مقاله انواع پوشش و شکست های متداول

موضوع : مقاله انواع پوشش و شکست های متداول

توضیح : این فایل به صورت ورد و آماده چاپ می باشد

انواع پوشش و شكستهاي متداول :
مهمترين جزء يك پوشش ، رزين آن است . نوع رزين يا پليمر به قدري مهم است كه رنگ را برحسب آن نامگذاري و مي فروشند . پوشش الكيدي يا اپوكسي براي همه آشناست ولي كسي تا به حال نام پوشش دي اكسيد تيتانيم يا متيل اتيل كتون به گوشش نخورده است . در اين فصل ، انواع رزين يا پليمرهاي مورد استفاده در پوشش بهمراه نقاط ضعف و قوت آنها بحث مي شود . حتي در يك خانواده پوشش ، ممكن است پوششهاي با خواص فيزيكي و شيميايي كاملاً متفاوت وجود داشته باشد . يكي از جذابيتهاي علم پليمر ، گسترده بودن آن است مثلاً تغييرات جزئي در ساختار مونومر يك اكريليك ، پليمري با خواص كاملاً متفاوت ايجاد خواهد كرد. اپوكسي ممكن است سخت و شكننده يا نسبتاً نرم و انعطاف پذير باشد . در اين بحث هاي كلي بايستي مواظب استثناها بود .
رزين ها  و روغن هاي طبيعي :
قرنها است كه از اين مواد براي ساخت پوشش تزئيني و محافظ استفاده  مي شود . اين مواد از منابع طبيعي نظير باقيمانده گياهان ، حيوانات و فسيلها بدست مي آيند . هر چند روغنهايي مثل روغن بزرك يا روغن ماهي ، رزينهاي طبيعي هستند ولي به صورت جداگانه توضيح داده مي شوند .
 رزين هاي طبيعي :
بسياري از رزينها طبيعي از شيره درختان حاصل مي شوند كه براي حفاظت درخت در برابر بريدگيها و زخمها از آن تراوش مي نمايد . بسياري از آنها داراي گروه عامل كربوكسيل و اسيدي هستند كه اسيدي بودن آن برحسب عدد اسيد بيان مي شود (ميليگرم هيدروكسيد پتاسيم لازم براي خنثي كردن اسيد يك گرم رزين). رزين هاي طبيعي معمولاً وزن ملكولي نسبتاً بالا و در حالت خالص در دماي اطاق ، جامدند ، اغلب براي توليد روغن جلا ، آنها را با مقادير مختلف روغن نباتي ، حرارت مي دهند. رزين طبيعي باعث سختي ، جلا ، مقاومت در برابر رطوبت و بهبود زمان خشك شدن مي شود در حاليكه روغن نباتي باعث انعطاف پذيري و دوام مي شود .
المي ، كوپال ، دامار و روسين نمونه هايي از رزين هاي طبيعي هستند كه از درختان ، گياهان و فسيلها بدست مي آيند .
المي رزين نرم داراي محدوده ذوب C 120 – 80 و عدد اسيد پايين  (35 - 20) است كه از درختي در فيليپين بدست مي آيد . با بسياري از رزينها و حلالها سازگار است و به لعاب و جلا ، انعطاف پذيري مي بخشد .
بر خلاف المي ،كوپال ماده سخت داراي وزن ملكولي بالا و دماي ذوب بالا  (C 149) است و عدد اسيد آن در انواع نيوزيلندي 50 و در انواع آفريقاي مركزي 140 است . داراي مواد فسيل شده كه از درختان مختلف TROPICAL بدست مي آيد مي باشد كه اگر تحت دما و فشار ، تقطير نشود كاربرد كمي خواهد داشت . پس از تقطير ، جلاهاي با دوام و مقاومت اتمسفري عالي توليد مي نمايد . كوپال مانيلي كه در فيليپين يا هند شرقي بدست مي آيد فسيل نيست بلكه از Tapping درختان زنده بدست       مي آيد كه تا حدي نرمتر از كوپال فسيلي و در الكل قابل حل است . انواع فسيلي    سخت تر نيز در دسترس مي باشد .
