۱۱ مرداد ۱۴۰۰

پیشگامان توسعه
مواد سام,مواد سام,مواد سام

پوشش های پلیمری، اجزای اصلی تشکیل دهنده پوشش های پلیمری و کاربردهای انواع پوشش های پلیمری در این صفحه به طور مفصل شرح داده شده است. پوشش های پلیمری انواع مختلفی دارند و مقاومت محیطی و شیمیایی انواع پوششهای پلیمری در محلول های اسید، باز، نمک و محلول های آلی در این قسمت مقایسه و مورد بررسی قرار گرفته است.

پوشش های پلیمری

پوشش های پلیمری

پوشش های پلیمری (polymer coating) نسبت به پوشش های فلزی و پوشش های سرامیکی تقریبا برای هر نوع زیرلایه ای حتی کامپوزیت ها استفاده می گردند.

به طور کلی، هر نوع ماده ای را می توان به عنوان پوشش بر روی مواد دیگر، که به آن زیرلایه (substrate) گفته می شود، اعمال کرد. با این حال، پوشش های معدنی به طور معمول بر روی فلزات و پلیمرها اعمال می شوند و از پوشش های فلزی عمدتا برای زیرلایه های فلزی، معدنی و پلیمری استفاده می شود، اما پوشش های پلیمری تقریبا برای هر نوع زیرلایه ی، حتی کامپوزیت ها، استفاده می گردند.

اجزای اصلی تشکیل دهنده پوشش های پلیمری

پوشش های پلیمری حاوی یک ماتریس پلیمری یا بایندر (binder) هستند که تمام اجزاء را در کنار هم نگه می دارد. مواد پلیمری بالک (bulk) می توانند حاوی مقادیر زیادی پر کننده معدنی باشند ، اما در این حالت استفاده از آنها بیشتر به خواص ساختاری (مانند سختی، مدول، استحکام خمشی) مربوط می شود تا خواص سطحی (رنگ، قدرت پوشانندگی، براقیت و انعکاس). علاوه بر این، در پوشش ها نسبت مساحت فصل مشترک به حجم ماتریس عددی بسیار بزرگ است. در نتیجه، عملکرد یک پوشش پلیمری به شدت تحت تاثیر سه نوع فصل مشترک اصلی قرار دارد: پوشش- زیرلایه، پوشش – هوا، و بایندر – پرکننده. ذکر این نکته حائز اهمیت است که فصل مشترک های جامد- جامد ، جامد – گاز ، جامد- مایع و گاز-مایع (به عنوان مثال در رنگ های خشک شونده) نیز نقش مهمی دارند.

ماهیت شیمی و توپولوژی پوشش های پلیمری

شیمی و توپولوژی فاز پلیمری در پوشش های پلیمری نسبت به پلیمرهای بالک (Bulk) بسیار متفاوت است. در حالی که اکثر مواد پلیمری از نظر ماهیت ترموپلاستیک هستند، بیشتر پوشش های پیشرفته پلیمری ترموست هستند به استثنای پوشش های آب پایه. ترموست ها شبکه های سه بعدی نامتناهی از سگمنت (segment) های پلیمری هستند که به صورت کووالانسی به یکدیگر متصل شده اند. دلیل اینکه بیشتر پوشش ها از پلیمرهای ترموست می باشند این است که ساختار شبکه بیشترین مقاومت را در برابر حلال ها، مواد شیمیایی و تنش های مکانیکی دارد. یکی از ویژگی های جالب توجه پوشش های پلیمری آن است که برای سهولت اعمال و پخش بهتر، آنها به صورت مایع مورد استفاده قرار می گیرند و پس از اینکه بر روی زیرلایه اعمل شدند بلافاصله به حالت نهایی ترموست تبدیل می گردند ( طی فرآیند شبکه ای شدن که معمولاً به آن پخت گفته می شود).

یکی دیگر از موضوعات مربوط به شیمی پوشش های پلیمری، تحرک مولکولی است که در تشکیل یک لایه جامد یکنواخت از فاز مایع و همچنین در دستیابی به برخی از ویژگی های عملکردی مانند رفتار خود ترمیم شوندگی نقش مهمی دارد. حرکت مولکولی در یک پلیمر ترموپلاستیک از طریق زنجیرهایی که عمدتا گره خورده اند اما همچنان مستقل از یکدیگر می باشند، انجام می گیرد. اما در یک پلیمر ترموست، ساختار شبکه به شدت از تحرک مولکولی ممانعت می کند.

الزامات عملکردی پوشش های پلیمری

الزامات عملکردی برای یک پوشش های پلیمری معمولا متفاوت از یک ماده پلیمری ساختاری است. دو عملکرد اصلی یک پوشش سطح، تزئین و حفاظت می باشد. عملکرد تزئینی به شکل ظاهری زیرلایه پوشش داده شده مربوط می گردد که تا حد زیادی تحت تاثیر ظاهر خود پوشش قرار دارد و جنبه های بسیاری از جمله براقی و بازتاب پخشی، ناهمواری سطح ، درک رنگ، توانایی پوشاندن و پنهان کردن، شفافیت ، تمیزی و غیره را در بر می گیرد. عملکرد حفاظتی مربوط به محافظت زیرلایه از تأثیرات بیرونی مانند نور ، رطوبت ، هوا ، قارچ ، باکتری، خاک، مواد شیمیایی، ساینده های مکانیکی و موارد دیگر می شود.

