نوآوری های فناوری رنگ پودری

در آستانه عید کریسمس سال ۲۰۲۰ میلادی، به مناسبت ۶۵ امین سالگرد ثبت اختراع رنگ پودری توسط دکتر اروین گمر (Erwin Gemmer) به بررسی چندی از جدید ترین پیشرفت های چشمگیر، در زمینه فناوری رنگ پودری میپردازیم. اگر به خاطر داشته باشید، آقای دکتر گمر برای اولین بار فرآیند جدیدی را برای پوشش ابزارآلات پیش گرم شده با فیلم ضخیم به ثبت رساند، به این صورت که این وسایل را در یک بستر سیال از ذرات ترموپلاستیک فرو برد.

طی دهه های بعدی دانشمندان و مهندسین خبره صنعت رنگ پودری را به مرحله ای بسیار پیشرفته تر از آرزوی دکتر گمر که اختراع فیلم های ترموست شیمیایی نازک با مقاومت بالا، عملکرد خوب و قیمت مناسب بود، رساندند.

از آنجاییکه نیاز به بهبود عملکرد پوشش ها، در شرایط و محیط های سخت کاری افزایش پیدا کرده و همچنین به دلیل وجود نیاز همیشگی به کنترل دقیق فرآیند ها و به صرفه بودن پوشش ها از نظر اقتصادی، تکنسین ها برای برآورده کردن این انتظارات پیشقدم شدند.

ماندگاری بالا

اصطلاح “ماندگاری بالا” مفاهیم گوناگونی را در بر می­گیرد. از یک سو پوشش های کارآمد به سمتی سوق داده شده اند تا بتوانند کارایی خود را در محیط هایی با شرایط سخت مانند وجود مواد شیمیایی بسیار واکنش پذیر و یا دمای کار بالا حفظ کنند و از سویی دیگر، معماران، در جستجوی رنگ های پودری هستند که سطح نهایی آنها ۲۰ یا ۳۰ سال بتوانند در برابر نور خورشید، بارش باران و سایر وقایع طبیعی مقاوم باشند. در این دو زمینه ما شاهد پیشرفتهای چشم گیری در صنعت رنگ پودری بوده ایم. ما بر روی تکنولوژی رزین های پایه تمرکز خواهیم کرد که این پیشرفت ها را ممکن ساخته است.

 رنگ های پودری با کارایی بالا

رنگ های پودری با کارایی بالا معمولا در محیط هایی با شرایط جوی سخت، که در واقع نهایت نیاز به مقاومت شیمیایی و مقاومت در برابر خوردگی لازم است، استفاده میشوند. برای مثال رنگ های پودری که در پوشش خطوط لوله و میل گرد استفاده میشوند. شرکت های نفت و گاز و انرژی برای استخراج نفت خام و گاز طبیعی در شرایط محیطی خشن تری قرار دارند و از ابزار سخت تری استفاده میکنند. تجهیزات حفاری و خطوط لوله مربوطه باید در دمای حدود ۱۷۷ درجه سانتیگراد مقاومت داشته باشند. پوششهای پودری با کارایی بالا که به آنها اپوکسی فیوژن باند یا FBE میگوییم، به دلیل روش اعمال و کیور شدن، میتوانند در دمای ۱۲۰ تا ۱۳۵ درجه سانتیگراد مقاومت کنند. پیشرفت های اخیر در تکنولوژی رزین اپوکسی و فرمول بندی رنگ های پودری، مرزهای محدوده مقاومت حرارتی را افزایش داده اند.

رنگ های پودری با کارایی بالا با TG بسیار بالا می توانند به لطف نوآوری های توسعه یافته در زمینه تکنولوژی رزین های اپوکسی توسط شرکت Kukdo Chemical Ltd، فرموله شوند. دانشمندان پلیمر، رنگی پودری بر پایه رزین KD-2012H با TG بالای ۱۶۰ درجه سانتیگراد تولید کرده اند. (اهمیت TG یک فیلم کیور شده در این است که، عملکرد حرارتی فیلم را نشان میدهد یعنی به پوشش اجازه میدهد در آن دما یا کمتراز آن دما، یکپارچگی و کیفیت خود را حفظ کند.)

