المواد المضافة المستخدمة في الطلاءات

أولا: نظرة عامة
باعتبارها إحدى المواد الخام المستخدمة في الطلاء، عادةً ما تكون كمية المواد المضافة صغيرة جدًا (حوالي 1% من التركيبة الإجمالية)، لكن تأثيرها كبير. فإضافتها لا تتجنب العديد من عيوب الطلاء وعيوب الغشاء فحسب، بل تُسهّل أيضًا عملية إنتاج الطلاء وبنائه، كما تُضفي عليه بعض الوظائف الخاصة. لذلك، تُعدّ المواد المضافة جزءًا أساسيًا من الطلاء.

2. تصنيف المواد المضافة
تشتمل المواد المضافة المستخدمة بشكل شائع في الطلاء على عوامل مضادة للترسيب العضوي، ومكثفات، وعوامل تسوية، وعوامل التحكم في الرغوة، ومحفزات الالتصاق، وعوامل الترطيب والتشتيت، وما إلى ذلك.

3. أداء وتطبيق المواد المضافة

(1) عامل مضاد للترسيب العضوي
تعتمد معظم هذه المنتجات على البولي أوليفينات، المُشتتة في مذيب، والمُعدّلة أحيانًا بمشتق من زيت الخروع. تتوفر هذه الإضافات بثلاثة أشكال: سائل، ومعجون، ومسحوق.

1. الخصائص الرومولوجية:
الوظيفة الريولوجية الرئيسية لعوامل منع الترسيب العضوية هي التحكم في تعليق الأصباغ، أي منع الترسيب الشديد أو تجنبه تمامًا، وهو استخدامها المعتاد. لكن عمليًا، تُسبب زيادة في اللزوجة ومقاومةً للترهل، خاصةً في الطلاءات الصناعية. تذوب عوامل منع الترسيب العضوية بسبب ارتفاع درجة الحرارة، مما يفقدها فعاليتها، لكن ريولوجيتها تستعيد قوتها مع تبريد النظام.

2. استخدام المواد العضوية المضادة للترسيب:
لضمان فعالية عامل منع الترسب في الطلاء، يجب توزيعه وتفعيله بشكل صحيح. الخطوات المحددة هي كما يلي:
(١) الترطيب (مسحوق جاف فقط). عامل الترسيب العضوي المسحوق الجاف هو مادة مركبة. لفصل الجزيئات عن بعضها، يجب ترطيبه بالمذيب و/أو الراتنج. عادةً ما يكفي إضافته إلى خليط الطحن مع التحريك المعتدل.
(٢) إزالة التكتل (للمساحيق الجافة فقط). قوة التكتل لعوامل الترسيب العضوية ليست قوية جدًا، وفي معظم الحالات، يكفي الخلط المضطرب البسيط.
(٣) التشتت، التسخين، مدة التشتت (جميع الأنواع). جميع عوامل الترسيب العضوية لها حد أدنى لدرجة حرارة التنشيط، وإذا لم يتم الوصول إليها، مهما بلغت قوة التشتت، فلن يكون هناك نشاط ريولوجي. تعتمد درجة حرارة التنشيط على نوع المذيب المستخدم. عند تجاوز الحد الأدنى لدرجة الحرارة، يُفعّل الإجهاد المُطبّق عامل الترسيب العضوي ويُعطي أفضل أداء له.