دامار رزين نسبتاً نرمي با محدوده ذوب C113 – 70 و عدد اسيد پايين (30 - 20) است . دامار از درختان خاصي در هند شرقي بدست مي آيد و حتي در حلالهاي هيدروكربني ضعيف نيز قابل حل است .
اين ماده براي جلاها ، لعاب هاي نيتروسلولزي و حتي به عنوان اصلاح كننده در پوشش هاي الكيدي خاصي استفاده مي شود . دامار براقيت و دوام رنگ را بهبود  مي بخشد.
روسين كه به كولوفوني نيز معروف است يكي از كاربردي ترين رزين هاي طبيعي است كه داراي نقطه ذوب حدود C80 است . بسيار اسيدي( داراي عدد اسيد 180 - 150) و در الكل و هيدروكربنها قابل حل است . از Pine درختان تراوش مي شود و بصورت DOMESTICALLY مي تواند بدست آيد . از نظرشيميايي داراي مشتقات فنان ترين (هيدروكربن آروماتيك چند   هسته اي) نظير اسيد ابتيك (شكل 5-1)است.
روسين معمولاً مقاومت ضعيفي در برابر آب و قلياها دارد ، با گذشت زمان اكسيد   مي شود تا حدي TACKY است . بخاطر اين نواقص ، اغلب از روسين بعنوان PRECURSOR در ساخت ديگر رزين ها استفاده مي شود . وقتي روسين با گليسرول يا ديگر الكل هاي پلي هيدريك واكنش بدهد به محصولي بنام GUM استري تبديل مي شود كه ماده اي سخت و براي توليد جلا از آن استفاده مي شود . واكنش ، بين گروه اسيدكربوكسيليك (- COOH) روسين و گروه هيدروكسيل گليسرول براي توليد استر با وزن ملكولي بالاتر ، انجام مي پذيرد.
وقتي روسين با ايندريك مالئيك (شكل 5-2) و سپس با گليسرول (شكل5-3) واكنش بدهد استرهاي مالئيك روسيني ايجاد مي شود . عدم اشباع CONJUGATED روسين اوليه حذف مي گردد بنابراين دوام رنگ بيشتر مي شود و محصول كه داراي وزن ملكولي بالاتر است  TACKINESS روسين را ندارد . استرهاي مالئيك روسين همراه با روغن هاي نباتي براي توليد چسب هايي كه به مرور زرد نخواهد شد ، براي بهبود براقيت و سختي الكيدها و در ساخت جلاها استفاده مي شوند . شلاك يك رزين طبيعي است كه نسبت به موادي كه تاكنون توضيح داده شد داراي منشاء كاملاً متفاوت مي باشد . شلاك EXCRETION حشره LAC است كه بومي هند و تايلند  مي باشد.
EXCRETION خشك شده ، خرد و شسته مي شود سپس ذوب و بصورت ورقه هاي خشك مي شود كه در اثر شكسته شدن به پولكي تبديل شده ، سپس در الكل حل مي شود . براي توليد سيلرهاي KNOT و لعابها استفاده مي شود .
استفاده عمده رزين هاي طبيعي جلا است در ساخت جلا ، رزين طبيعي با روغن خشك كننده اي نظير روغن بزرگ پخت مي شود تا محلولي يكنواخت بدست آيد سپس اين محلول را رقيق مي نمايند تا وسيكوزيته آن به حدي برسد كه قابل كار كردن باشد . اين جلاها به نام جلاهاي اولئورزين معروفند كه هنوز هم براي كاربردهاي خاصي استفاده مي شود ولي عمدتاً توسط  رزين هاي مصنوعي كه كارايي بهتر و در حلالهاي پيراموني كمتر حل مي شوند جايگزين شده اند هرچند لغت«جلا » هنوز هم براي توصيف اين پوششهاي ترانسپارنت به كار مي رود تعداد كمي از آنها به معني واقعي كمه جلا هستند.
روغن ها :
عمده ترين رزين طبيعي معرفي ، روغنهاي نباتي و تا حد كمتري روغن ماهي است كه قرنهاست به منظور ايجاد پوششهاي تزئيني و حفاظتي استفاده مي شوند . در سدة نوزدهم و اوايل قرن بيستم ، اين مواد ، عمده ترين چسب رنگها بودند . هر چند رنگهايي كه فقط داراي چسب روغني باشند هنوز هم وجود دارند ولي بازار NICHE بصورت PRESER VATIVE هاي چوب و   فيلم هاي VARNISH دارند . با اين حال در ساخت پوششهاي پيچيده تر نظير الكيدها و اپوكسي استرها به مقدار زياد از اين روغنها استفاده مي شود.
