0
04136674922

آشنایی کاربردی با رنگ های صنعتی – قسمت اول

سازه ها، قطعات و تجهیزات صنعتی در معرض انواع خوردگی و خسارت های ناشی از آن قرار دارند. روش های پیشگیری و کنترل خوردگی، راهکارهای مختلفی از انتخاب مواد مقاوم تر و استفاده از ضرایب اطمینان بیشتر در طراحی ها تا حفاظت کاتدی، استفاده از بازدارنده ها، ممانعت کننده ها و پوشش های صنعتی را شامل می شود. در میان این روش ها، سیستم های پوششی بر پایه رنگ های صنعتی را می توان به عنوان ساده ترین، پرکاربردترین و اقتصادی ترین روش انتخاب نمود. البته رنگ از جنبه تزئینی هم اهمیت دارد ولی در صنعت، جنبه حفاظتی آن مهم تر است.

با توجه به نقش و اهمیت رنگ های صنعتی و سیستم های پوششی برای حفاظت موثر از سازه ها، قطعات و تجهیزات صنعتی در مقابل خوردگی اتمسفری، موضوع بسیار مهم “آشنایی با رنگ های صنعتی” را در اولویت آموزش های کاربردی عصر مواد قرار داده ایم. از آنجایی که بیشتر کاربران رنگ های صنعتی، شناخت تخصصی دقیقی از ماهیت آن ها ندارند، در این مجموعه آموزشی سعی شده است مفاهیم به صورت کاملاً ساده، مختصر و کاربردی ارائه شود. با ما در عصر مواد همراه باشید.


 

شناخت رنگ های صنعتی

 

برای شناخت و آشنایی با انواع رنگ های صنعتی، گام اول شناخت اجزای رنگ در ترکیب و فرمولاسیون آن است. رنگ ها از اختلاط جهار جزء اصلیِ رزین، پیگمنت یا رنگ دانه، حلال و افزودنی ها ساخته می شوند. هر یک از این اجزاء، نقشی ویژه در خواص، ویژگی و کارایی رنگ بر عهده دارند. معرفی این اجزاء موضوع قسمت اول این نوشته از عصر مواد است. سعی کرده ام مطالبی که برای این قسمت از کتاب های مرجع و تجارب صنعتی خودم آماده نموده ام، در قالب نکات ویژه و مهم و در بندهای مستقل تقدیم علاقمندان نمایم.

 

۱- رزین:

 

رزین ها پایه اصلی رنگ ها را تشکیل می دهند. نامگذاری رنگ ها نیز معمولاً از روی نوع رزین آن ها انجام می شود.


از وظایف اصلی رزین ها در رنگ می توان به موارد زیر اشاره نمود:

  • ایجاد فیلم یکنواخت روی سطح و جدا کردن آن از محیط اطراف
  • چسبندگی بر روی سطح، ایجاد یک لایه ی پوششی محافظ و مقاومت در مقابل عوامل خورنده و نفوذ رطوبت
  • رزین در رنگ به عنوان رنگپایه یا بایندر (binder) عمل می کند، یعنی اجزای دیگر رنگ را در خود جای می دهد و به هم پیوستگی آن ها را فراهم می کند.

برای چسبندگی رزین به سطوح فلزی سه نوع پیوند یا باند در چسبندگی دخالت دارد: پیوند شیمیایی، پیوند قطبی و پیوند مکانیکی.

پیوند شیمیایی زمانی تشکیل می شود که رزین و سطح فلز با هم ترکیب شوند. پیوند شیمیایی بین رنگ غیر آلی سیلیکات با آهن سطح فلزی در رنگ های زینک اتیل سیلیکات و یا پیوند شیمیایی رزین آلی اپوکسی با آهن سطح فلزی نمونه ای از این نوع پیوند است.

چسبندگی بیشتر رزین های آلی مربوط به پیوند دیگری از نوع قطبی است. پیوند قطبی جاذبه حاصل از گروه های قطبی مولکلول های رزین و سطح فلزی و مرتبط با باندهای ظرفیت ثانویه است. پیوند قطبی فقط زمانی تشکیل می شود که رزین آلی و سطح فلز به اندازه کافی به هم نزدیک باشند. هر چه سطح فلز تمیزتر و عاری از گرد و غبار، نمک های سطحی و سایر آلاینده ها باشد، امکان تشکیل این پیوند قوی بیشتر است.

