بهبود چسبندگی در رزین های لاتکس اکریلیکی آب پایه ساخته‌شده با مونومرهای متاکریلیکی فسفاته
مؤلفه‌ی چسبندگی یکی از مهم‌ترین خواص پوشش‌ها برای محافظت از فلزها است. نقص در چسبندگی اجازه‌ی ورود آب به‌سطح مشترک پوشش/زیرآیند را می‌دهد و به‌دو صورت عمل می‌کند: در ابتدا ناحیه‌ی جداشده گسترش می‌یابد و ازاین‌رو، موجب تاول‌زدن شده و سپس فرآیند خوردگی آغاز می‌شود. هر دو مؤلفه‌ی چسبندگیِ تر و خشک (مورد لزوم در هنگام نفوذ آب به‌فیلم پوشش) به‌منظور محافظت کامل در برابر خوردگی نیاز است. پُل‌های هیدروژنی میان زیرآیند و پوشش (که مسئول ایجاد چسبندگی پوشش هستند)، می‌توانند توسّط آب ورودی تضعیف شوند و سبب ازدست‌رفتن چسبندگی گردند. این امر اجازه می‌دهد تا آب به‌سطح فلز حمله کند. به‌علّت رخ‌دادن خوردگی، یون‌های آهن و هیدروکسید تشکیل‌شده، یک سلول اُسموزی را در زیر پوشش ایجاد می‌کنند. فشار اُسموزی می‌تواند بین 2500 تا 3000 کیلوپاسکال پیش‌بینی شود. درحالی‌که مقاومت پوشش‌های آلی در برابر نیروهای تغییرشکل‌دهنده کم‌تر است (در محدوده‌ی بین 6 تا 40 کیلوپاسکال). به‌این ترتیب، تاول‌ها شکل می‌گیرند و سطح درمعرض قرارگرفته‌ی فولاد گسترش می‌یابد.
چسبندگی تر می‌تواند توسّط پیش‌آماده‌سازی فلز با استفاده از پوشش‌های تبدیلی فسفاته/کروماته به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای بهبود یابد. با این حال، این یک فرآیند دوست‌دار محیط زیست نیست و علّت آن، استفاده از یون کرم (VI) است. لین (Lin) و همکارانش یک سامانه‌ی فسفاته‌کردنِ درجا را گزارش داده‌اند که در آن، یک معرّف فسفاته‌ی درجا (ISPR) از قبل با پوشش اختلاط می‌شود. استفاده از این معرّف، موجب اجتناب استفاده از حمام‌های غوطه‌وری می‌شود و ازاین‌رو، تولید مقادیر فراوانی از فاضلاب خواهد کرد. در این سامانه‌ها، تشکیل پوشش‌های تبدیلی فسفاته (تشکیل مِش بلوری) و پوشش پلیمری به‌طور هم‌زمان در یک مرحله رخ می‌دهد. این معرف با سطح فلز واکنش می‌دهد و تشکیل پوشش تبدیلی فسفاته‌ی بلوری می‌دهد و به‌طور هم‌زمان ایجاد پیوند شیمیایی کربن‑اکسیژن‑فسفر با پوشش خواهد کرد. این امر سبب فراهم‌آوردن یک چسبندگی عالی به‌علّت تشکیل برهم‌کنش‌های کووالانسی می‌شود. با این حال، استفاده از این سامانه‌ها مستلزم اختلاط دو جزء متفاوت است و ازاین‌رو، یک مرحله‌ی اِعمال اضافی مورد نیاز خواهد بود.
یک راه جایگزین برای این موضوع، ایجاد عاملیّت فسفاته به‌پلیمر با استفاده از مونومرهای دارای عاملیت فسفاته خواهد بود. دِل‌دونو (Del Donno) بهبود چسبندگی به‌زیرآیندهای فلزی را با استفاده از پلیمرهایی با گروه‌های فسفری در ارتباط با نمک‌های فلزی چندظرفیتی محلول در آب مورد بررسی قرار داد. همچنین بِترِمی‌یِکس (Betremieux) و همکارانش و نیز یانگ (Yang) و همکارانش متوجّه شدند که افزودن این دسته از مونومرها توسّط پلیمریزاسیون رادیکالی نه‌تنها سبب بهبود چسبندگی می‌شود، بلکه مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر سایش را نیز به‌دنبال خواهد داشت. با این حال، هیچ‌یک از این کارها هیچ‌گونه اطّلاعات سینتیکی و ریزساختاری را از لاتکس‌های پلیمری بدست‌آمده در خلال پلیمریزاسیون امولسیونی این مونومرهای فسفاته ارائه ندادند.
در یک تحقیق که توسّط گُنزالِز (Gonzalez) و همکارانش در سال 2008 انجام گرفت، یک نوع مونومر فسفاته‌ی تجاری به‌نام SIPOMER PAM100 (ارائه‌شده توسّط شرکت Rhodia) به‌سهولت در فرآیند کوپلیمریزاسیون رادیکالی مورد استفاده قرار گرفت و چسبندگی و خواص محافظتی را به‌شدّت بهبود داد. این مونومر، یک اِستر فسفاته برپایه‌ی متاکریلیک‌اسید (شکل بالا) با گروه‌های توسعه‌دهنده‌ی آلکیلی برپایه‌ی واحدهای اتیلن‌اُکساید (EO) و یا پروپیلن‌اُکساید (PO) است که قادر هستند تا میزان قطبیّت را برمبنای توسعه‌ی محصول‌ها با میزان آبگریزی گوناگون وابسته به‌کارکرد تغییر دهند. در کار تحقیقاتی مذکور، یک مونومر فسفاته دارای یک گروه آلکیلی آب‌دوست پلی‌اتیلن‌اُکسایدی (PEO) با جرم مولکولی پایین مورد استفاده قرار گرفت. زیرا هیچ‌گونه خواص محافظتی مورد نیاز نبود. در تحقیق مزبور، تأثیر افزودن SIPOMER PAM100 (SPM) بر سینتیک‌های پلیمریزاسیون و ریزساختار پلیمری، مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. علاوه‌براین، میزان چسبندگی پوشش به‌زیرآیندهای گوناگون فلزی برای یک فرمولاسیون آستری ارزیابی شد که لاتکس پلیمری ساخته‌شده با مقادیر متفاوتی از این مونومر به‌عنوان رزین به‌کار گرفته شد. همچنین استراتژی اضافی استفاده از مونومرهای تخصّصی در خلال پلیمریزاسیون نیز مورد بررسی قرار گرفت.
مترجم: مهدیار یافتیان- شرکت سیماب رزین
بخوانید: فوق روان کننده بتن
مرجع
Gonzalez, I., Mestach, D., Leiza, J. R., & Asua, J. M. (2008). Adhesion enhancement in waterborne acrylic latex binders synthesized with phosphate methacrylate monomers. Progress in organic coatings, 61(1), 38-44.