امروزه رفتار عملکردی پوشش ها نیز اهمیت خاصی پیدا کرده است. در طول دهه های گذشته ، تحقیقات گسترده ای در زمینه پوشش های عملکردی با خواص خود تمیز شوندگی، ضد باکتری یا ضد خزه انجام شده است. چنین خواصی به شدت با مشخصات سطح ، به ویژه ترکیب شیمیایی و توپوگرافی مرتبط است. یکی از بزرگترین مزایای استفاده از پوشش های عملکردی این است که فقط با مقادیر نسبتاً کمی از ماده ( لایه نازکی از چند ده تا چند صد میکرومتر) می توان کل زیرلایه را عاملدار کرد، به طوری که خواص دیگر مانند استحکام مکانیکی تحت تاثیر قرار نمی گیرند و از این رو، پوشش های عملکردی به پایداری مواد و دستگاه ها کمک می نمایند.

کاربردهای پوشش های پلیمری

از جمله کاربردهای اصلی پوشش های پلیمری می توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱- حمل و نقل که پوشش ها معمولا عملکردی حفاظتی، تزئینی و یا زیبایی شناختی برای وسایل نقلیه (خودرو، قطار، هواپیما و غیره) دارند.

۲- محیط زندگی که از پوشش ها برای محافظت و ایمنی استفاده می شود، به عنوان مثال، پوشش سخت با خاصیت ضد خش خوب برای کابینت های آشپزخانه، رویه میز و سایر وسایل.

۳-مراقبت بهداشتی که پوشش ها تماس با باکتری ها و ویروس ها را کاهش می دهند و یا روانکاری مناسبی انجام می دهند به عنوان مثال در کاتترها.

۴-وسایل الکترونیکی که مهمترین نمونه آن تلفن های همراه و لپ تاپ ها می باشد با هدف عملکردی و تزئینی.

۵- فرآیندهای صنعتی که پوشش ها به عنوان محافظ استفاده می گردند به عنوان مثال، خطوط لوله برای انتقال گاز و سیالات و یا غشاها جهت جداسازی/ تصفیه اجزای خاص.

۶- مواد غذایی و مواد آرایشی که پوشش ها به عنوان محافظ عمل می کنند به عنوان مثال مانع می شوند.

۷- حوزه انرژی، به عنوان مثال پوشش های ضد بازتاب که بر روی پنل های خورشیدی اعمال می شوند تا از افت راندمان ناشی از بازتاب جلوگیری شود.

همان طور که گفته شد پوشش ها عمدتا برای اهداف محافظتی و زیبایی شناسی (تزئینی) استفاده می شوند. عوامل مختلفی بر طول عمر پوشش ها تأثیر می گذارد که اولین آنها، عامل فرسایشی است یعنی رطوبت (باران ، یخ) ، تابش (نور خورشید) و ذرات (شن و ماسه ، گرد و غبار). عامل دوم فاکتور بیولوژیکی یعنی خزه ها، باکتری ها و ارگانسیم های زنده می باشند. سومین مورد، عامل انسانی است به عنوان خراش و یا سایش ناشی از استفاده روزانه. بنابراین ، پوشش ها باید مقاوم و بادوام باشند. از آنجا که انواع مختلفی از کاربردها وجود دارند، طراحی پوشش های عملکردی با قابلیت و خواص ویژه امری مهم و ضروری است. به عنوان مثال، با توجه به اینکه نمی توان از آسیب رسیدن به پوشش ها جلوگیری کرد، ایجاد عملکرد خود ترمیم شوندگی یکی از راه های ترمیم خواص پوشش ها و حفظ عملکرد بالای آنها در طولانی مدت است.

ترکیب کلی و یا اجزای سازنده پوشش های پلیمری

به طور معمول ، فرمول پوشش های پلیمری شامل بایندر، رنگدانه (pigment) یا پرکننده، مواد افزودنی و حلال می باشد. در جدول زیر نمای کلی از عملکرد آنها ارائه شده است.

مشخصات فرمولاسیون پوشش های پلیمری

با توجه به این اجزاء می توان دریافت که انواع مختلفی از پوشش ها موجود است و می توان آنها را به اشکال گوناگون طبقه بندی کرد. با در نظر گرفتن ترکیبات آلی فرار (VOC)، مهمترین پوشش ها عبارتند از:

  • پوشش های پایه حلالی (VOC : 400–۶۰۰ g l−۱): به عنوان نمونه یک پوشش پایه حلالی شامل ۳۰٪ بایندر ، ۳۰٪ حلال ، ۳۵٪ رنگدانه و ۵٪ مواد افزودنی است. در این نوع پوشش ها از هر دو ماده ترموپلاستیک و ترموست می توان استفاده کرد.
  • پوشش های پایه حلالی با درصد جامد بالا (VOC : 200–۴۰۰ g l−۱): در این پوشش ها فقط از ترموست ها استفاده می شود و مقدار حلال نیز به % ۱۵-۱۰ کاهش می یابد.
  • پوشش های آب پایه (VOC : 0–۱۰۰ g l−۱): در این پوشش ها از مواد ترموپلاستیک، به عنوان مثال دیسپرشن (dispersion) های لاتکسی و همچنین مواد ترموست به صورت دیسپرشن یا محلول استفاده می شود.
  • پوشش های پودری (VOC : 0–۵۰ g l−۱): در این پوشش ها ذرات ابتدا به صورت خشک و بدون هیچ گونه حامل مایع با زیرلایه تماس پیدا می کنند، سپس با افزایش دما ذوب می شوند و فیلم تشکیل می گردد. هم ترموپلاستیک ها و هم ترموست ها در پوشش های پودری قابل استفاده هستند.
  • پوشش های مایع فاقد حلال (VOC : 0–۲۰ g l−۱): در این پوشش ها از بایندرهای واکنشی که با اشعه UV پخت می شوند و از رقیق کننده های واکنشی غیر فرار ( به جای حلال) که در هنگام پخت درون شبکه قرار می گیرند استفاده می شود. در این موارد از ترموست ها استفاده می گردد.

