اثر چسبندگی فلزی و مقاومت خوردگی رزین های پایه آب استایرن اکریلیک بر روی سطح فلزی- بخش 1

در طراحی رزین های استایرن-اکریلیک برای محافظت سطوح فلزی نیاز به برقراری یک تعادل میان بسیاری از خواص است. یک مطالعه‌ی مشروح در ارتباط با پلیمرها و رنگ‌های تجاری، شکاف‌های قابل‌توجهی را در دستیابی به‌هر دو ویژگی مقاومت خوردگی مناسب و پروفایل چسبندگی تر و خشک قوی برای انواع زیرآیندها را نشان می‌دهد. تلاش‌های اخیر در توسعه‌ی نمونه‌های اولیه منجر به‌نتایج مشابه شد. برقراری تعادل میان خوردگی و چسبندگی مستلزم بررسی سازوکارهای بنیادی است که با استفاده از آن، پلیمرهای اکریلیکی می‌توانند به‌زیرآیندها بچسبند و نیز از فرآیند خوردگی جلوگیری کنند. خواص فیلم مانند چسبندگی، سختی، خواص سدکنندگی و امپدانس الکتروشیمیایی اندازه‌گیری شدند و نتایج آن با مقاومت خوردگی در زیرآیند فولاد نورد سرد بدون پوشش در مه نمکی با استاندارد ASTM B117 ارتباط داده شدند. با استفاده از برقراری ارتباط میان ساختار/خواص که در این کار مطالعاتی بدست آمدند، تولیدهای آینده‌ی رزین‌های استایرن-اکریلیک (که به‌طور مستقیم بر سطح اعمال می‌شدند)، گسترش پیدا خواهند کرد و شکاف‌های موجود گفته‌شده در صنعت در ارتباط با مقاومت خوردگی و چسبندگی پر خواهند شد. علاوه‌براین، در این مطالعه تأثیر فرمولاسیون بر عملکرد خوردگی ناشی از غلظت حجمی پیگمنت (PVC) و انتخاب افزودنی‌ها نیز مورد بررسی قرار گرفت.

رزین‌های پایه‌آب استایرن-اکریلیک تک‌جزئی در بخش‌های تعمیر و نگه‌داری صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند و تحت عنوان پوشش‌های اعمال مستقیم به‌فلز به‌فروش می‌رسند. منظور از اعمال مستقیم بر فلز در این نوشتار، اعمال مستقیم یک لایه‌ی پوششی به‌تنهایی (و یا در صورت تمایل به‌صورت چندگانه) بر روی یک زیرآیند فلزی فاقد یک لایه‌ی پوشش آستری به‌منظور فراهم‌آوردن چسبندگی و مقاومت در برابر خوردگی است. بنابراین، پوشش مورد استفاده در موضوع اعمال مستقیم بر فلز، باید یک تعادل کامل میان خواص مورد انتظار از یک سامانه‌ی محافظتی فلزی شامل مقاومت در برابر خوردگی، چسبندگی، مقاومت شیمیایی، مقاومت در برابر پرتو فرابنفش و سختی را فراهم آورد. این چالش‌های مورد توجه فعلی در موضوع طراحی پلیمر، شیمیدان‌ها را مجبور به‌موازنه‌ی ویژگی‌هایی می‌کند که به‌صورت خواص رقابتی نمود دارند. با توجه به‌استاندارد ASTM B117 به‌عنوان یک روش شتاب‌یافته‌ی آزمون خوردگی، محدوده‌ی عملکرد برای رزین‌های اعمال مستقیم بر فلز بر پایه‌ی رزین‌های استایرن-اکریلیک که از لحاظ تجاری در دسترس هستند، عموماً بین 24 تا 300 عدد خواهد بود و این درهنگامی است که با یک لایه‌ی منفرد با ضخامت فیلم خشک در حدود 2 میل در معرض آزمون قرار می‌گیرند. دیگر رزین‌های استایرن-اکریلیک اعمال مستقیم بر فلز می‌توانند به‌نتایجی بیش از 500 ساعت نیز دست یابند.

یکی دیگر از نیروهای محرکه‌ی عمده برای توسعه‌های جدید در این حوزه، موضوع محتوای آلی فرار (VOC) خواهد بود. محصول‌های متداول برای اعمال مستقیم بر فلز تمایل به‌فرموله‌شدن به‌مقدار کم‌تر از 25 گرم بر لیتر دارند. اما ترکیبی از قوانین و مقررات، خواست مصرف‌کننده و پذیرش داوطلبانه‌ی تأمین‌کنندگان، میزان تقاضا برای عملکردهای بالا را به‌مقدار کم‌تر از 100 گرم بر لیتر و نیز متعاقباً کم‌تر از 50 و 25 گرم بر لیتر سوق داده است. در یک طرح توسعه‌ی اخیر برای یک رزین اعمال مستقیم بر فلز استایرن-اکریلیک به‌مقدار کم‌تر از 100 گرم بر لیتر، اشکال‌های قابل‌توجهی در حفظ مقاومت در برابر خوردگی درهنگامی‌که به‌منظور بهبود خواص چسبندگی به‌زیرآیندهای آلومینیومی بکار می‌رفت، به‌وجود آمد. اولین تحقیقات در این حوزه بر بهبود مقاومت خوردگی متمرکز بود که با استفاده از استاندارد ASTM B117 مه نمکی بر سطح زیرآیند فولاد نورد سرد (CRS) بدون اصلاح سطحی انجام گرفت. تهیه‌ی نمونه‌های اولیه انجام شد. اما منجر به‌چسبندگی پایین به‌آلومینیوم گردید (شکل (1)). یک بهبود قابل‌توجه در مقاومت خوردگی با استفاده از آزمون کراس-هَچ 3 میلی‌متری در چسبندگی آلومینیوم بدست آمد.

