رنگ پودری الکترواستاتیک

فرآیند پوشش‌دهی سطوح فات با رنگ‌های پودری، روش جدیدی به شمار نمی‌آید. پوشش‌های پودری دارای خواص منحصر به‌ فردی هستند که آن‌ها را از سایر پوشش‌ها متمایز می‌سازد. ازجمله اینکه به‌طور کامل می‌توانند لایه‌های نازکی از رنگ را روی قطعات تشکیل دهند. یکی از دلایلی که پوشش‌های پودری بعد از چهل سال سختی که پشت ‌سر گذاشت در طول این مدت ازنظر صنعتی رشد زیادی پیدا کرده ‌است، توسعه و پیشرفت هم‌زمان سه حوزه شیمی پوشش‌ها، فنّاورانه و روش‌های ساخت می‌باشد.

 ساخت اولین پوشش‌های پودری به اواسط دهه‌ی 1950در آمریکا بر می‌گردد. در این رنگ‌ها که از اختلاط خشک و ساده‌ی رزین اپوکسی استفاده شده‌بود، رنگ‌دانه‌های آسیاب‌شده و عامل پخت جامد در یک بال‌میل تهیه می‌شد. به دلیل اندازه ریز ذرات و اختلاط طبیعی اجزای مخلوط شده در بستر سیال به سختی سیالات مؤثر به‌دست می‌آید و به همین دلیل این امر به نتایج غیر یکنواختی منجر شد. نخستین‌بار این روش برای پوشش‌دهی موتورهای الکتریکی جهت عایق ساختن آن‌ها و پوشش‌دهی لوله‌ها جهت حفاظت آن‌ها در برابر خوردگی استفاده شد. با پیشرفت این فرآیند بیشتر روش‌های اعمال پوشش‌های پودری به صورت غوطه‌ور کردن قطعه گرم شده داخل بستری از پودر سیال شده انجام می‌شود. در اوایل دهه 1960 تجهیزات اسپری الکترواستاتیک تولید شدند که روی سازه‌های سرد، اعمال پوشش‌های پودری را ممکن می‌ساختند، که نتیجه‌ی آن صرفه‌جویی در مواد اولیه و پوشش‌های نازک‌تر و یکنواخت‌تر بود. پوشش‌های پودری، شامل افزودنی‌های پخش‌شده در یک بایندر تشکیل دهنده‌ی فیلم و رنگ‌دانه‌ها می‌باشد که به صورت پودرهای ریز تولید می‌شوند. چنین پودرهایی بر روی سطح مورد نظر با یک تفنگ الکترواستاتیک پاشش می‌گردند. ذرات پودر پس از اینکه در تفنگ باردار شدند لایه‌ی نازک چسبانکی را روی سطح تشکیل می‌دهند و این ذرات پس از عبور از یک کوره بر اثر حرارت ذوب‌ شده و پس از ایجاد چسبندگی یک پوشش سخت، غیرقابل انحلال و بادوام را ارائه می‌دهند. پوشش‌های پودری مقاوت عالی در برابر خوردگی شیمیایی، ماندگاری بسیار عالی، و همچنین مقاوت در برابر سایش و خراشیدگی بسیار مناسب را ایجاد می‌کنند. از آنجایی که قطعات پوشش داده‌شده با پودر وقتی از کوره خارج می‌شوند کاملاً پخته شده‌اند، در نتیجه در روش پودری زمان کلی فرآیند نسبت به رنگ مایع بسیار کوتاه‌تر می‌باشد. پودر خشک به صورت فشار هوای پنوماتیکی از یک مخزن که عموماً قیف نامیده می‌شود، به یک تفنگ پاشش شارژ شده و بار الکتریکی با ولتاژ بالا (در محدوده‌های بیش از 100 کیلوولت) و شدت جریان الکتریکی کم (در محدوده‌ی 165 میلی‌آمپر) به ذرات پودر القا می‌شود. در روش پاشش رنگ پودری الکترواستاتیک تنها به صورت یک‌بار اعمال پوشش، می‌توان ضخامت فیلم 25 تا 100 میکرون دست‌یافت.

کاربرد: مناسب جهت تهیه‌ی ترکیبات ریخته‌گری، پوشش‌های پودری و ورقه‌های الکترونیکی.

نوع: پلی‌سولفید و پلیمرکاپتان.

مزایا: سازگاری با رطوبت، زمان آماده‌سازی نسبتاً سریع و انعطاف‌پذیری مناسب.

معایب: عملکرد ضعیف در دماهای بالا و بوی نامطبوع.

