پرایمر های متیل سیلیکات در برابر رطوبت , شرایط محیطی سخت , سایش, ضربه و تحمل حرارت بطور مداوم تا دماي 400 درجه سانتیگراد مقاومت عالی دارند. همچنین درﺻﺪ ﺑﺴﯿﺎر ﺑﺎﻻي ﮔﺮد روي در ﻓﯿﻠﻢ ﺧﺸﮏ این نوع پرایمر ها ﻣﯽ ﺗﻮاﻧﺪ ﺳﻄﻮح آﻫﻨﯽ و ﻓﻮﻻدي را از ﻃﺮﯾﻖ اﻟﮑﺘﺮو ﺷﯿﻤﯿﺎﯾﯽ و ﺣﻔﺎﻇﺖ ﮐﺎﺗﺪي ﻣﺤﺎﻓﻈﺖ ﻧﻤﺎﯾﺪ.برای خرید رنگ استخری آببند با مجموعه کوپل شیمی تماس حاصل فرمائید. این مجموعه همچنین به عرضه انواع رنگ مخصوص بتن نیز میپردازد.

رزین های سیلیکاتی به دلیل مقاومت به خوردگی عالی و مقاومت حرارتی استثنایی که از خود نشان می دهند انتخاب اول بخش عمده ای از پوشش های ضد خوردگی خصوصا در محیط های آبی و پوشش های غنی از روی هستند. برای تولید رزین سیلیکاتی مورد استفاده در پرایمر های سیلیکاتی غنی از روی می توان از اتیل سیلیکات 40 و یا متیل سیلیکات 40 به عنوان ماده اولیه استفاده کرد که در این نوشتار تفاوت ها و ویژگی های این دو ماده با هم مقایسه شده و مراحل تولید رنگ به اختصار توضیح داده شده است. همچنین عوامل موثر بر آبکافت آنها مانند میزان آب مصرفی, pH و دمای محیط که از عوامل اصلی هستند گزارش شده است.]1[

نویسنده : مهندس مرتضی جمشیدی

مدیر تحقیقات شرکت کوپل شیمی سپاهان

 coupleshimi@gmail.com

تفاوت شیمیایی متیل سیلیکات 40 و اتیل سیلیکات 40

اتیل سیلیکات 40 یکی از مشتقات آلی فلزی سیلیسیم از خانواده آلکوکسی سیلان ها است. این ماده در اثر هیدرولیز کامل 40 درصد SiO2 تولید کرده و همچنین الکل اتانول آزاد می کند . این ماده بصورت الیگومری بوده و دارای جرم ملکولی تقریبی 744 g/mol می باشد. متیل سیلیکات 40 نیز یکی دیگر از مشتقات آلی فلزی سیلیسیم و بصورت مونومری است. در اثر هیدرولیز کامل این ماده نیز 40 درصدSiO2  تولید می شود. با این تفاوت که الکل آزاد شده متانول هست. این ماده دارای جرم ملکولی 152 g/mol است. هر دو این مواد نسبت به رطوبت حساس بوده و در اثر تماس با رطوبت هیدرولیز شده و تخریب می شوند. اما حساسیت اتیل سیلیکات 40 به رطوبت نسبت به متیل سیلیکات 40 بیشتر است و به همین دلیل زمان نگهداری آن محدود تر هست.

در هنگام ساخت رنگ با این نوع رزین ها در کارخانه رنگسازی بعد از تهیه هر یک از این دو ماده به عنوان ماده اولیه باید مرحله پیش هیدرولیز انجام شود تا این مواد بتوانند به عنوان یک رزین فیلم ساز عمل کنند. نحوه صحیح انجام این مرحله به شدت بر روی خواص رزین تولید شده تاثیر گذار است.

مرحله پیش هیدرولیز متیل سیلیکات و اتیل سیلیکات

در این مرحله اتیل سیلیکات 40 و یا متیل سیلیکات 40 باید به روش شیمیایی تا حداکثر 85 درصد هیدرولیز شوند تا یک رزین پلی سیلیکات ایجاد شود. این فرآیند یک فرآیند کاملا شیمیایی بوده و در یک راکتور شیمیایی از جنس استنلس استیل 316 که مجهز به میکسر و سیستم خنک کننده هست انجام می شود. تمام عواملی که باعث انجام فرآیند هیدرولیز به صورت غیر یکنواخت و یا میزان درصد هیدرولیز کمتر یا بیشتر از میزان مجاز شوند بر روی کیفیت رزین اثرات نا مطلوبی ایجاد می کنند. در این بین میزان آب مصرفی, pH محیط و دمای واکنش سه عامل بسیار مهم و اثر گذار بر این فرآیند هستند که در ادامه نقش هر یک از آنها بر روی کیفیت محصول نهایی ( رزین پلی سیلیکات )مورد بررسی قرار می گیرد.

