پوشش های پودری

مروری بر پوشش های پودری

 
پوشش های پودری شامل رنگدانه ها و افزودنی های پخش شده در یک محمل تشکیل دهنده لایه می باشند که بصورت پودرهای ریز تولید می شوند. این پودرها با یک دستگاه پاشش رنگ الکترواستاتیک بر روی سطوح مورد نظر پاشیده می شوند.
ذرات پودر در دستگاه رنگپاش باردار می شوند و لایه نازکی را روی سطح مورد نظر تشکیل می دهند. این ذرات پس از عبور از کوره پخت رنگ، در اثر حرارت ذوب شده و پس از تشکیل پیوند عرضی، پوششی سخت ، با دوام و غیر قابل انحلال به وجود می آورند.
 

پوشش های پودری و تاریخچه آن

ساخت اولین پوشش های پودری گرماسخت به سال های دهه 1950 در آمریکا باز می گردد که از اختلاط خشک و ساده رزین اپوکسی پودر شده، عامل پخت جامد و رنگدانه های آسیاب شده تهیه می شد.
در آن دوره به روش بستر سیال بر روی قطعه ای از پیش گرم شده پوششی با ضخامتی حدود 200 میکرون ایجاد می نمودند.
به دلیل اندازه ریز ذرات و اختلاط طبیعی اجزای مخلوط در بستر سیال شده، سیالیت موثر به سختی به دست می آمد و این امر منجر به نتایج غیر یکنواخت می شد.
کاربرد پوشش های پودری در آن زمان محدود به موارد خاصی از قبیل مقاومت خورندگی و عایق الکتریکی می شد.
در اواخر دهه 1950 تا اوایل 1960 یک شرکت شیمیایی در انگلستان و هلند دو روش جدید را جهت تولید پوشش های پودری ارائه نمود که عبارت بودند از روش B-Staging و روش مذاب Hot melt mixing .
 

روش B-staging  برای تولید پوشش های پودری

در روش B-staging رزین های اپوکسی مایع و سخت کننده های مایع تا یک حالت پخت جزئی واکنش می دادند. در این روش اجزا تشکیل دهنده به مواد جامد با نقطه ذوب پایین پلیمریزه شده و سپس توسط آسیاب پودر می گردیدند.
پودر حاصل از این روش سپس می توانست بر روی یک سطح اعمال شده و در دماهای بالاتر پخت شود و پوششی کاملاً شبکه ای تشکیل دهد. مشکل این فرایند حساسیت کم به تغییرات دما و در نتیجه اشکالات به وجود آمده در یکنواختی هر بار تولید بود.
 

روش اختلاط مذاب در تولید رنگ پودری

از یک مخلوط کن گرمایی برای ذوب نمودن و ترکیب مواد جامد رزین اپوکسی، عامل پخت جامد و رنگدانه ها استفاده می شد. سپس این مواد سرد شده و بصورت یک لایه نازک در می آمد که نهایتاً در آسیاب به پودر تبدیل می شد.
این روش تنها به دلیل حضور یک نوع رزین اپوکسی با نقطه ذوب حدوداً 90 درجه سانتی گراد و یک عامل پخت با فعالیت میسر بود، برنامه پخت آن نیز بر اساس استاندارد روز کند بود.
نتایج حاصله از محصولات بر پایه اپوکسی به برخی خواص کلیدی منجر شد که در کارهای بعدی مورد توجه قرار گرفت:

• چسبندگی فوق العاده
• جمع شوندگی کم به هنگام پخت
• مقاومت شیمیایی و خورندگی خوب
• حداقل مقدار انتشار موار فرار رزین های جایگزین در پوشش های پودری

مشکلات موجود بر سر راه تولید اولین پوشش های پودری

در اولین پوشش های پودری به دلیل مصرف زیاد رزین اپوکسی دو مشکل جدی وجود داشت: پایداری در مقابل نور UV و مقاومت زردگرایی آن ها ضعیف بود. از این رو کاربردهایشان به استفاده در داخل ساختمان و مصارف غیر تزئینی محدود می شد.
برای غلبه بر چنین مشکلاتی، تحقیقاتی توسط شرکت های متعدد در دهه 1970 با هدف ساخت سامانه های مقاوم تر صورت گرفت. این پژوهش ها منجر به تولید رزین های پلی استر اشباع شد که امروزه در ترکیبات مختلف رنگ های پودری مورد استفاده قرار می گیرد.
سامانه های پلی استر در ابتدا بر پایه رزین هایی با گروه فعال هیدروکسیل بودند که با هگزامتوکسی متیل ملامین شبکه ای می شدند. اما آزاد کردن الکل به هنگام پخت و پخت کند، از جمله معایبی بود که مانع از انتخاب آن ها گردید.
 

استفاده از رزین های پلی استر

در سال 1970 از رزین پلی استر کربوکسیلیک به همراه تری گلیسیدیل ایزوسیانات به عنوان عامل پخت استفاده شد.
یک نوآوری در سال 1971 منجر به ترکیب رزین های پلی استر کربوکسیلیک با رزین اپوکسی بیس فنول A برای تولید سامانه هیبرید یا پودر اپوکسی پلی استر شد. پیشرفت های بعدی بر پایه رزین های پلی استر هیدروکسیلی پخت شونده با ایزوفورن دی ایزو سیانات بلوکه شده با کاپرولاکتام بود.
در همان زمان ، رزین های آکریلیکی با گروه فعال کربوکسیل برای پخت با عوامل پخت اکسازولین وارد بازار شدند. با این حال ، به جز در بازار ژاپن، پودرهای آکریلیکی با موفقیت کمی همراه بودند، اگرچه در حال حاضر علاقه بیشتری به استفاده از آنها به عنوان لایه شفاف خودرو آغاز شده است.
در دهه 1990 با توجه به سمی بودن TGIC ، برخی پیشرفت ها در ساخت عوامل پخت جدید بوجود آمد که نیازمند رزین های جدید یا اصلاح شده بودند.
سامانه های پلی استری جدید که جنبه تجارتی پیدا کردند، شامل آنهایی هستند که عوامل پخت آن ها بر پایه هیدروکسی الکیل آمید، گلیکول لوریل و اکسیران آلیفاتیک می باشند.
 

