بخشی از مقاله
تقویت ترکیب رنگ ترافیکی با وارد نمودن نانو ذرات TiO2،SiO2/TiO2 و نانو
کامپوزیتهاي آنها، همچنین بررسی خواص عمومی و فتوکاتالیستی پوششهاي حاصله.
چکیده
در این تحقیق رنگهاي ترافیکی اکریلیکی بر پایه حلال حاوي نانو ذرات TiO2، SiO2/TiO2 و
نانوکامپوزیتهاي مربوطه تهیه شدند. مشخص گردید که ساختارهاي حاوي %5 نانو ذرات داراي خواص بهتري از نظر قابلیت امتزاج پذیري، خواص پاششی و کیفیت رنگ هستند. همچنین خواص فیلم خشک بهتري در مقایسه با ساختارهاي دیگر نشان می دهند. بعضی از خواص این سیستمهاي رنگی نظیر تست حلالیت، مقاومت در مقابل خراشیدگی، مقاومت در مقابل نور UV، خواص آب دوستی، قابلیت اکسیداسیون ترکیبات آلی، تست محیطی و مقاومت در مقابل سیکل هاي سرمایی - حرارتی مورد ارزیابی قرار گرفت.
مقدمه
مبحث رنگهاي ترافیکی، بدلیل اهمیت ایمنی در رانندگی، حفظ جان راننده و مسافرین از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. از طرف دیگر مشکلات خط کشی جاده ها، صرف وقت و هزینه بالا باعث شده که جهت گیري فعالیتهاي علمی درسطوح بالاتر، جهت تهیه رنگهاي ترافیکی با خواص منحصر به فرد مثل مقاومت آب و هوایی بهتر، زمان خشک شدن کمتر، داراي خواص خود شویندگی و غیره قرار دارد. تمام رنگها از لحاظ ساختار پایه اي از نظر اجزاء سازنده مشابه هم می باشند، چهار سازنده اصلی رنگ: (1 رنگدانه (2
رنگ پایه (3 حلال و (4 افزودنی ها می باشند.
پایه اصلی پوششهاي آلی را رزین تشکیل می دهد انتخاب نوع پوشش معمولا از روي نوع رزین انجام می پذیرد.از وظایف رزین چسبندگی به خود و به سطح است. اگر چسبندگی پوشش خوب باشد می تواند بسیاري از خواص را حفظ کند و به صورت یک محافظ دائمی عمل کند. مقاومت در مقابل عوامل خورنده یکی از وظایف رزین در رنگ است. حلالها مایعات فراري هستند که براي حل کردن یا پخش کردن اجزاي سازنده فیلم در رنگ استفاده می شوند. آنها در طول فرایند خشک شدن تبخیر شده و در واقع جزئی از فیلم خشک شده محسوب نمی شوند. حلالها در رنگ و جلا دهنده ها جهت کاستن از غلظت یا چسبندگی مواد بکار می روند. هر ماده دیگري که به مقدار کم جهت اصلاح یا بهبود پاره اي از خواص پوشش تمام شده رنگ یا رنگ در طول تولید، انبار داري، انتقال و کاربرد به آن اضافه شده است مواد افزودنی نامیده می شوند. مقدار این مواد براي ساخت رنگ 1 تا 2 درصد و حداکثر تا 5 درصد وزن کل رنگ می باشد.