شکل (1): آزمون چسبندگی کراس-هَچ برای آلومینیوم در مقابل مقاومت خوردگی مربوط به‌زیرآیند فولاد نورد سرد برای رزین مرجع در مقابل نمونه‌ی اولیه‌ی A )400 ساعت استاندارد B117، ضخامت فیلم خشک 2 میل)

در توسعه‌ی نمونه‌ی اولیه‌ی A، تغییرات ساختاری مورد نیاز به‌منظور دستیابی به‌بهبود مقاومت خوردگی سبب کاهش قابلیت چسبندگی به‌آلومینیوم خواهد شد. نمونه‌ی اولیه‌ی دیگری نیز به‌منظور بهبود چسبندگی به‌آلومینیوم ساخته شد. نتایج با یک روند کلی با پدیدارشدن بهبود چسبندگی در مقاومت خوردگی ترکیب شد. تعدادی از این نمونه‌های اولیه در شکل (2) خلاصه شده‌اند.

شکل (2): نمونه‌های اولیه‌ی رزین با چسبندگی به‌آلومینیوم در مقابل مقاومت خوردگی در زیرآیند فولاد نورد سرد (400 ساعت استاندارد B117، ضخامت فیلم خشک 2 میل)

با توجه به‌این یافته‌ها، نمونه‌ی اولیه‌ی دیگری (نمونه‌ی اولیه‌ی D) به‌طور مشخص چسبندگی به‌آلومینیوم را به‌عنوان یک ویژگی برجسته مشخص می‌کند (شکل (2)). نمونه‌ی اولیه‌ی D منجر به‌نتیجه‌ی چسبندگی صفر-b در آزمون کراس-هَچ خواهد شد. اما بهترین مقاومت خوردگی مشاهده‌شده را بدست خواهد آورد. نتایج بدست‌آمده منجر به‌بررسی عمیق خوردگی شد و سازوکارهای چسبندگی به‌عنوان یک تلاش به‌منظور شرح ارتباط معکوس آشکار بین این دو ویژگی بود.

مترجم: مهدیار یافتیان

کلیدواژه‌ها: چسبندگی فلزی، مقاومت خوردگی، رزین‌های پایه‌آب، رزین‌های استایرن-اکریلیک، چسبندگی تر، چسبندگی خشک، پلیمرهای اکریلیکی، سختی، خواص سدکنندگی، طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی، فولاد نورد سرد، مه نمکی، مدل ساختار/خواص، غلظت حجمی پیگمنت، افزودنی‌ها، لایه‌ی پوشش آستری، سامانه‌ی محافظتی فلزی، مقاومت شیمیایی، مقاومت در برابر پرتو فرابنفش، محتوای آلی فرار، اصلاح سطحی، آزمون کراس-هَچ، خوردگی فولاد، سازوکارهای محافظتی، آند، کاتد، اکسیژن، دی‌اکسید کربن، جریان یونی، الکترولیت‌ها، پوشش‌های آلی، پیگمنت‌های ضدخوردگی، بازدارنده‌های خوردگی، نفوذ آب و اکسیژن، سل گالوانیک، اپوکسی‌های با میزان شبکه‌شوندگی بالا، لاستیک‌های کلرینه‌شده، پلی‌اولفین‌های نیمه‌بلوری، محتوای مونومر اسیدی، پایداری کلوئیدی، سطح مشترک فیلم/زیرآیند، حلال انعقاد، کمینه‌ی دمای تشکیل فیلم (MFFT)، خوردگی‌های تشدیدیافته، چسبندگی خشک پول-آف، آزمون هوله‌ی مرطوب، سختی کونیگ، مقاومت اولیه‌ی چسبندگی خشک، تراوایی اکسیژن، جذب آب، عدد اسیدی رزین، مدل خوردگی، تخریب‌های مکانیکی، تعادل چسبندگی/همچسبی، ساختار مونومری، ریخت‌شناسی (مورفولوژی)، گروه‌های عاملی اسیدی، رزونانس مغناطیسی هسته، فصل مشترک پیگمنت/عامل پراکنش، الکترولیت‌های تسریع خوردگی، تعادل آبدوستی-آبگریزی (HLB)، حلال منعقدکننده امتزاج‌پذیر

بخوانید: انواع فرآیند پلیمریزاسیون امولسیونی اکریلیک ها

مرجع

Bulick, A. S., LeFever, C. R., Frazee, G. R., Jin, K., & Mellott, M. L. Metal adhesion and corrosion resistance in waterborne, styrenated acrylic direct to metal (DTM) resins.‏