بایندرها و عوامل شبکه ای کننده پوشش های پلیمری

ماده اصلی پوشش های پلیمری، بایندرها هستند. بایندرها معمولا پلیمرها یا رزین هایی با خاصیت تشکیل فیلم ( به عنوان عملکرد اصلی) هستند، همچنین قادر به فراهم کردن خواص مکانیکی مورد نیاز برای پوشش های پلیمری، چسبندگی خوب بین پوشش و زیرلایه، و مقاومت کافی در برابر صدمات شیمیایی و مکانیکی هستند. از بایندرها هم با وزن مولکولی کم ( معمولا ۱۰۳ D ، پوشش های با درصد جامد بالا) و هم وزن مولکولی بالا (به طور معمول ۱۰۶ D ، پوشش های پایه امولسیونی، رنگ ها) استفاده می شود. نمونه هایی از بایندرهای پوشش های پلیمری در جدول زیر مشاهده می گردد.

نمونه هایی از بایندرهای پوشش های پلیمری

بایندرهای با جرم مولکولی کم معمولا نیاز به یک واکنش شیمیایی اضافه برای تهیه یک پوشش با خواص خوب دارند، در حالی که بایندرهای با جرم مولکولی بالا این گونه نیستند. در اکثر موارد، از ترکیبی از بایندرهای مختلف، که به آنها هیبرید (hybrid) نیز گفته می شود، استفاده می گردد به عنوان مثال پلی یورتان -آلکیدها یا پلی یورتان- اکریلیک ها.

معیارهای انتخاب بایندر در پوشش های پلیمری

معیارهایی که برای انتخاب صحیح بایندر در پوشش های پلیمری باید در نظر گرفت عبارتند از:

  1. نوع استفاده: داخلی یا بیرونی. در حالی که پوشش های بیرونی ( مخصوص فضای باز) باید مقاوم در برابر تخریب توسط اشعه ماوراء بنفش و آب باشند، برای پوشش های داخلی این الزامات عملاً وجود ندارد.
  2. نوع لایه: پوشش پایه، رویه و غیره. در حالی که یک پوشش پایه به دلایل مکانیکی استفاده می شود ، یک رویه باید مقاوم به UV و آب باشد.
  3. چسبندگی، بستگی به نوع زیرلایه دارد: فلز ، چوب ، شیشه ، پلاستیک و غیره.
  4. ملزومات خاصیت هدف: براقیت ، سختی ، رنگ ، مقاومت در برابر حلال ، محافظت در برابر خوردگی و غیره.
  5. روش اعمال شامل: برس زدن ، خشک کردن با اسپری ، غوطه وری و غیره
  6. ملاحظات بهداشتی و محیطی (محدود کردن گزینه ها از طریق مقررات خاص و  یا پروتکل ها).
  7. قیمت (در پایان ، روکش ها باید تولید و فروخته شوند).

برای دستیابی به تمام نیازهای یک کاربرد، اغلب چندین لایه بر روی زیرلایه اعمال می شود. لایه اول پرایمر یا آستر (primer) نامیده می شود و زیرلایه را از محیط اطراف مصون نگه می دارد و در عین حال چسبندگی خوبی نیز ایجاد می کند. لایه دوم پوشش زیرین یا زیرلایه (undercoat) است که ضمن داشتن چسبندگی به خوب پرایمر و عملکردهای ویژه، بستری برای چسباندن رویه است. لایه سوم رویه (topcoat) می باشد که دارای برخی کارکردها و جنبه های زیبایی شناختی است.

رنگدانه ها و پرکننده های پوشش های پلیمری

مواد ذره ای ( یعنی مواد پودر مانند)، معمولا به منظور تقویت خواص، به ویژه رفتار نوری (رنگ ، کدری ، براقیت)، عملکرد محافظتی و تقویتی (سختی ، انعطاف پذیری) و عملکرد ضد خوردگی ( به عنوان مثال با استفاده از مثال عناصر فداشونده یا رسانا) به اکثر پوشش ها اضافه می شوند. در رابطه با رفتار نوری، این مواد معمولا به عنوان رنگدانه در نظر گرفته می شوند، در حالی که در بحث حفاظت و تقویت کنندگی، آنها اغلب به عنوان پرکننده شناخته می شوند. در بعضی موارد از یک ماده برای بیش از یک هدف استفاده می شود، به عنوان مثال، ذرات سیلیکا می توانند به عنوان ماده مات کننده و همچنین برای بهبود سختی فیلم استفاده شوند. رنگدانه ها معمولا:

  • ذرات جامد آلی و معدنی سفید (۹۰%<)، رنگی ، سیاه یا فلورسنت هستند.
  • نامحلول در بایندر یا حلال می باشند.
  • در پوشش های پایه حلالی و پوشش های فاقد حلال، در بایندر دیسپرس می شوند.
  • از لحاظ فیزیکی و شیمیایی تحت تأثیر سایر اجزای پوشش قرار نمی گیرند.
  • ظاهر پوشش را تغییر می دهند (به عنوان مثال با جذب انتخابی و یا پخش نور).

پیگمنت ها به دو گروه تقسیم می شوند:

  • پیگمنت های معدنی: شامل پیگمنت های سفید مانند تیتانیوم اکسید (TiO۲)، اکسید روی (ZnO) و سولفید روی (ZnS) و پیگمنت های رنگی مانند کربن بلک (carbon black) و Fe۲O۳ می باشند.
  • پیگمنت های آلی: این گروه غالبا شامل پیگمنت های رنگی می شوند و ترکیبات حاوی آزو مهمترین آنها هستند، از فتالوسیانین ها نیز استفاده می گردد.

عملکرد پیگمنت ها نه تنها به خواص نوری آنها (ضریب شکست ، جذب انتخابی و غیره) بلکه به اندازه و شکل ذرات و وضعیت پخش آنها نیز بستگی دارد. در جدول زیر برخی از خواص پیگمنت های متداول برای پوشش ها ارائه شده است.

