- ۱۳۹۸ ۱۱ اردیبهشت
رزین اتیل سیلیکات چیست؟
اتیل سیلیکاتها مایعات شفافی اند که به عنوان چسباننده برای ساخت قالبها و مغزیها در ریخته گریهای ظریف و گران به کار می روند. در صنعت پوشش سطح، این مواد، در رنگهای غنی از روی به عنوان بایندر معدنی مصرف می شوند در بازار چند نوع اتیل سیلسکات وجود دارد، اتیل سیلیکات خالص، اتیل سیلیکات فشرده، اتیل پلی سیلیکات یا اتیل سیلیکات جزئی آبکافت شده، بایندرهای قابل مصرف از قبل آبکافت شده و بایندرهای یک جزئی.
از آبکافت سیلیکون تتراکلرید در اتانول، تکپار تقطیر شدۀ اتیل سیلیکات تهیه می شود که
(SiCl4 + 4 EtOH → Si(OEt)4 + 4 HCL)
8/28 درصد وزنی SiO2 قابل استفاده دارد. بیشتر محصول اتیل سیلیکات به شکل تکپار بوده و حاوی مقادیر کمی از مولکولهای دو و سه تایی است. اتیل پلی سیلیکات که مهم ترین گونۀ صنعتی است با آبکافت جزئی تهیه می شود. ماده، مخلوطی از چند پارهای اتیل سیلیکات بوده و 40 درصد وزنی SiO2 قابل استفاده دارد. برای مصرف به عنوان چسباننده باید به میزان بیشتری آبکافت انجام داد تا واکنش پذیری کافی حاصل شود.
برای سیستم های دو جزئی چسباننده های با آبکافت اولیه که به آبکافت بیشتر نیاز ندارند، قابل استفاده اند. چسباننده های با آبکافت اولیه کاتالیزی که می تواند روی محافظت در برابر خوردگی اثر منفی بگذارد. اگر مقادیر ناچیز رطوبت جوی که باعث ژل شدگی می شود، کاملا ً حذف شود، زمان نگهداری بیش از یکسال امکان پذیر خواهد بود. آبکافت اتیل سیلیکات می تواند کاتالیز اسیدی یا قلیایی بشود. کاتالیز اسیدی، معمولا ً به شیوه ای کنترل پذیرتر و آهسته تر پیش می رود. حضور اسید باعث می شود گروههای فعال سیلانول (Si-OH) پایدار شده و دوام چسباننده افزایش یابد. آبکافت قلیایی سریع تر بوده و معمولا ً با ژل شدگی همراه است.
وقتی اتیل سیلیکات تحت کاتالیز اسیدی آبکافت می شود، چسباننده ای به دست می آید که در شرایط انبارداری پایدار است. زمان انبارداری برای اغلب چسباننده ها از 9 تا 12 ماه است. با این حال چنین چسباننده ای نباید با روی بسته بندی شود، زیرا روی می تواند با پایدارکنندۀ اسیدی واکنش نموده و گاز هیدروژن آزاد کند. روی، همچنین می تواند با گروههای سیلانول واکنش دهد که باعث ژل شدن و کاهش فرصت عملکرد مورد نیاز برای رنگ به کمتر از 12 ساعت می شود. در تهیه یک چسباننده، چند عامل مهم، از جمله درجه آبکافت، میزان پایدارسازی با اسید و مقدار سیلیسیم باید مورد توجه قرار بگیرند. معمولا ً باید بین پایداری و واکنش پذیری یکی را انتخاب کرد. معمولا ً، تولید کنندگان اتیل سیلیکات ها نمودارها و فرمولبندیهای اولیه ای را ارائه می کنند که در آنها، بیشتر رابطۀ زمان ژل شدن با میزان آبکافت و یا رابطه زمان ژل شدن با نگهداری طولانی مدت در انبار اعلام می شود (شکل 1 و شکل 2 را ملاحظه کنید)
شکل 1- زمان ژل شدن (100 قسمت اتیل پلی سیلیکات، شامل 40 درصد SiO2، 100 قسمت اتانول و 3/0 قسمت HCL غلیظ)
شکل 2- زمان ژل شدن پس از پیرسازی (100قسمت اتیل پلی سیلیکات، شامل 40 درصد SiO2، 50 قسمت اتانول، 50 قسمت متیل اتیل کتون، 10 قسمت آب، 4/0 قسمت HCL)
خواص قابل توجه این سیستم ها که در مصرف گستردۀ آنها دخالت دارند بدین قرارند:
الف) پخت سریع، حتی تحت شرایط مشکل (15- تا 50+ درجه سانتی گراد و رطوبت نسبی 25 تا 100 درصد)
ب) قدرت چسبندگی بسیار خوب به بسترهای تمیز
ج) مقاومت پایا تا 420 درجه سانتی گراد، تشکیل فیلم هایی که به سهولت جوشکاری می شوند. حفاظت در یرایر خوردگی ناشی از عملیات کاتدی حتی در نزدیکی لبه ها، برآمدگیها و نقایص سطح و به علاوه اثر خود- درزگیر
د) حفاظت عالی در برابر مهاجرت رنگ به زیر لایۀ فیلم پوشش
ه) مقاومت در برابر تقریبا ً تمام حلالها و مواد شیمیایی
و) مقاومت در برابر شوک گرمایی در شرایط دمایی متغیر.
