0
02126246958

پوشش های پلیمری قسمت سوم(طبقه بندی بر اساس نوع عملکرد)

تهیه مطلب: فاطمه حاجی محمدی

 

 

پوشش پلیمری به نوعی پوشش و یا رنگ گفته می‌شود که از مواد پلیمری ساخته می‌شود .پوشش هایی مانند رنگ های پلیمری یا لاک الکل و… که می‌توانند انسجام و حفاظت بسیار زیادی را در برابر خوردگی به وجود بیاورد.

پوشش های پلیمری از مدت ها پیش مجهز به فناوری بالایی بوده و این درحالی است که می‌توانند از سایش ماده جلوگیری کنند و انطباق بسیاری را فراهم نمایند. 

پلیمر ها با داشتن خاصیت آب بندی و آب گریز نمودن سطوح می توانید یک پوشش قابل اطمینان برای انواع متریال ها باشد که در معرض رطوبت هستند. پوشش های پلیمری برای انواع مختلف مواد مصرفی طبقه بندی می شود.

 

برای مطالعه درباره پوشش های پلیمری اینجا کلیک کنید.

 

وب سایت عصر مواد مطالبی را در جهت معرفی پلیمر ها و پلیمر های هوشمند و انواع آن از جمله پلیمر های خودترمیم شونده،پلیمر های فتوکروم،پلیمرهای الکترو فعال و پلیمر های حافظه شکلی ارئه کرده است و قصد دارد در این مطلب به معرفی پوشش های پلیمری بپردازد.

 

طبقه بندی بر اساس نوع عملکرد:

 

همانطور که گفته شد پوشش های پلیمری را می توان بر اساس نوع بایندر و نوع عملکرد آن تقسیم کرد که قصد داریم در این مطلب آن هارا بر اساس نوع عملکرد طبقه بندی کنیم.

برای مطالعه درباره طبقه بندی این پوشش ها بر اساس نوع بایندر اینجا کلیک کنید.

 

پوشش های پلیمری را می توان بر اساس عملکرد به انواع مختلف زیر تقسیم کرد:

 

  • پوشش های پلیمری آبگریزی یا آب دوستی
  • پوشش های پلیمری رسانای الکتریکی
  • پوشش های پلیمری ضد خوردگی (anticorrosive)
  • پوشش های پلیمری خود تمیز شونده (self-cleaning)
  • پوشش های پلیمری ضد خزه
  • پوشش های پلیمری ضد میکروب
  • پوشش های پلیمری خود ترمیم شونده (self- healing)

 

که در ادامه به معرفی برخی از آنها پرداخته می شود.

 

۱پوشش های پلیمری رسانای الکتریکی:

 

این نوع پوشش های پلیمری می توانند به دو صورت ماتریس پلیمری رسانا و یا ذرات رسانا در یک ماتریس غیر رسانا موجود باشند. . از هر دو نوع پوشش ( پوشش های پلیمری ذاتا رسانا و پوشش کامپوزیتی رسانا) هم با رسانایی کم و هم با رسانایی بالا استفاده می شود. نمونه هایی از پوشش های با رسانایی کم ، پوشش های آنتی استاتیک هستند که به منظور کاهش یا از بین بردن الکتریسیته ساکن، به عنوان مثال روی بسته بندی پلیمری قطعات الکترونیکی ، و هم چنین جلوگیری از تجمع بار در لنزهای نوری استفاده می شوند. معمولا این پوشش ها به مقاومتی برابر با Ω/sq 10۴–۱۰۱۰ نیاز دارند. از پوشش های پلیمری با رسانایی بالا به عنوان نمونه در لیدهای (lead) الکتریکی استفاده می شود.

از پوشش های پلیمری رسانا برای محافظت در برابر خوردگی نیز استفاده می شود. یکی از انتخاب ها برای این منظور استفاده از پلیمرهای رسانا مانند پلی آنیلین (polyaniline) است. گزینه دیگر پوشش های کامپوزیتی رسانا می باشد، به عنوان مثال کامپوزیت هایی که حاوی یک پرکننده فلزی فداشونده (sacrificial) هستند و یا کامپوزیت های حاوی پرکننده نسبتا ارزان مانند CB. در این حالت رسانایی تا حد زیادی به نوع پرکننده و اینکه آیا کسر حجمی پرکننده مورد استفاده پایین تر یا بالاتر از آستانه پرکولاسیون (percolation threshold) است، بستگی دارد.

