خواص پوششهای جامد در معماری، صنعت و …
بسپار/ ایران پلیمر پوششها موادی جامد یا مایع هستند و از دیرباز تا کنون در حوزه محافظت و تزئینات مورد استفاده قرار گرفته اند. این فیلمهای نازک محافظتی در پوششهای صنعتی و ساختمانی و تعداد زیادی از محصولات صنعتی استفاده میشوند. در این مقاله به ساخت و خواص پوششها پرداخته میشود.
- مقدمه
پوشش به ماده جامد یا مایع اطلاق میشود. محصولی که به صورت پیوسته یا منقطع توسط یکی از روشهای موجود بر روی زیرایند اعمال شود، پوشش مایع است. بعد از خشک شدن پوشش مایع (با تبخیر و یا پخت (ایجاد اتصالات عرضی)) توسط اکسیدکننده ها، حرارت، نور فرابنفش و یا سایر روشها، یک فیلم پوششی جامد حاصل میشود. در این مقاله در مورد فیلمهای پوششی جامد صحبت خواهد شد. پوششهای میتوانند بدون فام و یا با فام بوده، ضخامت کمی دارند، شفاف و یا پشتپوش باشند. اصطلاح “پوشش” و “رنگ” مترادف هستند اما معمولا پوشش برای پوششهای صنعتی مثل مورد استفاده در مبلمان اداری، کاغذ، خودروسازی، قوطی و غیره گفته شده و رنگ برای پوششهای ساختمانی مورد استفاده در رنگ خانهها، دیوارها و سقف و … استفاده میشود. مواد مورد استفاده هنرمندان هم رنگهای هنری اطلاق میشوند. همچنین اغلب پوششها به عنوان لایه نهایی شناخته شدهاند.
رنگها پراکنههایی از رنگدانهها و پرکنندهها در بستر یک سیال هستند. بستر سیال یک بایندر مایع است که در حین پخت، جامد شده و میتواند به عنوان کاهنده گرانروی و ایجاد خواص استفاده شود. این بستر در حین فرایند پخت در محیط آزاد شده و یا بازگردانده شود. بایندر بستر سیال از روغن، پلیمر حلشده، عامل پخت یا یک لاتکس و … است. بایندر رنگدانه و ذرات پرکننده را بعد از پخت و خشکشدن نگه میدارد. وارنیش که معادل شفافپوشه است یک محلول شفاف است. لاکها مات و یا دارای فام هستند. به طور مجز و یا درکنار هم، رنگها، وارنیشها و لاکها، پوشش نامیده میشوند.
پوششها یا تزئینی و یا با کاربرد خاص هستند و در همه جا مورد استفاده قرار میگیرند. به طور مثال، در یک اداره، سقف و دیواره ها توسط رنگهای تزئینی، میز با لایههای دارای فام و یا بدون فام، زمین با لایه محافظتی یا تزئینی و … پوششداده شدهاند. در کنار اینها، کتابها و روزنامههای چاپ شده نیز هستند. برخی از اینها بر روی کاغذهای پوششدار چاپ شدهاند. جلد کتابها نیز دارای پوشش هستند. و این مثالها ادامه دارند.
پوششهای تزئینی به نوعی هستند که توجه بیننده را جلب کنند، میتوانند نرم و پاستلی باشند تا محیطی آرام را ایجاد کنند، تک فام و چندفام باشند تا اثرات احساسی القا کنند، براق، نیمهبراق یا مات باشند تا اثرات مختلف و پاکیزگی را ایجاد کنند و یا نرم یا زبر باشند و … . پوششهای عملکردی معمولا برای محافظت زیرایند (چوب، فلز، پلاستیک و …) استفاده میشوند. پوششهای محافظتی منابع طبیعی را حفظ کرده و دوستدار محیط زیست هستند زیرا خوردگی و تخریب را به حداقل رسانده و طول عمر زیرایند را افزایش میدهند. پوششهای محافظتی بر روی قطعات ارزشمند یک سازه که دور از دسترس هستند و تعمیر کردنشان سخت یا غیرممکن است نیز استفاده میشوند، مثلا نقش پوششها در صنایع الکترونیک که پوشش از مدارهای چاپ شده حفاظت میکند.
پوششها به دو دسته بزرگ تقسیم میشوند: پوششهای صنعت معماری و پوششهای صنعتی. پوششهای معماری آن دسته از پوششهایی هستند که در تزئینات و محافظت خانهها و ساختمانها به کار میروند. اگر پوشش در قسمتهای خارجی ساختمان استفاده شود، پوششهای بیرونی محسوب میشود. این دسته از پوششها حساس به نور و تابش نبوده و در برابر تابشها با طول موجهای مختلف، پایدارند. اگر پوششها در قسمتهای داخلی ساختمان استفاده شوند، پوشش داخلی نامیده میشوند که خود به چندین دسته پوشش سقف، دیوار، وارنیش، سنگ و … تقسیم شوند.