مقایسه نسبی خواص پیگمنت های متداول

افزودنی های پوشش های پلیمری

مواد افزودنی برای بهبود خواص و به منظور رفع نقاط ضعف پوشش های پلیمری مورد استفاده قرار می گیرند. آنها در مقادیر کمی به پوشش اضافه می گردند تا ویژگی های خاصی از پوشش را در هنگام تولید، انبارش و نگهداری، حمل و نقل یا کاربرد بهبود بخشند. مقدار مواد افزودنی معمولاً کمتر از ۵ درصدوزنی و به طور متوسط ۵/۱ درصد کل فرمولاسیون است. این مواد باید برهم کنش خوبی با سایر اجزای پوشش ، یعنی پیگمنت ، بایندر و حلال داشته باشند.

افزودنی هایی که بیشتر در پوشش های پلیمری استفاده می گردند شامل غلظت دهنده ها، عوامل فعال کننده سطحی ( بهبود ترشوندگی، پراکندگی، چسبندگی) ، اصلاح کننده های سطح (لیز کننده ها ، مات کننده ها)، تراز کننده ها و مواد منعقدکننده، مواد فعال کاتالیستی (خشک کن ها و کاتالیزورها) ، افزودنی ها با اثر ویژه (مواد ضد لاغری، پایدارکننده های نوری، بازدارنده های خوردگی ، زیست کش ها ، تاخیرانداز شعله و آغازگر نوری) می باشند.

نقش حلال ها در پوشش های پلیمری

از حلال ها در هنگام تولید و اعمال پوشش های پلیمری استفاده می شود. آنها بر فرآیند پذیری، شکل گیری فیلم و ظاهر پوشش های پلیمری تأثیر می گذارند. حلال ها نقش مهمی در حلالیت بایندر، امتزاج پذیری، پراکندگی و پایداری تمام اجزاء در هنگام تولید پوشش های پلیمری و همچنین در حین ذخیره سازی دارند. البته، آنها همچنین از نظر تأثیرگذاری بر ویسکوزیته ، خشک شدن و تشکیل فیلم در زمان اعمال پوشش های پلیمری دارای اهمیت هستند. رقیق کننده های واکنشی حلال هایی هستند که واکنش شیمیایی انجام داده و در نتیجه مقدار VOC را کاهش می دهند.

با این حال، حلال ها ممکن است نقایصی را در پوشش های پلیمری ایجاد کنند، مانند تاول زدن، مات شدن، شره کردن و بروز سوراخ های ریز. تاول زدن معمولا یا به دلیل ضخامت بیش از حد فیلم ، زمان خشک شدن ناکافی بین پوشش های پلیمری رخ می دهد یا اعمال یک زیرلایه خیلی ضخیم به طوری که حلال درون پوشش های پلیمری حبس می شود و سپس با تبخیر و خروج حلال، تاول هایی روی سطح ایجاد می گردد. مات شدن زمانی اتفاق می افتد که از نسبت نادرست بین بایندر ، پرکننده و حلال استفاده شود، در نتیجه ذرات تجمع می کنند و این مسئله باعث تفرق بیش از حد نور می شود. شره کردن معمولا به دلیل توازن نامناسب بین رفتار ویسکوز و تشکیل فیلم رخ می دهد. سوراخ های ریز هنگامی ظاهر می شوند که حلال آنقدر سریع از فیلم تبخیر شود که پوشش های پلیمری ( که ویسکوزیته بالایی دارد و چسبناک است) قادر به جاری شدن برای پرکردن حفره خالی نیست. بنایرابن، برای جلوگیری از ظهور نقص در پوشش های پلیمری، سرعت تبخیر حلال باید مناسب باشد.

با توجه به مطالب فوق می توان گفت که خواص نهایی پوشش های پلیمری به چگونگی تبخیر حلال و تأثیر آن بر پیگمنت، بایندر و مواد افزودنی نیز بستگی دارد. سرعت تبخیر حلال، ویسکوزیته و کشش سطحی را کنترل می کند. حلال به طور معمول یک فرآیند تبخیر دو مرحله ای نشان می دهند. مرحله اول توسط فشار بخار حلال کنترل می شود. مرحله دوم با سرعت نفوذ حلال از داخل فیلم نازک پوشش تا زمانی که به سطح برسد کنترل می گردد.

الزامات پوشش های پلیمری

پوشش های پلیمری دارای زمینه های مختلف کاربردی با سه هدف اصلی محافظت ، تزئین و افزودن قابلیتی ویژه هستند. تمام کاربردها الزامات مختلفی دارند که می توان آنها را به دو صورت عمومی و اختصاصی تقسیم بندی نمود. جنبه های عمومی مستقل از زمینه کاربردی است و در مورد انواع پوشش های پلیمری اعمال می شود. یکی از این موارد چسبندگی است، زیرا اگر چسبندگی لازم به زیرلایه وجود نداشته نباشد، پوشش عملکردی نخواهد داشت و این موضوع در هر شرایطی نیز صادق است. علاوه بر این ، پوشش های پلیمری باید بتوانند روی سطوح اعمال شوند و از این رو ، خاصیتی مانند ترشوندگی نیز برای بسیاری از کاربردها مهم است.