گليسرول و انواع اسيدهاي چرب ، اسيدهاي كربوكسيلي هستند كه گروه هيدروكربني آليفاتيك اشباع شده يا نشده معمولاً به طول 17-15 اتم كربن دارند مثل اسيد اولئيك (شكل 5-4) . روغن (تري گليسريد) داراي ساختار معمولي (شكل 5-5) است كه R از انواع اسيدهاي چرب بدست مي آيد .
فرمول بعضي از مهمترين اسيدهاي چرب به قرار زير است .
اسيد استئاريك    CH3 (CH2) 16 COOH
 اسيد پالمتيك                 CH3 (CH2) 14
اسيد اولئيك                 CH3 (CH2)7 CH = CH (CH2)7 COOH
اسيد لينوئيك    CH3 (CH)4 CH =  CH CH = CH   = CH (CH2)7 COOH
اسيد لينولينك    CH3 CH = CH = CH CH = CH = CH CH = CH = CH (CH2)7 COOH
اسيد ري سيلنوليك     CH3 (CH2)5 COH HCH2 CHCH = CH (CH2)7 COOH
اسيد الئوستريك    CH3 (CH2)3 CH = CH CH = CH CH = CH (CH2)7 COOH
روغنهاي طبيعي داراي يك تري گليسريد كه از گليسرول و يك اسيد چرب ساخته شده باشد نيستند بلكه داراي مخلوطي از تري گليسريدهايي هستند كه از اسيدهاي چرب مختلف آمده است . جدول 5-1 تركيب بعضي از روغنهايي كه بيشتر استفاده مي شوند را نشان مي دهد ]1[
تركيب روغن از روي نام روغن مشخص است بجز مواردي مثل روغن بزرك كه از PLAX بدست مي آيد و روغن TALL كه محصول فرعي ساخت كاغذ KRAFH از PULP چوبي است.
روغنها به سه دسته روغنهاي خشك شوند ،نيمه خشك شونده و غير خشك شونده تقسيم مي شوند . روغنهاي خشك شونده در اثر تماس با هوا فيلم جامد نسبتاً سخت ايجاد مي نمايند . روغن هاي نيمه خشك شونده فيلم هاي TACKY و روغنهاي غير خشك شونده عمدتاً بصورت مايع و باقي مي مانند اينكه روغن به كداميك از اين سه دسته تعلق دارد عمدتاً به مقدار پيوند دوگانه كربن – كربن يا عدم اشباع اسيدهاي چرب مانند اين روغنها بستگي دارد .
مكانيزم خشك شدن يا پيوندعرضي روغن كاملاً پيچيده و شامل اكسيد شدن پيوندهاي دوگانه است كه با ايجاد راديكال آزاد شروع مي شود . راديكال ملكولي است كه داراي الكترون غير اشتراكي باشد پروكسيدها و هيدرپروكسيدها (ROOH) كه معمولاً به مقدار كم وجود دارند به طور جزئي عامل ايجاد راديكالهاي آزاد هستند (شكل 5-6)
اين راديكالها آزاد اتم هيدروژن را به سمت ملكول متيلن CH2 در مجاورت پيوند دوگانه مي نمايد .
بنابراين در يك يا چند گروه از اسدهاي چرب روغن ، توليد راديكال آزاد مي نمايند . دو راديكال آزاد روي دو ملكول تري گليسريد مجزا با هم تركيب مي شوند تا ذره خنثي ايجاد نمايند بنابراين اين واكنشهاي انتشار و تراكم زنجيره (پيوند عرضي= CROSS LINKING)  آغاز مي شود كه منجر به افزايش جزئي وزن ملكولي و توليد فيلم جامد نسبتاً سخت مي شود . كل فرايند به نام اكسيد اسيون خود بخود معروف است .