- تاریخچه
انسانهای اولیه از گیاهان، درختان، حیوانات، میوهها و اکسید فلزات رنگ را تولید و به منظور تزیین و ایجاد ارتباطات توسط تصویر روی دیوارهای غارها، استفاده میکردند. چنین تصویرهایی بیشتر از 15000 سال ماندگار بودند. مصریان اجساد مردگان را با قیر و مواد دیگر مومیایی میکردند (واژه مومیایی از واژه فارسی مومیا که به معنای قیر است، برگرفته شده است) و گفته شده کشتی نوح با قیر پوششدهی شده بود. در حدود 2500 سال قبل، مصریان وانیشهای شفاف را با حرارتدهی کهربا و روغنهای گیاهی تولید کردند، پوششهای فامدار و یا لاکها را با افزودن مواد معدنی مالشیت (malachite)، آزوریت (azurite) و ترکیبات آهندار را به وارنیشهای شفاف میساختند. رومیها روش فرسکو (fresco) را ابداع کردند که در آن رنگها متشکل از رنگدانه، پرکننده و بستر سیال بوده و به منظور پوششهای خارجی استفاده میشدند. عبریان باستان برای پوشش سقف و دیوارها از رنگهای برپایه شیر استفاده میکردند. بیشتر از 3000 سال قبل، ژاپنیهای لاکهایی برپایه سیب از درختان وارنیش تولید کردند. در روزهای استعمار از آب آهک سفید برای اهداف پوششی استفاده میشده است. بعدها آب آهک سفید با شیر و پروتئین اصلاح شد و دوام و چسبندگی بهبود یافت. پس از آن از رنگدانهها، پرکنندهها مثل رس و غیره به منظور کاهش هزینهها و ایجاد فام، اضافه شدند. در نهایت، آهک با فسفوپروتئین شیر جایگزین و رنگ کازئین ساخته شد که در رنگهای معماری استفاده میشوند.
اگرچه در طی قرنهای رنگ تولید و اصلاح میشد اما اهمیت آن در انقلاب صنعتی ( سالهای 1700 تا 1950) مشخص شد. این دوره تاریخی منجر به تولید پلها، کارخانجات ، ماشینهای تولیدی، تجهیزات و … شد که در تمامی آنها نیاز به پوشش به چشم میخورد چرا که نیاز به محافظت از سازهها بود. باید محافظت از رطوبت، آب نمک، بارنکل، کپک، مذاب ، باد، باران، تگرگ، سرما و گرما، نور خورشید، گاز سولفوریک خارج شده از کورهها و غیره انجام شود. امروزه، همان سازهها و قطعات به همراه صنعت بستهبندی، خودرو، ماشینهای سنگین، لوکوموتیو و قطار، کشتی، مبلمان، قوطی کنسرو، کاغذ دیواری و … نیاز به پوششهای محافظتی و تزئینی دارند. اگر پوششها نبودند، دنیای ما پر از کسالت و خوردگی و تخریب بود.
- پوششهای معماری
پوششهای معماری بر روی سطوح داخلی و سطوح خارجی ساختمانها و پلها و … اعمال میشوند. این سطوح از جنس چوب، فلز، پلاستیک، کامپوزیت و غیره هستند. پوشش میتواند از نوع لاتکس، آلکید، روغن، حلالپایه و … بوده و با روشهای مختلف قلمو، اسپری، غلتک و سایر روشها اعمال شود. براقیت یک خاصیت نوری مهم پوششها است و بسته به کاربرد نهایی، میتواند از کم تا زیاد متغیر باشد. معمولا این پوششها در محل و تحت شرایط محیط اعمال میشوند.
روشهای استاندارد برای شناسایی خواص این پوششها وجود دارد. سایش، چسبندگی خشک و تر، انعطافپذیری، مقاومت به مواد شیمیایی، مقاومت در برابر چاپ و جوهر و پاکشوندگی از ویژگیهای مهم این پوششهاست.
انجام آزمون بر روی پوششهای معماری و پوششهای صنعتی به معنای اندازه گیری برهمکنشهای پیچیده حاصل از خواص فیزیکی این پوششهاست. به طور مثال، امکان شستوشو چنین خواص پوششهای دیوار نیازمند این است که پوشش مقاومت شیمیایی بالایی در برابر آب و مواد شوینده داشته و توانایی تحمل تنشهای حاصله از مالش و کشش را داشته باشد که اینها وابسته به خواصی از قبیل سختی، چسبندگی، پیوستگی و مقاومت به سایش پوششهاست.
