خانه / انواع رنگ ها / اثر مواد آلی فرار -VOC در ایجاد فن آوری جدید رنگ های محافظ خوردگی

اثر مواد آلی فرار -VOC در ایجاد فن آوری جدید رنگ های محافظ خوردگی

هدف از انجام این مطالعه بررسی ملاحظات زیست محیطی در تولید رنگ های صنعتی و محافظ در مقابل خوردگی می باشد.مطابق تحقیقات انجام شده در دهه ۷۰ یکی از منابع آلوده کننده محیط زیست حلال های آلی مورد استفاده در صنایع شیمیایی خصوصاً صنایع رنگ سازی و رزین سازی و صنایع وابسته به آنها بوده است. متعاقب نشست های بین المللی و تصویب قوانین در مورد میزان مجاز آلودگی محیط زیست، در دهه ۸۰ حرکت به سمت شیوه های نوین اعمال رنگ و تهیه ترکیب های جدید سازگار با محیط زیست در دستور کار مراکزتحقیقاتی صنایع رنگ قرار گرفت. به دنبال آن محصولاتی با مقدار مواد فرار کمتر تهیه و روانه بازار مصرف شد. این مقاله سعی دارد ضمن تاکید بر اهمیت مضر بودن آلاینده های محیط زیست بررسی اجمالی بر روی ترکیب های جدید مواد رنگی محافظ در مقابل خوردگی در قالب سامانه های پر جامد ، سامانه های رنگ پودری ، سامانه های پایه آبی و سامانه های پخت شونده با اشعه داشته باشد.

 

مقدمه
از حلال های آلی در بسیاری از فرایندهای صنعتی استفاده می شود آنها به علت فراریت زیاد می توانند در بسیاری از فرایندها به طور مستقیم و یا به طور غیر مستقیم وارد اتمسفر شوند. تاثیرات آنها بر روی چهار مورد مهم در اتمسفر که عبارت است از لایه ازون، اثر گلخانه ای، باران اسیدی و واکنش فتو شیمیایی مطالعه شده است.
بر طبق مطالعات انجام شده در مرکز کنترل آلودگی هوا در لوس آنجلس حلال های آلی به دو دسته تقسیم می شوند:
حلال های فعال که قادرند تولید ازون نمایند.
حلال های غیر فعال که تولید ازون نمی کنند.
حلال های فعال می توانند در مه های فتوشیمیایی که با وجود اکسید نیتروژن و تشعشعات ماورای بنفش ایجاد می شود تولید اکسیژن اتمی کنند که در ترکیب با اکسیژن اوزن ایجاد می شود.
در سال ۱۹۵۰ آلودگی هوا در شهر های لندن و سانفرانسیسکو مشکلات زیست محیطی زیادی پدید آورد که علت آن وجود پر اکساید نیتریت بود.در واقع اوزن تشکیل شده ناشی از فعالیت پراکساید نیتریت و اکسید نیتروژن و مواد آلی بود.
حلال های غیر فعال حلال هایی هستند که در مجاورت نور تخریب و تولیدCO2 و رادیکال های آزاد OH می کنند. CO2 در ایجاد اثر گلخانه ای و تشکیل باران اسیدی نقش به سزایی دارد. البته تشکیل CO2 ناشی از تخریب حلال های آلی موجود در رنگ ۰۰۰۱/۰ میزان آن در سوخت های فسیلی است.
آلودگی لایه ازون تروپوسفری و وجود ازون در لایه های پایین جو اثر ناخوشایندی بر سلامتی انسان ها ، جنگل ها و مراتع دارد لذا فعالیت هایی در سطح بین المللی در زمینه کنترل این آلودگی ها صورت گرفته است. مطابق آمارهای ارائه شده ، صنایع خودرو سالانه بالغ بر ۱۵۰۰۰ تن حلال های آلی مصرف می کردند به همین منظور قوانین و مقرراتی در اروپا برای کاهش میزان VOC ناشی از مصرف حلال های آلی خصوصاً در صنایع رنگ و رزین وضع گردید.