کاربرد: استفاده به‌عنوان چسب مصرفی، مناسب جهت آب‌بندی سیستم‌ها و استفاده در تهیه‌ی رنگ‌های ترافیکی (استفاده در علائم راهنمایی و رانندگی).

نوع: ملامین ـ فرمالدئید.

مزایا: دارای رنگ چشم‌نواز و مقاوم، پایداری در انواع سیستم‌ها.

معایب: زمان آماده‌سازی نسبتاً طولانی.

کاربرد: استفاده در صنعت برای تهیه‌ی پوشش‌های رنگی اجاق گاز.

نوع: اوره فرمالدئید.

مزایا: پایدار در سیستم‎‌های یکپارچه، رنگ ملایم و قیمت نسبتاً اندک.

معایب: زمان آماده‌سازی نسبتاً طولانی در دماهای بالا و منتشر‌کننده‌ی فرمالدئید.

کاربرد: مناسب جهت استفاده در صنعت دندان‌پزشکی برای تهیه‌ی مینای مصنوعی دندان و مناسب برای تهیه‌ی پوشش‌های پرایمر در اجاق گاز و منبع گرم‌کن‌ها.

نوع: فنل ـ فرمالدئید پایدار.

مزایا: پایدار در سیستم‌های یکپارچه ومقاومت شیمیایی بسیار عالی.

معایب: دارای ضعف در دماهای نسبتاً بالا، دارای رنگ طلایی شکننده.

کاربرد: مناسب جهت استفاده در صنعت دندان‌پزشکی برای تهیه‌ی مینای مصنوعی دندان و مناسب برای تهیه‌ی انواع پوشش‌های عملکردی در دمای بالا.

1-4-4- عوامل پخت کمک واکنشی

رزین‌های اپوکسی اغلب با عوامل پخت کمک واکنشی پخت می‌شوند. از مهم‌ترین عوامل پخت کمک واکنشی می‌توان به عوامل پخت آمینی (آمین‌های نوع اول و دوم که عموماً بیشتر عامل پخت‌ها از این نوع می‌باشند)، آمین‌های آلیفاتیک، کتیمین‌ها، پلی‌اترآمین‌ها، آمین‌های سیکلوآلیفاتیک، دی‌سیان دی‌آمید، آمین‌های آروماتیک، ترکیبات فنولیکی، پخت کاتیونی با آغازگر نوری و . نام برد. در شکل 1-6 به عنوان نمونه عامل پخت آمینی نوع اول نشان داده شده‌ است.

نوع: پلی‌آمیدها.

مزایا: نسبت ترکیب مناسب، عمر بالا، مناسب برای کارکرد در دمای اتاق، مناسب جهت مرطوب ساختن بتن، انعطاف‌پذیری بالا، نوسانات پایین اپوکسی، درجه‌ی سمومیت پایین.

معایب: ویسکوزیته‌ی نسبتاً بالا، عملکرد نامناسب در دماهای پایین، عدم داشتن رنگ چشم‌نواز، هزینه‌ی بالا برای تهیه.

کاربرد: مناسب جهت تهیه و نگهداری پوشش‌های دریای، مناسب برای تهیه‌ی پوشش‌ها در مهندسی عمران، مناسب جهت تهیه‌ی چسب‌ها.

نوع: انیدریدها.

مزایا: مقاومت بالا در دماهای نسبتاً بالا، ظرفیت بالا در برابر خستگی حرارتی، خواص الکتریکی و مکانیکی مناسب، انقباض و ویسکوزیته پایین اپوکسی، طول عمر بالا.

معایب: سیکل آماده‌سازی نسبتاً طولانی در دماهای بالا (200 درجه سلسیوس)

کاربرد: مناسب جهت تهیه انواع پوشش‌ها و کامپوزیت‌ها و کپسوله‌سازی.

نوع: کاتالیتیک‌ها.

مزایا: طول عمر نسبتاً بالا و مقاومت حرارتی زیاد.

معایب: بسیار شکننده و حساس به رطوبت.

کاربرد: مناسب جهت تهیه انواع چسب‌ها، پوشش‌های پودری و کپسوله‌سازی الکتریکی.

نوع: دیسیان‌دی‌آمید.

مزایا: خواص الکتریکی مناسب، مقاومت حرارتی نسبتاً زیاد در سیستم‌های نهان.

معایب: عدم سازگاری با رزین‌های اپوکسی.

کاربرد: مناسب جهت تهیه پوشش‌های پودری در سیستم‌های الکتریکی فشرده تهیه‌ی انواع چسب‌ها.

نوع: پلی‌استرهای کربوکسیلیک منقطع‌شده.