پوشش های پودری و مواد اولیه آن

• در ترکیبات پوشش های پودری رنگدانه دار، شش گروه مواد اولیه وجود دارد:
  رزین پایه که مهمترین آن ها عبارتند از انواع اپوکسی های بیس فنول A و نووالاک، پلی استرهای اشباع شده و آکریلیک ها ، که به شکل جامد عرضه می گردند.

عوامل پخت که دارای خواص ذیل باشند

• در دمای محیط پایدار باشند.
• در دمای پخت با رزین خوب ترکیب شوند
• در دمای فرایند، بخصوص در طول فرایند اکستروژن تقریباً پایدار باشند.
• در حالت جامد به طور کامل قابل جاری شدن باشند.
• نقطه ذوبی نزدیک به نقطه ذوب رزین داشته و با آن امتزاج پذیر باشند.
• به عنوان یک ماده اولیه در طول مدت اکستروژن یا پخت ، نبایستی مواد خطرناک یا فرار آزاد کنند.
• رنگدانه ها
• عوامل جاری ساز
• سایر افزودنی ها
• فیلر ها

رنگ های پودری به طور مرسوم بر اساس نوع رزین و عامل پخت مصرفی به چندین گروه با نام تجاری اپوکسی، هیبرید، پلی استر، پلی یورتان، هیبرید آکریلیک، آکریلیک GMA و آکریلیک طبقه بندی می گردند.
 

پودرهای سخت شونده

پودرهای سخت شونده با پرتو UV بالا بودن دمای پخت در پوشش های پودری کاربرد آن ها در روی مواد حساس به گرما نظیر پلاستیک ها، کامپوزیت های چوب و چوب طبیعی محدود می سازد. پوشش های سخت شونده با UV این محدودیت را از بین می برند.
در سامانه های پخت شونده با UV دو نوع واکنش پخت آغازگر فتونی مطرح است: سامانه های رادیکال آزاد و کاتیونی. برای سامانه های کاتیونی، رزین های اپوکسی جامد و وینیل اترها و یک اسید لوئیس تولید شده بت فوتون جهت شروع واکنش شبکه ای شدن استفاده می شود.
در سامانه رادیکال آزاد، پخت بر اساس پلیمرازیسیون رزین های پلی استر غیر اشباع یا مخلوط پلی استر با آکریلیتها با رادیکال آزاد شده از تابش فوتون استوار است. از میان دو سامانه فوق سامانه رادیکال آزاد برای شرایط مایع مناسب تر است.
بعد از اعمال پوشش ، از آنجاییکه پرتو UV نمی تواند گرما تولید کند به یک منبع گرمایی جهت ذوب شدن پودر و چسبندگی آن به صورت یک لایه مورد نیاز است.
از این رو لامپ های مادون قرمز به منظور افزایش دما استفاده می شوند. بالا بردن دمای پوشش دمای بالاتر از نقطه ذوب موجب کاهش گرانروی قبل از آغاز پخت توسط نور UV می گردد. بنابر این حداکثر سیالیت و هم سطحی اتفاق می افتد.
رنگدانه ها ، روی زمان آغاز واکنش پخت تاثیر می گذارند که البته دلیل آن می تواند ناشی از جذب پرتوهای UV باشد. از این رو تا به امروز پوشش های پودری UV به سرعت در حال رشد است.
 

پوشش های پودری و مزایای آن

از میان مزایایی که پوشش های پودری دارند به اختصار می توان موارد زیر را نام برد:
 

سهولت استفاده

استفاده از پودر راحت تر از رنگ مایع بوده و نیاز به آموزش کارگر در آن کمتر است.
 

آماده برای مصرف و کاربرد

هیچ گونه اختلاط، همزدن یا رقیق کردن به مانند رنگ های مایع مورد نیاز نیست، تجهیزات کاربردی به راحتی می توانند پودر را از داخل بسته مستقیماً مورد استفاده قرار دهند.

نمونه های برگشتی کمتر

راحتی استفاده از پودر، هم به شکل دستی و هم به صورت خودکار، نمونه های غیر قابل قبول کمتری را نسبت به رنگ مایع می دهد.
 

کاربرد تک لایه

لایه ای ضخیم با یکنواختی بهتر و تنها با یکبار پاشش به دست می آید.
 

سودمندی بالا

بازیافت پودرهای پاشیده شده اضافی بالای 95% است، در حالیکه برای رنگ های مایع کمتر از 15% می باشد.
 

خطرات سلامتی

به علت عدم وجود حلال ها یا مواد خطرناک فرار، خطرات سلامتی کاهش می یابد.

مواد غیر قابل بازیافت

رسوب یا ته نشینی از رنگ پودری تولید نمی شود.

عدم وجود حلال

حذف حلال در رنگ پودری منجر به کاهش آتش سوزی در سالن های تولید و نیز مکان های کاربرد آنها شده و به این خاطر به دستگاه های ضد جرقه نیازی نیست. همچنان مشکلات زیست محیطی کمتری را به همراه دارند.
نیازمندی جا و مکان: فضای کمتری جهت کاربرد مورد نیاز است.