شرکت Olin Chemical (خط تولید سابق Dow Chemical) رزین اپوکسی، با نام DER 6510HT تولید کرده است، که می تواند برای ساخت رنگ پودری کیور شده با TG برابر با ۱۷۰ درجه سانتیگراد استفاده شود. هر دوی این رزین های منحصر به فرد برای فروش در دسترس هستند.

شرکت SABIC، تازه وارد صنعت رنگ پودری، رزین های اپوکسی را تولید کرده است که توانایی تولید فیلم های کیور شده با TG های تا دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد را دارند. این ماده شیمیایی بی نظیر اپوکسی PPPBP لقب گرفته است و سال گذشته در یک همایش مهم صنعت رنگ پودری ارائه شد. اپوکسی PPPBP-SABIC را می توان به عنوان یک رزین اصلاح کننده همراه با رزین های اپوکسی معمولی تر برای رسیدن به یک TG خاص یا به تنهایی همراه با سخت کننده های پایه فنولیکی یا DICY سخت و کیور کرد.

از رنگ های پودری با کارآمدی بالا، انتظار میرود که نه تنها مقاومت بالا در دمای بالا از خود نشان دهند، بلکه همچنین انتظار میرود که مقاومت شیمیایی عالی در برابر محیط های خورنده (با خورندگی بالا) و یا محیط های ساینده (مانند حرکت شن سرامیک بکسیت) از خود نشان دهند. شرکت Kukdo یک رزین اپوکسی به نام KD-9211 تولید کرده است که بر پایه بیسفنلF است و دارای زنجیره مولکولی طولانی میباشد. آنها توصیه كردند كه این رزین با اپوکسی چند منظوره novolac ترکیب و با هاردنر فنولیك کیور شود. در نتیجه پوششی با مقاومت بالا در برابر ترکیبات شیمیایی بسیار واکنش پذیر حاصل میشود.

ویژگی کلیدی دیگر رنگ های پودری با کارایی بالا، مقاومت در برابر رطوبت میباشد. فرآیند شکست هیدرولیکی به هنگام استخراج نفت خام و گاز در محیط آبی صورت میپذیرد. از طرفی این نوع از پوشش ها در خطوط لوله کشی انتقال آب داغ و بخار آب نیز استفاده میشوند. شرکت Kukdo یک هاردنر با مقاومت بالا در برابر رطوبت، برای رنگ های پودری بر پایه اپوکسی تولید کرده است. آزمون های آزمایشگاهی نشان داده اند که چسبندگی رنگ های پودری بر پایه هاردنر فنولیک KD-420A، پس از ۹ روز غوطه وری در آب با دمای ۹۰ درجه سانتیگراد حفظ می شود.

چسبندگی به استیل ضد زنگ و فلزات غیر آهنی مانند آلومینیوم ، آلیاژهای منیزیم و تیتانیوم همواره به عنوان یک چالش در فرمولاسیون رنگ پودری وجود داشته است. Kukdo رزین اپوکسی KSR-950 را تولید کرده است، که شامل یک گروه سیلان پندانت می باشد و در مقایسه با اپوکسی های معمولی، چسبندگی آن به شکل چشمگیری بهبود یافته است. نتایج آزمایشات نشان میدهد که رنگ پودری بر پایه KSR-950 چسبندگی خود را بر روی سطح آلومینیومی آماده سازی نشده طی ۹ روز غوطه وری در آب با دمای ۹۰ درجه سانتی گراد حفظ میکند.