عوامل موثر در مرحله پیش هیدرولیز متیل سیلیکات

     1- میزان آب مصرفی

میزان مصرف آب کمتر و یا بیشتر از حد مجاز هر دو مشکل ساز هست. در صورت استفاده آب کمتر از مقدار مورد نیاز رزین حالت روغنی پیدا کرده و زمان سخت شدن فیلم بسیار طولانی می شود.

و در صورت مصرف آب بیشتر از حد مجاز احتمال ژل شدن وجود دارد و مدت زمان نگهداری رزین بسیار محدود و کوتاه می شود ضمن اینکه بر روی خواص نهایی محصول نیز مانند قدرت چسبندگی به سطح نیز اثر منفی ایجاد می کند.

طبیعتا با توجه به تفاوت های ساختاری که این دو ماده با هم دارند میزان آب مصرفی نیز برای رسیدن به میزان هیدرولیز 85 درصد متفاوت خواهد بود. میزان آب مصرفی برای هر 100 گرم ماده اتیل سیلیکات 40 بطور میانگین بین 10 تا 12 گرم می باشد در صورتی که میزان آب مصرفی برای هر 100 گرم ماده متیل سیلیکات 40 بطور میانگین بین 18 تا 20 گرم می باشد. (میزان دقیق آب مورد نیاز به درصد خلوص و کیفیت محصول خریداری شده و همچنین میزان درصد هیدرولیز مورد نظر بستگی دارد و باید توسط واحد آزمایشگاه مربوطه بطور دقیق محاسبه شود)

    2- میزان pH

پارامتر مهم دیگر میزان pH محیط هیدرولیز است. که این امر به میزان اسید کلریدریک مصرفی در حین انجام فرآیند پیش هیدرولیز بستگی دارد. درصورت ایجاد محیط های خیلی اسیدی و یا قلیایی سرعت هیدرولیز به شدت افزایش یافته و منجر به انجام یک هیدرولیز غیر همگن و نا یکنواخت می شود که این امر نیز بر روی خواص فیلم نهایی اثرات نا مطلوبی ایجاد می کند. ضمن اینکه به دلیل افزایش سرعت هیدرولیز دمای راکتور نیز بصورت ناگهانی بالا می رود.

میزان اسید کلریدریک مصرفی بر روی کیفیت هیدرولیز اتیل سیلیکات 40 و متیل سیلیکات 40 اثر تقریبا یکسانی دارد و باید برای هردو مورد میزان pH در محدوده 5 تا 6 نگهداشته شود.

     3- میزان گرمای آزاد شده

فرآیند هیدرولیز آلکوکسی سیلان ها یک فرآیند گرما زا بوده و انجام واکنش هیدرولیز می تواند باعث بالا رفتن دمای محیط واکنش شود.

به دلیل اینکه در فرآیند پیش هیدرولیز متیل سیلیکات 40 میزان آب بیشتری مصرف می شود و در نتیجه تعداد پیوند های بیشتر شکسته و ایجاد می شوند و همچنین به دلیل جرم ملکولی پایین تر متیل سیلیکات نسبت به اتیل سیلیکات گرمای بیشتر در این مرحله آزاد می شود. بالا رفتن دما باعث انجام هیدرولیز غیر یکنواخت شده و بر روی کیفت رزین پلی سیلیکات ایجاده شده اثرات نامطلوبی ایجاد می کند.  به همین جهت نیاز هست که در هنگام انجام واکنش دمای راکتور کنترل شود.

مکانیزم سخت شدن پرایمر های سیلیکاتی غنی از روی

همانطور که می دانید و در قسمت های قبل نیز توضیح داده شد عامل فیلم ساز (رزین) در پوشش های غنی از روی محصول پیش هیدرولیز شده است (اغلب جزء A نامیده می شود) که خود یک ترکیب آلی و فلزی و بصورت پلی سیلیکات است که پس از ترکیب شدن با جزء پودر (جزء B) که حاوی مقادیر زیادی پودر روی هست و  اِعمال بر روی سطح مورد نظر با فلز روی و رطوبت واکنش داده (در محل اعمال شده) و پس از پایان واکنش های شیمیایی یک فیلم صد در صد غیر آلی متشکل از سیلیسیم دی اکسید, زینک سیلیکات و مقداری آهن سیلیکات ایجاد می کند.]2[

جزء A دارای گروه های عاملی هیدروکسیل (OH-) و آلکیل استر(-OR) که به سیلیسیم متصل هستند می باشد.( در اینجا منظور از R گروه های متیل و یا اتیل هستند) در کنار این گروه های عاملی وجود پودر فلز روی, زیرآیند فولادی و مقداری فلز آهن یونیزه شده برای پیش رفتن واکنش های منتهی به سخت شدن فیلم نهایی کاملا الزامی است.