رنگدانه ها مواد جامدي هستند که براي به وجود آوردن خصوصیات معینی چون رنگ ظاهري، استقامت، قدرت مکانیکی، و محافظت از زنگ زدگی براي فلزات در رنگ پراکنده می شوند. حداقل اندازه ذرات رنگدانه، که قابلیت پخش نور و پوشانندگی عالی را از خود نشان دهد باید معادل حدود نیمی از طول موج نوري باشد که بر آن می تابد یعنی 2 دهم تا 4 دهم میکرون. در پایین تر از این حدود ذرات قابلیت انکسار نوري خود را از دست می دهند و در بالاتر از آن امکان انعکاس بیشتر نور توسط ذرات کم می شود. دي اکسید تیتانیم خالص از لحاظ قدرت پوشش، در میان رنگدانه هاي سفید قویترین رنگدانه است. مطالعه فعالیت فتوکاتالیستی دي اکسید تیتانیم یکی از جدیدترین زمینه ها به منظور تبدیل محصولات ضایعاتی آلی مضر به مواد بی ضرر قابل قبول میباشد . [1-6] دي اکسید تیتانیوم به عنوان یک فتوکاتالیست نیرومند، که داراي خواص فعالیت نوري خوب ، غیر سمی بودن و همچنین قیمت پایین است امروزه به صورت تجاري در آمده است. با ریز تر شدن اندازه ذرات پخش کننده پراکندگی به طور موثر تري انجام می پذیرد. در شرایط بهینه در اندازه ذرات بین 2-50nm نور مرئی از این سیستم عبور کرده و سیستم به طور کامل شفاف می باشد. مشاهدات اخیر نشان می دهد که وارد کردن سیستمهاي نانویی در ساختار پوشش ها باعث بهبود قابل توجهی در ساختار پوشش ها شده است. در پوششهاي حاصله خواصی مثل، مقاومت درمقابل خراشیدگی، سایش، پایداري گرمایی و سایر خواص مکانیکی به طور قابل توجهی بهبود یافته است.[ 7 ]
اگرچه پاره اي از مشکلات نیز در این میان وجود دارد. یکی از مشکلات اصلی مربوط به استفاده مستقیم از نانو ذرات معدنی در فاز رنگ پخش نشدن همگون آنها در ماتریس آلی یا جدایی فاز در آنهاست[8- 12 ]
از طرف دیگرحتی اگر ذرات بطور همگن هم در ماتریس پخش شده باشند ممکن است در هنگام پروسه، کلوخه شدن ( تمرکز نانو ذرات ) اتفاق بیفتد وباعث عیوب مکانیکی جدي شود. بعلاوه غلظتهاي بالاي نانو ذرات نیز باعث افزایش نامطلوب ویسکوزیته شده و مشکلات عمده اي را در فرآیند پوشش دهی ایجاد می نماید. در این تحقیق از نانو ذرات TiO2، SiO2/TiO2 و نانو کامپوزیتهاي آنها عنوان افزودنی به صورت کامپوزیت در سیستم رنگ استفاده شده است. در کنار خواص مکانیکی پوشش حاصله، نظیر تست حلالیت، مقاومت در مقابل خراشیدگی، مقاومت در مقابل نور UV، خواص خود شویندگی این سیستمها و خواص آب دوستی، قابلیت اکسیداسیون ترکیبات آلی، تست محیطی و مقاومت در مقابل سیکل هاي رطوبتی و حرارتی نیز بررسی شده است.
بخش تجربی :
سیلیکاي کلوئیدي بر پایه آب داراي سیلیکا با قطر ذرات در حدود 40-50nm، TiO2 کلوئیدي بر پایه آب، با قطرحدود 80-100nm، از شرکت نانو پاك کره جنوبی تهیه شد. منومر هاي اکریلاتی، عوامل کوپل کننده سیلانی و بنزوئیل پراکسید (BPO) تماماً با گرید آزمایشگاهی از شرکت مرك تهیه و بدون خالص سازي استفاده شدند. رنگ سفید اکریلیک ترموپلاست بر پایه حلال ( Reef Road A 1220-1226W ) به عنوان رنگ پایه بر اساس فرمولاسیون ارائه شده از شرکت ایرانی تهیه شد.
تهیه نمونه آزمایشگاهی : بدلیل طراحی خاص انجام شده براي وارد کردن سیستم نانویی براي پوشش هاي خود تمیز شونده از سیستم سل هاي تهیه شده به عنوان افزودنی در سیستم رنگ اکریلیک ترموپلاست استفاده شد. با استفاده از درصدهاي متفاوت ابتدا نمونه هاي مختلفی تهیه شدند. با ارزیابی انجام شده سیستمهاي داراي نانو ذرات مطلوب براي هر سري داراي کیفیت و سازگاري با رنگ بهتري بودند. در جدول1 بهترین نمونه هاي تهیه شده با جزئیات آورده شده است.
پوشش دادن: از صفحات شیشه ي، ورقه هاي آلومینیومی، استیل و آسفالت براي پوشش دادن استفاده شد.
قبل از پاشش صفحات به طور کامل تمیز شدند. تمام رنگها توسط اسپري مجهز به پمپ فشار پاشیده شدند و در معرض آفتاب خشک گردیدند. برروي سطوح شیشه اي از روشی غوطه وري نیز براي رنگ کردن استفاده شد.
