زبررسی وشناخت لاک های الکتروفورتیک (قسمت دوم )
.٣ حلال ها :
حلال ها یکی دیگر از اجزای مهم فرمولاسیون = پوششهای الکتروفورتیک محسوب میشوند و دارای نقش بسیار مهمی در ترکیب فرمولاسيون دارند که از آن جمله میتوان به موارد ذیل اشاره نمود
توسعه
انحلال و پرا و پراکندگی رزین در محلول به
علت کاهش ویسکوزیته ترکیب پوشش لاک پایدار نمودن فاز پراکنده (جامد)
- تحت تاثیر قرار دادن خواص سطح پوشش فیلم یکنواختی و کنترل ضخامت پوشش و افزایش
قدرت ترابری
ب) رنگدانه
رنگدانه های مناسب، رنگدانه های رنگی کننده (Coloring Pigments) رنگدانه های توسعه دهنده (Extender Pigments) و رنگدانه های بازدارنده خوردگی (Corrosion Inhibiting Pigments) در این قسمت نمونه هایی از انواع رنگدانه ها را بیان می کنیم.
-رنگدانه های رنگی کننده دی اکسید تیتانیوم اکسید قرمز آهن، دوده، سیانین آبی و غیره - رنگدانه های توسعه دهنده: کربنات کلسیم، تالک سولفات باریم، پودر ریز سیلیکا و غیره - رنگدانه های بازدارنده خوردگی کرومات سرب، کرومات استرانسیوم سیلیکات سربسولفات باری سرب و غیره
د)افزودنی ها
افزودنیها برای اهداف خاصی به ترکیب پوشش الکتروفورتيک اضافه میشوند. از جمله می توان به عوامل فعال کننده سطح عوامل خنثی کننده رزین های افزودنی، معرفهای کف زدا پر کننده ها و غیره اشاره نمود.
در این قسمت به نمونه ای از فرمولاسیون لاک الکتروفورتیک نوع کاتدی اشاره شده است.
الف) فرمولاسیون لاک بر پایه رزین آمینو نوع اپوکسی
| قسمت وزنی | اجزاء |
| 100 |
رزین پلی آمینو نوع اپوکسی با ارزش آمین ۸۰ |
| 40 |
مخلوط یک به یک اتیلن گلیکول مونواتیل اتر و بوتائل نوع دوم |
|
خنثی سازی جزئی اكي والان ۰/۱۵ |
هیدروکسیل استیک اسید |
مطابق جدول فوق رزین آمینو اپوکسی با ارزش آمین ۸۰
(EIECTRON 9000, Kansai Paint Kabushiki kaisho, JAPAN) را در مخلوطی از اتیلن گلیکول مونو اتیل اتر و بوتانل نوع دوم حل نموده و مخلوط به دست آمده را با 15/0 اكى والان هیدروکسیل استیک اسید خنثی مینمائیم تا این مرحله لاک الکتروفورتیک به دست آمده است.
برای تهیه ترکیب حمام الکتروفورتیک کاتدی میتوان به ترکیب لاک به دست آمده ۲۰ قسمت اکسید قرمزاهن، ۵ قسمت وزنی تانک به ازای هر 100قسمت از محتوای جامدلاک اضافه نمود. آنگاه مخلوط را در یک آسیاب مناسب (گلوله ای) به مدت ۲۰ ساعت برای ایجاد پراکندگی مناسب ذرات رنگدانه مورد عمل قرار داده و مخلوط به دست آمده را با آب بدون املاح ویون به اندازه ای رقیق می نماییم تا غلظت جامد به ۲۰ درصد وزنی ترکیب پوشش الکتروفورتیک برسد. برای فرآیند پیوسته پوشش دهی، 40 قسمت از ترکیب پوشش با غلظت ۶۳ درصد جامد را با ۰٫۰۵ تا ۰/۱اکی والان اسید هیدروکسیل استیک خنثی نموده و آن را به آهستگی به۱۰۰ قسمت از ترکیب پوشش حمام همراه با همزدن و اختلاط مناسب حمام، اضافه می نمائیم.
