آشنایی با فرمولاسیون پوشش های پودری

پوشش های پودری، پوشش هایی هستند که تقریباً تمام مواد اولیه آنها را مواد جامد تشکیل می دهند. این پوشش ها پس از مطالعات بسیار در سال 1962 وارد بازار مصرف شدند. با افزایش مصرف و تکامل دانش تولید آنها در سال های بعد، ظرفیت تولید رشد روز افزونی یافت، به نحوی که میزان تولیدآنها در سال 1969 به 1300 تن در سال رسید. علاوه بر مزایای زیست محیطی می توان به خواص عالی در پوشش نهایی لایه رنگ اشاره کرد. یکی از ویژگی های اساسی پوشش های پودری در مقایسه با رنگ های مایع، عدم استفاده از حلال های آلی است. به همین علت است که این نوع پوشش ها فاقد معایبی چون اتلاف مواد اولیه، خطر آتشگیری، افزایش مصرف انرژی، ایجاد پساب صنعتی و موارد دیگر است.

اجزای یک پوشش پودری

مواد تشکیل دهنده پوشش های پودری را می توان به شکل زیر دسته بندی کرد:
1)رنگ پایه

2)رنگدانه 
3)پرکننده 

رنگ پایه:

رنگ پایه شامل رزین، سخت کننده ها و مواد افزودنی است.رزین از مواد پایه و اساسی تشکیل دهنده یک پوشش پودری است که باعث تشکیل یک لایه منسجم و پیوسته برای اختلاط مواد و پدید آمدن لایه ای یکنواخت با خواص مطلوب و دلخواه می شود. رزین پوشش های پودری را می توان به دو دسته زیر تقسیم نمود: 
الف)رزین گرما نرم

ب)رزین گرما سخت

سخت کننده ها یا عوامل پخت موادی هستند که در واکنش با رزین ها در کوره در زمان و دمای مناسب عمل پخت را انجام می دهند. این مواد همچون سایر مواد تشکیل دهنده باید جامد، جریان پذیر و دارای دمای ذوب بالا باشند و طی فرایند آسیاب و دانه بندی ایجاد مزاحمت نکنند.

رنگدانه ها

در اثر وجود رنگ دانه ها در مخلوط اولیه خواصی چون ایجاد پوشش، فام و افزایش مقاومت در برابر خوردگی حاصل می شود. رنگدانه ها می توانند سفید، سیاه، یا به رنگ های دیگر باشند. این رنگدانه ها به دو گروه آلی و معدنی تقسیم می شوند.

 
پرکننده ها

این مواد را می توان به دودسته پر کننده ها و افزایش دهنده های طول زنجیر تقیسم کرد. افزایش مناسب این دسته از مواد، علاوه بر کاهش قیمت تمام شده موجب بهبود برخی از خواص از جمله مقاومت جوی و در بعضی از موارد افزایش پوشش دهی می گردد.

 
مواد افزودنی

مواد افزودنی گروهی از مواد اولیه هستند که برای اصلاح نحوه کاربرد و شکل ظاهری رنگ های پودری به کار می روند. این افزودنی ها ممکن است به صورت زیر دسته بندی شوند:

1-عوامل جریان یابی Flow Agent

2-عوامل گاز دار Degassing Agent

3-مات کننده هاAgent Matting

4-عوامل بافت دهی (جرمی، چروک، چکشی و ...) Texturing Agent

5-پایدار کننده های نوری Light Stabilizers

6-عوامل جریان یابی خشک Dry Flow Agent

7-کاتالیزورها Catalysts

8-موم ها Waxes

9-افزودنی های ضد الکتریسیته Electrostatic Additives 

مات کننده ها، شکل دهنده های سطح، کاتالیزورها و افزودنی های ضد الکتریسیته ساکن برای گروه دیگری از ترکیبات مناسب اند.