پیوند مکانیکی، پیوند دیگری است که بین رزین و سطح فلز ایجاد می شود. این نوع چسبندگی رابطه مستقیمی با ناهمواری های سطحی دارد. با افزایش زبری و ناهمواری های سطحی، سطح تماس رزین با فلز افزایش می یابد و در نتیجه چسبندگی به طریق مکانیکی بیشتر می شود.


رزین ها به صورت جامد، مایع، محلول و پودری به کار برده می شوند، ولی برای ساخت معمولاً به صورت مایع و محلول در حلال به کار می روند. رزین ها در رنگ اغلب به صورت مایع ترموپلاستیک تحویل مصرف کننده می شوند ولی پس از مصرف و اعمال رنگ بر سطح، به صورت فیلم جامد ترموپلاستیک یا ترموست تبدیل و سخت می شوند.


تبدیل رزین رنگ از حالت مایع به جامد (اصطلاحاً پخت رنگ یا کیورینگ) بر حسب نوع رزین با مکانیسم های مختلفی انجام می شود که مهم ترین آن ها عبارتند از:

  • تبخیر حلالی: در این نوع مکانیسم، با تبخیر حلال همراه با رزین، پخت آن انجام می گیرد. رزین های آکریلیکی و کلروکائوچو از جمله رزین هایی هستند که با این مکانیسم پخت می شوند.
  • هوا خشک: در این نوع مکانیسم، رزین در واکنش با اکسیژن هوا پخته و خشک می شود. رزین های آلکیدی و اپوکسی استر از جمله رزین هایی هستند که با این مکانیسم پخت می شوند.
  • ترکیب رزین با یک سخت کننده یا هاردنر: در این نوع مکانیسم، رزین اصلی در مخلوط اجزای رنگ گنجانده می شود و رزین دیگری که در ظروف جداگانه ای نگهداری و هاردنر یا سخت کننده نامیده می شود، قبل از اعمال پوشش به مخلوط اصلی رنگ اضافه می گردد. در اثر واکنش شیمیایی رزین با هاردنر، رنگ پخته و خشک می شود. رزین های اپوکسی و پلی اورتان از جمله رزین هایی هستند که با این مکانیسم پخت می شوند.
  • پخت حرارتی: در این نوع مکانیسم، تشکیل فیلم رنگ از طریق تبخیر حلال و سپس پخت رنگ در دمای خاص و برای مدت زمان معین صورت می گیرد. در هنگام پخت، اجزای رنگ با یکدیگر وارد واکنش شیمیایی می شوند. رزین های فنولیک و اپوکسی فنولیک از رزین هایی هستند که با این مکانیسم پخت می شوند.

رزین های مختلفی در صنعت رنگ سازی استفاده می شود که از مهم ترین آن ها می توان به رزین های آلکیدی، آکریلیکی، اپوکسی، پلی اورتان، پلی استر، پلی آمید، سیلیکون، فنول ها، پلی وینیل ها، کلروکائوچو و غیره اشاره نمود. معرفی و توضیحات کامل مربوط به این رزین ها را در معرفی انواع رنگ ها تقدیم علاقمندان خواهم نمود.


 

۲- رنگ دانه یا پیگمنت

 

رنگ دانه یا پیگمنت ها ذرات جامدی هستند که برای ایجاد خصوصیاتی معین در رنگ به آن اضافه می شوند. از جمله ی این خصوصیات می توان به فام دهی (color یا رنگ ظاهری، براقیت و مات بودن) و خواص تزئینی، قدرت رنگ دهی، پوشانندگی و چسبندگی، محافظت از خوردگی و زنگ زدگی، افزایش استقامت مکانیکی و فیزیکی رنگ، بالا بردن مقاومت شیمیایی و افزایش مقاومت فیلم رنگ در مقابل نفوذ رطوبت و یون های خورنده، ارتقای خواص رئولوژیکی رنگ، پایداری در مقابل اشعه فرابنفش خورشید و غیره اشاره نمود.