برای پوششهای داخلی، خواص ظاهری مهمتر از خواص مکانیکی هستند. خواص فیزیکی و مکانیکی برای پوششهای خارجی به دلیل قرارگیری در معرض تابش، بسیار حائز اهمیت است. پوششهای خارجی در معرض حرارت، تغییرات دمایی، رطوبت، اکسیژن و نور خورشید قرار میگیرند که این عوامل میتوانند منجر به کاهش عملکرد پوشش شوند. تغییرات دمایی میتوانند منجر به بلند شدن پوشش و تخریب ظاهر آن شوند که در کنار تابش خورشید، منجر به خراش و ترک میشود. رطوبت موجب بروز تاول، فرسایش، کاهش چسبندگی و کپک میشود. اکسیژن سبب تخریب سطح و به موجب آن، تخریب عمقی و در نتیجه ضعف، ترک و فروریختگی میشود. نور خورشید و به ویژه تابش فرابنفش موجب گچی شدن سطح، کاهش براقیت، تخریب و ترک و … میگردد.
اثرات قرارگیری در معرض محیط بیرونی با دستگاههایی اندازهگیری میشوند که قابلیت شبیهسازی و تسریع شرایط محیط را دارند. در اغلب موارد، نتایج این آزمونها تکرار پذیر نیستند اما دلیل استفاده زیاد از این آزمونها، این است که در شرایط معمولی، سالها طول خواهد کشید تا در نمونه تغییر مشاهده شود، پس آزمونهای تسریعیافته معیار خوبی از تخریب نمونهها در زمانهای کوتاهتر هستند. این آزمونهای برای مقایسه، تولید محصولات جدید و بهبود محصولات بسیار مفید هستند.
آزمونهای شرایط جوی، با شبیهسازی محفظهای با شرایط واقعی و قابلیت حذف یا ایجاد رطوبت، آلودگی، تخریب زیستی و … پرکاربرد هستند. در این آزمون، شرایط فصلی، نوع و شدت تابش، زاویه قرارگیری نیز قابل تنظیم است. هرچه این شرایط به واقعیت نزدیکتر باشد، تخمین عملکرد پوشش در طولانی مدت از صحت بیشتری برخوردار است.
- پوششهای صنعتی
پوششهای صنعتی دستهای دیگر از پوششها هستند که بر روی محصولات تولیدی کارخانهها اعمال میشوند. مثل پوششهای صنایع خودروسازی، فضاپیماها، قطارها، قوطی کنسروها، بستهبندیها، ماشینهای صنعتی، پوششهای ادارهها، مبلمان، کابینتها، لولهها، دریایی، سنگ و … .
- تشکیل فیلم
فیلمهای پوششی از پلیمرهای گرمانرم (قابل انحلال) یا گرماسخت (غیر قابل انحلال) به همراه سایر ترکیبات مثل رنگدانهها، پرکنندهها، روانکنندهها، مواد سطح فعال، حلالها، کاتالیزورها یا آغازگرها ساخته شدهاند. پوششهای گرماسخت دارای اتصالات عرضی هستند.
زمانیکه پلیمرهای گرمانرم در حلال حل میشوند، فیلم با تبخیر حلال تحت شرایط محیط و یا حرارت، تشکیل میشود. از آنجاییکه خواص فیزیکی پوشش نهایی وابسته به خواص پلیمر است، از پلیمرهای با جرم مولکولی بالا استفاده میشود و باید در نظر گرفت که گرانروی نهایی باید به میزانی باشد که بتوان آن را اعمال کرد. پلیمرهایی که در فیلمهای پوششی استفاده میشوند شامل نیتروسلولز، بوتیرات استات سلولز، کوپلیمرها و تتراپلیمرهای وینیل کلراید/وینیل استات، پلیوینیلاستات و پلیمتیلمتاکریلاتها هستند. پوششهای حاصل از این پلیمرها به راحتی با حلال قابل برداشتن هستند. مثلا در مبلمان پوششداده شده با نیتروسلولز، ریخت آب و الکل سبب ایجاد حلقههایی روی پوشش میشود.
پوششهای گرماسخت از پلیمرها یا الیگومرهای با وزن مولکولی پایین و ترکیبات ایجادکننده اتصالات عرضی عاملدار، ساخته میشوند. در حضور حلال، حلال با حرارت تبخیر و واکنش بین عاملیتها اتفاق میافتد. اتصالات عرضی میتواند بین ترکیبات دارای عاملیت هیدروکسیل، عاملیت ایزوسیانات یا عاملیت اپوکسید اتفاق بیافتد، مثل واکنش ایجاد اتصالات یورتان یا اتر (طرحواره 1).
[EasyDNNGallery|10825|Width|800|Height|800|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]
مترجم: مهندس معصومه کاویانی دارانی، دانشجو دکتری مهندسی رنگ، موسسه پژوهشی علوم و فناوری رنگ و پوشش
(ادامه دارد …)
متن کامل این مقاله را در شماره 190ام دوماهنامه پوشرنگ که در پایان تیرماه منتشر شده است بخوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکارخانم ارشاد .تماس بگیرید. امکان اشتراک آنلاین بر روی صفحه اصلی همین سایت وجود دارد.