سرعت واكنش اكسيد اسيون خود بخود مي تواند كاملاً كم باشد كه براي سرعت بخشي از كاتاليست استفاده مي شود اين كاتاليست يا «خشك كن» اغلب نمك هاي اسيدهاي كاتانويك يا نفتنيك است . بعضي از آنها نظير نمكهاي كبالت و منگنز عمدتاً پيوند عرضي در سطح پوشش را كاتاليزه نموده كه به خشك كن هاي سطحي معروفند . ديگر كاتاليست ها نظير نمكهاي زيركونيم ، پيوند عرضي در حجم پوشش را كاتاليزه مي نمايند و به خشك كن هاي حجمي معروفند .
هر چند پوششهاي پايه روغني با فرمول صحيح طي چند ساعت خشك و قابل لمس مي شوند فرايند پيوند عرضي اكسيد اسيون تا چند سال مي تواند ادامه يابد واكنش راديكالهاي آزاد ممكن است منجر به تورق پيوند و در نتيجه محصولات فرعي با وزن ملكولي پايين ايجاد نمايد . بنابراين پوششهاي پايه روغني با روغنهاي خشك شونده طي گذشت چند سال ، ترد و بيرنگ مي شوند .
بر خورد با پوششهاي داراي چسب هايي كه فقط از روغنهاي طبيعي درست شده اند نسبتاً نادر است وقتي اين پوششها به تنهايي استفاده شوند اين روغن ها پوششهايي نرم (ولي با گذشت زمان ترد خواهند شد) ، مقاومت ضربه ، مقاومت سايش و مقاومت شيميايي ضعيفي دارند . با اينحال اين روغنها به صورت گسترده در دسته بعدي پوششها ـ الكيدها و استرهاي اپوكسي استفاده مي شوند .
فهرست مطالب
انواع پوشش و شكستهاي متداول :    1
رزين ها  و روغن هاي طبيعي :    1
رزين هاي طبيعي :    2
روغن ها :    4
الكيدها و اپوكسي استرها :    7
5 . 2 .1 الكيدها :    7
استرهاي اپوكسي :    11
5 .3 اپوكسي ها :    12
5 . 3 . 2 انواع شكست اپوكسي :    17
5 . 4 اپوكسي هاي اصلاح شده :    22
5 . 4 . 1 اپوكسي هاي اكريليك :    23
5 . 4 . 2 اپوكسي هاي قطران :    23
5 . 4 . 3 فنوليكهاي اپوكسي :    24
5 . 5 فنوليكها :    25
5 . 5 . 1 فنوليك هاي RESOLE  :    25
5 .2 .2 فنوليكهاي novalac :    26
5 . 5 . 3 انواع شكست فنوليكها :    26
5 . 6 آمينو رزين ها :    27
5 . 7 . اكريليك ها :    29
5 . 7 . 1 اكريليك هاي محلولي :    30
5 . 7 . 2 پوششهاي اكريليك latex :    32
5 . 7 . 3 اكريليك هاي ترموست :    36
مشكلات احتمالي پوششهاي اكريليك/ MF عبارتند از :    38
5-8 پلي استرها :    39
5 . 8 . 1 پلي استرهاي اصلاح شده :    39
5 . 8 . 2 پلي استرهاي اشباع نشده :    43
5 . 9 پلي يورتانها :    44
5 . 9 . 1 پوششهاي دو جزئي پلي ايزوسيانات / پوليول :    46
5 . 9 . 2 پور الكيدها :    50
5 . 9 . 3 پلي يورتانهاي گيرش يافته با رطوبت :    51
5 . 9 . 4 لعابها و dispersion هاي پلي يورتان :    53
5 . 9 . 5 پلي يورتانهاي دو جزئي water – borne :    53
5 – 10 وينيل ها:    54
5 . 10 . 1 وينيل هاي محلولي :    55
5 . 10 . 2 پلاسيتسولها و ارگانوسولها :    55
5 . 10 . 3 وينيل فلورايدها :    57
5 .10 .4 پلي (وينيل بوتيرال)    57
5 . 10 . 5 : وينيل هاي  latex :    58
5 . 11 پوششهاي قيري :    59
5 – 12 پوششهاي غير آلي و سيليكوني اصلاح شده :    63
5 . 12 . 1 پوششهاي سيليكوني :    63
5 .12 . 2 پوششهاي سيليكاتي :    65