اختصاصی بسپار/ مروري بر کاربرد نانومواد در پوشش‌های آب پايه

گروه ترجمه و تولید محتوا در بسپار/ایران پلیمر  تركيب نانو مواد با رزين هاي آب پايه، يكي از راه هاي موثر براي حصول پوشش هاي آب پايه با كارايي بالا محسوب مي  شود. این مقاله مروری جامع بر روی پوشش‌های نانوکامپوزیت آب پايه بر اساس آخرین پیشرفت‌های تحقیقاتی در داخل و خارج از کشور را ارائه مي نمايد. به طور خاص، ويژگي هاي نانومواد صفر بعدي (0D)، يك بعدي (1D)، دو بعدي (2D) و هيبريد دوتايي از هر يك از اين ها (0D/1D, 0D/2D, 1D/2D, 2D/2D) و كاربردهاي آنها در پوششهاي آب پايه به طور منسجم مورد بررسي قرار خواهند گرفت. در ادامه، روش‌های مختلف اصلاح نانومواد، به‌ویژه اصلاح غیرکووالانسی و اصلاح کووالانسی، به تفصیل مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرند. علاوه براین، مکانیسم‌های تقویت پوشش توسط نانومواد به منظور افزایش مقاومت به خوردگی پوشش‌های نانوکامپوزیت آب پايه نیز مورد بحث قرار می‌گیرند، از جمله مکانیسم سدگری فیزیکی و مکانیسم الکتروشیمیایی. در نهایت، بر اساس بحث فوق، چشم‌اندازهایی برای طراحی آینده پوشش نانوکامپوزیت آب پايه ارائه می‌شود.
كليدواژه: نانو مواد، پوشش آب پايه، ضدخوردگي
مقدمه
استفاده از پوشش هاي آلي يكي از بهترين روش هاي كاربردي و مقرون به صرفه در كاهش خوردگي است. در دو دهه گذشته، اجرای مقررات همراه با نگرانی های مربوط به توسعه پایدار يا سبز، صنعت پوشش را مجبور به تغییر در سراسر جهان کرده است. به اين صورت كه در حال حاضر پوشش‌های سازگار با محیط‌زیست توجه بیشتری را در بازار پوشش‌های آلي به خود جلب کرده‌ است که اين موارد شامل پوشش‌های کم حلال یا بدون حلال، پرجامد، آب پايه و پوشش‌های قابل پخت با اشعه فرابنفش است.
پوشش هاي آب پايه، اغلب با استفاده از آب به عنوان حلال یا پخش کننده، می توانند انتشار ترکیبات آلی فرار (VOC) را به میزان قابل توجهی کاهش دهند. با این وجود، پوشش‌های آب پايه در مقايسه با پوشش‌های حلال پايه اغلب داراي مشكلاتي هستند كه نمی‌توان آنها را نادیده گرفت. به عنوان مثال حضور گروه‌های آب دوست در اين پوشش ها منجر به تشکیل فیلم ضعیف، مقاومت در برابر آب کم، خوردگی و همچنین خواص مکانیکی ضعيف پوشش می‌شود. به همين دليل فرآیند پوشش‌دهی با سيستم‌های آب پايه نیاز به بازنگری دارد. استفاده از پوشش هاي آب پايه اصلاح شده با نانومواد مي تواند راهکاری برای حل این مشکلات باشد به اين صورت كه با تشكيل ميكروساختارهاي خاص می توان از نفوذ آب، اكسيژن، كلر و ساير محيط هاي خورنده جلوگیری نموده و با بهبود چگالی شبكه اي رزین های پلیمری باعث افزایش خواص مکانیکی، پایداری حرارتی و مقاومت در برابر خوردگی پوشش‌ها و غیره گردید. بنابراین، امروزه استفاده از نانومواد به عنوان پرکننده در پوشش‌های آب پايه منجر به افزايش کارایی آنها شده است.
خواص پوشش هاي نانوکامپوزیت آب پايه به شدت به نوع و ميزان نانومواد مصرفي و همچنین برهمکنش بین نانومواد و رزین های پلیمری بستگی دارد. در این مقاله، کاربرد ابعاد مختلف نانومواد در پوشش‌های آب پايه مورد بررسي قرار گرفته و روش‌های مختلف اصلاح نانومواد مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرند، همچنین چندین مکانیسم ضدخوردگی پوشش‌های نانوکامپوزیتی آب‌پايه به تفصیل شرح داده می‌شوند.
دسته بندي نامو مواد
نانومواد به موادی اطلاق مي گردد كه حداقل داراي یک بعد در مقیاس نانو (100-1/0 نانومتر) در فضای سه بعدی باشند، که به همين دليل دارای اثرات سطحی قوی، اثرات حجمی، اثرات کوانتومی و غیره مي باشند. در مقایسه با ابعاد میکرو، نانومواد می توانند مقاومت به خوردگی پوشش هاي آب پايه را به طور موثرتری در درصد وزنی پایین تر بهبود بخشند. به علاوه حضور نانو مواد می‌توانند به پوشش‌های آب پايه ویژگی‌های سودمند زیادی مانند استحکام و چقرمگی بالا، انقباض کم، فشردگی خوب و غیره بخشيده و باعث بهبود عملكرد پوشش هاي آب پايه  شوند. با توجه به اینکه اندازه، مورفولوژی و ترکیبات شیمیایی نانومواد در ایجاد مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر سایش و بسیاری از خواص دیگر از جمله خواص ضد شعله، ضد الکتریسیته ساکن، خواص مکانیکی و غیره نقش اساسی دارند، به معرفی نانو مواد با توجه به ابعاد آنها پرداخته مي شود (شکل 1).