کاربرد دیگر پلیمرهای رسانا ، استخراج انرژی به عنوان مثال در سلول های پلیمری فتوولتائیک است. از این پلیمرها در حسگرها نیز استفاده می شود به عنوان مثال ، به عنوان ضریب حرارتی مثبت ماده مقاوم. در چنین کامپوزیتی کسر حجمی پرکننده دقیقا بالاتر از آستانه پرکولاسیون است به طوری که با افزایش اندک دما ، بسیاری از ذرات به دلیل انبساط حرارتی ماتریس پلیمر جدا می شوند و این مسئله منجر به افزایش زیاد مقاومت می گردد.

 

۲پوشش های پلیمری دریایی:

 

پوشش های دریایی پوشش های پلیمری هستند که در صنایع دریایی به منظور محافظت از کشتی ها، تانکرها، سکوهای دریایی، دریچه ها و فیلترها، خطوط لوله و غیره در شرایط سخت آب و هوایی مورد استفاده قرار می گیرند. به طور کلی این پوشش ها باید خواص مکانیکی عالی و حداکثر مقاومت در برابر آب دریا، نور خورشید، موجودات دریایی، مواد شیمیایی، سایش و خوردگی داشته و از چسبندگی بسیار خوبی با زیرلایه برخوردار باشند. با این حال، برای هر قسمت از کشتی باید از پوشش مناسب با خواص ویژه استفاده نمود. به عنوان مثال، در قسمت زیرین کشتی معمولا متشکل از یک پرایمر ضد خوردگی همراه با یک رویه ضد خزه (antifouling) می باشد. پرایمرهای دو جزئی اپوکسی یکی از پرکاربردترین موادی هستند که در تهیه پوشش های پلیمری دریایی استفاده می گردند. یکی از مشخصات منحصر به فرد پوشش های دریایی در قسمت غوطه ور در آب ، لزوم محافظت سطوح از چسبندگی و رشد موجودات دریایی است. این موجودات شامل حیوانات زنده ، جلبک یا لجن هستند که اگر با استفاده از پوشش های ضد خزه کنترل نشوند ، به سطح چسبیده و به سرعت رشد می کنند. پوشش های ضد خزه در صنعت دریایی تقریباً ۵۰٪ از حجم کل پوشش های مورد استفاده را تشکیل می دهند.

در قسمت های فوقانی کشتی که شامل پوسته بالای آب ، فضای داخلی و عرشه است، از پوشش های پلیمری استفاده می شود که علاوه بر حفظ رنگ و پرداخت انجام شده، از صدمات ناشی از مه نمکی ، سایش ، اشعه ماوراء بنفش ، انبساط و انقباض بدنه محافظت می کند. پرداخت هایی که برای قسمت های فوقانی کشتی های تجاری و سکوهای دریایی استفاده می شود اکثرا از جنس آلکیدها یا آکریلیک ها می باشد که علت آن سهولت در نگهداری و تعمیر است. علاوه بر این، سطوح و عرشه کشتی هنگام خیس شدن ممکن است بسیار لغزنده هستند. بنابراین، استفاده از پوشش های ضد لغزش برای محافظت از کارمندان و مسافران در برابر حوادث ضروری است. این پوشش هم چنین باید بتواند در برابر ساییدگی و پارگی ناشی از رفت و آمد مقاومت کند.

 

۳پوشش های پلیمری خود ترمیم شونده:

 

پوشش های خود ترمیم شونده پوشش هایی هستند که توانایی ترمیم آسیب های ایجاد شده در اثر عوامل مختلف را دارند. استفاده از این پوشش ها در صنایع نظامی، هوانوردی، خودرو و ساختمان سازی از اهمیت زیادی برخوردار است. برای انجام یک روند ترمیمی موفقیت آمیز ، باید الزاماتی برآورده شود که عبارتند از:

الف- وجود مکانیسم های شناسایی و تشخیص محل آسیب و فعال سازی فرآیند ترمیم.

ب- عوامل ترمیم کننده: وجود مؤلفه های بیرونی یا ذاتی که روند ترمیم را انجام می دهند.

ج- انتقال عوامل ترمیم کننده به مکان های آسیب دیده: وجود یک نیروی محرکه در داخل ماده یا یک فاز یا مؤلفه ای از آن.

د- بازسازی یا تعمیر موضعی: وجود یک مکانیسم ترمیم شوندگی که می تواند مستقل باشد یا به یک محرک انرژی نیاز داشته باشد به عنوان مثال ، اشعه ماوراء بنفش ، دمای موضعی ، انرژی جنبشی بالا .