افزودنی مناسب باید جامدی با دمای ذوب یا دمای انتقال شیشه ای بیش از 50 درجه سانتی گراد باشد تا در مقادیر اندک بتواند فعال و موثر باشد. اگر افزودنی مورد استفاده به حالت مایع باشد، باید به شکل Master batch یا جاذب حامل سیلیکا به کار رود. 
عوامل جریان یابی عوامل جریان یابی به رنگ های پودری اضافه می شوند تا عیوب و نقص های سطح مانند دهانه آتشفشانی را برطرف کرده و به افزایش همواری و یکنواختی پوشش پودری کمک کنند. خیس شوندگی زیر لایه نیز برای رسیدن به چسبندگی و پیوستگی مطلوب عامل مهمی به شمار می رود.هرچند نقش افزودنی ها کاملاً معلوم نشده است، اما اثر آنها روی کشش سحطی رنگ و یک نواختی مواد روی سطح نیز از عوامل اساسی به شمار می آید.

به منظور ایجاد بیشترین خیس شوندگی در زمان پخت، هر دو عامل کشش سطحی و زاویه تماس رنگ پودری در فاز باید تا حد امکان کمترین مقدار را داشته باشد. زیر لایه نیز باید عاری از آلودگی های با کشش سطحی کم باشد. چنین آلودگی هایی ممکن است به طور جزئی در پوشش پودری حل شوند و جریانی به سمت نواحی مجاور که کشش سطحی بالاتری دارند، ایجاد کنند. این امر می تواند باعث تشکیل دهانه های آتشفشانی شود. مکانیسم دیگری که باعث این پدیده می شود، اختلاف بین کشش سطحی در سطح پوشش پودری است. این دو اثر با افزایش روان کننده ها به حداقل ممکن می رسد، زیرا این مواد انتقال مکان های نا مناسب به طرف سطح را به حداقل رسانده و باعث یکنواختی کشش سطحی می شوند.افزودن یک ماده مناسب برای به دست آوردن یک کشش سطحی کم به حذف دهانه های آتشفشانی کمک می کند. 
از طرف دیگر کشش سطحی کم به فرایند پراکندگی رنگدانه ها در طول عملیات روزن رانی (Extrusion) کمک می کند و ماده ای با گرانروی و کارایی کمتر ارائه می دهد . بنابر این ، در پوشش های پودری باید توازن و تعادلی بین خواص عوامل جریانی در محصول ایجاد شود تا جریانی یکنواخت و روان به وجود آید. همچنین، می توان ار هوپومرها ی بوتیل آکریلیک یا کوپولیمر های 2-اتیل هگزین آکریلیک با وزن ملکولی 5000 تا 100000 نیز استفاده کرد. این مواد به شکل های مختف تجاری در دسترس هستند و معمولاً به شکل مایع 100% گرانرو یا 10-5 % master batch در رزین پایه یا به همراه یک ماده حامل سیلیکا با میزان فعالیت حدود 60% به کار برده می شوند. معمولاً با مصرف حدود 5/0 % ماده فعال در ترکیب می توان کم شدن ایجاد دانه های آتشفشانی را انتظار داشت ، ولی برای بهبود سطح و یکنواختی لایه رنگ این مقدار می تواند تا 5/1 % افزایش یابد. مصرف بیش از این مقدار باعث ایجاد ضخامت در پوشش رنگ پودری می شود.. برای غلبه بر این مشکل، واکنشگرها به نوعی تکامل یافته اند تا با رزین واکنش دهند. 
رزین پلی استر و رزین های پلی استر اصلاح شده با پلی سیکلو هگزان در مقادیر 5/0-1/0 % کشش سطحی کمتری نسبت به پلی اکریلیک ها ایجاد می کنند. شفافیت آنها از شفافیت پلی اکریلیک ها در پوشش های شفاف بیشتر است، اما باید به شکل Master batch به عنوان یک حامل سیلیکا مورد استفاده قرار می گیرند.فلوئوروکربن ها نیز به عنوان یک عامل جریان یابی، هنگامی که به مقدار بسیار کم افزوده شوند، خواص مطلوبی به رنگ می دهند.ولی به دلیل گران بودن آنها، کمتر مورد استفاده قرار می گیرند. این ترکیبات یکی از موثرترین مواد برای پودرهایی است که باید روی سطوح آلوده اعمال شوند.چند ماده گرمانرم با وزن مولکولی زیاد، مثل بوتیرات استات سلولز CAB نیز به عنوان عوامل ضد ایجاد دهانه آتشفشانی مطرح اند.