شكل 1- دسته بندي نانو نواد و مثال هاي آن ها
نانو ذرات صفربعدي

نانوذرات صفر بعدی (0D) به موادی اطلاق می‌شوند که در همه ابعاد دارای مقیاس نانو (زیر 100 نانومتر) باشند که به‌دلیل اندازه‌ خاص خود، مي توانند منافذ ایجاد شده در اثر انقباض موضعی را در طول فرآیند پخت رزین هاي آب پايه پر نمایند. به علاوه، نانوذرات کروی صفر بعدي مستعد ایجاد اتصالات عرضی فیزیکی یا شیمیایی با رزین‌های پلیمری هستند. چگالی شبكه اي بالای رزین های آب پايه، مسئول درجه بالای پخت، مدول الاستیک، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت شیمیایی پوشش های نانوکامپوزیت آب پايه است. معمولا نانوذرات صفر بعدی سنتز آسان تری داشته و داراي پايداري مكانيكي بالايي می باشند. وانگ و همكارانش، مقاومت خوردگي پوشش هاي اپوكسي آب پايه (WEP) اصلاح شده با تيتان دي اكسيد مزو (meso-TiO2) آماده سازي شده با پلي اتيلن ايمين (PEI) را بررسي كردند. نتایج به وضوح نشان داد که پوشش‌های WEP محتوي meso-TiO2 /PEI دارای مقاومت در برابر خوردگی بالاتری هستند. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، برهم كنش هاي شیمیایی قوی بین رزین پلیمری و نانوذرات meso-TiO2 /PE اصلاح شده، مسئول درجه بالایی از اتصالات عرضی و عملکرد سدگری بالا در پوشش‌های WEP هستند. با اين حال، فعاليت سطحي نانو ذرات صفر بعدي معمولا به دليل عدم وجود اتمهاي كئورديناسيوني بر روي سطح، زياد است و به همين دليل اين نانوذرات تمايل به تشكيل تجمع دارند. تجمع نانوذرات منجر به تشكيل عيوب جديد در پوشش نانوكامپوزيت شده كه نه تنها اين امر مي تواند به عملكرد سدگری پوشش آسيب وارد نمايد بلكه خواص مكانيكي را نيز كاهش خواهد داد. بنابراين بهينه سازي ساختار نانوذرات صفر بعدي و وضعيت سطحي آنها به منظور بهبود پخش شوندگي اين ذرات در پوشش هاي آب پايه، لازم و ضروري است. در حال حاضر سيليس (SiO2)، تيتانيوم دي اكسايد (TiO2)، اكسيد آهن (Fe3O4)، اكسيد روي (ZnO2)، اكسيد آلومينا (Al2O3)، و اكسيد سريم (CeO2)، از گسترده ترين نانوفيلرهاي مورد استفاده در پوشش هاي آب پايه مي باشند.

دکتر نعيمه شيراكبري  گروه صنعتي ايران خودرو، معاونت كيفيت

(ادامه دارد …)

متن کامل این مقاله را در شماره 241 دوماهنامه پوشرنگ از گروه مجلات بسپار که در پایان آبان ماه 1401 منتشر شده است بخوانید.

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.