مروری بر استفاده از پرکننده ها، رنگدانه ها و افزودنی ها در پوشش های ضدخزه

بسپار/ ایران پلیمرپوشش­های ضدخزه بر پایه پلی­ دی­ متیل­ سیلوکسان (PDMS)، به عنوان پوشش­های غیرسمی در صنعت پوشش­های حفاظتی دریایی استفاده می­شوند. محققان زیادی بر روی اجزاء این پوشش­ها ( پرکننده­ ها، رنگدانه­ ها و افزودنی­ها )، به منظور دست­یابی به پوشش ضدخزه با طول­ عمر بالا و مطلوب، مطالعه کرده ­اند.

ابتدا، فرمولاسیون پوشش برپایه PDMS همراه با پرکننده ­های معدنی مثل سیلیکا (SiO₂)، کربنات کلسیم (CaCO₃)، رنگدانه ­ها مانند دی­اکسید تیتانیوم (TiO₂)، اکسید آهن (Fe₂O₃) و یا کربن بلک (C) همراه با سایر افزودنی­ها (مثل روغن سیلیکون) ساخته می­شود.

از سیلیکا و کربنات کلسیم برای بهبود مقاومت مکانیکی مواد الاستومری استفاده شده و رفتار تیکسوتروپی پوشش را ایجاد می­کنند. سیلیکا کاربرد گسترده­تری در صنعت پوشش دارد، اما کربنات کلسیم به واسطه کاهش زیاد مدول سطح بر اثر انحلال در آب، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. علاوه ­براین، در بسیاری از موارد، کلسیم کربنات به منظور افزایش حجم پرکننده­ ها و در نتیجه کاهش هزینه­ ها استفاده می­شود. گزینه دیگر، پیش­ آماده ­سازی سیلیکا برای حصول اطمینان از خواص آب­دوستی/آب­گریزی و پراکنش آسان در مانریس PDMS و رطوبت کم­تر است. گرچه این روش، مشکلاتی را به همراه خواهد آورد.

یکی از چالش­ها در این زمینه، انتخاب میزان مناسب از پرکننده است. درصورتیکه از مقدار زیادی پرکننده استفاده شود، علی­رغم چقرمگی و مقاومت کشش مناسب، به دلیل آب­گریزی ذاتی کم­تر ماتریس PDMS، خواص ضدخزه پوشش از بین می­روند. این نتیجه بدون در نظر گرفتن نوع پرکننده هم مشاهده می­شود. شایان ذکر است که  محققان زیادی از نانولیف ­های طبیعی sepiolite (Mg₄Si₆O₁₅(OH)₂.6H₂O)، نانولوله­های کربنی ( CWNT و MWCNT )، گرافیت اصلاح­شده و گرافن به عنوان پرکننده جهت افزایش دوام و عملکرد ضدخزه در پوشش­ها استفاده و خواص آنها را بررسی کرده­اند. زیرا افزودن مقدار کم MWCNT به­ واسطه برهم ­کنش­های CH-π بین گروه­ های متیل PDMS و حلقه آروماتیک MWCNT که از لحاظ انرژی در سطح مطلوبی هستند، سبب بهبود خواص می­شود. یکی از مزایای اصلی استفاده از پرکننده­های نانوساختار این است که ذرات توانایی ایجاد سطح مشترک (با بهبود توپوگرافی) برای برهم کنش با ماتریس پلیمری را دارند. این فرضیه، شانس افزایش احتمالی مقاومت مکانیکی بدون اثر منفی بر روی خواص ضدخزه را بیش­تر می­کند. مزیت دیگر استفاده از نانوساختارها، ترشوندگی با ایجاد سطوح خودتمیزشونده و آب­گریز است. اثر حضور پرکننده با چسبندگی شبه­بارنکل به منظور بررسی مقاومت کششی و خواص ضدخزه مورد بررسی قرار گرفته و مشاهده شده است که استفاده از میزان بیش­تر پرکننده سبب بهبود مقاومت چسبندگی شبه­ بارنکل و تضعیف ویژگی ضدخزه می­شود.

رنگدانه­ ها علاوه بر ایجاد رنگ و پشت پوشی، بر روی خواص مکانیکی ( مقامت کشش، مقاومت سایشی، مدول الاستیک، انرژی پارگی) و چسبندگی پوشش­های برپایه PDMS پخت­شونده با رطوبت، اثرگذارند. علاوه­براین، رنگدانه­ ها مقاومت به خزه را افزایش می­دهند. به طور مثال، دی­اکسید تیتانیوم سبب تغییر پوشش از آب­گریز به آب­دوست تحت تابش نور فرابنفش می­شود. اثر نورکاتالیستی  TiO₂ باعث تمیز ماندن سطح بر اثر تضعیف نیروهای چسبندگی بین خزه و سطح پوشش می­شود. در برخی موارد، استفاده از رنگدانه، مصرف بیش­تر PDMS را به دنبال دارد. به طور معمول، جهت بررسی اثر حضور رنگدانه، آزمون چسبندگی کشانشی(pull-off) بر روی پوشش­ها اعمال می­شود.

بنا بر آزمون­های انجام شده، مشاهnه شد که استفاده از افزودنی روغن سیلیکون، به دلیل کشش سطحی و خواص ضدخزه، لغزش و اصطکاک، ویژگی­های پوشش ضدخزه را بهبود می­بخشد. نحوه عملکرد اینگونه افزودنی­ها، مهاجرت تدریجی مولکول­ها به سطح مشترک و فرضیه ترشح (leaching) است که منجر به جدایش موجودات دریایی و گیاهان به­واسطه لغزش می­شود. به بیانی دیگر، خزه­ها به جای نشستن بر روی سطح، روی روغن قرار گرفته و در نتیجه حضور افزودنی­ها، خزه جدا شده و وارد آب دریا می­شوند. معمولا میزان افزودنی­ها در فرمولاسیون پوشش بسیار اندک ( 1 تا 10 درصد وزنی) است، زیرا مقادیر بیش­تر سطح پوشش را دچار نقص می­کند که نتیجه آن چسبیدن خزه­ها به سطح خواهد بود. علاوه ­بر روغن سیلیکون ذکر شده، انواع دیگری از افزودنی­ ها مانند پلیمرهای اورگانوسیلیکونی اصلاح­شده با کربوکسیل، پلی­ایزوبوتیلن با وزن مولکولی کم، پارافین مایع و الیگومری یا پلیمرهای پرفلورینه ­شده می­توانند برای بهبود خواص ضدخزه پوشش­ها استفاده شوند. به منظور بررسی بازده استفاده از افزودنی­ها، آزمون غوطه ­وری انجام می­شود. درحین آزمون، صفحات پوشش­دهی­شده در آب دریا قرار گرفته و پس از مدت زمانی مشخص، تمیز شده و خواص ضدخزه بررسی می­شوند.

مترجم: مهندس معصومه کاویانی دارانی، دانشجوی دکتری مهندسی رنگ، موسسه پژوهشی علوم و فناوری رنگ و پوشش