 
عوامل گاز زدا

 
از بنزوئین در پوشش های پودری پلی استر و پلی استراپوکسی به مقدار 1-2/0 % به عنوان عامل گاز دار و ضد ایجاد سوراخ سوزنی برای ایجاد یکپارچگی در لایه رنگ استفاده می شود. اما تاکنون مکانیسم دقیق این فرایند و چگونگی ترکیب شدن این ماده مشخص نشده است . استفاده از این ماده به ویژه در رنگ های روشن به علت ایجاد پدیده زرد شدن باید به حداقل برسد. از مواد دیگری که به عنوان عوامل گاز دار نام برده می شوند عبارت است از:

آلومینیوم استئارات، استئاریک اسید، موم پلی پروپیلن، روغن کوچک هیدروژن دار شده و هیدروکسیل آلومینیوم بلوری شده.

پایدار کننده های نوری استفاده از پایدار کننده های نوری در پوشش های پودری به منظور حفاظت لایه رنگ در برابر اثر مخرب تابش فرابنفش خورشید است. پرتو UV باعث تشکیل رادیکال های آزاد شده و منجر به تخریب محمل می شود. دو نوع پایدار کننده UVوجود دارند که معمولاً با هم به کار می روند: اولی جاذب پرتو و دومی ممانعت کنده رادیکال های آزاد که به آنها پایدار کننده های نوری آمینی ممانعت کننده نیز می گویند.همچنین یک پوشش پودری ، وقتی که مدت زیادی در شرایط پخت قرار می گیرد برای مقابله با پدیده زرد شدگی، نیاز به یک پایدار کننده نوری دارد.
افزودنی های جریان یابی خشک افزودنی های جریان یابی خشک برای بهبود بخشیدن به نحوه انتقال خصوصیات سیالیت و جریان پودر، در لایه نهایی رنگ به کار می روند. اگر این مواد قبل از آسیاب کردن اضافه شوند، ممکن است باعث آسیاب شدن بهتر پودر شوند. موادی با پایه دی اکسید سیلیکون ، بدون شکل منظم و بسیار ریز، می توانند افزودنی جریان یابی خشک مناسبی برای ایجاد شرایط یاد شده باشند.همچنین ممکن است یک سطح آبگریز نیز به وجود آورند. این مواد بسیار نرم و ریز و با اندازه nm40-10هستند که با تشکیل یک پوشش روی اجزای پودر وارد ترکیب شوند. این مواد باید در کمترین مقدار ممکن که معمولاً حدود 2/0 % است، مورد استفاده قرار گیرند .

 کاتالیزور ها کاتالیزورها سرعت پخت را افزایش داده و زمان یا دمای پخت را کاهش می دهند. آنها باید طوری انتخاب شوند، که پخت زودرس و نا بهنگام در طول مدت روزن رانی، اتفاق نیفتد. همچنین باید اطمینان حاصل شود که روی ویژگی های جریان یابی و یکنواختی رنگ اثر نگذارد و به پایداری شیمیایی آن در طول مدت نگهداری آسیبی وارد نشود. فناوری های سودمند تجزیه ویسکوالاستیک گرمایی و گرما سنجی پویشی تفاضلی می توانند در ارزیابی کاتالیزورها کمک کنند. 
موم ها از موم ها برای اهداف متعددی در پوشش های پودری استفاده می شود.افزایش مقاومت خراشیدگی و سختی، افزایش لغزش، کاهش براقیت، کمک روزن رانی، عامل بافت دهی از جمله ویژگی موم ها است. همچنین از این مواد برای جلوگیری از سوراخ سوزنی شدن ناشی از پف زدایی مواد اولیه متخلخل در کوره پخت استفاده می شود. برای رسیدن به این اهداف ممکن است موم ها با مواد خام اولیه به وسیله فرایند روزن رانی ترکیب شوند یا به صورت مخلوط کردن خشک به مواد پایه اضافه گردند.