شـرایط عملیاتی پوشش دهی
PH حمام: ۷/۵ (محدوده قابل پذیرش ۷/۲ تا ۷/۹)
غلظت جامد حمام ۲۰ درصد
غلظت عامل جبران کننده در خوراک ورودی63 درصد
فرمولاسیون پوشش الکتروفورتيک کاتدی جهت افزایش ضخامت
یکی از محدودیتهای فرایند پوشش الکتروفورتیک اندازه ضخامت است. ضخامت به شکل تصاعدی با ایجاد پوشش فیلم
عایق بر سطح جسم پایه هادی (SubstrateConductive) محدود می گردد در نتیجه، نیروی جذب بین ملکولهای رزین باردار و جسم پایه کاهش یافته تا این که در مقطعی از زمان عمل تشکیل پوشش و افزایش ضخامت فیلم متوقف می گردد.
یکی از روشهای بکار رفته جهت افزایش ضخامت پوشش فیلم استفاده از فعال کننده سطح با ثبت بیشتر از مقدار ت مقدار مصرف شده در حالت استاندارد می باشد اما با افزایش غلظت فعال کننده سطح ، نقائص سطحی بر روی سطح - پوشش فیلم فرو رفتگی و ناهمواری اس سطح نرم شدن سطح و ...) بوجود می آید و باعث کاهش کیفیت پوشش فیلم میگردد ـ کیفیت پوشش فیلم مانند ضخامت آن به به همان اندازه خواص حفاظت کنندگی آن را تحت تاثیر قرار میدهد بنابراین ضخامت پوشش فیلم با حفظ کیفیت آن منطقی به نظر می رسد.
در این فرمولاسیون با افزایش مخلوط و افزودنی مناسب به سیستم پوشش الکتروفورتيک امکان دست یابی به اهداف فوق عملی میباشد افزودنی جدید که دارای غلظت بیشتری از فعال کننده سطح نسبت به حالت استاندارد ،است شامل اجزاء دیگری نظیر اصلاح کننده فعال ويسكوزيته وحلال می باشد. با به کار بردن افزودنی مذکور به ضخامتی تا دو برابر حالت بدون مخلوط ،افزودنی با حفظ خصوصیات کیفی پوشش( ظاهر پوشش چسبندگی، سختی و مقاومت در برابر)، می توان دست یافت.
اجزای تشکیل دهنده فرمولاسیون با استفاده از مخلوط افزودنی به منظور افزایش ضخامت پوشش الکتروفورتیک عبارتند از:
الف) رنگپایه (رزین)
انتخاب رزین یک فن هنری است که دارای ویژکی پارامترهای خاص خود می باشد. برای کاربرد پوشش فیلم در فضای آزاد استفاده از رزینهای اکریلیک کاتیونی بعلت مقاومت آنها در برابر نور خورشید و برای قسمتهایی که در معرض نور خورشید نمی باشند استفاده از رزینهای اپوکسی مقاوم در برابر خوردگی مناسب می باشد.
ب) رنگدانه
با افزودن رنگدانه های مناسب می توان فیلم را تا5 Hیا بیشتر از آن، افزایش داد. بدون استفاده از ،رنگدانه حداکثر سختی پوشش فیلم 3Hباشد با وجود رنگدانه مقاومت در برابر شسته شدن پوشش فیلم نیز افزایش می یابد.
ج) افزودنی جدید جهت افزایش ضخامت
حمام الکتروفورتيک در فرمولاسیون حاضر شامل ۷۵ تا ۹۵ درصد وزنی اجزاء فرار و در حدود ۵ تا ۲۵ درصد وزنی مواد جامد شامل رزین و یا مخلوط رزینها و رنگدانه سوسپانسیون در حمام الکتروفورتیک، و افزودنی ها می باشد. اجزاء افزودنی براساس وزن مواد جامد حمام به حمام پوشش الکتروفورتیک اضافه می شوند و از این رو مقدار آنها بر حسب BWS بیان می شود. رجوع به پیوست (۲)
BWS %به معنای درصد وزنی بر اساس وزن مواد جامد
در این قسمت برای مثال به دو نوع فرمولاسیون پایه رزین اکریلیک کاتیونی و اپوکسی کاتیونی و اجزای افزودنی افزایش دهنده پوشش فیلم الکتروفورتیک کاتدی اشاره شده است.