نصب برچسب زیست محیطی بر روی محصولات، انتشار جزوات راهنما برای محدودیت های وضع شده ، تدوین استانداردها و روش های اندازه گیری مقدار VOC از جمله اقدامات اولیه بودند. در سال ۱۹۹۳ طی یک توافقنامه بین المللی تصویب گردید که تا سال ۱۹۹۹ میزان VOC به مقدار ۳۰% در سال کاهش یابد مطابق توافقنامه به عمل آمده میزان ازون مجاز به مقدار g/m3µ۱۱۰ تعیین گردیده است. در حال حاضر برای کاهش VOCدر صنایع رنگ سازی و تولید مواد اولیه رنگ اقدامات مناسب صورت گرفته است. اهم فعالیت مراکز تحقیقاتی و دانشگاهی بر روی محورهای جایگزین بر ساختن ترکیب های جدید، روش های اعمال مناسب یا ترکیبی از هر دو استوار شده است.
در مورد جایگزینی ترکیب های جدید تحقیقات روی چهار بخش رنگ های پرجامد و بدون حلال ، رنگ های پودری، رنگ های پایه آبی و رنگ های پخت شونده با اشعه متمرکز شده است. البته توسعه هم زمان این سامانه ها ، مشارکت بهتر بین مراکز تحقیقاتی و تولید کنندگان برای بهبود دیدگاه عمومی نسبت به شرکت هایی که محصولاتشان از دیدگاه تجارتی صدمات کمتری به محیط زیست وارد می کند، را می طلبد.
با توجه به اینکه بعد از صنایع خودرو سازی ، بیشترین مصرف رنگ های مایع در صنعت به منظور حفاظت سطح از عوامل خوردگی مصرف می شود لذا موضوع اصلی این مقاله بر روی انواع رنگ های حفاظتی ممانعت کننده از خوردگی متمرکز شده است.
راه های کاهش VOC در صنایع رنگ
۱-جایگزینی ترکیب های جدید
الف-رنگ های بدون حلال و پرجامد
در اوایل سال ۱۹۹۰ سامانهHSP تقریباً ۱۰% حجم بازارهای تجارتی اروپا و آمریکا را به خود اختصاص داده بودند و پیش بینی ها نشان می داد که این رشد تا سال ۲۰۰۰، به ۱۴-۱۲% برسد. رنگ های پایه حلال سنتی نوعاً دارای ۴۰-۸% جامد هستند. در حالیکه در رنگ های پرجامد مقدار مواد غیر فرار افزایش یافته و بسته به نوع ترکیب بین ۱۰۰-۴۵% می باشد. در ترکیب این رنگ ها به منظور کاهش گرانروی از رزین های با وزن مولکولی ۲۰۰۰-۵۰۰ استفاده می شود. این رزین ها دارای محمل های فعالی هستند که به فرایند بسپار شدن و افزایش درجه شبکه ای شدن کمک می کند.رنگ های پرجامد عمدتاً یک جزئی یا دو جزئی و بر پایه رزین های اکریلیک، الکید، اپوکسی، پلی استر یا پلی یورتان هستند. این رنگ ها می توانند در شرایط مختلف از جمله دمای کم و در برابر هوا یا در برابر حرارت در محیط کوره سخت شوند. کاهش میزان حلال در این رنگ ها معایبی را هم ایجاد کرده است از جمله:
۱-دقت فراوان در آماده سازی سطح ، زیرا حلال های موجود در رنگ های سنتی قادرند چربی و آلودگی های دیگر را از بین ببرند.
۲-کاهش سهولت در تمیز کاری لوازم و تجهیزات رنگ آمیزی پس از اعمال رنگ های پرجامد به وسیله روش های اعمال سنتی ویا تجهیزات مخصوص برای رنگ های ۱۰۰% جامد اعمال می شوند. گاهی اوقات برای رنگ های با گرانروی بالا لازم است فشار هنگام اعمال از طریق افشانش افزایش یابد یا از دما برای کاهش گرانروی کمک گرفته شود که در این صورت تجهیزات اعمال رنگ باید به امکانات خاصی مجهز شوند.
