پوشش های خودترمیم شونده - پلیم پارت : مرجع پليمر در بازار ايران
×

منوی بالا

منوی اصلی

دسترسی سریع

اخبار سایت

true

ویژه های خبری

true
    امروز  سه شنبه - ۲۹ خرداد - ۱۳۹۷  
true
true
پوشش های خودترمیم شونده

Print Friendly, PDF & Email

مرجع پلیمر در بازار ایران: با الهام گرفتن از سیستم­های بیولوژیکی، مواد خود ترمیم شونده مصنوعی برای بازسازی آسیب­های موضعی حاصل از نیروهای خارجی طراحی می­شوند. در بین سیستم­های خود تعمیر شونده، مواردی که دارای ویژگی سطح بهتری می­باشند با سرعت بیشتری در حال توسعه یافتن هستند. بی شک امروزه استفاده از پوشش­های هوشمند برای بالابردن کارایی سطح یکی از جذاب­ترین حوضه­های مطالعاتی برای بسیاری از محققان می­باشد.

با توجه به اینکه امروزه محدودیت­های قانونی بسیاری جهت منع استفاده از مواد شیمیایی سمی و آلاینده از جمله سیستم­های مقاوم به خوردگی بر پایه ترکیبات کرم (VI)، که جزو مقاومترین سیستم­ها در برابر خوردگی می­باشند، وجود دارد لذا قابلیت خود ترمیم شوندگی بویژه درارتباط با فرایندهای محافظت از خوردگی بسیار ضروری بنظر می­رسد. پوشش­های محافظ خود ترمیم شونده با استفاده از ترکیبات درشت مولکول، سرامیک­ها، فلزهاو ترکیبات کامپوزیتی تهیه می­شوند.

رفتار خود ترمیم شوندگی در چنین پوشش­هایی می­تواند با یکی از روشهای زیر فعال ­شود: تغییرات دما، تابش­دهی، تغییرات  pH، تغییرات فشار و تحریک مکانیکی. در این مقاله، تحقیق و الزامات عملی روش­های مختلف برای دستیابی به قابلیت خود ترمیم شوندگی در پوشش­های محافظ ، و همچنین تحولات بالقوه در این زمینه، مورد توجه قرار گرفته شده است.

 

مقدمه

در انتخاب یک ماده ساختمانی عموما دو مطلب بسیار حائز اهمیت می­باشند:۱- خواص مطلوب و ۲- قیمت. عموما بدلیل ویژگیهای نسبتا نامناسب سطح آلیاژهای منیزیوم و آلومینیومی، فولاد و کامپوزیتها می­توان با پوشش دادن سطح آنها با استفاده از پوششهای محافظ در بسیاری موارد بر این مشکل فائق آمد و خواص سطحی آنها را افزایش داد. با توجه به اینکه هزینه قریب به اتفاق اقتصادهای صنعتی مدرن در ارتباط با هزینه­های مربوط به جلوگیری و کاهش فرایند خوردگی در مواد ساختمانی و عملکردی است، لذا این روش، علاوه بر صرفه اقتصادی در استفاده از مواد گرانتر، ویژگیهای مطلوبی از جمله سختی یا مقاومت در مقابل سایش را در سطح ایجاد می­کند. براساس آمار انتشار یافته توسط کمیته خوردگی واحد مهندسی سطح (پژوهشگاه مواد، مواد معدنی و استخراج معدن (IOM3، UK))، هزینه های سالانه حاصل از تخریب توسط خوردگی شیمیایی یا الکتروشیمیایی که به اقتصاد انگلستان تحمیل می­شود، بین ۲٪ تا ۳٪ از تولید ناخالص ملی برآورد شده است. در ارتباط با این آمار، وضعیت مشابهی در ایالات متحده آمریکا و ژاپن دیده می­شود [۱]. به طور تخصصی­تر می­توان گفت سرانه هزینه­های مربوط به خوردگی چیزی حدود ۶۰۰ پوند در سال است.  اغلب در این ارقام، هزینه های مربوط به تجهیزات در زمانی که از رده خارج می­شوند، برجسته می شوند. با این حال، جایگزین کردن، تعمیر و یا بازگردانی تجهیزات خورده شده نیز نیاز قابل توجه به نیروی انسانی اضافی و نیز جذب سرمایه­های جدید برای سرمایه گذاری برای تهیه و تعمیر تجهیزات دارد.

Nowadays, protective coatings have to meet the requirements of the current legislation embodied in the registration, evaluation, authorisation and restriction of chemicals, which prevents the use of harmful substances including hexavalent chromium, the main compound employed in such coatings until recently.

Furthermore, the surface finishing sector is aware that it is not only the manufacture of the product, but also its use in service and its disposal at end-of-life that can impact the environment detrimentally.

