آرشیو مقالات

آرشیو مقالات

خوردگی و فناوری پوشش های سیلیکونی

خوردگی و فناوری پوشش های سیلیکونی

شنبه, 02 تیر,1397

رتبه بندی این مطلب:
5/0

بسپار/ ایران پلیمر خوردگی تقریباً بر تمام ابعاد زندگی ما اثرگذار است، اهمیت آن در ساختمان­ها، پل­ها، سازه­ها، هواپیماها، قطارها و خودرو­ها مشهود است. تمام پیچ­ و مهره­ ها ، صفحات، لوله­­ ها و تیرک­های فلزی که در سازه­های مختلف مورد استفاده ­اند، مستعد خوردگی هستند. زمان، پول، سلامتی و امنیت، هزینه­هایی هستند که بابت آن می­پردازیم.

بسیاری از عوامل دخیل در خوردگی، خارج از کنترل و یا غیرقابل پیش­بینی در فرمولاسیون پوشش هستند، از جمله:

  • مواد سازنده: آلیاژهای فلزی نامرغوب و مورفولوژی سطح
  • شرایط محیطی: رطوبت، مواد شیمیایی، میکروب­ها، ذرات ساینده و ...
  • شرایط عملکردی: دما، سرعت جریان، آشفتگی جریان و جدایی فازی

پوشش دادن سطح، روشی برای کاهش خوردگی است. به­ طور کلی زمانی که اکسیژن، آب و یون­های رسانا (مانند نمک و اسید) تشکیل یک سل الکتروشیمیایی بر روی سطح فلز می­دهند، خوردگی به وقوع می­پیوندد. یک طراح فرمول پوشرنگ، می­تواند با هدف کاهش سرعت نفوذ این عوامل خورنده، به دوام پوشش مورد طراحی و طول عمر سازه تحت حفاظت کمک کند. این مقاله با تمرکز بر دو خاصیت اصلی پوشش؛ تراوایی و چسبندگی، توصیه­ هایی جهت بهبود فناوری پوشش­های سیلیکونی ارائه می­نماید.

تراوایی

نقش اولیه پوشش، فارغ از زیبایی ظاهری، ایجاد مانعی بین محیط و سطح تحت پوشش است. میزان این عملکرد سدکنندگی وابسته به تراوایی پوشش است که خود تابع خاصیت آبگریزی و میزان تخلخل آن می­باشد.

رزین­های اپوکسی در واقع استانداردی صنعتی برای پوشش­های کنترل­کننده خوردگی به­شمار می­روند. رایج­ترین نوع اپوکسی بر پایه بیس­فنول-آ است که معمولا به­ کمک پلی ­آمیدها پخت می­شوند و تشکیل فیلم می­دهند (شکل 1).  

شکل 1: واکنش آمینو- بیس­فنول-آ

 

خواص سدکنندگی فوق­العاده رزین­های اپوکسی از میزان زیاد گروه­های آروماتیک موجود در آن­ها ناشی می­شود، اما حتی این پوشش ­ها نیز می­توانند نفودپذیر باشند و در معرض حمله عوامل هیدرولیزکننده قرار گیرند. اگرچه آمین نوع دوم دارای قابلیت واکنش با حلقه­های اضافی اپوکساید است، به ­علت ممانعت فضایی و محدودیت­های فرآیند اختلاط همچنان تعدادی گروه­ آبدوست آمین­ (نوع اول و دوم) در پوشش باقی می­ماند. گروه هیدروکسیل نوع دوم حاصل از واکنش نیز که وظیفه چسبندگی (به­ کمک پیوند هیدروژنی) را بر عهده دارد، آبدوست است و به جذب آب کمک می­کند.

رزین ­های رایج دیگر نیز (یورتان، پلی ­استر و ..) به میزان مختلف مستعد حمله آب هستند. با استفاده از افزودنی­ های پلی­سیلوکسان می­توان به کاهش این امر کمک کرد. حرکت­پذیری و انرژی چرخشی کم زنجیره اصلی سیلوکسان­ها موجب جهت ­گیری پلیمر سیلیکون در سطح مشترک پوشش-هوا و ایجاد سطحی آبگریز با انرژی پایین می­شود. عدم تر شوندگی و تراوایی فیلم پوششی از نتایج استفاده از این دسته مواد است. گروه­های عاملی (آلی و غیرآلی) موجود در پلیمرهای سیلوکسان می­توانند با تشکیل پیوند کووالانسی در پیوستار پوشش به پیوستگی پوشش و در نهایت آبگریزی بیشتر آن کمک­کنند.