جنبه های اختصاصی به کاربرد بستگی دارند که مهم ترین آنها جنبه حفاظتی و تزئینی است. محافظت می تواند معنای مختلفی در شرایط گوناگون داشته باشد. پوشش های پلیمری مورد استفاده در فضای بسته عموما تحت تابش بسیار کم اشعه ماوراء بنفش قرار می گیرند، در نتیجه در این پوشش ها هوازدگی اهمیت بسیار کمی دارد. از طرف دیگر، برای کاربردهای فضای باز مانند پوشش خودرو، هوازدگی یا مقاومت در برابر محیط از مهمترین موارد است. مثال دیگر پوشش های رسانای الکتریکی یا پوشش های نوری است که براقیت ، شفافیت و رنگ در آنها از اهمیت بالایی برخوردار است. با این حال، ملاحظات متعددی نقش دارند. یعنی نه تنها عملکرد اصلی که محافظت ، رنگ و یا رسانایی است ، بلکه عوامل دیگر ( جنبه های عمومی) مانند چسبندگی و دوام نیز نقش بسزایی دارند.

پوشش های پلیمری

انواع پوشش های پلیمری

الف- بر اساس نوع بایندر

ب-  بر اساس عملکرد

الف- بر اساس نوع بایندر

پوشش های پلیمری را می توان بر اساس معیارهای مختلف طبقه بندی کرد. بر اساس نوع بایندر، پوشش های پلیمری پرکاربرد به شرح زیر هستند:

پوشش های پلیمری اکریلیک

اکریلیک ها به دلیل داشتن خواص عایقی عالی (از نظر الکتریکی) ، محافظت در برابر رطوبت ، سهولت در تعمیر و ارزان بودن به عنوان پوشش های پلیمری محافظ برای بردهای مدار چاپی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. از پوشش های پلیمری اکریلیک در بسیاری از کاربردهای نوری نیز استفاده می شود چرا که انتقال نور و ضریب شکست آنها به ترتیب ۹۲% و ۱.۴۸ می باشد. پوشش های پلیمری اکریلیکی دارای مقاومت بالا در برابر هوازدگی در طولانی مدت، مقاومت خوب در مقابل خراش و سایش و دمای کارکرد از ۶۵- تا ۱۲۵ درجه سانتی گراد هستند. مزیت مهم آکریلیک ها به عنوان پوشش های پلیمری برای بردهای مدار چاپی پیشرفته و گران قیمت، قابلیت تعمیر آنها است.

اکریلیک ها نسبت به حلال های آلی مانند کتون ها ، استرها ، حلال های کلره و فلوئوره و هیدروکربن های آروماتیک ضعیف هستند. این مقاومت ضعیف در برابر حلال، مزیتی برای اصلاح و ترمیم می باشد زیرا پوشش های پلیمری می توانند به صورت انتخابی یا به طور کامل حل شده و جدا می گردند.

پوشش های پلیمری آلکیدی

از آلکیدها برای تهیه پوشش های پلیمری حفاظتی و تزئینی استفاده می شود. در صنعت الکترونیک، از این مواد بیشتر برای پرداخت محفظه های فلزی، بدنه قطعات الکترونیکی و کیس کامپیوتر استفاده می گردد تا به عنوان پوشش های عایق. پوشش های پلیمری ضد خوردگی فلزات یکی دیگر از کاربردهای این مواد است. پوشش های پلیمری آلکیدی می توانند در مجاورت هوا خشک شوند و یا با استفاده از عوامل پخت (curing agents) شبکه ای گردند. با افزودن اسید چرب اشباع نشده به رزین می توان خشک شدن آن را در معرض هوا تسریع کرد. مطالعات تجربی نشان داده است که هرچه درصد این اسیدهای چرب در فرمولاسیون بیشتر باشد، زمان خشک شدن کوتاه تر خواهد بود.

پوشش های پلیمری وینیلی

 در میان پلی وینیل ها، آنهایی که به عنوان پوشش های پلیمری محافظ و عایق الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: پلی وینیل کلرید ، پلی وینیل فلوراید ، پلی وینیلیدن کلراید و فلوراید ، پلی وینیل آلدئید، و پلی متیل متاکریلات ها. این پوشش های پلیمری پلی وینیلی به عنوان سدکننده (barrier) رطوبت ، عایق سیم، پوشش های پلیمری محافظ در برابر خوردگی، لعاب ها و به عنوان خازن دی الکتریک استفاده می شوند.

پوشش های پلیمری اپوکسی

 اپوکسی ها به دلیل داشتن خواص خوب به عنوان پوشش های پلیمری محافظ در کاربردهای گوناگون و تحت شرایط سخت محیطی، خصوصا در صنایع دریایی، خودروسازی و نظامی مورد استفاده قرار می گیرند. فرمولاسیون های خاص با خلوص بالا دارای خواص الکتریکی عالی و مقاومت حرارتی هستند که به عنوان دی الکتریک استفاده می شوند. سه خاصیتی که اپوکسی ها را از سایر پوشش های پلیمری متمایز می کند و آنها را برای کاربردهای الکترونیک بسیار مفید می سازد عبارتند از:

  • چسبندگی عالی به طیف گسترده ای از زیرلایه ها بدون استفاده از پرایمرها و حفظ چسبندگی تحت شرایط سخت محیطی
  • مقاومت عالی در برابر رطوبت ، مه نمکی(salt spray) ، حلال های آلی و مواد شیمیایی
  • خواص الکتریکی خوب و پایداری این پارامترها در شرایط رطوبتی و دمایی بالا

در صنعت الکترونیک از پوشش های پلیمری اپوکسی به عنوان چسب های نصب پردازنده (die-attach adhesive) ، لمینت برای بردهای مدار چاپی ، پوشش های ساختاری (conformal coatings) ، کپسوله سازها (encapsulants) ، چسب های پرکننده (underfill adhesives) برای قطعات تراشه معلق (flip-chip) و آرایه شبکه توپی (ball-grid-array) استفاده می شود.