مزایا: مقاومت مناسب در شرایط آب‌وهوایی مختلف، مقاومت زیاد در برابر فرسایش، خواص مکانیکی مناسب و قمیت نسبتاً اندک.

معایب: مقاومت مکانیکی ضعیف.

کاربرد: مناسب جهت تهیه پوشش‌های پودری.

نوع: ایزوسیانیدها.

مزایا: آماده‌سازی سریع در شرایط آب‌وهوایی سرد، انعطاف‌پذیری خوب و مقاومت در برابر حلال‌ها.

معایب: حساس به رطوبت و سمی بودن.

کاربرد: مناسب جهت تهیه‌ی پوشش‌های پودری و پوشش‌های نگهدارنده.

نوع: فنل‌فرمالدئید و نوولاک‌ها.

مزایا: مقاومت شیمیایی مناسب، خواص الکتریکی مناسب، پایداری خوب و سازگاری با انواع اپوکسی‌ها و مقاومت دمایی بالا.

معایب: جامد بوده و نقطه ذوب بالایی دارد، چرخه آماده‌سازی طولانی در دماهای بالا و پایداری UV نسبتاً پایین.

1-3- رنگ‌های پودری ترموست

این رنگ‌ها در دماهای بالا ذوب شده و سیال می‌شوند. این رنگ‌ها بر پایه‌ی رزین‌های جامد هستند و از نظر شیمیایی یا با اجزای دیگر واکنش انجام می‌دهند، یا بین خود پیوندهایی به وجود می‌آورند و در نهایت یک محصولی با وزن مولکولی زیاد ایجاد شود. موادی که به وجود می‌آید، در اثر گرمای مجدد دوباره مایع نمی‌شود و ساختار متفاوتی نسبت به رزین اولیه دارد. این پودرها همچنین می‌توانند فیلم سطحی با ضخامت 100 میکرومتر (به دلیل ویژگی جاری‌شدن) به وجود آورند.

رنگ‌های پودری برحسب نوع رزین و همچنین عوامل پخت دسته‌بندی می‌شوند. رزین‌های مورد استفاده در پوشش‌های پودری ترموست عبارت‌اند از: آکریلیک، سیلی‌آکریلیک، سیلی، پلی‌استر، اپوکسی و یا رنگ‌های هیبریدی که ترکیبی از رنگ‌های ذکر‌شده می‌باشد. در جدول 1-1 دسته‌بندی رنگ‌های پودری ترموست نشان داده شده‌است.

اغلب خواص پوشش‌های پودری به وسیله‌ی نوع رزین پایه آن مشخص می‌شود. بنابراین انتخاب رزین یک مسئله مهم می‌باشد. رزین‌های مورد مصرف در ساخت پوشش‌های پودری عمدتاً رزین‌های اپوکسی بر پایه‌ی پلی‌استرهای اشباع، آکریلیک‌ها، نووالاک و بیس‌فنل‌آ می‌باشد. رزین مصرفی باید معیارهای زیر را برآورده سازد:

به میزان زیادی ایجاد ترکیبات فرار نکند. همچنین سمی نبوده و برای انسان خطرساز نباشد.

ویسکوزیته حالت مذاب آن در حد مناسبی باشد که به پخش‌شدن آن در مراحل ساخت کمک کند و بتواند رنگ‌دانه را مرطوب سازد.

در دمای پخت به صورت مناسب با عامل پخت واکنش دهد.

دمای ذوب بالایی داشته باشد تا در دمای پخت باعث ایجاد یکپارچگی در پوشش شود.

1-2- رنگ‌های پودری ترموپلاستیک

خواص رنگ‌های پودری ترموپلاستیک به خواص اولیه رزین بستگی دارد. همچنین این رزین‌های سخت و مقاوم را نمی‌توان با هزینه کم به ذراتی که برای پاشش و ایجاد لایه‌های نازک پوشش مناسب می‌باشد تبدیل نمود. رنگ‌های پودری ترموپلاستیک بر اثر سرد کردن، جامد می‌شوند و ترکیب شیمیایی خود را حفظ می‌کنند. اما در اثر گرما ذوب‌شده و بر سطح جاری می‌شوند. این رنگ‌ها عمدتاً به روش بستر سیال اعمال می‌گردند و به‌عنوان رنگ‌های غیرتزئینی استفاده می‎شوند. درادامه، انواع مختلف رنگ‌های پودری ترموپلاستیک ذکر شده‌است.