1-موم های پلی اتیلن:

این موم ها ، محصولات سیر شده با وزن مولکولی 1000تا 3000 و دمای ذوب در محدوده 125-85 درجه سانتی گراد هستند. زمانی که مقدار مصرف آن ها کمتر از 3/0% باشد، ضمن اینکه براقیت سطح تغییر نمی کند، می توان روی سطح پخت شده ، دوباره رنگ اعمال کرد.

2-موم های پلی پروپیلن:

دمای ذوب این موم ها در محدوده 149 تا 150 درجه سانتی گراد است و برای بهبود بخشیدن به سختی رنگ های پودری به کار می رود. ولی این مواد در سیالیت رنگ های پودری ایجاد اختلال می کنند. هرچه قدر دمای مواد بالاتر باشد ، برای کاهش براقیت مطلوب ترند.

3-موم پلی اتیلن بهبود یافته با Poly tetra fluoro ethylene(PTFE) 
این موم ها مخلوطی از موم های پلی اتیلن و پلی تترافلوئورو اتیلن هستند. موم PTFE در سامانه اکثر پوشش های پودری وارد می شود. این ترکیب ذوب نمی گردد و تا 320 درجه سانتی گراد نسبت به گرما مقاوم است.

نتیجه گیری :

با توجه به محدودیت های موجود در فراورش، دمای پخت، نوع سطح زیر کار و نیز با توجه به تنوع موجود در پوشش های مایع، پوشش های پودری دارای محدودیت های ویژه ای هستند. ولی ، با به کارگیری قوانین محدود کننده زیست محیطی در سال های اخیر شاهد رشد و توسعه در صنعت رنگ های بدون حلال نظیر رنگ های بر پایه آب و همچنین پوشش های پودری بوده ایم. با توجه به عوامل یاد شده ، مواد افزودنی دارای نقش مهمی بوده و توسعه کمی و کیفی این مواد می توانند بازار آینده این صنعت باشند.

آیا پوشش های پودری ، پوشش بهینه چوب تلقی می شوند؟

پوشش های پودری به عنوان جایگزین زیست محیطی پوشش های حلال پایه، مشخصاً با انتشار کمتر ترکیبات آلی فرار و مواد خطرناک آلاینده هوا شناخته می شوند.علاوه بر این، فرایندهای پوشش پودر از مصرف انرژی و تولید پسماند می کاهند. و این در حالی است که این نوع پوشش ها در بعضی بازار ها کلیدی مختص این صنعت مثل چوب، چند سازه های چوبی و پلاستیک ها عمدتاً حضور ندارند.در اوایل کاربرد این نوع فناوری، دمای آستانه پخت عامل اصلی محدود کننده در استفاده از پوشش های پودری برای زیرآیندهای حساس به دما بود. با وجود این در سال های اخیر فناوریهای نوین استفاده از پوشش های پودری برای مثال پوشش های پودری سخت شونده با UV را برای طیف گسترده ای از زیرآیندها امکان پذیر نموده است. ویژگی های سطحی اثر زیادی روی پوشش های پودری پخت شونده با UV دارند و از جمله عوامل تعیین کننده در این فناوری به حساب می آیند.شرکت Surface Specialties رزین هایی را عرضه نموده که آنها را می توان در یک دوره زمانی قابل قبول و در فرمولاسیون پوشش های پودری کم دما پخت با سخت کننده های مناسب در دمای پایین پخت کرد. در این مقاله خواص و کارایی دو سامانه پوشش پودری تجارتی یکی پودر UV و دیگری پودر کم دما پخت به کار رفته بر روی فیبر چگالی متوسط ارائه و مقایسه شود.

کاربرد پوشش پودری روی MDF: اصول کلی و منافع اقتصادی 
فن آوری کاربرد پودر، روشی سریع، تمیز و از نظر اقتصادی جذاب برای به دست آوردن محصولاتی با کیفیت بالا روی MDF است.