پوشش های پلیمری پلی یورتان (پلی اورتان)

پلی یورتان ها اولین پوشش های پلیمری بودند که به عنوان عایق الکتریکی برد مدار چاپی و محافظ در برابر رطوبت و مه نمکی مورد استفاده قرار گرفتند. ویژگی اصلی اکثر پلی یورتان ها قابلیت پردازش مجدد اجزای معیوب پس از پوشش دهی مدار است.

کاربرد گسترده پلی یورتان ها در پوشش های پلیمری به دلیل تنوع در انتخاب مواد مونومری از تعداد بسیار زیادی دی اُل ها ، دی ایزوسیانات ها و بسط دهنده های زنجیر (chain extender) و در نتیجه طیف گسترده ای از خواص می باشد. علاوه بر این ، از ویژگی های این پوشش های پلیمری می توان به مقاومت در برابر سایش و رطوبت ، چقرمگی و چسبندگی به سطوح مختلف اشاره کرد. این پوشش های پلیمری از نظر الکتریکی نیز عایق های عالی هستند.

پلی یورتان ها به عنوان پوشش های پلیمری می توانند برای بسیاری از مواد و دستگاه ها، عمدتا به منظور بهبود ظاهر، عملکرد و طول عمر آنها استفاده شوند. به عنوان مثال، در کاربردهای خودرو و هوافضا، پلی یورتان های آلیفاتیک می توانند براقیت بالا، حفظ رنگ خوب، و مقاومت در برابر خراش و خوردگی از خود نشان دهند. در صنعت ساختمان سازی، کفپوش های ساختمانی ، مهاربند فولادی و تکیه گاه های بتنی به طور معمول با لایه ای نازک از پلی یورتان های آروماتیک پوشیده شده اند تا در برابر شرایط محیطی سخت دوام بیشتر و هزینه نگهداری کمتری داشته باشند. کاربرد های دیگر پوشش های پلیمری پلی یورتانی در مبلمان سازی، پزشکی، مواد غذایی، آرایشی و بهداشتی و بسته بندی دارویی می باشد که اخیرا مورد توجه بسیاری قرار گرفته است.

پوشش های پلیمری سیلیکونی

سیلیکون ها به دلیل داشتن ساختار نیمه آلی گروه منحصر به فردی از پلیمرها را تشکیل می دهند. ساختار مولکولی سیلیکون ها متشکل از پیوندهای سیلیکون – کربن است و از این جهت نسبت به پلیمرهای آلی که در آنها ساختار مولکولی کربن-کربن است متمایز می باشند. به دلیل این ساختار منحصر به فرد ، سیلیکون ها مقاومت حرارتی بسیار بالاتری نسبت به سایر پلیمرها دارند و در عین حال ، دارای خواص الکتریکی عالی در دماهای بالا و در شرایط مرطوب هستند.

از سیلیکون ها در کاربردهایی با قابلیت اطمینان بالا از جمله فضاپیما ، ایمپلنت های پزشکی ، مدارهای خودرو و تجهیزات نظامی استفاده می شوند. سیلیکون ها سالهاست که به عنوان پوشش های ساختاری مقاوم به رطوبت در بردهای مدار چاپی مورد استفاده قرار می گیرند. برخی از کاربردهای متداول پوشش های پلیمری سیلیکونی در صنعت الکترونیک عبارتند از: پوشش های پلیمری اتصالات نیمه هادی، عایق سیم و کابل، پوشش های پلیمری محافظتی قطعات الکترونیکی، پوشش های پلیمری عایق برای منبع تغذیه ، اتصالات، رله ها و تقویت کننده مغناطیسی، عوامل رهاسازی قالب.

 به طور خلاصه ، ویژگی های اصلی سیلیکون ها عبارتند از:

  • پایداری در دماهای پایین و بالا با دامنه مفید عمر عموما از ۵۴- تا ۲۰۴ درجه سانتیگراد. برخی فرمولاسیون ها حتی برای مدت زمان کوتاه در دمای ۳۱۶ درجه سانتیگراد پایدار هستند. برخی دیگر جهندگی و سایر خواص خود را تا دمای ۱۱۵- درجه حفظ می کنند.
  • مدول الاستیسیته کم و تحمل تنش های حرارتی
  • مقاومت عالی در برابر رطوبت.
  • خواص الکتریکی عالی در طیف وسیعی از دما و فرکانس
  • مقاوم به اوزن، فرابنفش و سایر اشعه ها

پوشش های پلیمری فنولیکی

پوشش های پلیمری فنولیکی دارای چهار خاصیت برجسته هستند: پایداری حرارتی بالا ، مقاومت شیمیایی بالا ، چسبندگی خوب و هزینه کم. از فنولیک ها می توان پوشش های پلیمری تهیه نمود که در محدوده دمایی ۲۰۵ تا ۲۶۰ درجه سانتیگراد مقاوم باشند و افت خواص مکانیکی یا الکتریکی آنها اندک باشد. معمولا از پرکننده های معدنی برای دستیابی به این پایداری حرارتی بالا استفاده می شود. علاوه بر این، پرکننده ها برای بهبود خواص الکتریکی نیز به فرمولاسیون پوشش های پلیمری افزوده می شوند. به عنوان مثال ، پرکننده ها، مقاومت قوس و مقاومت دی الکتریک را افزایش و فاکتورهای اتلاف را کاهش می دهند.

پوشش های پلیمری فنولیکی به صورت پوشش های محلولی در دسترس هستند که می توانند با اسپری ، غلتک یا غوطه وری روی سطح اعمال شوند. از این مواد برای عایق کاری الکتریکی ، لاک های آغشته کننده و پوشش های پلیمری مقاوم در برابر مواد شیمیایی استفاده می شود. با این وجود، برای کاربردهای الکترونیکی با قابلیت اطمینان بالا ، از پوشش های پلیمری اپوکسی به جای فنولیک ها استفاده می گردد. مشاهدات نشان داده است که پوشش های پلیمری فنولیک به دلیل خاصیت اسیدی یا قلیایی کاتالیزورهای مورد استفاده در پخت آنها باعث خوردگی مس و سایر فلزات شده اند.