الف) فرمول فعال کننده سطح
| قسمت وزنی |
ءاجزا |
| 278/1 |
اسید چرب روغن کتان |
| 200 |
پلی اتیلن گلیکول۲۰۰ |
| 0/5 |
انیدرید اسید بوریک |
فعال کننده سطح غیر یونی مطابق با جدول فوق از مخلوط اسید چرب روغن کتان (3۱۰-L) Proctor Gamble s پلی اتیلن گلیکول۲۰۰(.Co Aldrich Chemical به همراه 0/5 قسمت وزنی از انیدرید اسید بوریک در دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد بدست می آید واکنش تحت شرایط اتمسفر نیتروژن همراه با همزدن و حرارت دادن ادامه می یابد تا انیکه با حذف ،آب عدد اسیدی به4/11 و عدد یدی به ۱۱۹ برسد. (HLB=7)
ب) فرمول اصلاح کننده ویسکوزیته
|
قسمت وزنی |
اجزاء |
| 278/1 | اسید چرب روغن کتان |
| 64 | متانول |
| 0/26 | پاراتولوئن سولفونیک اسید |
از حرارت دادن مخلوط اسید چرب روغن کتانL-310) Proctor Gamble s )متانول و 0/26 قسمت وزنی پاراتولوئن سولفونیک اسید بارفلاکس تحت اتمسفر نیتروژن بدست می آید واکنش کننده ها همراه با همزدن حرارت داده میشود تا اینکه عدد اسیدی به 5/06عددیدی به ۱۷۶ برسد.
ج) فرمولاسیون ترکیب پوشش الکتروفورتیک بر پایه رزین اپوکسی
| قسمت وزنی | اجزاء |
| 4 |
فعال کننده سطح (فرمول (الف) |
| 15 |
اصلاح کننده ویسکوزیته (فرمول (ب) |
| 15 |
- حلال ( گزیلن) |
| 334/8 |
رزین اپوکسی کاتیونی |
| 112/2 |
رنگدانه |
| 453 |
آب عاری از املاح و یون |
برای تهیه ترکیب حمام الکتروفورتيک کاتدی - بر پایه رزین اپوکسی مطابق با جدول فوق فعال کننده سطح فرمول (الف) و اصلاح کننده پی ويسكوزيته فرمول (ب) و حلال (گزیلن) به رزین اپوکسی کاتیونی (۵۰۶) PPG S resin ZNEP)
ورنگدانه ۵۹۴PPGS resin ZNEP اضافه می گردد . آنگاه به مخلوط بقدری از آب بدون املاح ويون اضافه میشود تا غلظت جامد به ۲/3 درصد برسد.
شرایط عملیاتی
دمای حمام ۲۴ درجه سانتیگراد
PH حمام: ۶/۴
ولتاژ کاربردی ۲۵۰ ولت
زمان پوشش دهی ۱۳۰ ثانیه
دمای پخت فیلم ۱۹۰ درجه سانتیگراد
زمان پخت ۲۰ دقیقه
رزین اکریلیکی کاتیونی
د) فرمولاسیون پوشش الکتروفورتیک بر پایه رزین اکریلیک کاتیونی
| قسمت وزنی | اجزاء |
| 5/5 |
فعال کننده سطح ایلی استر پلی اتیلن گلیکول ۴۰۰ اسید چرب فرمول الف) |
| 5/5 |
اصلاح کننده فعال ويسكوزيته (فرمول (ب) |
| 5/5 |
گزیلن |
| 791 |
رزین اکریلیک کاتیونی جزء غیر فرار 4/16 درصد) |
برای تهیه ترکیب پوشش الکتروفورتيک کاتدی بر پایه رزین اکریلیک کاتیونی مطابق با جدول فوق، فعال کننده سطح اصلاح و کننده ویسکوزیته گزیلن را به رزین اکریلیک کاتیونی ۷۰۰PLUS PPG S POWERCRON) اضافه می نمائیم. آنگاه به مخلوط بقدری آب بدون املاح و یون اضافه می شود تا غلظت جامد به 2/17 درصد برسد
شرایط عملیاتی
P حمام: ۵/۵
دمای پوشش دهی (حمام): ۲۶ درجه سانتیگراد
ولتاژ کاربردی ۱۲۵ ولت
زمان پوشش دهی ۹۰ ثانیه
دمای پخت: ۱۴۸ درجه سانتیگراد
زمان پخت ۲۰ دقیقه
درصد جامد: 2/17
پ)فرمولاسیون پوشش الکتروفورتیک کاتدی جهت کاهش دمای پخت
یکی از مشکلات فرآیند الکتروفورتیک استفاده از دمای بالا جهت پخت پوشش فیلم های ،الکتروفورتیک، در حدود ۱۷۰ درجه سانتیگراد ، و در نتیجه مصرف بالای انرژی حرارتی می باشد. در صنایع خودرو که استفاده کنندگان عمده فرآیند الکتروفورتيک کاتدی بشمار می روند دمای بالای پخت کوره مانع از حضور قطعات پلاستیکی بهمراه قطعات فلزی پوشش شده می گردد. همچنین در بعضی از موارد ممکن است دمای پخت به دمای ذوب لحیم شده Soldered Connections)برسد
