دانلود تحقیق تصفیه آّب

در سیستم های نوین پوششی، به دلیل معضلات زیست محیطی تلاش در جهت کاهش مصرف حلالها (برای سیستم های پوششی) است.

زیرا این حجم از حلال پس از خشک شدن فیلم از آن خارج و در محیط پراکنده می شود.

VOC معیاری است که برای توصیف این مقدار، بیان می‌شود.

یکی از روشهای کاهش VOC (برای سیستم های پوششی) آن است که حلال را با آب جایگزین کرده و یا اینکه مقدار حلال آلی را کاهش دهیم .

برای تحقق این هدف در روش اول رزینهایی تهیه شدند که محلول در آب بوده و یا بصورت امولسیونهای آبی و یا دیسپرس در آب می باشند، در روش دوم نیز سیستم های پرجامد که بیش از 80 درصد مواد دارند و یا پوششهای پودری که مقدار حلال در آنها کمتر از 5% است، ابداع شده‌اند.

هدف در این پروژه بررسی نوع اول از پوششهایی است که در بالا ذکر شد.

از آنجایی که پایه پوشش از روی رزین مربوطه به آن تعیین می شود، این سیستم های را پوششهای پایه آبی گویند که دارای مقدار VOC پایین تر از lb/gal 0/2 می باشند.

با توجه به انواع مختلف از این نوع رزین ها، می توان طیف گسترده‌ای از خواص شیمیایی و فیزیکی را بدست آورد.

برای مثال سیستم های پایه آبی می توانند خواص مثبت زیادی از جمله استقامت و سختی ، مقاومت در برابر لکه دار شدن ، انعطاف پذیری و مقاومت در برابر خوردگی را تأمین کرده و همچنین مقاومت بالایی نیز در برابر مواد شیمیایی و رطوبت از خود نشان دهند.

از طرف دیگر، با توجه به فرمول بندی آنها، می توان دو نوع هوا خشک یا کوره‌ای از رزین های پایه آبی بدست آورد.

پایه آبی
Basecoat پایه حلالی
basecoat
20 – 13 20 – 13 درصد جامد
حداکثرتا 15 87 – 80 درصد حلال
420 > 800 - 650 VOC (g/L)
جدول شماره 1
انواع پوششهای پایه آبی:
تنوع این سیستم ها از روی حالتی که رزین آنها با آب ایجاد می کند، می باشد.

پوششهای پایه آبی از نوع امولسیونهای آبی:
این سیستم ها شامل پلیمرهای امولسیونی می باشند که به صورت ذرات کروی با وزن مولکولی بالا در آب پراکنده و دیسپرس می شوند.

در این سیستم ها می توان وزن مولکولی پلیمر را به منظور بهبود خواص فیلم، افزایش داد و از آنجایی که بین کره های پلیمری توسط آب فاصله‌ایجاد شده است، این امر تغییری روی ویسکوزیته بوجود نمی آورد.

به همین دلیل، مزیتهای حاصل از بالا بودن وزن مولکولی پلیمر در سیستم امولسیونی نسبت به دو سیستم دیگر رزین از پوششهای پایه آبی، خواص سختی و مقاومت شیمیایی بهتری را حاصل می کند.

فیلم حاصل از این پوشش می تواند هوا خشک و یا ترموست (که در این حالت، مقاومت شیمیایی در برابر حلال افزایش یافته و در بعضی حالات که چغرمگی فیلم تنها با افزایش وزن مولکولی بالا نرود، تشکیل فیلم کوره‌ای آن را جبران می کند) باشد.

این پوششها به طور گسترده‌ای روی سطوح با کارآیی بالا، اعم از سطوح فلزی و ...

بکار می رود.

پوششهای پایه آبی از نوع حلال در آب:
این سیستم ها نیز شامل ذرات کروی می باشند که در آب دیسپرس شده اند.