Consequently, there is a pressing need to render production methods less environmentally damaging without compromising on the product life cycle. The circumstances mentioned above have become the impulse for the development of alternative solutions[2]. Currently, coatings should not only fulfil requirements mentioned above but should also be easily manufactured, demonstrate reduced material usage and installation costs and exhibit enhanced durability. Therefore a strong emphasis is given by academic institutions as well as industry sector, to investigating and developing self-healing and smart coatings, combining various functionalities for improved corrosion protection.

بر اساس مطالعات انجام شده در زمینه پوشش­های خود ترمیم شونده جهت محافظت دربرابر خوردگی، مشخص شده است که اغلب این پوشش­ها از نوع پلیمری و کامپوزیتی می­باشند. عموما، پوشش­های محافظ خود ترمیم شونده به دو دسته تقسیم می­شوند: پوشش­های خود ترمیم شونده پلیمری و پوشش­های خود ترمیم شونده غیر پلیمری (پوشش­های معدنی). با این وجود تقسیم بندی این نوع پوشش­ها بر اساس نحوه عمل پوشش دهی نیز می­تواند منطقی باشد. هر دونوع پوشش یاد شده، برای مثال، می­توانند با رهایش مواد فعال از کپسول­­های تعبیه شده در داخل بافت خود، مانع خوردگی شوند. براین اساس می­توان این پوشش­ها را بصورت زیر طبقه بندی نمود:

۱-   پوشش­های پلیمری

۲-   پوشش­های حاوی کپسول

۳-   پوشش­های هیبرید- اکسید

۴-   سایر پوشش­های خود ترمیم شونده شامل پوشش­های تبدیلی، پوشش­های فلزی، پوشش­های حاوی تیتانا و کازئین، پوشش­های حاوی مواد سرامیکی و تلفیق این مواد.

 

پوشش­های پلیمری

مطالعات بسیاری در ارتباط با پوشش­ها پلیمری شامل پلیمرهای گرمانرم، پلیمرهای گرما سخت، الاستومرها، پلیمرهای حافظه شکلی، پلیمرهای سوپرمولکولی، کامپوزیتهای پلیمری و غیر کامپوزیتها یا پلیمرهای زیستی بعنوان بستر انجام شده است [۴–۱۴]. مکانسیم ترمیم در مواد پلیمری عمدتا برپایه قابلیت برگشت­پذیری یک جزء خاص در ترکیب است. برای دستیابی به چنین اثری، پیوندهای کوالانسی بازگشت­پذیر ( مانند پیوندهای برپایه واکنش دیلز-آلدر) یا برهم­کنش­های ضعیف­تر غیر کوالانسی (مانند پیوند هیدروژنی، برهم­کنش­های یونی، برهم­کنش­های از نوعπ–π یا برهم­کنش­های میزبان-میهمان) بطور موثری بکار برده شده­اند[۱۵–۲۰].

 تا کنون مواد پلیمری مختلفی برای کاربردهای مختلف در این زمینه با موفقیت مورد استفاده قرار گرفته­اند. این قابلیت، ناشی از خواص ذاتی پلیمرها از جمله  وزن کم آنها، در دسترس بودن فراوان، انعطاف پذیری، فرایند پذیری ساده و قابلیت مهندسی کردن برای اهداف مختلف است.

 علاوه بر مزایای کلی یاد شده برای استفاده از پلیمرها بعنوان یک ماتریس پوشش، سایر مواردی که می­توان نام برد عبارتند از:

  1. استفاده ساده (برای تشکیل پوشش به دماهای بالا نیاز نمی­باشد).
  2. اصلاح ساده (خواص محافظتی می­تواند به فرایندهای شیمیایی و فیزیکی مختلفی تقسیم بشود مانند: اکسیداسیون، تورم یا شبکه­ای شدن).
  3.   امکان وارد کردن انواع افزودنیها کاربردی به ترکیب پوشش مانند بازدارنده­های خوردگی.

متناسب با نوع پوشش پلیمری مورد استفاده، رفتار خود ترمیم شوندگی با مکانیسم­های متفاوتی حاصل خواهد شد.چند نمونه از این دست ترکیبات در جدول ۱ آورده شده است. در سیستم­های حاوی پلیمرهای رسانا، فرایند خود ترمیم شوندگی زمانی عمل می­کند که پلیمر در حالت الکتروفعال خود باشد[۲۳]. برای مثال استفاده از یک نمک پلی آنیلین الکتروفعال