(2) مُكثِّف
هناك أنواع مختلفة من المُكثِّفات المُستخدمة في الدهانات القائمة على المذيبات والدهانات القائمة على الماء. ومن أشهر أنواع المُكثِّفات المُستخدمة في الطلاءات المائية: إيثرات السليلوز، والبولي أكريلات، والمُكثِّفات الترابطية، والمُكثِّفات غير العضوية.
١. مُكثِّف إيثر السليلوز الأكثر استخدامًا هو هيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC). تختلف مواصفاته باختلاف اللزوجة. HEC منتج مسحوق قابل للذوبان في الماء، وهو مُكثِّف غير أيوني. يتميز بتأثير تكثيف جيد، ومقاومته الجيدة للماء والقلويات، إلا أن عيوبه تتمثل في سهولة نمو العفن والتعفن، وضعف قدرته على التسوية.
٢. مُكثِّف البولي أكريلات هو مستحلب كوبوليمر أكريلات غني بالكربوكسيل، وميزته الرئيسية هي مقاومته الجيدة لغزو العفن. عندما يتراوح الرقم الهيدروجيني بين ٨ و١٠، ينتفخ هذا النوع من المُكثِّف ويزيد من لزوجة الطور المائي؛ ولكن عندما يزيد الرقم الهيدروجيني عن ١٠، يذوب في الماء ويفقد تأثيره المُكثِّف. لذلك، تزداد حساسية المُكثِّف للرقم الهيدروجيني. حاليًا، يُعد ماء الأمونيا أكثر مُنظِّمات الرقم الهيدروجيني استخدامًا في دهانات اللاتكس في الصين. لذلك، عند استخدام هذا النوع من المُكثِّف، تنخفض قيمة الرقم الهيدروجيني مع تطاير ماء الأمونيا، ويقل تأثيره المُكثِّف أيضًا.
٣. تتميز المُكثِّفات الترابطية بآليات تكثيف مختلفة عن أنواع المُكثِّفات الأخرى. تُحقق مُعظم المُكثِّفات اللزوجة من خلال الترطيب وتكوين بنية هلامية ضعيفة في النظام. ومع ذلك، تحتوي المُكثِّفات الترابطية، مثل المُنشِّطات السطحية، على أجزاء مُحبَّة للماء وأجزاء زيتية صفراء مُنظِّفة في الجزيء. يُمكن ترطيب الأجزاء المُحبَّة للماء وتضخيمها لتكثيف الطور المائي. يُمكن دمج المجموعات الطرفية المُحبَّة للدهون مع جزيئات المستحلب وجزيئات الصبغة، لتكوين بنية شبكية.
٤. البنتونيت هو المُكثِّف غير العضوي. عادةً ما ينتفخ البنتونيت المائي عند امتصاصه للماء، ويصبح حجمه بعد امتصاصه أضعاف حجمه الأصلي. لا يعمل البنتونيت كمُكثِّف فحسب، بل يمنع أيضًا غرق اللون وترهله وطفو لونه. يتفوق تأثيره المُكثِّف على مُكثِّفات الأكريليك والبولي يوريثان القابلة للانتفاخ القلوي بنفس المقدار. بالإضافة إلى ذلك، يتميز بقابلية واسعة للتكيف مع درجة الحموضة، وثبات جيد للتجمد والذوبان، واستقرار بيولوجي. ولأنه لا يحتوي على مواد خافضة للتوتر السطحي قابلة للذوبان في الماء، فإن الجسيمات الدقيقة في الغشاء الجاف تمنع هجرة الماء وانتشاره، وتعزز مقاومة غشاء الطلاء للماء.

(3) عامل التسوية

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من عوامل التسوية المستخدمة بشكل شائع:
1. عامل تسوية من نوع بولي سيلوكسان معدل
يمكن لهذا النوع من عوامل التسوية أن يقلل بشكل كبير من التوتر السطحي للطلاء، ويحسن قابلية الطلاء للبلل على الركيزة، ويمنع الانكماش؛ ويمكنه تقليل فرق التوتر السطحي على سطح الفيلم الرطب بسبب تطاير المذيبات، وتحسين حالة تدفق السطح، وجعل الطلاء مستويًا بسرعة؛ يمكن لهذا النوع من عوامل التسوية أيضًا أن يشكل فيلمًا رقيقًا وناعمًا للغاية على سطح فيلم الطلاء، وبالتالي تحسين نعومة ولمعان سطح فيلم الطلاء.
2. عامل تسوية من نوع الراتينج طويل السلسلة ذو توافق محدود
مثل البوليمر المتجانس أو البوليمر المشترك الأكريلي، والذي يمكن أن يقلل من التوتر السطحي للطلاء والركيزة إلى حد معين لتحسين قابلية البلل ومنع الانكماش؛ ويمكن أن يشكل مستوى جزيئي واحد على سطح فيلم الطلاء لزيادة التوتر السطحي للطلاء المتجانس، وتحسين سيولة السطح، ومنع سرعة تطاير المذيبات، والقضاء على العيوب مثل قشر البرتقال وعلامات الفرشاة، وجعل فيلم الطلاء ناعمًا ومتساويًا.
3. عامل تسوية بمذيب ذو نقطة غليان عالية كمكون رئيسي
يمكن لهذا النوع من عامل التسوية ضبط معدل تطاير المذيب، بحيث يكون لفيلم الطلاء معدل تطاير ومذيب أكثر توازناً أثناء عملية التجفيف، ويمنع تدفق فيلم الطلاء من أن يعوقه تطاير المذيب بسرعة كبيرة واللزوجة عالية جدًا، مما يؤدي إلى عيوب تسوية سيئة، ويمكن أن يمنع الانكماش الناجم عن ضعف ذوبان المادة الأساسية والترسيب الناجم عن تطاير المذيب بسرعة كبيرة.