اندازه‌این ذرات کروی شکل، نسبت به سیستم های امولسیونی آبی کوچکتر بوده و در آب حالت متورم پیدا می کنند.

بنابراین وزن مولکولی، مابین پلیمرهای امولسیونی و حالت حلالی قرار دارد.

این اجزاء که پلیمرهای کلوئیدی دیسپرس شده نامیده می شوند، دارای گروههای قطبی اعم از اسیدی یا بازی می باشند که درجه حلالیت را افزایش می‌دهد.

این پلیمرهای کلوئیدی به عنوان یک حالت میانی از دو نوع پلیمرهای امولسیونی و محلولی در نظر گرفته می شوند، زیرا خواص هر دو نوع را از خود نشان می دهند.

به طور مثال، از خواص سیستم حلال در آب، خصوصیات جلای بالا، چغرمگی و مقاومت در برابر آب و مواد شیمیایی برآورده می شود.

این نوع پوشش نیز برای بسیاری از کاربردهای صنعتی استفاده می شود.

پوششهای آب کاهنده: این پوششها شامل کوپلیمرهایی می باشد که با عمل پلیمریزاسیون حاصل شده اند پلیمریزاسیون در حلالهای آلی که در آب تشکیل توده می دهند،(مانند الکلها و استرها) صورت می گیرد.

گروههای قطبی روی پلیمر، عامل ایجاد یک حلال واقعی از پلیمر در آب می باشند.

بر خلاف نوع پلیمرهای امولسیونی، در این سیستم، ویسکوزیته و خواص پوشش بطور مستقیم به جرم مولکولی پلیمر وابسته است.

این سیستم حاصلی با شفافیت بالا، وضوح عالی، خاصیت تر شدن و دیسپرسی پیگمنت بالا، و خواص کاربردی مناسب خواهد داد و معمولاً برای مصارف صنعتی و اعمال روی سطوح فلزی کاربرد دارد.

پس بطور کلی می توان گفت که رزین های مورد استفاده می توانند سه حالت محلولی، امولسیونی، دیسپرس شده در آب را داشته باشند که در اینجا از روی این مورد به بررسی گونه ها می‌پردازیم: محلولی: به حالتی گفته می شود که یک یا چند ماده بصورت هموژن در ماده دیگری دیسپرس شده باشند.

بنابراین پوششهای حلال در آب و آب کاهنده در این دسته جای می گیرند.

رزین های حلالی پایه آبی شامل گروههای شیمیایی فعال هستند که با افزودن ترکیبات آبی آمینی، گروههای یونی تشکیل می دهند تا خاصیت قطبی ایجاد شود و رزین حلال در آب شود.

بدلیل اینکه‌این رزینها وزن مولکولی پایینی دارند، دارای مزیتهایی از قبیل پایداری مکانیکی و هیدرولیکی و زمان انبارداری طولانی می باشد.

امولسیونی: امولسیون، یک سوسپانسیون کلوئیدی از دو مایع غیرقابل امتزاج می باشد که یکی از آنها به صورت کره های بسیار ریز است که با یک صابون یا ماده فعال کننده سطح دیگری، پوشانیده شده و در میان مایع دوم دیسپرس شده اند.

ماده فعال کننده سطح امولسیفایر است که کشش سطحی بین دو مایع غیرقابل امتزاج را کاهش می دهد.

پوششهای امولسیونی پایه آبی، پوششهای لاتکسی نیز نامده می شوند.

طبیعت شیمیایی آنها این اجازه را به‌ایشان می دهد که در حجم جامدهای بالا، فرمول بندی شوند بدون آنکه ویسکوزیته آنها بی جهت اضافه گردد.

این دسته از پوششها وزن مولکولی بالا (100،000 تا 3،000،000) را دارا می باشند ولی رسیدن به نقطه انجماد، خواص آنها را مورد تهدید قرار می دهد.

دیسپرسیونی: دیسپرسیون در یک مایع، سیستمی است که در آن ذرات بصورت معلق در یک مایع می باشند.