1-2-1- نایلون

یکی از بیشترین موارد کاربرد پوشش‌های پودری نایلون در زمینه‌ی طراحی مکانیزم‌های مکانیکی است. به دلیل ضریب اصطکاک پایین و لغزندگی مناسب نایلون به عنوان پوشش قطعات، روی سطوحی مانند سطوح تکیه‌گاهی در ابزارهایی که به لغزندگی و چرخش نیاز دارند، به وفور مورد استفاده قرار می‌گیرد. تقریباً اکثر پودرهای نایلونی مقاوت زیادی در برابر خراش و ضربه دارند که این موضوع به دلیل پوشش سختی است که بر پایه‌ی رزین نایلون یازده ایجاد می‌شود.

1-2-2- پلی‌اتیلن

نخستین رنگ‌های پودری ترموپلاستیک که برای مصرف در صنعت ارائه شدند، پودرهای پلی‌اتیلن بودند. مواد چسبیده روی سطح رنگ‌های پلی‌اتیلن به آسانی پاک می‌شوند. این رنگ‌ها قابلیت خوبی برای تمیز شدن داشته و همچنین سطوحی که با این رنگ‌ها پوشانده می‌شوند، جلای متوسطی دارند و صاف و زنده هستند. از دیگر خصوصیات این رنگ‎ها می‌توان به مقاومت بسیار خوب در برابر سختی و خوردگی اشاره نمود.

1-2-3- پلی‌وینیل‌کلراید

این نوع رنگ‌های پودری، پوششی با جلای متوسط به وجود می‌آورند و تنش‌های ناشی از تولید قطعات فی از قبیل کشش و شکل‌دهی را به خوبی تحمل می‌کنند. همچنین این نوع رنگ‌ها، پایداری بیرونی خوبی دارند.

1-2-4- پلی‌پروپیلن

در زمان استفاده از این پوشش پودری باید با تغییرات زیاد شیمیایی، چسبندگی به سطوح را به میزان مطلوب رساند و همچنین این ماده بسیاری از خواص یک ماده پلاستیکی را به عنوان یک پوشش سطح دارا می‌باشد.

بسیاری از تولیدکنندگان، فرآیندهای پوشش‌های پودری را به دلیل صرفه‌جویی‌هایی که در هزینه مواد و انرژی و پرسنلی دارند و به دلیل دوام زیاد پوشش‌های پودری برای محدوده‌ی وسیعی از کاربردها مورد استفاده قرار می‌دهند.

پوشش‌های پودری را می‌توان روی زیر سازه‌های گرم و سرد زمانی که از فشار بالا و یا مواد خورنده استفاده می‌شود اعمال نمود. همچنین امکان اتوماسیون آن به دلیل سادگی این فرآیند وجود دارد. علاوه بر این بسیاری از صنعتگران دریافتند که پوشش‌های پودری کیفیت سطح نهایی قاب‌ها، آینه‌ها، فیلترهای روغن، سینی باتری و فنرهای سیم‌پیچ را بالا می‌برد. اخیراً برخی از خودروسازان به طور موفقیت‌آمیزی پوشش‌های پودری را نه فقط به عنوان پوشش‌های اولیه، بلکه به عنوان پوشش نهایی استفاده نموده‌اند.

رنگ‌های پودری قبل از پخته‌شدن از ترکیب رنگ‌های پلاستیکی آسیاب‌شده تشکیل شده‌اند. در نتیجه رزین‌های مورد استفاده در رنگ‌های پودری با رزین‌های مورد استفاده در رنگ‌های مایع یکی هستند. رزین‌های مورد مصرف در رنگ‌های پودری جامد هستند. این رزین‌ها باید در دمای نگهداری در انبار به صورت جامد باشند و هنگام گرم شدن قطعه و رنگ به شکل یک لایه پوششی بتوان آن‌ها را با سرعت تا گرانروی پایین ذوب کرد، تا همه سطح را به طور یکنواخت پوشش دهند.

از مهم‌ترین دلایلی که باعث توسعه بیشتر فرآیند پوشش‌دهی پودری شده است، می‌توان به نیاز روز افزون به کاهش آلاینده‌های هوا، از جمله آلاینده‌هایی که به واسطه پوشش‌های مایع کم ضخامت وارد هوا می‌شوند، اشاره کرد. این تکنولوژی مزایای اقتصادی فراوان و کیفیت عالی را برای سازندگان رنگ پودری با به‌کارگیری اصل طبیعی جذب بارهای ناهمنام در بردارد. رنگ‌های پودری برای برآورده‌ساختن نیازهای خاص کاربران صنعتی همانند بسیاری از پوشش‌های صنعتی به طور انحصاری فرمول‌بندی شده‌اند. امروزه رنگ‌های پودری در دو نوع عمده ترموپلاستیک و ترموست در اختیار کاربران صنعتی قرار می‌گیرند.