استفاده از متیل سیلیکات 40 برای تولید آستریهای سیلیکاتی غنی از روی و مقایسه آن با اتیل سیلیکات 40
بسپار/ ایران پلیمر آستریهای سیلیکات روی در برابر رطوبت ، شرایط محیطی سخت ، سایش ، ضربه و تحمل حرارت بطور مداوم تا دماي 400 درجه سانتیگراد مقاومت عالی دارند. همچنین درﺻﺪ ﺑﺴﯿﺎر ﺑﺎﻻي ﮔﺮد روي در ﻓﯿﻠﻢ ﺧﺸﮏ این نوع آستری ها ﻣﯽ ﺗﻮاﻧﺪ ﺳﻄﻮح آﻫﻨﯽ و ﻓﻮﻻدي را از ﻃﺮﯾﻖ اﻟﮑﺘﺮو ﺷﯿﻤﯿﺎﯾﯽ و ﺣﻔﺎﻇﺖ ﮐﺎﺗﺪي ﻣﺤﺎﻓﻈﺖ ﻧﻤﺎﯾﺪ.
رزین های سیلیکاتی به دلیل مقاومت به خوردگی عالی و مقاومت حرارتی استثنایی که از خود نشان می دهند انتخاب اول بخش عمده ای از پوشش های ضد خوردگی خصوصا در محیط های آبی و پوشش های غنی از روی هستند. برای تولید رزین سیلیکاتی مورد استفاده در آستریهای سیلیکاتی غنی از روی می توان از اتیل سیلیکات 40 و یا متیل سیلیکات 40 به عنوان ماده اولیه استفاده کرد که در این نوشتار تفاوت ها و ویژگی های این دو ماده با هم مقایسه شده و مراحل تولید پوشش مربوطه به اختصار توضیح داده شده است. همچنین عوامل موثر بر آبکافت آنها مانند میزان آب مصرفی ، pH و دمای محیط که از عوامل اصلی هستند گزارش شده است.]1[
تفاوت شیمیایی متیل سیلیکات 40 و اتیل سیلیکات 40
اتیل سیلیکات 40 یکی از مشتقات آلی فلزی سیلیسیم از خانواده آلکوکسی سیلان ها است. این ماده در اثر هیدرولیز کامل 40 درصد SiO2 تولید کرده و همچنین الکل اتانول آزاد می کند . این ماده بصورت الیگومری بوده و دارای جرم ملکولی تقریبی610 g/mol می باشد. متیل سیلیکات 40 نیز یکی دیگر از مشتقات آلی فلزی سیلیسیم و بصورت مونومری است. در اثر هیدرولیز کامل این ماده نیز 40 درصدSiO2 تولید می شود. با این تفاوت که الکل آزاد شده متانول هست. این ماده دارای جرم ملکولی 152 g/mol است. هر دو این مواد نسبت به رطوبت حساس بوده و در اثر تماس با رطوبت هیدرولیز شده و تخریب می شوند. اما حساسیت اتیل سیلیکات 40 به رطوبت نسبت به متیل سیلیکات 40 بیشتر است و به همین دلیل زمان نگهداری آن محدودتر هست.
در هنگام ساخت پوشش با این نوع رزین ها در کارخانه رنگسازی بعد از تهیه هر یک از این دو ماده به عنوان ماده اولیه باید مرحله پیش هیدرولیز انجام شود تا این مواد بتوانند به عنوان یک رزین فیلم ساز عمل کنند. نحوه صحیح انجام این مرحله به شدت بر روی خواص رزین تولید شده تاثیر گذار است.
مرحله پیش هیدرولیز
در این مرحله اتیل سیلیکات 40 و یا متیل سیلیکات 40 باید به روش شیمیایی تا حداکثر 85 درصد هیدرولیز شوند تا یک رزین پلی سیلیکات ایجاد شود. این فرآیند یک فرآیند کاملا شیمیایی بوده و در یک راکتور شیمیایی از جنس فولاد ضدزنگ 316 که مجهز به همزن و سیستم خنک کننده است انجام می شود. تمام عواملی که باعث انجام فرآیند هیدرولیز به صورت غیر یکنواخت و یا میزان درصد هیدرولیز کمتر یا بیشتر از میزان مجاز شوند بر روی کیفیت رزین اثرات نامطلوبی ایجاد می کنند. در این بین میزان آب مصرفی ، pH محیط و دمای واکنش سه عامل بسیار مهم و اثر گذار بر این فرآیند هستند که در ادامه نقش هر یک از آنها بر روی کیفیت محصول نهایی ( رزین پلی سیلیکات )مورد بررسی قرار می گیرد.
عوامل موثر در مرحله پیش هیدرولیز
1- میزان آب مصرفی
میزان مصرف آب کمتر و یا بیشتر از حد مجاز هر دو مشکل ساز هست. در صورت استفاده آّب کمتر از مقدار مورد نیاز رزین حالت روغنی پیدا کرده و زمان سخت شدن فیلم بسیار طولانی می شود.