رنگ دانه یا پیگمنت ها نقش مهمی در ارتقای کیفی رنگ های صنعتی و ایفای نقش حفاظتی پوشش دارند. رنگ دانه هایی که به رنگ های پرایمر برای استفاده در لایه ی آستری پوشش اضافه می شوند، نقش برجسته ای در افزایش مقاومت به خوردگی سطح دارند. از جمله ی این رنگ دانه ها می توان به پودر روی (زینک) فلزی، کرومات روی، فسفات روی، سرنج یا سرب قرمز و پودر آلومینیوم فلزی اشاره نمود. حضور پودر روی در ترکیب رنگ های پرایمر (مثل رنگ های زینک ریچ اپوکسی یا زینک اتیل سیلیکات) حتی باعث پیشگیری از خوردگی سطوح فولادی با مکانیسم حفاظت کاتدی هم می شود.


مهم ترین نقش رنگ دانه در فرمولاسیون رنگ های پرایمر، نقش حفاظتی و مقاومت به خوردگی آن است. اصلی ترین نقش رنگ دانه در فرمولاسیون رنگ های میانی، ممانعت از نفوذپذیری رنگ در مقابل رطوبت و یون های خورنده است و در نهایت، مهم ترین نقش رنگ دانه در فرمولاسیون رنگ های رویه، تعیین فام رنگ و خواص تزئینی آن است.


رنگ دانه ها اغلب از مواد معدنی هستند. شکل و نوع بلور، ساختار مولکولی و اندازه ذرات بر خواص آن ها تاثیر بسزایی می گذارد. البته از رنگ دانه های آلی نیز ممکن است در ترکیب رنگ استفاده شود. این رنگ دانه ها شامل آزوهای نامحلول، آنتروکینون ها، فتالوسیانین ها، ایندگوییدها و … می باشند که بیشتر هم به عنوان یک افزودنی اضافه می شوند.


مهم ترین رنگ دانه های مصرفی در فرمولاسیون رنگ های صنعتی عبارتند از: دی اکسید تیتانیوم (روتیل و آناتاز)، پودر روی، کرومات روی، فسفات روی، اکسید روی، اکسید آهن، اکسید آهن میکایی، سرب قرمز (سرنج)، سرب سفید، کرومات سرب، سولفات سرب، پودر یا خمیر آلومینیوم، دوده یا کربن سیاه، اکسید کروم و غیره.


 

۳- حلال

 

حلال ها مایعات فراری هستند که برای حل کردن رزین به مخلوط رنگ اضافه می شوند. این مایعات می توانند نقش اصلاح و تعدیل کننده رنگ را نیز داشته باشند. بنابراین یک حلال نه تنها باید رزین را حل کند بلکه باید بلافاصله به محلول گرانروی بدهد که با نیاز کاربردی و نگهداری رنگ مربوطه هماهنگ باشد. متعادل کردن سرعت تبخیر که خشک شدن فیلم تر را در زمان دلخواه ممکن می سازد، از اهداف دیگر اضافه کردن حلال است.


حلال باید متناسب و سازگار با رزین رنگ انتخاب شود. پس از اعمال رنگ روی سطح، دیگر نیازی به حلال نیست و حلال باید تبخیر و از لایه رنگ خارج شود.


حلال های رنگ به جز آب مایعات فرار آلی هستند که از آن جمله می توان به مواد زیر اشاره نمود:

۱- هیدروکربن های آلیفاتیک مثل نفتا و مینرال اسپریت

۲- هیدروکربن های آروماتیک مثل بنزن، تولوئن و زایلن

۳- استرها مثل اتیل استات، بوتیل استات و پروپیل استات

۴- الکل ها مثل متانول، اتانول، پروپانول، ایزو پروپیل الکل و بوتیل الکل

۵- اترها مثل اتیل اتر و اتیلن گلیکول

۶- کتون ها مثل استون، متیل اتیل کتون یا MEK و متیل ایزوبوتیل کتون


حلال های اصلی سازگار با برخی رزین ها عبارتند از:

۱- اپوکسی های پایه آلی (اپوکسی پلی آمید و اپوکسی پلی آمین) متناسب با کتون ها و آروماتیک ها

۲- اپوکسی های پایه آبی متناسب با آب

۳- پلی اورتان ها متناسب با کتون ها و آروماتیک ها

۴- آلکیدها متناسب با آلیفاتیک ها و آروماتیک ها

 

قسمت دوم این نوشته:

آشنایی کاربردی با رنگ های صنعتی – قسمت دوم

ارسال دیدگاه