بنابراین رنگهای غنی از روی اتیل سیلیکات در مواردی مصرف می شوند که محافظت طولانی مدت در شرایط زیر مورد نیاز است:
الف) در اتمسفر دریایی و صنعتی ( ساخت کشتیها، سکوهای حفاری نفت و آنچه در لنگرگاه ها نصب می شود)
ب) قرار گرفتن در دمای بالا ( اجاقهای خشک کن، کوره ها)
ج) تماس با مواد شیمیایی ( پوشش داخلی تانکرها، مخازن، خطوط لوله)
روش مصرف رنگ و خواص پودری روی، موارد مصرف رنگ را تعیین می کنند و جزئیات آن در زیر آمده است:
الف) بستر باید به روش ماسه زنی تمیز شود
ب) روی با اسیدها و قلیا واکنش می دهد و در 420 درجه سانتی گراد ذوب می شود. بنابراین رنگهای غنی از روی را نمی توان در pH پایین تر از 5 و بالاتر از 9 و برای مدت زمان طولانی دمای بالاتر از 420 درجه سانتی گراد به کار برد.
ج) چگالی روی 14/7 است و بنابراین به سرعت ته نشین می شود، بابراین باید ظروفی که موقع مصرف رنگ به کار می روند، اعم از قلم مو یا افشانه به طور ثابت همزده شود تا پودر روی به حال تعلیق درآید.
استرهای اتیل سیلیکاتهای چندپار
استرهای اتیل سیلیکاتهای چندپار، الکیل الکوکسی سیلانهایی اند که تا حدود متراکم شده اند و می توانند استر الکیل پلی سیلوکسان و یا آلکیل الکوکسی سیلیکات چندپار در نظر گرفته شوند. چنین رزینهایی می توانند با رطوبت جوی آبکافت شده و ضمن از دست دادن الکل، یک رزین سیلیکون تولید کنند که در دمای اتاق سخت است. این واکنش می تواند در مجاورت کاتالیزگر به ویژه کاتالیزگرهایی مثل اسیدها، قلیاها، نمک های روی، قلع، تیتانیم یا زیرکونیم تسریع شود. این پوشش ها نسبتا ً شکننده و مقاوم بوده و بهترین فرمولبندی برای پوششهای نازک یا مقدار زیادی رنگدانه اند. خواص مکانیکی و کشسان این فیلم ها را می توان با آمیزه سازی آنها با سایر رزینها یا محلولهای رزین سیلیکون بهبود بخشید. به دلیل واکنش پذیری زیاد این مواد با رطوبت جوی، چنین فرمول بندیهای پوشش کاتالیز شده ای باید در ظروف درزگیری شده نگهداری شوند. توصیه می شود که پایداری در انبار با انجام آزمونهای تسریع شده در دماهای بالا ( مثلا ً 40 درجه سانتی گراد به مدت حداقل یک ماه) سنجش شود. فرمول بندیهای اولیه بعدا ً نشان داده می شوند.
رزین های اتیل سیلیکات با نام تترا اتیل ارتو سیلیکات Tetra Ethyl Ortho Silicate (TEOS) نیز شناخته می شوند.
در ضمن به عنوان مثال رزین های اتیل سیلیکات در مقیاس تجاری توسط شرکت هایی از قبیل واکر آلمان Wacker Chemie و شرکت اونیک آلمانEvonik Dynasylan® SILBOND® 40 تولید می شوند.