پوشش های پلیمری پلی استری

چسبندگی خوب به سطوح مختلف به ویژه فلزات، خواص مکانیکی عالی، پخت سریع در دمای محیط، مقاومت شیمیایی خوب، مقاومت در برابر خوردگی و هوازدگی باعث شده است تا از پوشش های پلیمری پلی استر در صنایع مختلف استفاده شود. این پوشش های پلیمری در کاربردهایی مورد استفاده قرار می گیرند که نیاز به مقاومت در برابر مواد شیمیایی مهاجم و دماهای بالا دارند. یکی از کاربردهای مهم پوشش های پلیمری پلی استری استفاده از آنها برای حفاظت کارخانه ها و تجهیزات صنعتی به خصوص در مواردی که اسید یا مواد شیمیایی آلی موجود هستند می باشد. این کاربردها شامل پوشش های پلیمری محافظ برای سقف ها، دیوارها، هودها، داکت ها (ducts) و آستری درونی و بیرونی مخازن هستند.

پوشش های پلیمری که در داخل کنسروها اعمال می شوند باید از شرایط و ویژگی های زیادی برخوردار باشند. به عنوان مثال قابلیت چاپ، مقاومت در برابر خراش ، پایداری نسبت به محتویات کنسرو ، مقاوم در برابر خوردگی ، غیر سمی و خنثی بودن از نظر طعم و بو از جمله این ویژگی ها است. با توجه به اینکه پلی استرها دارای خواص مکانیکی خوب ( به خصوص الاستیسیته و سختی) ، چسبندگی عالی ، مقاومت به زردی و پایداری شیمیایی بالا هستند گزینه مناسبی برای پوشش دهی داخل کنسروهای مواد غذایی می باشند.

کاربردهای دیگری که در آنها از پوشش های پلیمری پلی استری استفاده می شود شامل ساختمان سازی ( نمای ساختمان و بام فلزی)، خودرو ، لوازم خانگی و روشنایی، میز و مبلمان و کابینت ها است.

پوشش های پلیمری پلی ایمیدی

پوشش های پلیمری پلی ایمیدی به طور گسترده در کاربردهای میکروالکترونیکی مانند دی الکتریک های بین لایه ای روی مدارهای مجتمع سیلیکون و گالیم آرسنید در دستگاه های چند لایه، پوشش های محافظ روی مدارهای مجتمع و مدارهای دیگر مورد استفاده قرار می گیرند. ویژگی هایی که باعث می شود پوشش های پلیمری پلی ایمیدی برای کاربردهای میکروالکترونیک مناسب باشند به شرح زیر است:

  • خواص دی الکتریک خوبی دارند.
  • چقرمگی و حالت ارتجاعی دارند
  • از پایداری حرارتی و شیمیایی خوبی برخوردار هستند.
  • مقاوم به تابش و تشعشع هستند.

پوشش های پلیمری پلی استایرن بوتادین

پلیمرهای استایرن بوتادین در تهیه پوشش های پلیمری استفاده می شوند که هدف اصلی عمدتا بهبود استحکام ، چاپ پذیری و براقیت پوشش و استحکام پیوند زیرلایه است. پلیمرهای بوتادین استایرن از طریق پلیمریزاسیون امولسیونی تولید می شوند و خروجی این واکنش، لاتکس است. لاتکس دیسپرسیونی از ذرات کروی و ریز پلیمر در آب است. با تنظیم نسبت مونومر استایرن به بوتادین می توان میزان انعطاف پذیری یا سفتی محصول را تعیین کرد. لاتکس پلی استایرن حاوی ذرات سخت پلیمری است که با خشک شدن در دمای محیط، فیلم پیوسته ای تشکیل نمی دهد. لاتکس پلی بوتادین حاوی ذرات پلیمری بسیار نرم و چسبنده است که هنگام خشک شدن ، یک فیلم چسبنده و ضعیف ایجاد می کند. با کوپلیمریزاسیون مونومرهای استایرن و بوتادین و تنظیم نسبت های دو مونومر، می توان کوپلیمری با خواص مطلوب بدست آورد. بنابراین ، یک لاتکس کوپلیمر با مقدار استایرن بالا ، فیلمی بسیار چقرمه و با دوام تولید می کند اما قابلیت انعطاف پذیری و عملکرد چسبندگی یک لاتکس با محتوای بوتادین بالا را نخواهد داشت. لاتکس های متداول به طور متوسط حاوی ۴۵ تا ۵۵ درصد پلیمر هستند.

لاتکس استایرن – بوتادین در پوشش های کاغذ و مقوا ، پوشش های منسوجات، کفپوش های نمدی، به عنوان لایه پشتی فرش و در بسیاری از کاربردهای دیگر استفاده می شود. این ماده با خواص متنوعی قابل تولید است و می توان آن را متناسب با کاربرد نهایی طراحی و اصلاح کرد. از جمله مزایای استفاده از این لاتکس ها در پوشش های کاغذ می توان به پایداری مکانیکی عالی، قدرت پوشانندگی رنگدانه ، براقیت خوب و چاپ پذیری بهتر آن اشاره کرد. در منسوجات و فرش ، لاتکس استایرن بوتادین چسبندگی عالی به  الیاف، بارگذاری بالای پرکننده و پایداری ابعادی و انعطاف پذیری خوبی فراهم می کند.