یک نوع از رنگ های پرجامد ، رنگ های بدون حلال می باشند.رزین های مصرفی در این نوع رنگ ها پلی استر همراه رقیق کننده های فعال، رزین ملامین با عوامل ایجاد کننده پیوند عرضی پلی ایزوسیانات است. اخیراً دی ال ها ی الیگومر با ایزوسیانات با گرانروی کم تهیه شده که خواص پوشش عالی با مقدار VOC خیلی کم را دارد.
رنگ های پودری
رنگ های پودری مواد خشک و جامد متشکل از رزین، رنگدانه و مواد افزودنی هستند که حداکثر می تواند ۱۰% مواد فرار را هنگام حرارت دادن آزاد کنند. مشخصات کاربردی مناسب و استثنایی، خواص پوششی خوب و آلودگی کم زیست محیطی سبب رشد مصرف این نوع رنگ در اروپا و آمریکا شده و در حال حاضر ۱۶% حجم بازار فروش را به خود اختصاص داده است. این رنگ ها در دو دسته گرمانرم با رزین هایی با وزن مولکولی زیاد نظیر پلی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی آمیدها،پلی استر های گرما نرم، پلی وینیل کلراید، فلوئور پلیمرها و گرما سخت با رزین هایی با وزن مولکولی کم نظیر اکریلیک، اپوکسی/پلی استر هیبرد، یورتان/پلی استر طبقه بندی می شوند.معمولاً این رنگ ها با افشانش مخصوص به صورت ذرات معلق پودر در هوا که بار الکتریکی شیئی هستند، بر روی شیئی پرتاب و در سطح آن می نشیند و سپس تحت عمل حرارت، ذوب و تشکیل لایه می دهند. از جمله مزایای این رنگ حذف مشکلات حاصل از شره کردن ، طبله کردن،اختلاط مایع و پمپ کردن آن و مشکلات تنظیم گرانروی می باشد. از سوی دیگر رنگ های پودری به راحتی می توانند لبه های تیز جسم با هر شکل را پوشش دهند . مصرف انرژی در این سامانه کم و مصرف ماده به هنگام رنگ آمیزی به ازای هر واحد سطح نسبت به رنگ های پایه حلالی سنتی کمتر می باشد. در ضمن امکان بازیافت مواد اضافی استفاده نشده هنگام افشانش هم وجود دارد. امکان به کارگیری این نوع پوشش روی زیرآیندهای مختلف از جمله زیرآیند آلومینیومی ، فولادی و برای کاربردهای مختلف وجود دارد.بسته به نوع ترکیب این رنگ ها خواص مختلف از جمله خواص تزیینی، خاصیت ضد خوردگی، مقاومت در مقابل سایش، عایق الکتریکی و مقاومت در برابر اشعه ماورا بنفش را ایجاد می کند. از جمله معایب این رنگ ها محدود بودن فام آنها و ظاهر فیلم است.همچنین برای زیرآیندهای حساس به حرارت مناسب نیستند.
نشست دادن بخار یون روی سطح
یک روش جایگزین برای زیرلایه های محتوی کرومات نشست بخار یون روی سطح IVD است. IVD فرایندی است که طی آن قطعات در یک محفظه مخصوص پوشش داده می شوند. محفظه کاملاً غیر قابل نفوذ هوا و بسته می باشد و با یک گاز خنثی مثل آرگون پر شده است. در نتیجه پتانسیل منفی بالایی که بر روی سطح زیرآیند اعمال می شود، گاز خنثی یونیزه می شود. یون های مثبت در محیط گاز خنثی یونیزه شده و به سوی زیرآیند دارای بار مخالف که سطح کاملاً تمیز دارد پرتاب می شوند و به علت وجود بارهای مخالف به آن می چسبند. مواد پوشش دهنده مثل آلومینیوم به محفظه وارد، ذوب و بخار شده و یونیزه می شود و این بخار یونیزه است که به سطح زیرآیند می چسبد و تولید پوشش محافظ می نماید.IVD آلومینیوم پوششی نرم ،با چسبندگی خوب ایجاد می کند که عمدتاً برای محیط های خورنده مناسب است. البته این نوع پوشش کاربرد خاصی دارد.
