پوشش های پایه حلالی تماماً از چهار جزء اصلی تشکیل شده اند: رزین، رنگدانه، حلال و مواد افزودنی. این اجزا خواص نهایی سامانه پوشش را معین می کنند و پوشش های بر پایه آب سامانه هایی هستند که آب حلال اصلی آنها به شمار می رود.پژوهش در باره پوشش های بر پایه آب از دهه 1950 آغاز شد و امروزه با گذشت بیش از 50 سال، کاربردهای متعددی پیدا کرده اند.در سال های اخیر با توجه به سخت تر شدن قوانین زیست محیطی ، سازندگان پوشش ها برای بهبود کیفیت پوشش های بر پایه آب اولویت زیادی قائل شده اند و نتیجه آن پیشرفت های فناورانه ای است که ضمن برخورداری از مزایای متعدد، با مشخصه های اصلی و کارآمد پوشش های بر پایه حلال برابری می کند.
مزایا و معایب
یکی از مهمترین مزایای پوشش های بر پایه آب ، کاهش شدید VOC در آن هاست. این امر موجب می شود تا این نوع پوشش ها جوابگوی سخت ترین مقررات زیست محیطی باشند . میزان آلاینده ها در پوشش های بر پایه آب دارای حد VOC زیر 25% است و از آن جا که این نوع پوشش ها به جای حلال ابتدا با آب رقیق می شوند، می توان آن ها را با آب و صابون پاک کرد، بنابر این برای کاربران موجب صرفه جویی زیادی در هزینه حلال می شود. کاهش بو در حین کار و حذف خطرات ناشی از آتشگیری نیز از دیگر عوامل کاهش هزینه است که نتیجه آن پایین آمدن حق بیمه و بالا رفتن ایمنی کار می گردد.
پوشش های بر پایه آب روی اغلب سطوح مانند :فلز، پلاستیک، چوب ، شیشه ، مصالح ساختمانی ، با انواع روش های رنگ کاری مانند افشاندن ، غوطه وری یا پوشش دهی از راه الکترواستاتیک قابل اعمال اند. برخی از پوشش های بر پایه آب هوا خشک و برخی از آنها به پخت نیاز دارند.
کابرد پوشش های بر پایه آب محدود است این پوشش ها فقط تا ضخامت فیلم خشک در حدود mils2/1 کارایی خوبی دارند و هنگامی که رطوبت زیاد باشد، خشک شدن پوشش های بر پایه آب بیشتر طول می کشد. بنابراین، سامانه های گردش هوا یا خروج بخارات بیشتری مورد نیاز است. در ضمن رنگدانه های آن نسبت به سایر سامانه های پوشش دهی گرانترند.
انواع پوشش های بر پایه آب
پوشش های بر پایه آب کاملاً فاقد حلال نبوده و دارای مقدار کمی حلال آلی نیز هستند. این پوشش ها اغلب به همان روش سامانه های بر پایه حلال از راه واکنش های اکسایش یا ایجاد پیوند عرضی گرماسخت، سخت می شوند.پوشش های بر پایه آب از نوع لاتکسی از راه به هم پیوستگی لاتکس سخت می شوند. این امر هنگامی رخ می دهد که حلال و آب هر دو تبخیر شده و در اثر فشار های حاصل، ذرات لاتکس در پوشش به هم می پیوندند.
امروزه بیشتر پوشش های بر پایه آب دارای یکی از 3 نوع بسپارهای سنتزی است که تا حد زیادی خواص نهایی پوشش ها را معین می کند:
1-بسپار های امولسیونی یا به حالت پراکندگی آبی
2-بسپارهای انحلال پذیر در آب یا به حالت پراکندگی کلوئیدی
3-رزین های کاهش پذیر در آب
این سه نوع بسپار دارای خواص مکانیکی و فیزیکی بسیار متفاوتی هستند. بنابر این، در توسعه سامانه های پوشش های بر پایه آب، فرمول نویس آزادی عمل کاملی دارد و با توجه به سامانه های متنوع رزین می توان به طیف کاملی از خواص کاربر شیمیایی و فیزیکی آن ترکیبات دست یافت ، که ضمن برخورداری از خواصی چون سختی، مقاومت در برابر لکه شدن، انعطاف پذیری و پایداری بالا در برابر خوردگی با براقیت بالا در برابر حلال و رطوبت نیز مقاوم باشد.
1-پوشش های امولسیونی آبی
پوشش های امولسیونی آبی حاوی بسپارهای امولسیونی اند که از ذرات کروی گسسته با وزن مولکولی زیاد تشکیل شده اند و در آب پراکنده اند. با جدا شدن ذرات بسپار از آب ، وزن مولکولی بسپار ها بالا می رود، بدون آنکه روی گرانروی اثر بگذارد و بدین ترتیب خواص کاربری بهبود می یابد. به دلیل این مزیت ، بسپارهای امولسیونی بیشترین مقدار چقرمگی و مقاومت در برابر آب و مواد شیمیایی را در بین انواع پوشش های بر پایه آب دارا هستند.
