رزین های اکریلیک آب پایه به منظور محافظت از زیرآیندهای فلزی
زیرآیندهای فلزی
فلزها همواره در معرض خوردگی قرار دارند و اعمال یک پوشش آلی، یکی از متداول‌ترین و مقرون‌به‌صرفه‌ترین روش‌ها برای محافظت از مواد فلزی در برابر خوردگی است. وظیفه‌ی اصلی این پوشش، فراهم‌آوردن یک مانع فیزیکی است که قادر به‌محافظت فلز در برابر محیط خورنده باشد. آبگریزی یک عامل کلیدی به‌منظور بهبود قابلیت یک پوشش برای عمل به‌عنوان یک مانع است. زیرا پوشش به‌واسطه‌ی آن قادر است تا آب و محیط خورنده را دفع کند. این کارکرد می‌تواند با استفاده از تغییر در ترکیب‌بندی (فرمولاسیون)، ساختار و یا ریخت‌شناسی (مورفولوژی) سیستم پوششی بدست آید. همچنین ویژگی سدکنندگی می‌تواند با افزایش اتصال‌های عرضی در رزین پوششی (توسط اصلاح وزن مولکولی بالا و تعداد گروه‌های قطبی موجود در آن) بهبود یابد.
با وجود آن‌که یک پوشش می‌تواند محافظت در برابر خوردگی را برای یک زیرآیند فلزی توسط ایجاد یک مانع بر روی سطح فراهم‌آورد، عیوب در ابعاد بزرگ (ماکرو) و کوچک (میکرو) در خلال فرآیند تشکیل فیلم بر روی آن ایجاد می‌شود و پوشش می‌تواند دستخوش یک تغییر فیزیکی یا شیمیایی به‌دلیل حمله‌ی محیط خارجی شود. این عیوب به‌نوبه‌ی خود مسیرهایی را برای نفوذ آب، اکسیژن حل‌شده و الکترولیت از میان پوشش و رسیدن به‌سطوح فلزی فراهم خواهد کرد. حضور یک محیط خورنده در فصل مشترک پوشش و فلز می‌تواند سبب از بین‌رفتن اثرهای متقابل الکترواستاتیکی میان پوشش و فلز و در نتیجه تضعیف چسبندگی پوشش و تقویت خوردگی فلزی در زیر فیلم پوششی شود. بنابراین، نیروی چسبندگی مربوط به‌فصل مشترک پوشش و فلز (به‌ویژه نیروی چسبندگیِ تَر) که قادر است تا به‌طور قابل‌توجهی مانع از انتشار جانبی یون‌های خورنده در فصل مشترک پوشش و فلز شود، به‌عنوان مهم‌ترین عامل به‌منظور تعیین خواص محافظتی پوشش‌ها برای زیرآیند فلزی درنظر گرفته شده است. به‌طور کلی، متداول‌ترین نوع چسبندگی برای پوشش‌های آلی اعمال‌شده بر روی یک زیرآیند فلزی، از طریق پیوندهای شیمیایی و پیوند نوع دوم (کربن متصل به‌دو اتم کربن دیگر) خواهد بود. پیوندهای غیرکووالانسی ضعیف شامل پیوندهای هیدروژنی و اثرهای متقابل واندروالسی (که به‌طور گسترده‌ای در فصل مشترک پوشش و فلز وجود دارند و در نتیجه منجر به‌یک اتصال ضعیف می‌شوند)، به‌راحتی توسط محیط خورنده شکسته خواهند شد. در مقایسه با آن‌ها، پیوندهای شیمیایی (مانند پیوندهای غیرکووالانسی قوی (شامل پیوندهای یونی) و پیوندهای کووالانسی) از طریق اثرهای متقابل میان گروه‌های قطبی پوشش و زیرآیند فلزی در فصل مشترک پوشش و فلز، قادر به‌ارائه‌ی یک چسبندگی قوی‌تر هستند. دانشمندی به‌نام یامابه (Yamabe) فصل مشترک بین پلی‌اکریلیک‌اسید و انواع گوناگون زیرآیندهای فلزی را را مورد بررسی قرار داد و وجود اثرهای متقابل قوی یونی بین گروه‌های کربوکسیل را تأیید نمود. دانشمندی دیگر به‌نام سورِنسِن (Sørensen) گزارش داد که نیروی چسبندگی در فصل مشترک پوشش و فلز با افزایش تعداد گروه‌های کربوکسیل در پوشش افزایش می‌یابد. علاوه‌بر این، فردریک (Friedrich) قابلیت چسبندگی گروه‌های قطبی گوناگون اعمال‌شده بر روی یک زیرآیند آلومینیومی را مورد مطالعه قرار داد و ترتیب توانایی چسبندگی گروه‌های عاملی مختلف را به‌صورت زیر بدست آورد:
گروه‌های کربوکسیلی>هیدروکسیلی>>آمینی>متیلنی
از این مطالعات دریافت می‌شود که گروه‌های کربوکسیل حاضر در پوشش می‌توانند پیوندهای پایداری را با زیرآیندهای فلزی ایجاد نمایند. درحال حاضر، بیش‌تر مطالعات هنوز بر ارتباط بین ساختار و خواص سدکنندگی پوشش‌های آب‌پایه برای بهبود عملکرد ضدخوردگی متمرکز هستند. اُفت چسبندگی در فصل مشترک پوشش و فلز در جریان انواع کارکردهای مهندسی عملی، پایداری بلندمدت پوشش‌های آب‌پایه را محدود می‌کند. با این وجود، یک مطالعه‌ی نظام‌مند در ارتباط با عملکرد سدکنندگی و چسبندگی پوشش‌های آب‌پایه در محیط‌های خورنده به‌ندرت انجام گرفته است.
در یک مطالعه‌ی اخیر توسط وان (Wan) و همکارانش در سال 2017، دو نوع پوشش لاتکسی اکریلیکی آب‌پایه به‌صورت ترپلیمر (متشکل از اکریلیک‌اسید، وینیل‌کلراید و 1و1-دی‌کلرواتیلن) و کوپلیمر (اکریلیک-استایرن) بر روی فولاد کربنی از طریق اندازه‌گیری‌های طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) در خلال یک دوره‌ی طولانی درمعرض قرارگرفتن و اندازه‌گیری‌های طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی موضعی (LEIS) در خلال یک دوره‌ی کوتاه درمعرض قرارگرفتن با یک محلول 5/3 درصد وزنی نمکی مورد بررسی قرار داده شده است. بر اساس مطالعه‌های الکتروشیمیایی و ریخت‌شناسی برای پوشش‌های سالم و معیوب (اعمال‌شده با ضخامت 85 میکرون)، نقش‌های کلیدی خواص سدکنندگی و چسبندگی پوشش‌ها در محافظت در برابر خوردگی به‌طور مستقیم نشان داده شده است. در میان پوشش‌های سالم، پوشش‌های استایرن-اکریلیک با میزان نسبتاً بالای آبگریزی و دمای گذار شیشه‌ای (Tg)، خواص سدکنندگی بهتری را در مقایسه با پوشش‌های ترپلیمری نشان دادند. در ارتباط با پوشش‌های معیوب، تمامی نتایج گوناگون بدست‌آمده ثابت کردند که پوشش‌های ترپلیمری با خواص چسبندگیِ تَر بهتر، عملکرد ضدخوردگی بهتری را در مقایسه با پوشش‌های اکریلیک-استایرن نشان دادند. همچنین کارکرد اصلی چسبندگیِ تَر در محافظت در برابر خوردگی از طریق بررسی‌های انجام‌شده بر روی پوشش‌های سالم (با ضخامت 20 میکرون) نیز مورد تأیید قرار گرفت. به‌طور کلی می‌توان دریافت که خواص سدکنندگی مناسب می‌تواند عوامل خورنده را به‌طور مؤثری دفع کند، سرعت نفوذ محیط خورنده را کاهش دهد و درهنگامی‌که یک نیروی چسبندگی قوی بین پوشش و فصل مشترک فلزی برقرار است، می‌تواند به‌طور قابل‌توجهی از انتشار جانبی یون‌های خورنده جلوگیری کند و در برابر وقوع واکنش‌های خوردگی مقاومت نماید.
بخوانید: عوامل اثرگذار در انتخاب چسب فشار حساس
مترجم: مهدیار یافتیان
مرجع:
Wan, H., Song, D., Li, X., Zhang, D., Gao, J., & Du, C. (2017). A new understanding of the failure of waterborne acrylic coatings. RSC Advances, 7(61), 38135-38148.