جدول :1 ترکیب درصد نمونه هاي تهیه شده
ردیف افزودنی رقیق کننده نوع رنگ درصد نهایی
1 سل A تینر 10000 1226w 2
2 سل A تینر 10000 1226w 5
3 سل B تینر 10000 1226w 5
4 سلB تینر 10000 1226w 7
5 سلC تینر 10000 1226w 5
6 سلC تینر 10000 1226w 7
شاهد - تینر 10000 - -
سل : A سل خالص TiO2 سل : B سل TiO2/SiO2 سل : C نانوکمپوزیت پلیمري حاوي TiO2/ SiO2
روش تحقیق : از اندازه گیري زاویه تماس قطره آب با سطح پوشش داده شده جهت مشخص کردن هیدروفیلیستی یا هیدرفروبستی پوشش استفاده شد. براي این منظور نمونه ها در اندازه 710 سانتی مترمربع تهیه شدند.از نمونه آب جهت این تست استفاده شد همچنین براي مشخص کردن داده هاي مربوط به انرژيهاي سطحی این پوششها از برنامه نرم افزاري win xp استفاده شد. در جهت مشخص کردن دوام پوششها در شرایط UV با شرایط دمایی، وشرایط رطوبتی سطح پوشش داده شده از دستگاه تست محیطی استفاده شد. نمونه ها در ابعاد 10*10 سانتی مترمربع تهیه شدند. این نمونه ها به مدت 28 ساعت در دستگاه تست محیطی قرار داده شدند. دماي مورد نظر 60 درجه سانتی گراد تنظیم شد. در این تست کاهش وزن نمونه ها در مقابل زمان تابش و همچنین تغییر رنگ ( سفیدي ) نمونه در اثر مجاورت و تاثیر شدید نور UV
بر آنها توسط وزن سنجی و میزان سفیدي سطح مورد بررسی قرار گرفت. به منظور ارزیابی تغییر رنگ پوشش ها تحت نور UV در مدت زمان قرار گرفته در دستگاه تست محیطی از دستگاه کرومامتر استفاده شد. از تست متیلن بلو با استفاده از اتاقک UV و اسپکتروفتومتر جهت نشان دادن و مشخص کردن قدرت فتو کاتالیستی پوششهاي رنگ استفاده شد.در این تست نمونه ها در ابعاد 55 سانتی مترمربع مورد استفاده قرار گرفتند. نمونه هاي آزمایشی روي شیشه پوشش داده شدند. از متیلن بلو به عنوان معرف رنگی با غلظت 10ppm استفاده شد. بعد از آماده سازي نمونه ها به مدت 5 ساعت در معرض نور UV با شدت
2000 µw/cm2 قرار داده شدند. سپس در زمانهاي مختلف رفتار تخریبی این معرف ارزیابی گردید. از دستگاه کرومامتر براي اندازه گیري مقادیر رنگ وتغییرات آن بر اساس سیستم L a b CIE استفاده کالیبراسیون دستگاه توسط استاندارد سفید آن انجام شد. مقادیر ارائه شده نشان دهنده فعالیت فتوکاتالیستی براي رنگ مورد نظر می باشد. براي تست مقاومت پوشش ها در مقابل تغییرات دمایی از یک چرخه رطوبتی
– گرمایی استفاده شد. بدین صورت که ابتدا سطح پوشش دار در حمام آب در دماي 25 درجه سانتی گراد به مدت 18 ساعت قرارداده شد، در مرحله دوم در دماي -20 درجه سانتی گراد در فریزر به مدت 3h و در مرحله سوم تا دماي 80 درجه سانتی گراد در آون حرارت داده شد. این چرخه 10 بار تکرار شده و بعد
تغییرات ایجاد شده شامل ترکها، تاول زدن وغیره به طور چشمی بررسی گردید. همچنین براي ارزیابی مقاومت نمونه ها در مقابل رطوبت شیشه پوشش داده شده در دماي 25 درجه سانتی گراد به مدت 1 هفته در آب غوطه ور شد و تغییرات آن به طور چشمی بررسی شدند. تست مقاومت در مقابل شعله بوسیله حرارت دادن مستقیم شعله از فاصله 30 سانتی متري انجام شد. دماي شعله حدود 1300 درجه سانتی گراد بود. تست سختی سطح توسط مدادهاي استاندارد که براي تعیین سختی بکار می روند اندازه گیري شد.براي تست مقاومت در مقابل حلال شدن رنگها به صورت زیر عمل شد. در این روش یک نمونه در ابعاد 210 سانتی مترمربع تهیه و در حلال مذکور شناور گردید. تست به مدت 30 دقیقه انجام شد و رفتار آن به صورت بدون تاثیر ( - )، ورم کرده ( ( ± و حل شده ( ( + نشان داده شد.