بنابراین تحقیقاتی در این زمینه با انجام اصلاحاتی بر روی عوامل شبکه ای کننده و رزین مصرفی انجام شده و منجر به کاهش دمای پخت پوشش فیلم گردید اما در عمل اصلاحات انجام شده با مشکل مصرف بالای مواد سمی ایزوسیانات و عدم دستیابی به پوشش فیلم با خصوصیات فیزیک مکانیکی و ضخامت مناسب همراه بود. فرمولاسيون ارائه شده در این قسمت امکان دست یابی به دمای پخت پایین و حذف مشکلات فوق را میسر می سازد بطور کلی اجزاء تشکیل دهنده فرمولاسیون مذکور عبارتند از:
1.رنگپایه (رزین)
قسمت اصلی ترکیب پوشش الکتروفورتیک رزین و عامل (پخت از ترکیب ۳ جزء ذیل بدست می آید:
الف) جزء A :
جزء A از یک یا چند رزین حاصل از پلیمریزاسیون اضافی یا تراکمی تشکیل می گردد که دارای وزن مولکولی متوسط ۷۰۰ تا ۱۰،۰۰۰ عدد هیدروژناسیون یدی ۵ تا ۹۰ وجود پیوندهای دوگانه جانبی و انتهایی در ساختار رزین و گروههای امینو نوع سوم متناظر با عدد آمین ۳۰ تا mgko۴۵۰ ، به ازای یک گرم رزین، می باشد جزء A ۵0 تا ۹۰ درصد وزنی از کل محتوی رزین (سه جزء را شامل میشود.
ب) جزءB :
این جزء از یک یا چند عامل اتصال دهنده عرضی (شبکه ای کننده) تشکیل شده است. این و ترکیبات دارای واحدهای متان تری کربوکسیلیک اسید آمید به فرمول شیمیایی ذیل می باشند
COO
C CH-
NH
در هر مولکول بطور متوسط دو گروه با ساختار فوق با هیدروژنهای فعال وجود دارد و از محصول واکنش یک مونو ایزوسیانات یا پلی ایزوسیونات با یک مشتق اسید مالونیک بدست می آید.
ج) جزء C:
این جزء از یک یا چند دی ایزوسیانات و یا پلی ایزوسیانات بلوکه تشکیل شده است. این جزء 5 تا ۱۰ درصد وزنی از کل محتوای رزین را شامل می شود. (رجوع به پیوست ۳)
2.افزودنیها
این مواد شامل اجزاء گوناگونی می باشند که در صورت نیاز به رنگپایه (رزین) افسافه می شوند نمونه های از مواد افزودنی عبارتند از:
عامل خنثی کننده با افزایش اسیدهای آلی و غیر آلی به رنگپایه های ،بازی خصوصیات قابل انحلال در آب بدست می آید
کاتالیست پخت افزودن کاتالیست به مجموعه ضروری نمی باشد در ترکیب فرمولاسيون حاضر جزء A خود به عنوان کاتالیست عمل مینماید در صورت نیاز میتوان از کاتالیست های ترکیبات سرب مانند ۴،۱ - دی آزا بی سیکلو (۳،۲،۲) - اکتان (DABCO)، اکتوات سرب و آمیدین ها مانند N،N،N،N - تتر امتیل گوانیدین 1، ۴- دی آزا- بی سیکلو (۰،۳،۴) نون -۵-ان استفاده نمود
پر کننده های توسعه دهنده :مانند برنزهای آلومینیوم نرم کننده ها :دی بوتیل فتالات و استرفتالات رزین پلاستی سایزر (Plasticizer) رزین های هیدروکربنی و روغنهای مشابه مانند روغن ایندین - کومارون (Indene Oil . Cumarone، در صورت نیاز بمنظور افزایش ویژگی های خاص پوشش اضافه میشوند از جمله افزودنیهای دیگر که در صورت نیاز قابل استفاده اند شامل :معرف های کف زدا، رنگدانه بازدارنده خوردگی حلال و غیره می باشند. در این قسمت به نمونه ای از فرمولاسیون رزین آمین - اپوکسید غیر اشباع و ترکیب پوشش الکتروفورتیک کاتدی بر پایه رزین مذکور اشاره شده است.