فیلم پوششی دارای نقایص میکروسکوپی مانند حفرات ریز است که با ایجاد تخلخل به سطح فلز نفوذ می­کند و منجر به خوردگی می­شود. اعمال دوباره پوشش با پوشاندن این نقایص می­تواند به کند کردن عبور اکسیژن و آب کمک کند اما ضخامت بالای فیلم معایبی نیز به همراه دارد: (1) شره کردن پوشرنگ حین اعمال در ضخامت بالا باعث ایجاد ظاهر نامطلوب در پوشش می­شود؛ (2) حبس حلال باعث تاول زدگی و اثر آتشفشانی می­گردد؛ و (3) ضخامت بالا روی سازه ­های پیچیده باعث ترک و در نهایت خوردگی می­شود.

وجود رنگدانه اثر زیادی در تراوایی فیلم دارد. افزایش میزان رنگدانه تا غلظت حجمی بحرانی (CPVC)  با سد کردن مسیر مایعات و گازها سبب کاهش تراوایی پوشش می­شود. رنگدانه با غلظت بالاتر از CPVC موجب ایجاد حفره در پوشش و افزایش تراوایی می­گردد. برای سامانه­ های پوششی چند لایه، میزان رنگدانه آستری و یا بن­پوشه بر تراوایی پوشش رویه اثرگذار است؛ یک آستری (با میزان پرکننده بالا) با جذب رزین از پوشش رویه در حالت تر، غلظت حجمی رنگدانه را به بالاتر از میزان بحرانی می­رساند و خواص سدکنندگی را افت می­دهد. به­طور خاص، رنگدانه­هایی با هندسه صفحه­ای و تخت مانند پرک­های آلومینیومی و اکسید آهن میکا، در کاهش تراوایی پوشش بسیار موثرند (شکل 2). با خشک شدن پوشرنگ و جمع شدن پوشش، این ذرات صفحه­ای به موازات سطح جهت­ ذگیری و هم ­پوشانی می­کنند و مسیر عبور اکسیژن و آب را می­بندد.

 

شکل 2: رنگدانه­ های لایه­ای مسیر را پیچیده می­کنند

یکی از موارد مهم، دمای سرویس پوشش مورد نظر است. دمای انتقال شیشه­ای (Tg) رزین و خواص ویسکوالاستیک آن در دماهای مختلف بر تراوایی آن اثرگذار می­باشد. اگرچه بررسی تراوایی در شرایط محیطی بسیار حائز اهمیت است، آزمودن پوشش در دمای بالا نتایج مفیدی درباره عملکرد طولانی مدت پوشش به­دست می­دهد. یک پوشش حتی با اتصالات عرضی بالا نیز در صورت نرم شدن در اثر حرارت، بسیار تراوا خواهد شد.

همان­طور که اشاره شد، عامل دیگر اثرگذار بر تراوایی میزان اتصالات عرضی پوشش است. سامانه­هایی با اتصالات عرضی زیاد، بلوری و گرماسخت تراوایی کمتری در قیاس با سامانه­های گرمانرم دارند. اتصالات عرضی کم منجر به نفوذ رطوبت، اکسیژن و یون­های رسانا می­شود که می­توانند در سطح مشترک پوشش-سطح سل خوردگی تشکیل دهند.

اگرچه مواد سیلیکونی با عنوان آبگریز شناخته شده­اند، این آبگریزی صرفاً مربوط به آب مایع است نه بخار آب. روابط تراوایی- ساختاری برای هر دو گروه مواد آلی و سیلیکونی صادق است.  برای مثال، درزگیرهای فاقد سیلیکون یا حاوی مقدار اندکی از آن و الاستومرهایی با اتصالات عرضی کم نسبت به گاز و بخار تراوا هستند و فیلم حاصل از آن­ها اصطلاحاً "تنفس­پذیر" است. اما رزین­های سیلیکون با وجه تشابه زیاد با رزین­های آلی، اتصالات عرضی بالایی دارند و تراوا نیستند.

فناوری آلی و سیلیکون با یکدیگر هم­افزایی خوبی دارند. دسته­ای از پوشش­های "هیبرید پلی­سیلوکسان"، رزین­های سیلیکون و اپوکسی را ترکیب می­کند و از الکوکسی­سیلان به­عنوان پل بین این دو سیستم استفاده می­کنند. این هیبریدها با ترکیب خواص سدکنندگی رزین­های آلی با پایداری حرارتی و آبگریزی سیلوکسان­ها مقاومت به خوردگی فوق­العاده­ای رافراهم می­آورند (شکل 3).    