یک رزین دیسپرس شده از ترکیب حلالهایی با قطبیت پایین کمک می گیرد تا مولکولهایش وارد کلوخه های نرم موجود شوند.

تفاوت این سیستم با حالت امولسیونی در این است که کلوخه های رزین(1)، در اینجا کوچکتر بوده و سیستم برای تشکیل یک مخلوط سیالی پایدار، نیازی به امولسیفایر پیدا نمی کند ولی این سیستم به حدی به سیستم امولسیونی نزدیک است که گاهی جزء یک طبقه محسوب می گردند.

جدول شماره 2 (تصویری شماتیک از رزین در سیستم های مختلف پوششهای پایه آبی) جدول شماره 3 پس از بررسی انواع این رزینها، نگاهی کلی بر معایب و مزایای سیستم های پایه آبی می اندازیم: با توجه به آنچه گفته شد برای مطابقت با آیین نامه های جلوگیری از آلودگی، پوششهای نوین باید با حداقل میزان مواد فرار فرموله شوند که بر این اساس دو سیستم پایه آبی و سیستم پرجامد، کاربردی ترین می باشند.

بنابراین بین این دو سیستم موجود، مقایسه‌ای انجام می دهیم: جدول شماره 4 اجزاء پوششهای پایه آبی: در یک تقسیم بندی کلی، سیستم ساختاری این پوششها، متشکل از اجزاء زیر در نظر گرفته می شود: دانه های پوششی پیگمنت افزودنی ها (با توجه به سیستم پایه آبی، همچنین خواص نهایی مورد انتظار از پوشش) - پر کننده ها - کمک حلالها - ترکیب رزینی با توجه به سامانه پوشش، برای پوششهای اتومبیل که نقش نزئینی و محافظتی را برعهده دارند، لایه های پوششی و ضخامت حدودی هریک از لایه ها به قرار زیر است: در پوششهای خودرویی، مطابق تصویر سیستم از چند لایه تشکیل یافته است.

ابتدا یک لایه برای پوشانیدن سطح به روش غوطه وری روی سطح بدنه اعمال می گردد (لایه ED).

پس از خشک شدن این لایه، یک لایه میانی روی سطح اسپری می شود.

لایه رویه نهایی یا بصورت تک مرحله‌ای و از یک سیستم پوششی دو جزئی تشکیل شده و یا در پوششهای متالیک که یک پوشش اصلی با یک لایه دو جزئی دیگر و در دو مرحله اعمال می گردد، در کل می توان برای بررسی وظایف عمده هریک از این لایه ها گفت: جدول شماره 5 در ترکیب اجزاء بکار رفته برای هریک از این لایه ها باید توجه داشت که با تغییر در لایه ها از زیرین به رویی، کاهش درصد پیگمنت و بالعکس افزایش درصد رزین را داریم.

لایه های میانی تر نیز نقش حفظ قدرت مکانیکی فیلم را برعهده دارند.

در لایه نهایی از پرکننده استفاده نمی شود زیرا خواص ظاهری فیلم، تحت تآثیر آن قرار گرفته و از کیفیتشان کاسته می شود.

ترکیب اجزاء تشکیل دهنده در فرمولاسیون باید به گونه‌ای باشد که محدوده وسیعی از پوششها را ایجاد کند، همچنین از نظر ویسکوزیته باید در حدی باشند که تنظیم ویسکوزیته آنها برای اعمال ایجاد مشکل نکند.

علاوه بر این عوامل ایمنی و غیرسمی بودن نیز باید در نظر گرفته شود.

فرمول بندی باید به گونه‌ای باشد که حال با در نظر گرفتن این عوامل و همچنین تفاوتهای سیستم پایه آبی با سیستم های پایه حلالی، هریک از این اجزاء را جداگانه بررسی می کنیم: پیگمنت ها در سیستم پوششی پایه آبی: اکثر پیگمنت هایی که در سیستم های پایه آبی به کار می روند، مشابه سیستم های پایه حلالی می باشند (با این تفاوت که در این حالت به صورت دیسپرس در آب یا دیسپرسیون رزینی می باشند) مگر موارد اندکی که از جهت پایداری قلیایی پایین و یا مقاومت در برابر هیدرولیز کم، برای کاربرد در سیستم های آبی ایجاد مشکل کنند.