الف) فرمولاسیون رزین آمین - اپوکسید غیر اشباع
| (g) | اجزاء |
| 520 |
رزین اپوکسید برپایه بیس قتل A با اکی والان وزنی اپوکساید (۲6۰) |
| 453 | تیل گلیکول استات (منواتیلن گلیکول منواتیل اتر استات) |
| 0/2 |
هیدروکینون |
| 536 |
همی استر از ۲ مول تتراهیدروفتالیک اسید انیدریدو ۲ مول از هیدروکسی اتیل اکریلات |
| 750 |
محلول مونوایزوسیانات (70%)(۲) مول تولوئن دی ایزوسیانات و ۲ مول دی متیل اتانول آمین در اتیلن گلیکول استات |
مطابق با جدول فوق، رزین اپوکسید بر پایه بیس فنل A در دمای ۶۰ تا ۷۰ درجه سانتیگراد اتیل گلیکول ،استات، هیدروکینون و همی استر بدست آمده از ۲ مول تتراهیدروفنالیک اسید انیدرید و ۲ مول هیدروکسی اتیل اکریلات اضافه میگردد و دما به ۱۰۰ تا ۱۱۰ درجه سانتیگراد افزایش مییابد واکنش در این دما تا زمانی ادامه می یابد که عدد اسیدی به کمتر از
۵mgkoH
g resin
برسد محصول واکنش در دمای ۶۰ تا ۷۰ درجه سانتیگراد با محلول ۷۰ درصد مونوایزوسیانات واکنش نموده تا اینکه ارزش (N=C=O) NCO) به صفر برسد.
محتوی جامد :۷۰ درصد
عدد هیدروژناسیون یدی: ۳۰
ارزش هیدروکسیل 06/0 متناظر با عدد هیدور کسیل۳۴۰
mgkoH
g resin
ارزش هیدروکسیل شامل تعداد مولهای هیدروکسیل به ازای ۱۰۰ گرم رزین جامد می باشد
ب) عامل شبکه ای کننده
| (g) | اجزاء |
| 216 |
دی بوتیل مالونات |
| 1 |
متیلات سدیم |
| 190 |
ایزوسیانات - پلی ایزوسیانات یا محتوی ۲۱ درصد (NCO) بوسیله تریمز اسیون هگزامتیلن دی ایزوسیانات) |
| 174 |
متوکسی پروپانل |
دی بوتیل مالونات با متیلات سدیم در دمای ۶۰ درجه سانتیگراد با ایزوسیانات - پلی ایزوسیانات (با محتوای NCO۲۱) واکنش می نماید.
زمانی که ارزش ایزوسیانات به کمتر از 5/0 درصد می رسد به آن متوکسی پروپانل اضافه می شود و محصول فیلتراسیون می شود. مقدار جامد ۷۰ درصد می با باشد.
ج) ترکیب پوشش الکتروفورتیکی
| (g) | اجزاء |
| 250 |
رزین آمین اپوکسید (فرمول (الف) |
| 110 |
متوکسی پروپانل |
| 6/4 |
اسید فرمیک (۵۰% در آب) |
| 5/5 | دوده |
| 44/5 | کائولن |
| 6 | اسید فرمیک (۵۰ %در آب) |
| 107/2 |
عامل شبکه ای کننده (فرمول (ب) |
| 147/4 |
آب بدون املاح ویون |
مطابق با ،جدول در یک اسیاب شنی رزین آمین - اپوکسید متوکسی پروپانل، اسید فرمیک ۵۰ درصد در اب )کربن بلک (دوده)، کائولن برای ۴۰ دقیقه مورد عمل قرار می گیرد. بعد از آن اسید فرمیک (۵۰) درصد در (اب)، عامل شبکه ای کننده فرمول (ب) به مجموعه مورد عمل قرار گرفته اضافه میگردد آنگاه آب بدون املاح و یون برای رقیق کردن ترکیب اضافه می گردد. در نهایت ارزش MEQ، ۴۵ بدست می آید.
شرایط عملیاتی:
دمای :حمام ۳۰ درجه سانتیگراد
زمان پوشش دهی: ۲ دقیقه
ولتاژ: ۱۱۰ ولت
زمان پخت: ۳۰ دقیقه
زمان پخت: ۱۲۰ درجه سانتیگراد n