با مشخص شدن قابلیت خود ترمیم شوندگی پوشش­های پلیمری، درخواست­ها برای استفاده از این نوع پوشش­ها بطور مشخصی تحت تاثیر قرار گرفته است. بعنوان مثال در فیلم پلیمری متخلخل استات سلولز با سدیم بنزوات بعنوان یک عامل بازدارنده خوردگی، مقاومت پلاریزاسیون به مراتب بالاتر از یک پوشش ساده است و در نتیجه، دوام آن حداقل سه برابر بیشتر است[۳۰]. علاوه براین، در نمونه­ های آلومینیومی پوشش داده شده با دو لایه‌­های پلی (اتیلن­ایمین)/پلی (استایرن سولفونات) بعد از ۲۱ روز ماندن در در محلول نمکی (NaCl 0.1 M) هیچ گونه اثر خوردگی مشاهده نشد، این درحالی است که نمونه آلومینیومی که اصلاح نشده بود تنها ظرف ۱۲ ساعت در محیط مشابه دچار خوردگی شد [۳۱]. سه مکانیسم عمده برای محافظت به خوردگی قابل مشاهده است: (i) پسیو کردن تخریب فلز با رهایش یک عامل بازدارنده (ii) بافری کردن تغییرات pH در اطراف محل خوردگی با لایه­های پلی الکترولیتی (iii) خود ترمیم شوندگی قسمت­های داری نقص به علت تحرک اجزای ترکیبات پلی الکترولیت در تجمع لایه به لایه [۱۱].

در یک تحقیق دیگر بر روی تاثیر پوشش خود ترمیم شونده بر روی آلومینیوم مشخص شد که نمونه پوشش داده شده توسط پوشش حاصل از ترکیب پلی کلرو­تری­فلورواتیلن و وینیل اتر بعد از قرار گرفتن به مدت ۱۲ ساعت در محلول ۳% NaCl تنها ۱ میلی گرم وزن از دست داد و این درحالی است که کاهش وزن نمونه بدون پوشش حدودا ۲۸ میلی گرم گزارش شد [۳۲].

مهمترین ایراد پوشش­های پلیمری در مقایسه با پوشش­های برپایه فلزات و سرامیک­ها، خواص مکانیکی ضعیف آنها از جمله پایین بودن مقاومت به سایش یا سختی و همینطور فقدان هدایت الکتریکی آنها است. این خواص مکانیکی ضعیف عملا کاربرد پلیمرها را بعنوان پوشش­های خود تعمیر شونده با محدودیت مواجه ساخته است.

برخی از این خواص مکانیکی را می­توان با وارد کردن نانو مواد در ساختار ترکیب بهبود بخشید، اما ممکن است به این ترتیب به سایر ویژگیهای پوشش آسیب برسد [۳۳].  فقدان هدایت الکتریکی را می­توان با استفاده از پلیمرهایی که ذاتا دارای هدایت الکتریکی هستند مانند پلی­پیرول یا پلی آنیلین مرتفع ساخت و یا با وارد کردن مقدار مناسبی از پرکنندهای رسانا (مانند نقره، طلا، نیکل، مس و کربن) پلیمر مورد نظر را رسانا کرد.

با روش دوم تعداد بسیاری از پلیمرها با داشتن ویژگیهای منحصر به فرد جهت کاربردهای متنوع، بعنوان پوشش قابل استفاده خواهند بود. کربن نانوتیوب­ها(CNTs)  بدلیل خواص بسیار علی هدایت الکتریکی نانو سایز بودن بعنوان پرکننده­های رسانای ایده­ال محسوب می­شوند. وارد کردن CNTها در اپوکسایدهای رسانا باعث بهبود خواص چسبندگی و مکانیکی (شامل کرنش) پوشش نیز می­شود [۳۳].

۲٫۲٫ Capsule-based coatings

The addition of micro- or nanocapsules, loaded with corrosion inhibitors, into coatings is another approach to achieving

a protective coating with self-healing attributes. Capsules are

typically constructed from polymers, inorganic materials like

silica and titania and calcium carbonate [34–۴۱].

Also halloysite aluminosilicate nanotubes are found as an entrapment

system for storage of anticorrosion agents [42]. Micro- or

nanocontainers can be inserted into a polymeric coating

[۳۴–۳۷, ۴۱], a sol–gel coating [37–۳۹, ۴۱–۴۳], and occasionally into a metallic coating, e.g. one based on electrochemical nickel [40]. The self-repair properties of such

coatings are activated by appropriate stimuli: temperature changes, radiation, pH changes, pressure changes and

منبع: پوشش های خودترمیم شونده

تحقیق و توسعه جلاپردازان

0

true
true
true
true

شما هم می توانید دیدگاه خود را ثبت کنید

√ کامل کردن گزینه های ستاره دار (*) الزامی است
√ آدرس پست الکترونیکی شما محفوظ بوده و نمایش داده نخواهد شد

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.


true