روش های فعال سازی ترمیم شوندگی پوشش های پلیمری را می توان از جنبه های مختلف دسته بندی نمود به عنوان مثال ترمیم شوندگی مستقل و غیر مستقل ( تحریک شده) ، برگشت پذیر و غیر قابل برگشت ، بیرونی (extrinsic) و ذاتی (intrinsic) . خود ترمیمی بیرونی یا غیرذاتی شامل اضافه کردن مولفه های بیرونی به فرمولاسیون می باشد که جزئی از شبکه اصلی پلیمر نیستند (به عنوان مثال کپسول های پر شده یا شبکه های مویرگی). مزیت این روش آن است که ترمیم به صورت کاملا مستقل انجام می پذیرد و به هیـچ عامـل تحریـک بیرونی نیـاز ندارنـد. نتیجه این امر، افزایـش ایمنـی و هم چنین اطمینان از کارایی پوشـش است. در پوشش های خود ترمیمی ذاتی، عوامل ترمیم کننده ای وجود دارند که به طور معمول جزئی از شبکه می باشند. در این نوع پوشش ها، فرایند ترمیم قابلیت تکرار دارد و توانایی آنهـا در بازگردانـدن خـواص، ذاتـی اسـت. اکثر روش های ترمیم شونده ذاتی بر اساس پیوندهای شیمیایی یا فیزیکی صورت می گیرند.

 

۴پوشش های پلیمری ابر آبگریز (superhydrophobic):

 

به کارگیری پوشش های پلیمری ابرآبگریز علاوه بر اینکه مقاومت سطح در مقابل آب افزایش می یابد، مزایای دیگری همچون بهبود خاصیت ضدخوردگی، مقاومت به سایش و استحکام پیوستگی (cohesion) نیز به همراه دارد.

پوشش های ابر آبگریز می توانند در بسیاری از کاربردها مورد استفاده قرار گیرند به عنوان مثال برای جلوگیری از یخ زدگی در هوای سرد و بهبود خود تمیز شوندگی ناشی از آب باران بر روی سطوح در فضای باز ( خودروها ، ساختمان ها، آنتن ها ، چراغ های راهنمایی و غیره)، کاهش پدیده کرونا (corona activity) در سطح هادی های خطوط انتقال در شرایط بارانی ، تولید پارچه های ضد آب و لکه و کاهش اصطکاک در آب ( پوشش های قایق یا لباس شنا ) ، محافظ سطحی برای بناها و آثار تاریخی، کاهش خوردگی در بدنه کشتی ، خودرو و  صنایع لوله کشی و کاهش اصطکاک در ریزسیال ها (microfluidics).

در سال های اخیر استفاده از پوشش های ابر آبگریز در پزشکی مورد توجه زیادی قرار گرفته است. زیست سازگاری (biocompatibility) و تعامل سلولی فاکتور مهمی در طراحی مواد زیستی است. پوشش های ابرآبگریز به دلیل داشتن خواص سطحی ویژه ، گزینه خوبی هستند. زیست پذیری سلول بر پوشش های فوق آبگریز را می توان با تنظیم شیمی سطح کنترل کرد. علاوه بر این ، سازگاری خونی یک موضوع مهم در مواد زیستی است. تشکیل لخته بر روی سطح مواد زیستی در تماس با خون آنها را محدود می کند. پوشش های ابر آبگریز خون سازگاری بسیار خوب همراه با جذب فیبرینوژن کم و فعال سازی پلاکت از خود نشان می دهد. این پوشش های پلیمری در کشتن باکتری های موجود روی سطح وسایل و دستگاه های پزشکی بسیار کارآمد می باشند. علاوه بر این ، ابرآبگریزی یک پارامتر مناسب برای رهایش کنترل شده در سامانه های رهایش دارو است.

پوشش های پلیمری ابرآبگریز معمولا با استفاده از موادی با انرژی سطحی پایین ساخته می شوند. پلی تترا فلوئورو اتیلن (PTFE) یکی از پرکاربردترین پلیمرهای حاوی فلوئور است که می تواند باعث ایجاد ابرآبگریزی شود. از پلی سیلوکسان ها و سیلیکون ها نیز می توان در تهیه پوشش های پلیمری ابرآبگریز استفاده نمود. آبگریز بودن مواد را می توان با وارد گروه های آلی مانند  -CF۳ ، -CH۳ و -CH۲– و غیره در ساختار پلیمر بهبود بخشید. علاوه بر این، با افزودن نانوذرات اکسیدی (مانند TiO۲ ، SiO۲ ، ZnO و غیره) به پوشش می توان خاصیت ابرآبگریزی ایجاد کرد.