پوشش های پلیمری آمینو رزینی

دو گروه اصلی آمینو رزین ها، رزین های اوره –فرمالدئید و ملامین- فرمالدئید می باشد . از رزین های اوره-فرمالدئید برای پوشش چوب ( تخته ، کابینت آشپزخانه ) ، کاغذ و کویل و هم چنین پوشش های صنعتی استفاده می شود. بیشتر کاربردها مربوط به پرداخت (finish) داخلی است، زیرا پوشش های اوره-فرمالدئید حساس به هیدرولیز هستند و پایداری ضعیفی نسبت به تابش UV دارند.

از رزین های ملامین- فرمالدئید بیشتر در پوشش ها استفاده می گردد. پوشش های پلیمری تولید شده با رزین ملامین-فرمالدئید از مقاومت شیمیایی بهتری برخوردار بوده و از دوام بهتری در فضای بیرونی برخوردار هستند. علاوه بر کاربردهایی که برای رزین اوره- فرمالدئید ذکر شد ، از رزین های ملامین-فرمالدئید می توان در پوشش های کانتینر، خودرو و لوازم خانگی استفاده کرد. با وجود آنکه پوشش های پلیمری تهیه شده از ملامین-فرمالدئید نسبت به اوره- فرمالدئید مقاومت بهتری در مقابل آب و خوردگی دارند، اما از رزین های اوره- فرمالدئید در پوشش های چوب استفاده می شود زیرا با گرمای کم و یا بدون حضور گرما قابل پخت هستند. علاوه بر این، آنها ارزان تر از رزین های ملامین-فرمالدئید هستند.

دسته بندی پوششهای پلیمری

ب-  بر اساس عملکرد

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.

۱- پوششهای 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 ، که حالت دوم غالبا به عنوان پوشش کامپوزیتی رسانا شناخته می شوند. دسته اول شامل پلیمرهای مزدوج (conjugated) مانند پلی پیرول (polypyrrole) و ترکیبات انتقال بار مانند تترا سیانو کوئینو دی متان (TCNQ ) است در حالی که برای دسته دوم می توان از طیف وسیع ذرات استفاده کرد مانند کربن بلک (CB )، نانولوله های کربنی (CNTs) و گرافن. 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.

۲- پوششهای 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.

۳- پوششهای 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.

۴- پوششهای پلیمری ابر آبگریز (superhydrophobic)

نحوه قطره آبی که بر روی یک سطح پلیمری قرار می گیرد، ترشوندگی سطح را مشخص می نماید. بر این اساس اگر قطره روی سطح پخش شود سطح مورد نظر آبدوست بوده و اگر قطره خود را جمع کند سطح آبگریز می باشد. یک قطره آب تمایل به تر کردن سطحی را دارد که انرژی سطحی بالایی داشته باشد. بر طبق معادله یانگ (Young’s equation) که ترشوندگی را با زاویه تماس (θ) ارتباط می دهد، اگر θ کمتر از ۹۰ درجه باشد سطح آبدوست، اگر بین ۹۰ و ۱۵۰ درجه باشد سطح آبگریز و اگر از ۱۵۰ تا ۱۸۰ درجه باشد ابرآبگریز خواهد بود. 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- پوششهای پلیمری ضد خوردگی

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

(۱) پوشش های سدکننده (barrier coatings)

(۲) پوشش های بازدارنده (inhibitive coatings)

(۳) پوشش های فداشونده (sacrificial coatings)

پوششهای 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.

پوششهای 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.

پوششهای 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 آنهاست.

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. جدول زیر گویای خواص نصبی برخی از پوشش های پلیمری آلی متداول است. پوشش های پلیمری انواع مختلفی دارند و مقاومت محیطی و شیمیایی انواع پوششهای پلیمری در محلول های اسید، باز، نمک و محلول های آلی در این مطلب مقایسه و مورد بررسی قرار گرفته است.

دسته بندی پوشش های پلیمری

خواص:        3 = عالی                         2 = خوب          1= قابل قبول                   0 = ضعیف
هزینه:               3 = ارزان ترین                  2 = قیمت متوسط          1 = گران               1 = خیلی گران

در جدول زیر مقاومت محیطی و شیمیایی انواع پلاستیکها که به عنوان پوشش استفاده می شود، آورده شده است.

در جدول زیر مقاومت شیمیایی انواع پلاستیکها در محلولهای آلی آورده شده است.

حوزه فعالیت شرکت در زمینه پوشش های پلیمری و رنگها

شرکت پیشگامان توسعه مواد سام با بهره­ گیری از دانش و تجربه کارشناسان و مشاوران مجرب، خدمات متنوعی را در زمینه پوشش های پلیمری و رنگها ارائه می دهد که شامل موارد ذیل می شود:

  • انجام فاز مطالعاتی پروژه‌های صنعتی و دانشگاهی در زمینه پوشش های پلیمری و رنگها
  • ارائه مشاوره در زمینه انتخاب پوشش های پلیمری و رنگهای مناسب برای کاربردهای مختلف در تمامی صنایع
  • ارائه مشاوره در زمینه انتخاب پوشش های پلیمری مناسب برای کاربردهای گوناگون مانند خوردگی، اکسیداسیون، سایش، خزش، خستگی و غیره
  • مشاوره در زمینه انتخاب پوشش های پلیمری و رنگهای مناسب در طراحی اولیه
  • مشاوره در زمینه انتخاب پوشش های پلیمری و رنگهای مناسب ( به عنوان لاینینگ برای سطح داخلی و یا خارجی) برای دستگاه­ها، رآکتورها، مخازن نگهداری، خطوط تولیدی و …

آدرس صفحه اینستاگرام: https://instagram.com/sammaterial?igshid=w9jvr75cwm28

آدرس شرکت: دانشگاه تربیت مدرس، مستقر در پژوهشکده فناوری اطلاعات (IT)

شماره های تماس شرکت: ۰۹۱۰۰۶۱۹۴۵۸، ۰۹۱۲۷۶۰۳۵۲۳