رنگ های پایه آبی
جایگزین بعدی برای آستر و رنگ رویه پایه حلالی، رنگ های پایه آبی هستند.پوشش های پایه آبی در ترکیب خود حاوی آب به عنوان حلال اصلی محیط پراکنش می باشند. اما با این وجود حاوی ۲۰-۵ % حلال های آلی نیز هستند که به تر شدن ، کنترل گرانروی و پراکندگی رنگدانه ها کمک می کنند. رنگ های پایه آبی معمولاً به صورت امولسیونی ، پراکنش کلوئیدی، پراکنش حلالی دسته بندی می شوند و به وسیله افشانش معمولی ، افشانش بدون هوا، فروبری، پرده ریز، افشانش الکترواستاتیک، electro coating، electro deposition، flow coating، اعمال شوند.اولین رنگ های پایه آبی محافظ خوردگی یک جزیی و بر پایه استایرین-پلی بوتادین ان، بسپارهای وینیل اکریلیک و الکید امولسیونی بودند. بعدها با توسعه آن ها محصولاتی بر پایه اپوکسی دو جزیی ، فلوئور بسپارها و پلی یورتان های پراکنشی هم ایجاد شدند.در حال حاضر این رنگ ها بر پایه بسپارهایی با مشخصات پراکنشی ساخته می شوند. بسپارهای اصلاح شده به روش هیدروفوبی، میکروژل، امولسیون در محلول های قلیایی و بسپارهای قابل احیا در آب ترکیب می شوند.
ترکیبات آسترهای ضد خوردگی پایه آبی بسیار حساس هستند اگر به طور صحیح و دقیق ترکیب نشوند، می توانند با تشکیل پیل های موضعی روی سطح محصولات خوردگی ایجاد کنند معمولاً برای جلوگیری از این پدیده از روش های ذیل استفاده می کنند:
۱-تعیین PH در محدوده۱۰-۵
۲-غیر فعال کردن سطح زیرآیند فلزی یعنی ایجاد شرایط مناسب برای غیر فعال کردن شیمیایی سطح با استفاده از بازدارنده های خوردگی .
۳-پایداری لایه اکسیدی اولیه ایجاد شده روی سطح آهن، با عامل کمپلکس کننده و غیر محلول شدن این لایه .
۴-پایداری سطح زیرآیند فلزی با استفاده از مواد فعال ساز سطح تمام ترکیب های پراکنش بسپاری قابل رقیق شدن با آب دارای مواد فعال کننده سطح چند منظوره هستند که خواص بازدارندگی مورد انتظار را بدون ایجاد اثرات منفی روی سایر خواص پوشش نظیر مقاومت در برابر جذب آب ایجاد می کنند. مخلوط مواد فعال کننده سطح با اسیدهای چرب اتوکسیلات ها و سولفونات ها بهترین مشخصات حفاظتی را دارند.