و در صورت مصرف آب بیشتر از حد مجاز احتمال ژل شدن وجود دارد و مدت زمان نگهداری رزین بسیار محدود و کوتاه می شود ضمن اینکه بر روی خواص نهایی محصول نیز مانند قدرت چسبندگی به سطح نیز اثر منفی ایجاد می کند.
طبیعتا با توجه به تفاوت های ساختاری که این دو ماده با هم دارند میزان آب مصرفی نیز برای رسیدن به میزان هیدرولیز 85 درصد متفاوت خواهد بود. میزان آب مصرفی برای هر 100 گرم ماده اتیل سیلیکات 40 بطور میانگین بین 10 تا 12 گرم می باشد در صورتی که میزان آب مصرفی برای هر 100 گرم ماده متیل سیلیکات 40 بطور میانگین بین 18 تا 20 گرم می باشد. (میزان دقیق آب موردنیاز به درصد خلوص و کیفیت محصول خریداری شده و همچنین میزان درصد هیدرولیز مورد نظر بستگی دارد و باید توسط واحد آزمایشگاه مربوطه بطور دقیق محاسبه شود)
2- میزان pH
پارامتر مهم دیگر میزان pH محیط هیدرولیز است. که این امر به میزان اسید کلریدریک مصرفی در حین انجام فرآیند پیش هیدرولیز بستگی دارد. درصورت ایجاد محیط های خیلی اسیدی و یا قلیایی سرعت هیدرولیز به شدت افزایش یافته و منجر به انجام یک هیدرولیز غیر همگن و نا یکنواخت می شود که این امر نیز بر روی خواص فیلم نهایی اثرات نامطلوبی ایجاد می کند. ضمن اینکه به دلیل افزایش سرعت هیدرولیز دمای راکتور نیز بصورت ناگهانی بالا می رود.
میزان اسید کلریدریک مصرفی بر روی کیفیت هیدرولیز اتیل سیلیکات 40 و متیل سیلیکات 40 اثر تقریبا یکسانی دارد و باید برای هردو مورد میزان pH در محدوده 5 تا 6 نگهداشته شود.
3- میزان گرمای آزاد شده
فرآیند هیدرولیز آلکوکسی سیلان ها یک فرآیند گرمازا بوده و انجام واکنش هیدرولیز می تواند باعث بالا رفتن دمای محیط واکنش شود.
به دلیل اینکه در فرآیند پیش هیدرولیز متیل سیلیکات 40 میزان آب بیشتری مصرف می شود و در نتیجه تعداد پیوندهای بیشتر شکسته و ایجاد می شوند و همچنین به دلیل جرم ملکولی پایین تر متیل سیلیکات نسبت به اتیل سیلیکات گرمای بیشتر در این مرحله آزاد می شود. بالا رفتن دما باعث انجام هیدرولیز غیر یکنواخت شده و بر روی کیفیت رزین پلی سیلیکات ایجاده شده اثرات نامطلوبی ایجاد می کند. به همین جهت نیاز است که در هنگام انجام واکنش دمای راکتور کنترل شود.
مکانیزم سخت شدن آستریهای سیلیکاتی غنی از روی
همانطور که می دانید و در قسمت های قبل نیز توضیح داده شد عامل فیلم ساز (رزین) در پوشش های غنی از روی محصول پیش هیدرولیز شده است (اغلب جزء A نامیده می شود) که خود یک ترکیب آلی و فلزی و بصورت پلی سیلیکات است که پس از ترکیب شدن با جزء پودر (جزء B) که حاوی مقادیر زیادی پودر روی است و اِعمال بر روی سطح مورد نظر با فلز روی و رطوبت واکنش داده (در محل اعمال شده) و پس از پایان واکنش های شیمیایی یک فیلم صد در صد غیر آلی متشکل از دی اکسید سیلیسیم ، سیلیکات روی و مقداری سیلیکات آهن ایجاد می کند.]2[
جزء A دارای گروه های عاملی هیدروکسیل (OH-) و آلکیل استر(-OR) که به سیلیسیم متصل هستند می باشد.( در اینجا منظور از R گروه های متیل و یا اتیل هستند) در کنار این گروه های عاملی وجود پودر فلز روی، زیرآیند فولادی و مقداری فلز آهن یونیزه شده برای پیش رفتن واکنش های منتهی به سخت شدن فیلم نهایی کاملا الزامی است.
وجود گروههای –Si-OH جهت آغاز سریع واکنش ها پس از اعمال حیاتی است. همچنین وجود گروههای –Si-OR جهت واکنش با آب و ایجاد گروه های –Si-OH الزامی است. اگر مرحله پیش هیدرولیز به خوبی انجام شود گروه های عاملی فوق به اندازه کافی و با یک پراکندگی یکنواخت ایجاد می شوند و در نهایت منجر به ایجاد یک لایه پوششی کاملا سخت و مقاوم می شوند.]3[
گردآوری : مهندس مرتضی جمشیدی، شرکت کوپل شیمی سپاهان
(ادامه دارد…)
متن کامل این مقاله را در شماره 206 دوماهنامه پوشرنگ از گروه مجلات بسپار که در نیمه آذرماه منتشر شده است، بخوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق فیدیبو قابل دسترسی است.