پلی استرهای با دمای کیور پایین

شرکت Stepan رزین جدید پلی استر کربوکسیل LTPC با نام Rucote 9900 را برای رنگ های پودری TGIC طراحی کرده است. این رزین قابلیت کیور شدن و ظاهر عالی در دمای کمتر از ۱۳۰ درجه سانتی گراد را از خود نشان میدهد. هدف نهایی، استفاده از این محصول در خطوط مونتاژی است که شامل قطعاتی هستند که تحمل دمای بالای مورد نیاز برای کیور را ندارند، خطوط پوششی که به دنبال دماهای پایین و مقرون به صرفه تر هستند و همچنین خطوط پوششی که زمان کمی را برای پخت نیاز دارند میباشد.

شرکت Allnex طیف گسترده ای از رزین های پلی استر با دمای کیوراسیون پایین­ که مناسب برای کیور شدن با رزین های اپوکسی هیبرید،TGIC ، β-هیدروکسی آلکیل آمید (HAA) و آردالیت PT-910 هستند را تولید نموده است. گفته می شود که دمای کیوراسیون رزین های هیبرید و PT-910 کمتر از ۱۵۰ درجه سانتیگراد است، در حالیکه این پلی استرهای تخصصی می توانند با TGIC با دمای کمتر از ۱۴۰ درجه سانتیگراد کیور شوند. پلی استرهای با دمای کیورینگ پایین با HAA، در دمای کمتر از ۱۶0 درجه سانتیگراد کیور میشوند. تمرکز فروش این رنج از محصولات پلی استر برای رفع نیازهای DSM، کالاهای از پیش مونتاژ شده و مواد حساس به دما مانند پلاستیک و تخته های MDF میباشد.

شرکت DSM به بهینه سازی دمای خطوط Uralac® Ultra خود برای کیور پیوند دهنده های (binder) رنگ پودری بر پایه پلی استر ادامه داده است. این سیستم از یک پلی استر غیر اشباع و یک ماده کیورینگ دی وینیل اتر تشکیل شده است و گفته می شود که در دمای کمتر از ۱۲۰ درجه سانتیگراد کیور میشود. بازار هدف این فناوری، جایگزینی آن با رنگ مایع و یا لمینت برای MDF ها است. استفاده از امواج مادون قرمز برای سرعت بخشیدن به فرآیند کیورینگ این فناوری منحصر بفرد توصیه شده است. بنا به اظهارات DSM کیورشدن، در زمان هایی به کوتاهی ۳ دقیقه با استفاده از این فناوری قابل دستیابی است.

رنگدانه (پیگمنت) با ماندگاری بالا

امروزه سازندگان، انتخاب هایی بیشتری را برای استفاده از رنگدانه های رنگی با کارایی بالا دارند. شرکت Shephered color با همکاری دانشگاه ایالتی اورگان، پیگمنت آبی YInMn (yttrium-indium-manganese) را به صنعت رنگ پودری و صنایع وابسته آن عرضه کرده اند. این پیگمنت معدنی با رنگ آبی تیره بر پایه آلیاژ اکسیدهای فلزی، به خوبی نور خورشید را بازتاب میدهد، که برای خنک کردن سطوح روی سقف ها و سایر سطوح معماری مفید است. علاوه بر این، مقاومت بسیار خوبی در برابر اشعه فرا بنفش، مواد شیمیایی و تابش های الکترومغناطیسی (IR) دارد.

شرکت Shepherd Color همچنین فناوری بازتاب ذره ای را بر پایه پرک های شیشه ای (گلس فلیک) پوشش داده شده با نقره معرفی کرده است. این پیگمنت های خاص، با نام تجاری استار لایت (Star Light)، بازتاب و درخشش قابل توجهی دارند و در حمل و نقل، معماری، الکترونیک و بازار کالاهای مصرفی کاربرد دارند.

