراه عامل پخت ایزوسیانات مسدودشده و سایر اجزا فرمولاسیون ترکیب شده و لاک اکریلیک آبپایه ساخته میشود[2].
استفاده از این گونه مونومرهای عاملی در سنتز رزین نقش مهمی دارد و به طور قابل توجهی در چگالی اتصال عرضی و خواص کلی فیلم نقش دارند. مقدار ناکافی از مونومرهای عاملی مذکور چگالی اتصال عرضی پایینی را ایجاد میکند که عملکرد پوشش را به خطر میاندازد. در حالی که غلظتهای بالاتر باعث افزایش اتصال عرضی و پوششی با سختی و مقاومت در برابر آب بیشتر میشود، اما در مقادیر بیشتر، عملکرد ثابت میماند و حتی کاهش مییابد. این مورد احتمالاً به دلیل اثر اشباع که در آن مکانهای اتصال عرضی اضافی در ماتریس پلیمری تعبیه میشوند و راندمان را کاهش میدهند، میباشد. بنابراین، غلظت بهینه مونومر عاملی به طور مؤثر سختی و مقاومت در برابر آب را متعادل میکند[2].
(ادامه دارد …)
نویسنده: شهرزاد نجفی، کارشناس تحقیق و توسعه شرکت رزینفام
متن کامل این مقاله را در شماره 279 دوماهنامه پوشرنگ از گروه مجلات بسپار که در نیمه دی 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.