(4) عامل التحكم في الرغوة
تُسمى عوامل التحكم في الرغوة أيضًا بعوامل مكافحة الرغوة أو عوامل إزالة الرغوة. تمنع هذه العوامل أو تؤخر تكوين الرغوة: وهي مواد خافضة للتوتر السطحي تُفجر الفقاعات المتكونة. الفرق بينهما نظري إلى حد ما، إذ يُمكن لمزيل الرغوة الناجح أن يمنع تكوين الرغوة تمامًا مثل عامل مضاد للرغوة. يتكون عامل مكافحة الرغوة بشكل عام من ثلاثة مكونات أساسية: المركب النشط (أي العامل النشط)؛ عامل الانتشار (سواءً كان متوفرًا أم لا)؛ المادة الحاملة.

(5) عوامل الترطيب والتشتيت
قد يكون لعوامل الترطيب والتشتيت مجموعة من الوظائف، لكن الوظيفتين الرئيسيتين هما تقليل الوقت و/أو الطاقة اللازمة لإتمام عملية التشتيت مع تثبيت تشتت الصبغة. تُقسّم عوامل الترطيب والمشتتات عادةً إلى:

خمس فئات:
1. عامل ترطيب أنيوني
2. عامل ترطيب كاتيوني
3. عامل ترطيب أمفوتيري محايد كهربائيًا
4. عامل ترطيب ثنائي الوظيفة وغير محايد كهربائيًا
5. عامل ترطيب غير أيوني

يمكن للأنواع الأربعة الأولى من عوامل الترطيب والمشتتات أن تلعب دورًا في الترطيب وتساعد في تشتيت الصبغة، لأن نهاياتها المحبة للماء لديها القدرة على تكوين روابط فيزيائية وكيميائية مع سطح الصبغة وحوافها وزواياها، وما إلى ذلك، والتحرك نحو اتجاه سطح الصبغة، وهو عادةً الطرف الكاره للماء. تحتوي عوامل الترطيب والمشتتات غير الأيونية أيضًا على مجموعات نهايات محبة للماء، لكنها لا تستطيع تكوين روابط فيزيائية وكيميائية مع سطح الصبغة، ولكن يمكنها الاتحاد مع الماء الممتص على سطح جزيئات الصبغة. هذا الارتباط المائي بسطح جزيئات الصبغة غير مستقر ويؤدي إلى امتصاص وامتصاص غير أيوني. المادة الخافضة للتوتر السطحي الممتصة في نظام الراتنج هذا حرة، وتميل إلى التسبب في آثار جانبية مثل ضعف مقاومة الماء.

يجب إضافة عامل الترطيب والمشتت أثناء عملية تشتت الصبغة، وذلك لضمان أن تكون المواد النشطة السطحية الأخرى على اتصال وثيق بالصبغة للعب دورها قبل الوصول إلى سطح جسيم الصبغة.

أربعة. الملخص

الطلاء نظامٌ معقد. تُضاف إليه موادٌ مضافةٌ بكمياتٍ قليلة، لكنها تلعب دورًا حيويًا في أدائه. لذلك، عند تطوير طلاءاتٍ قائمةٍ على المذيبات، ينبغي تحديد المواد المضافة وجرعاتها من خلال عددٍ كبيرٍ من التجارب المتكررة.