سامانه پخت شونده با اشعه
از زمان های گذشته که رنگ ها در کوره و با استفاده از حرارت یا در کوره های الکتریکی و با استفاده از فوتون خشک می شدند جاذبه به سمت رنگ های سخت شونده با اشعه وجود داشته است.از همین رو پوشش های پخت شونده با اشعه برای پخت در معرض اشعه فرابنفش، پرتو الکترونی، اشعه مادون قرمز و تشعشعات ماکروویو، فرموله می شوند. رنگ های پخت شونده با اشعه بطورکلی ۳-۲% بازار صنایع رنگ اروپا و آمریکا را درسال ۱۹۹۰ در دست داشته و در سال ۲۰۰۰ میزان مصرف این رنگ ها به ۵% رسیده که نشان دهنده رشد مصرف آن می باشد. مزایای اصلی رنگ های پخت شونده با اشعه در مقایسه با رنگ های سنتی به شرح ذیل می باشند:
۱-میزان voc خیلی کم
۲-مصرف انرژی خیلی کم
۳-خشک شدن سریع و سرعت تولید زیاد
۴-بهبود مشخصات اصلی پوشش
۵-فضای خط تولید تقریباً کوچک
۶-میزان افزایش خیلی کم دمای زیر آیند substrate
از سوی دیگر محدودیت اصلی این فن آوری در این حقیقت نهفته است که اعمال آن منحصراً در سطوح تخت صورت می گیرد.از جمله محدودیت های فنی آن حضور هوا می باشد که می تواند فرایند بسپارش را به تاخیر اندازد.بنابراین وجود یک گاز خنثی ضروری است.همچنین به علت کاهش مقدار حلال ، ترکیبات این نوع رنگ ها دارای گرانروی بالا هستند و محدودیت کاربرد دارند.
پوشش های پخت شونده با اشعه دارای درصد جامد بالایی نسبت به رنگ های سنتی هستند و ترکیبات محتوی یک رزین با وزن مولکولی کم و یک حلال فعال حاوی گروه های غیر اشباع و یک شروع کننده می باشد.
در حال حاضر دو نوع پوشش پخت شونده با UV و پوشش های پخت شونده با پرتو الکترونیEB نسبت به سایر روش ها مرسوم تر هستند. در ترکیبات پوشش های پخت شونده با UV از رزین های پلی استر، اپوکسی نووالاک، رزین های سیکلونی و پلی یورتان آکریلات استفاده می شود. در حالیکه سامانه پخت شونده با پرتو الکترونی با ترکیبات غیر اشباع مثل وینیل پلی استر یا بسپار های اکریلیک غیر اشباع فرموله می شوند و بسپارش و تشکیل فیلم به وسیله رادیکال های تشکیل شده تحت پرتو الکترونی صورت می گیرد. تجهیزات مصرفی مربوط به این نوع پوشش ها پیچیده تر و گران قیمت تر و وجود گاز خنثی در این روش هم ضروری تر است.
خطوط متعددی از پخت با EBدر اروپا، آمریکا . ژاپن وجود دارد اما به میزان پخت با UV عمومیت نیافته است.ولی مزایایی مثل عدم نیاز به شروع کننده نوری و سرعت بالای فرایند نسبت به UV سبب توجه به این سامانه شده است.
البته برای کاهش هزینه مربوط به تجهیزات مصرفی در سامانه های پخت شونده با اشعه، تحقیقاتی در دانشگاه میشیگان روی یک پوشش اپوکسی یک جزیی صورت گرفته که با قرار گرفتن در معرض نور آفتاب برای مدت چند ساعت پخت می شود و در صنایع به منظور مقاصد حفاظتی و تزییناتی کاربرد دارد. از مزایای دیگر این پوشش صفر بودن VOC، گرانروی کم و در نتیجه کاربرد آسان است. این پوشش با ترکیبات اپوکسی سیکلوآلیفاتیک و یا گلسیدیل اترهای آروماتیک فرموله می شود . حضور شروع کننده کاتیونیک سبب می شود که در مقابل نور آفتاب یک اسید قوی تولید و پخت فیلم صورت پذیرد.از جمله خواص این فیلم سختی خوب و چسبندگی عالی در مقابل حلال ها است.

نویسنده: مرتضی ثانی

درباره mahanchemical.co

مهندس شیمی پانزده سال تدریس شیمی تولید کننده مواد شیمیایی در قم متولد تیر چهل وسه

پاسخ بدهید