شکل 3: هیبرید پلی­ سیلوکسان- اپوکسی

چسبندگی

بهبود جسبندگی پوشش، فرآیند ساده­ای نیست. عوامل بسیاری بر این بعد از عملکرد پوشش اثر دارند. از جمله:

  • کشش سطحی پایین
  • سرعت پخت آهسته به جهت زمان دادن به تر شدن سطح
  • کاهش تنش­های داخلی: انعطاف­پذیری، چقرمگی
  • پیوند کووالانسی با گروه­های فعال سطح
  • برای فلزات: رزین و حلال­های اکسیژن­دار
  • برای پلیمر­ها: حلال­های پلی­الفین کلرینه شده
  • اندازه ذرات کوچک: نفوذ بهتر
  • اندازه ذرات بزرگ: تنش کمتر در فیلم

ماسه­پاشی و حکاکی شیمیایی با افزایش مساحت سطح زیرآیند به چسبندگی کمک می­کند به شرطی که پوشرنگ بتواند الگوهای ایجاد شده را تر کند. تر شدن ضعیف سطح باعث ایجاد حفره در سطح مشترک و متعاقباً چگالش رطوبت و ایجاد سل­های خوردگی می­گردد. پوشش برای تر کردن سطح باید بتواند جایگزین هوا و مایعات از سطح شود. بعد از تر شدن سطح، چسبندگی پوشش به سطح به­کمک نفوذ مکانیکی یا جذب سطحی بر روی زیرآیند رخ می­دهد که منجر به تشکیل پیوند­های موثر اما ضعیف بین­سطحی (نیروهای واندروالس) و پیوند هیدروژنی می­گردد.

رایج­ترین راه غلبه بر چالش تر کردن سطح، کاهش لزجت پوشرنگ از طریق رقیق کردن با حلال­ و یا آب است. حلال موثر معمولاً شامل مخلوط دو یا سه حلال با حلالیت بالا جهت کاهش لزجت پلیمر و سرعت آرام تبخیر نهایی جهت ایجاد فرصت برای نفوذ است. شره کردن و تراوایی فیلم خشک حاصل از محدودیت­های احتمالی این راه حل به­شمار می­رود زیرا با افزودن حلال، میزان حجم جامد موجود در پوشرنگ کاسته می­شود. از دیدگاه حفاظت محیط زیست نیز استفاده از این روش گزینه مناسبی به­نظر نمی­رسد.

استفاده از سطح­فعال­های غیرفرار در پوشش­های امروزی بسیار رایج است، مانند کوپلیمر سیلیکون- پلی­اتر به­جای حلال­ جهت بهبود ترشوندگی سطح می­شود. بر خلاف پلی­دی­متیل سیلوکسان­ها (روغن­های سیلیکون)، سیلیکون­- پلی­اتر با اجزاء آلی پوشرنگ بسیار سازگار است و کشش سطحی را می­کاهد. زنجیره اصلی سیلیکون با کاهش لزجت و حرکت­پذیری در فیلم پوششی به ترشدن سطح و کاهش نقص­های پوشش کمک می­کند. با افزایش جزء جامد فیلم به میزان 1/0 تا 5/0%، بهبود بسیار چشمگیری رخ می­دهد. در این فناوری کاربردی با طراحی کوپلیمر می­توان با فرمولاسیون­های متنوع به تعادلی بین سازگاری و فعالیت سطح دست یافت.

با تر شدن سطح، می­توان چسبندگی را با تشکیل پیوند­های کووالانسی بین پوشش و زیرآیند بهبود داد. آبکاری و حکاکی سطح با استفاده از اسید قوی و کروم شش ظرفیتی از روش­های مرسوم آماده­سازی سطح فلز برای ایجاد چسبندگی به­شمار می­رفتند. در مرحله دوم معمولاً آستری ضدخوردگی حاوی مقدار زیادی مواد آلی فرار و کروم شش­ظرفیتی روی سطح اعمال می­شد. در سال 1983 دریافتند که آستری حاوی کوپلیمر اکریلیک، رزین اپوکسی، سیلیکا-سل و تری­آلکوکسیلان سبب ایجاد رنگ­پذیری و مقاومت به خوردگی بالا می­گردد. دوازده سال بعد، تمامی این خواص از یک آستری تنها بر پایه سیلان به­دست آمد.



(ادامه دارد ...)

متن کامل این مقاله را در شماره 188ام 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.

 



 

نوشتن یک نظر

افزودن نظر

x
دی ان ان