ضد میکروب

شرکت Polly Group LLC، فناوری جدید ضد میکروبی بر اساس ترکیباتی با بار الکتریکی مثبت تولید کرده است، که به عوامل بیماری زایی که دارای بار الکتریکی منفی هستند حمله کرده و آن ها را از بین می برد. این فناوری با نام ™Nouvex برخلاف سایر ترکیبات آمونیوم چهار ظرفیتی (کواترنر) هیچ پیوند شیمیایی ایجاد نمی کند و دارای یک ساختار مولکولی بزرگ است که بنابراین در مقایسه با ترکیبات آمونیوم مسمومیت بسیار کمتری ایجاد میکند. عملکرد ™Nouve در آزمایشگاه های مجاز به اثبات رسیده است، بنابراین قواعد نگهداری و بهداشتی مورد نظر EPA در تولید نهایی این محصول رعایت شده است. این مزیت باعث می شود ™Nouvex جایگزینی بالقوه برای یون های نقره، تریکلوزان، مس و سایر مواد چهار ظرفیتی اصلاح نشده یا با اصلاح شدگی کم باشد.

فناوری پردازش

در روش تولید رنگ های پودری پیشرفت های بسیاری حاصل شده است. به طور خاص، شرکت های تولید کننده تجهیزات اکستروژن، بنا به درخواست صاحبان صنعت رنگ پودری، سیستم تغذیه ای را طراحی کرده اند که میتواند برای مواد و مخلوط هایی که تغذیه آنها دشوار است، مناسب باشد. فرمولاسیون برخی از پودرها بر پایه مواد سبک و با چگالی کم است و این مواد به ورودی های سیستم تغذیه اکسترودر چسبیده و به راحتی جدا نمیشوند، که این امر باعث ایجاد بافت و ناهمواری های ناخواسته می شود. این مواد در قسمت فیدر (Feeder) دستگاه جمع میشوند که این برای توان عملیاتی و صرفه اقتصادی خروجی حاصل از دستگاه خوب نیست.

سیستم فیدر Max³ شرکت Baker Perkin بر پایه یک سیستم فیدر جدید و با طراحی پیچشی شکل است که جریان ثابت مواد را به طور قابل‌ توجهی بهبود می‌بخشد. بررسی نمونه های آزمایشی نشان می‌دهند که تولید‌ موادی که به طور معمول به سختی وارد سیستم فیدر میشوند، با این سیستم به میزان ۳۴ درصد افزایش یافته است. این سیستم تغذیه در همه ماشین‌های جدید موجود است و یک گزینه بهبود یافته در ماشین‌های موجود از مدل MPX24 تا مدل MPX80 می‌باشد.

اندازه گیری ضخامت فیلم

اندازه گیری ضخامت فیلم در قسمت پوشیده شده با رنگ پودری (و کیور شده) با استفاده از جریان الکتریکی و استفاده از بار مخالف که دهه ها پیش توسعه یافته است، آسان است. وسایل اندازه گیری ضخامت فیلم جمع و جور، آسان برای استفاده و نسبتاً ارزان هستند. آزمایشگاه ها و خطوط آماده سازی سطح باید یک یا چند عدد از این وسایل داشته باشند. حال سنجش ضخامت فیلم یک لایه از رنگ پودری کیور نشده به این آسانی نیست. مهندسین خلاق دستگاه‌های فراصوتی (ultrasonic) را توسعه داده‌اند که می‌توانند این اندازه گیری را انجام دهند، اما گاهی اوقات تغییر در جنس سطح پوشش داده شده یا مواد رنگ پودری، مشکلات زیادی بوجود می آورند. پیشرفت های اخیر، جایگزینی برای این دستگاه های فراصوت (ultrasonic) ارائه کرده است.

Coatmaster، محصول شاخص شرکت Winterthur Instrument AG میباشد و وسیله ای است که بدون تماس مستقیم، ضخامت فیلم رنگ های پودری کیور شده و کیور نشده را اندازه گیری میکند. این تکنولوژی  ATO (نوری حرارتی پیشرفته) نامیده می‌شود و عملکرد آن بر اساس ترمودینامیک یک لایه از پودر و نحوه واکنش آن به پالس نوری است که پودر را گرم می‌کند. بعد از تابش پالس نور، سنسورهای مادون قرمز با سرعت بالا نرخ خنک شدن مواد را اندازه میگیرند. دستگاه Coatmaster با استفاده از الگوریتم های مخصوص خود نرخ خنک کنندگی را به دست آورده و ضخامت دقیق فیلم را اندازه گیری میکند. سرعت خواندن، با توجه به نوع رنگ متفاوت است، ولی معمولا در حدود ۱۰۰ تا ۳۰۰ میلی ثانیه زمان میبرد و سرعت خواندن تک نقطه ای، به سرعت یک نقطه در هر ۱/۵ ثانیه میباشد.