 

۵- پوشش های پلیمری ضد خوردگی:

 

پوشش ها نقش مهمی در کنترل خوردگی دارند و می توان آن ها را به سه نوع طبقه بندی کرد:

 

الف- پوشش های سدکننده (barrier coatings)

ب-  پوشش های بازدارنده (inhibitive coatings)

ج-  پوشش های فداشونده (sacrificial coatings)

 

الف- پوشش های پلیمری سدکننده:

 

با استفاده از پوشش های پلیمری سدکننده می توان مانع از ورود آب، اکسیژن و سایر ترکیبات خورنده به زیرلایه شد و بدین ترتیب از بروز خوردگی جلوگیری کرد. پوشش های پلیمری که برای این منظور استفاده می شوند حاوی فلوئوروپلیمرها و رزین های اپوکسی با چگالی اتصالات عرضی بالا هستند. این پوشش های پلیمری با مواد آبگریز و رنگدانه های ورقه ای (lamella pigments) مانند فلیک (flake) آلومینیوم فرموله می گردند تا مقاومت الکتریکی بالا و چسبندگی خوب حتی در شرایط مرطوب حاصل شود. از پوشش های پلیمری سدکننده به عنوان آستر داخلی مخازن نگهداری آب ، مواد غذایی و شیمیایی و غیره استفاده می گردد.

 

ب- پوشش های پلیمری بازدارنده:

 

پوشش های پلیمری بازدارنده معمولا شامل یک پرایمر هستند که در تماس با زیرلایه می باشد. به طور کلی ، پوشش های بازدارنده سرعت واکنش الکتروشیمیایی را که باعث خوردگی می شود از طریق رنگدانه ها کاهش می دهند، رنگدانه ها نیز این عمل را از طریق پلاریزاسیون انجام می دهند. رنگدانه های بازدارنده یون های اکسید کننده را در داخل الکترولیت آزاد می کنند. این یون ها با تسهیل رشد لایه های سطحی محافظ ، خوردگی را کاهش می دهند که این فرایند را غیرفعال سازی (passivation) می نامند.

پوشش های پلیمری بازدارنده عموما از آلکیدها، استرهای اپوکسی ، فنولیک ها و غیره تهیه می شوند. این پوشش ها معمولا در شرایط محیطی سخت قابل استفاده نیستند، به عنوان مثال برای غوطه وری طولانی مدت در آب شیرین و یا در محیط های با رطوبت و دمای بالا مورد استفاده قرار نمی گیرند. با این حال می توان از آنها در تهیه پرایمرهای خودرو ، هواپیما و کویل استفاده نمود.

 

ج- پوشش های پلیمری فداشونده:

 

 این پوشش های پلیمری از یک فلز ( مانند آلومینیوم، منیزیم، روی ) تشکیل می شوند که به جای فولاد، آن فلز دچار خوردگی و زنگ زدگی می شود. در این میان، پوشش های غنی از روی (zinc-rich coatings) بیشترین کاربرد را جهت حفاظت از سطوح فولادی دارند. به منظور انجام عملکرد فداشوندگی این  پوشش ها باید به طور مستقیم بر روی زیرلایه اعمال شوند. بنابراین در پوشش های چندلایه به عنوان پرایمر مورد استفاده قرار می گیرند.

بایندرهایی که در تهیه پوشش های غنی از روی استفاده می شوند می تواند از نوع آلی ( اپوکسی ، لاستیک های کلردار، پلی یورتان، پلی وینیل ها ) یا معدنی ( آلکیل سیلیکات ها، سیلیکات های قلیایی) باشد.

مقاومت محیطی و شیمیایی انواع پوشش های پلیمری در محلول های اسیدی، بازی، نمک و محلول های آلی

قدرت پوشش های پلیمری در محافظت از خوردگی فلز پایه تابع میزان خنثی بودن شیمیایی و عدم نفوذ پذیری آنهاست. این پوشش ها از دو بخش اصلی ساخته می شوند که به رنگ دانه (Pigment) و حامل (Vehicle) مرسوم هستند.

عوامل سازنده ی پوشش های پلیمری در حامل موجود است که پس از خشک کردن به صورت لایه ی جامد روی سطح فلز در می آیند. علاوه بر این رنگ دانه نیز با حامل منتقل می شود. حامل می تواند روغنی یا رزینی باشد، اگرچه کاربرد صنعتی انواع روغنی آن محدود است. تقریبا از اکثر پلیمرها می توان به عنوان عامل سازنده ی لایه ی پوشش های پلیمری استفاده کرد. اما ترکیبی از چند نوع برای رسیدن به خواص مورد نیاز انتخاب می شود. خواص پلیمرها به عنوان پوشش همانند خواص توده ی آن هاست.

رنگ دانه در صورتی که به حامل اضافه شده باشد رنگ کدری، قابلیت سیلان مناسب را به پوشش می دهد. علاوه بر این رنگ دانه وظیفه ی محافظت فلز پایه در مقابل خوردگی و محافظت حامل پلیمری در مقابل اثر مخرب اشعه ی ماورای بنفش را به عهده دارد.

 

 

 

 

 

ارسال دیدگاه