وجود گروههای –Si-OH جهت آغاز سریع واکنش ها پس از اعمال حیاتی است. همچنین وجود گروههای –Si-OR جهت واکنش با آب و ایجاد گروه های –Si-OH الزامی است. اگر مرحله پیش هیدرولیز به خوبی انجام شود گروه های عاملی فوق به اندازه کافی و با یک پراکندگی یکنواخت ایجاد می شوند و در نهایت منجر به ایجاد یک لایه پوششی کاملا سخت و مقاوم می شوند.]3[

بنابراین برای انجام واکنش های سخت شدن می بایست موارد زیر موجود باشند.

1-گروه های Si-OH

2-گروه های Si-OR

3-(Zn,Zn2+ , Fe,Fe2+)

در صورت فقدان هریک از این گروه ها سخت شدن فیلم با مشکلاتی همراه خواهد بود. اولین مرحله پس از اعمال رنگ تبخیر بخش قابل ملاحظه ای از حلال های موجود در رنگ و همزمان یا با کمی تأخیر جذب رطوبت از محیط است. نتیجه این عمل ادامه هیدرولیز رزین سیلیکاتی بوده و هیدرولیز تا زمانی که گروه های آلکیل استری (Si-OR) وجود دارند ادامه می یابد. به موازات آن گروه های سیلانول (Si-OH) ایجاد شده از سه طریق زیر وارد واکنش می شوند:

1-ترکیب با یکدیگر طی واکنش تراکمی و خروج آب

2-ترکیب با گرد روی و ایجاد اتصالهایی از نوع (Si-O-Zn)

3-ترکیب با سطح زیر کار (آهن یا فولاد)

در نهایت با مصرف شدن تمام گروه های سیلانول (Si-OH) حاصل از هیدرولیز گروهای آلکیل استری یک فیلم کاملا معدنی و سخت بر روی سطح فلز ایجاد می شود.

اثر متانول و مقایسه آن با اتانول

همانطور که قبلا نیز ذکر شد در اثر هیدرولیز اتیل سیلیکات 40, اتانول آزاد می گردد در حالیکه در اثر هیدرولیز متیل سیلیکات 40, متانول آزاد می شود. از طرفی همانطور که در قسمت قبل نیز اشاره شده سرعت تبخیر حلال می تواند بر روی زمان خشک شدن فیلم  نهایی و همچنین میزان استحکام و عدم ترک خوردگی آن اثر بگذارد. که این امر نیز خود تابع رطوبت, دمای سطح و دمای محیطی است که رنگ در آن مصرف می شود.]4[ بنابراین در صورتی که دمای محیط بالا باشد در هنگام استفاده از رزین متیل سیلیکات 40 نیاز هست با اضافه کردن حلال های سنگین تری مانند پروپانول, اتیل گلیکول و یا بوتانول سرعت خشک شدن فیلم را مدیریت کرد. در صورت استفاده از حلالهای دیگر می بایست به این نکته توجه کرد که باید آن حلال ها با آب قابل اختلاط باشند. البته این مورد برای پرایمر ساخته شده با رزین اتیل سیلیکات 40 نیز وجود دارد ولی حساسیت آن به دلیل سرعت تبخیر پایین تر اتانول نسبت به متانول کمتر هست.

شرکت دانش بنیان کوپل شیمی سپاهان به عنوان تخصصی ترین واحد تولید کننده ترکیبات سیلیکاتی و سیلیکونی در ایران سعی دارد اطلاعات فنی مورد نیاز شرکت ها و تولید کننده گانی که در زمینه تولید پوشش های سیلیکاتی غنی از روی فعالیت می کنند را در اختیار آنها قرار دهد. تا بتواند گامی هر چند کوچک در اعتلای کشور عزیزمان بردارد. به همین جهت در این مقاله سعی شده است اطلاعات کاربردی ارزشمندی در اختیار کسانی که در زمینه تولید رنگ های دریایی و ضد خوردگی فعالیت می کنند قرار داده شود.

منابع:

1-     مجله علوم و فناوری رنگ, دوره 8  ,  شماره 1, صفحات  59- 74 , تاریخ انتشار: فروردین ماه سال 1393

2-    مجله مطالعات در دنیای رنگ, دوره 4 , شماره 2, صفحات 65- 57 , تاریخ انتشار: تیرماه سال 1393

3-    مجله مطالعات در دنیای رنگ,  دوره 1 , شماره 4 , صفحات 30- 23 , تاریخ انتشار: اسفندماه  سال 1390

4-    مجله مطالعات در دنیای رنگ, دوره 1 , شماره 4, صفحات 40- 31 , تاریخ انتشار: اسفندماه سال 1390