ولی در هر صورت، وجود اجزاء و عوامل حلال در آب در ساختار پیگمنت به میزان زیاد، می توان موجب تجمع محمل در زمان انبار داری شود و یا در محیط مرطوب و مواجهه با آب، ایجاد تاول زدگیدر پوشش کند.

ولی در هر حال برای همه پیگمنت هایی که به کار می روند، دیسپرسیون پیگمنت، باید قبلاً پایدار سازی (از طریق تشکیل دهنده های فیلم حلال در آب) شده باشد.

برحسب نوع پوشش مورد نیاز اعم از جامد، متالیک و یا پرلسنت، نوع و اندازه ذرات پیگمنت تغییر خواهد کرد.

کمک حلال در سیستم پوششی پایه آبی: حلال اصلی در پوششهای پایه آبی، آب است ولی از حلالهای آلی نیز با غلظتهای کم به عنوان کمک حلال استفاده می شود که در این حالت نسبت آب به کمک حلال 1: 4 است.

این موارد به منظور کنترل خواص رئولوژیکی و جریان پذیری پوشش به سیستم افزوده می شوند.

در انتخاب نوع کمک حلال برای یک سیستم، باید به سازگاری آن با ترکیب رزینی و سیستم موجود توجه نمود.

در کل از آنجایی که نمی توان ویژگیهای فیزیکی آب (از جمله انرژی زیاد برای تبخیر شدن) را تغییر داد، یکی از راهکارهایی که برای افزایش سرعت خشک شدن پوششهای پایه آبی وجود دارد، از حلالهایی استفاده کرد که با آب تشکیل مخلوط های آزئوتروپی داده تا در دمای کمتر به سرعت تبخیر مورد نظر دست پیدا کنند.

مواد افزودنی در سیستم پوششی پایه آبی: در این قسمت، با توجه به مواد افزودنی که برای این سیستم ها مورد نیاز است به بررسی مکانیسم عمل هریک می پردازیم.

مواد افزودنی ضدکف کنندگی : کف کردن و حباب دادن، مشکلی است که در پوششهای پایه آبی بیشتر از حلالی دیده می شود و وجود آن نه تنها سبب نایکنواختی پوشش می شود.

بلکه، در حالیکه پوشش درون قوطی است ممکن است حبابهای هوای موجود، پوشش را ترک کنند و قوطی نیمه پر بماند.

ایجاد کف یا مکانیکی است و یا شیمیایی، ایجاد کف مکانیکی یا از طریق میکسر رخ می دهد و یا به دلیل خاصیت مویینگی پمپ به‌این صورت که هنگام چرخش میکسر با سرعت بالا، فشار حاصل مقداری از هوا را وارد حجم پوشش نموده و از آنجایی که وزن مخصوص هوا نسبت به پوشش خیلی کمتر است، لذا هوای موجود میل به فرار از فیلم پوشش را دارد که‌این عامل حباب و یا کف را به وجود می آورد.

از طرف دیگر، واکنش های شیمیایی نیز می توانند ایجاد گاز در پوشش کنند و یا به دلیل لزوم مصرف مواد فعال کننده سطح یا مواد کمک کننده در پخش پیگمنت در محمل های امولسیونی و آبی، که ریشه صابونی دارند، کف بوجود آید.

بنابراین برای رفع این مشکل از مواد ضدکف یا کاهش دهنده کف استفاده می شود.

از مواد ضدکف در مواردی که هدف جلوگیری از تشکیل کف باشد استفاده می شود و در صورتیکه از کاهش دهنده کف در مواردی استفاده می