با روش خشک شدن از طریق الکترواستاتیک می توان به سختی های مدادی از H2 تا H3 دست یافت . همچنین، پوشش های امولسیونی آبی می توانند بیشترین درصد جامد را هنگام اعمال داشته باشند.
در سال های اخیر، توسعه رزین های امولسیونی با کارایی بالا پیشرفت های چشمگیری را در فن آوری پوشش های امولسیونی آبی به وجود آورده و انتخاب صحیح مونومر و اصلاح و بهسازی در کنترل وزن مولکولی به بهبود سامانه های پوشش های بر پایه آب کمک کرده است. اصلاح و بهسازی در سامانه امولسیونی آبی باعث بهبود چسبندگی آنها به پلاستیک های جدید نیز شده است.
پوشش های امولسیونی آبی می توانند هوا خشک باشند ولی برای بهبود مقاومت در برابر حلال و مقاومت شیمیایی در برخی از موارد افزایش چقرمگی در معرض فرایند گرماسخت شدن قرار می گیرند که در این صورت با افزایش وزن مولکولی همراه می شوند. این پوشش ها به طور روز افزون ، در صنایعی به کار می روند که مستلزم کارایی بیشتر و بهتر از آنهاست، به ویژه در پوش نهایی فلزات، پلاستیک های مورد استفاده در خودرو ها و ماشین های اداری.
2-پوشش های انحلال پذیر
پوشش های انحلال پذیر در آب شامل ذرات کروی پراکنده در آب اند. این ذرات از ذرات امولسیون آبی کوچکتر بوده و در آب متورم می شوند، بنابر این وزن مولکولی آن ها بین بسپارهای آب متورم امولسیونی و محلول های حقیقی است. این ذرات که به بسپارهای پراکنده کلوییدی موسوم اند ، دارای گروه های قطبی اسیدی یا بازی هستند که در تعیین درجه انحلال پذیری نقش اساسی دارند.
بسپارهای پراکنده کلوییدی به عنوان هیبریدهای بسپارهای محلول و امولسیونی در نظر گرفته می شوند، زیرا این بسپارها مشخصه های هر دونوع را دارند. پوشش های انحلال پذیر در آب براقیت، چقرمگی و مقاومت در برابر آب و مواد شیمیایی خوبی دارند و افزون بر آن از دوام بالا و آسانی کاربرد نیز بر خوردارند. این پوشش ها اغلب در بسیاری از پوشش های صنعتی به عنوان لایه نهایی کاربرد دارند.
3-پوشش های کاهش پذیر در آب
پوشش های کاهش پذیر در آب شامل هم بسپارهایی هستند که طی واکنش های بسپاری شدن در حلال های آبی قابل اختلاط با آب مانند الکل ها و استر ها تشکیل می شوند. گروه های قطبی روی بسپار باعث تشکیل محلول های حقیقی بسپار در آب و در نتیجه کاهش پذیری در آب می شوند.
بر خلاف بسپار های امولسیونی آبی، گرانروی و خواص این پوشش ها به وزن مولکولی شدیداً وابسته است. پوشش های کاهش پذیر در آب بسیار براق و شفاف بوده و از ترشدگی رنگدانه و پراکندگی خوب و خواص کاربردی مناسبی برخوردارند. این پوشش ها اغلب به عنوان پوشش های صنعتی جهت فلزات استفاده می شوند. با استفاده از رزین های جدید در این پوشش ها مقاومت آنها در برابر عوامل خوردگی نیز افزایش یافته است.
انواع رزین
در ترکیب پوشش های بر پایه آب، رزین های آلکید، لاتکس، آکریلیکی، اپوکسی، هیبرید اپوکسی/آکریلیک، پلی یورتان، پلی استر و سایر رزین ها به کار می روند و در پوشش های صنعتی جهت فلزات معمولاً از پوشش های بر پایه آب همراه با رزین های آلکیدی استفاده می شود.آکریلیک ها نیز به مقدار زیادی در پوشش لایه نهایی فلزات به کار می روند. آلکید ها و اپوکسی استر های انحلال پذیر در آب به طور وسیعی جهت پوشش انواع قطعات خودرو به کار می روند.
اپوکسی های کاهش پذیر در آب اغلب به عنوان پرایمر استفاده می شوند که با غالب پوشش های دیگر قابل پوشش دهی است. هنگامی که مقاومت در برابر عوامل خوردگی بالا و خواص کارکردی عالی مورد نیاز است، روی این نوع پرایمر ها بیشتر با پلی یورتان ها پوشش داده می شود.
انتظار می رود در آینده با روند پیشرفت در فناوری پوشش های محلول در آب سامانه های پوشش همیشه برتر به وجود آید و بهبود مشخصات محصولات محلول در آب تا نیل به بهترین مشخصه های کاربردی ادامه یافته و کاربران پوشش ها نیز کارهای موثری در زمینه چالش VOC مورد قبول ارائه نمایند.
مجله صنعت رنگ و رزین- شماره چهاردهم