دستگاه Coatmaster در فاصله بین ۲ تا ۴۸ اینچ از سیستم پودری قابل نصب است و می تواند بخش هایی را که با سرعت ۱۰۷ متر در دقیقه حرکت میکنند بخواند. سپس با استفاده از نرم افزار کنترل کیفیت، داده های گرآوری شده را تجزیه و تحلیل و خطا ها را صادر میکند.

کیورینگ با استفاده از لیزر

شرکت Photo Fusion Technologies روش جدیدی را در کیور شدن رنگ پودری معرفی نموده است. همه به خوبی با تکنولوژی کوره های حرارتی و شاید تا حدودی با تکنولوژی مادون قرمز جهت کیور و گرم کردن رنگ های پودری حرارتی آشنا هستید.

شرکت Photo Fusion Technologies با استفاده از فن آوری لیزری خود جهش بزرگی در روند کیوراسیون رنگ های پودری ایجاد کرده است. اصولا نحوه کار این فناوری بر اساس پاشش رنگ پودری بر روی سطح و کیور کردن آن با حرکت اشعه لیزر بر روی رنگدانه ها استوار است. در این روش لیزر، به صورت گسترده بر روی سطح پوشیده شده با رنگ، تابیده میشود. در عرض چند ثانیه لایه پودری، ذوب، سپس جاری و به شکل یک سطح سخت و بادوام کیور میشود.

شرکت Photo Fusion Technologies در جستجوی فرصت هایی برای ایجاد تغییرات بنیادین در عرصه مواد حساس به گرما در کامپوزیت ها و پلاستیک ها میباشد. انتظار میرود که این فرایند به ویژه در طراحی خودرو و صنایع هوا فضا تاثیر بگذارد. علاوه بر این، توانایی انتقال انرژی با شدت زیاد به سطح می تواند فرصت هایی را در صنعت پتروشیمی ایجاد کند، به این صورت که میتوان تجهیزات سنگین و حجیم را در محل، پوشش داده و کیور کرد.

صنعت رنگ پودری در حال پیشرفت است. دانشمندان، فرمول سازها و مهندسین نخبه، مشكلات ریشه دار صنعت رنگ پودری را با پیشرفت های فناوری رفع می كنند و كار آفرینان فعال در این عرصه نیز در حال یافتن فرصت هایی جدید برای گسترش دسترسی به تکنولوژی بالاترین كیفیت سازگار با محیط زیست برای پوشش نهایی هستند. نیازهای فزاینده در صنعت پوشش لوله، توسط روش های نوین تولیدکنندگان رزین پاسخ داده میشود. فن آوران عرصه صنعت رنگ پودری، در حال توسعه و بهبود روش های جدید استفاده از لیزر برای کیوراسیون هستند. پیشرفت های آنها ممکن است بتواند در صنایعی که مواد حساس حرارتی استفاده میکنند، بازار جدیدی ایجاد کند. مشکلات ریشه دار مربوط به فرآیندهای تولید رنگ های پودری با استفاده از مواد با چگالی پایین توسط مهندسین پیشگام شرکت های اکسترودر رفع شده اند.

---

نویسنده: کوین بیلر (Kevin Biller)،

سردبیر فنی نشریه Powder Coated Tough و رئیس گروه تحقیقاتی رنگ پودری

مرجع:

https://www.powdercoatedtough.com/News/ID/5168/Emerging-Trends-in-Powder-Coating-Technology