روش های ارزیابی کارایی ضد کف ها در رنگ های آب پایه

دانلود کامل این مقاله در فرمت pdf

مشکل کف و حباب یکی از ده ها عیب تهدید کننده کیفیت یک محصول رنگ است که علاوه بر ایجاد ظاهر نا زیبا عمر لایه رنگ را نیز کاهش می دهد. این مساله در محصولاتی که به عنوان پوشش های حفاظتی و ضد خوردگی اجرا می شوند اهمیت دو چندان پیدا می کند. حباب های موجود در فیلم رنگ مجرای ورود رطوبت به بستر است.

قریب به اتفاق تمام آزمایش های توصیه شده در مورد ضد کف ها جنبه مقایسه ای دارد و از ارایه عدد عاجز است در حالی که اکثر آزمایش های انجام شده در مورد سایر پارامترها از قبیل ویسکوزیته، براقیت، سفیدی و … منتج به عدد می شود و ارایه نتیجه عددی از یک آزمایش و در نتیجه تکرار پذیری آن راه را برای انتخاب دقیق کالا هموارتر می کند. این نوشتار سعی دارد به بررسی و شناخت حباب و معرفی روش هایی برای اندازه گیری عددی ضد کف ها بپردازد.

مانند تمام عیوب جهت برطرف کردن این عیب ابتدا باید مشکل را شناسایی کرد و در ابتدا تعریفی ارایه نمود.

حباب چیست

به دیسپرسیون پایدار هوا در مایع، کف یا حباب گفته می شود.

حباب چگونه به وجود می آید

  • ورود هوا در حین تولید و اختلاط
  • حرکت هوای محبوس در فاز مایع
  • ورود هوا به رنگ در حین اجرا با غلطک، اسپری و …
  • خروج هوا از روزنه های سطح زیرین در حین اجرا

حباب چگونه ظاهر می شود

شکل زیر (در قسمت چپ تصویر) هوای وارد شده به فاز مایع فاقد سورفکتانت (مواد فعال سطحی) را نشان می دهد که حباب ها پس از حرکت به سطح مایع ترکیده و از بین می روند.تصویر سمت راست مایعی حاوی سورفکتانت را نشان می دهد که حباب های هوا به سطح مایع مهاجرت کرده و در آنجا پایدار می شود.

در عکس ذیل نیز ساختمان یک حباب به تصویر کشیده شده است. به حباب های با قطر کوچک تر از 40 میکرون میکرو حباب (ریز حباب) و به حباب های با قطر بزرگ تر از 40 میکرون ماکرو حباب (درشت حباب) گفته می شود. به دیواره نازک بین دو حباب مجاور لاملا گفته می شود. سر های آب دوست مولکول های سورفکتانت در درون این دیواره قرار دارند و سر های آب گریز در هوای دو طرف لاملا قرار می گیرند.

نکته: ریز حباب ها با یکدیگر ادغام شده و تشکیل درشت حباب ها را می دهند و این که برخی از تولید کنندگان گلایه از مشاهده حباب در درون ظرف 1 روز پس از تولید و بسته بندی می کنند بیانگر ادغام ریز حباب ها و تشکیل درشت حباب ها و حرکت آنها به سمت بالای ظرف است. در واقع حبابی پس از تولید ایجاد نشده و حباب ها فقط به سطح مهاجرت کرده اند. (البته وجود حباب می تواند بیانگر رشد میکرو ارگانیسمی مخصوصا مخمر باشد اما نه در چنین زمان کوتاهی.

مکانیسم عمل ضد حباب ها

ضد حباب ها به روش های ذیل عمل می کنند:

1. از طریق نفوذ و وارد کردن مواد فعال به درون لاملا

2. از طریق شکستن دیواره لاملا

الف: رطوبت زدایی دیواره (لاملا)

ب: شکستن دیواره (لاملا) از طریق کش کشیدگی دیواره

مواد تشکیل دهنده ضد کف ها

بررسی مواد تشکیل دهنده ضد حباب ها و برتری و ضعف هر یک از آنها در این گفتار نمی گنجد اما به اختصار ضد حباب های مورد مصرف در محصولات آب پایه می تواند شامل یک یا تعدادی از مواد ذیل باشد:

  • پلی سیلوکسان ها
  • روغن های معدنی یا گیاهی
  • پلی اتر ها، اسید های چرب و …
  • صابون های فلزی
  • واکس ها، سیلیکاهای هیدروفوب و …

روش های آزمایش جهت تعیین کارایی ضد حباب ها

روش های متعدد و گاه ابتکاری جهت بررسی کارایی ضد حباب ها ارایه می شود. در ذیل 3 روش برای این منظور معرفی می گردد که در ادامه به تفصیل به آنها اشاره خواهد شد:

  1. روش اختلاط (هم زدن) و اندازه گیری دانسیته محصول
  2. دمش هوا و اندازه گیری سطح مایع در استوانه مدرج
  3. براورد تعداد حباب به وسیله اسکنر و میکروسکوپ

یک روش تست خوب باید مشخصات ذیل را داشته باشد:

منطبق با شرایط واقعی تولید باشد، تکرار پذیر باشد، مراحل مختلف از تولید تا اجرا را در بر گیرد، دقیق باشد و در جایی که لازم است نتیجه عددی به دست دهد. بر همین اساس بهترین و مناسب ترین روش تست، روش اختلاط است. در ذیل به تفصیل روش های ذکر شده توضیح داده می شود.

روش اختلاط

عوامل موثر بر تشکیل حباب در این روش عبارت است از:

  • ماهیت رنگ مورد آزمایش
  • ویسکوزیته محصول
  • شکل و ابعاد ظرف آزمایش
  • شکل و ابعاد پره همزن
  • سرعت اختلاط
  • زمان اختلاط و
  • موقعیت پره در ظرف آزمایش

نحوه آزمایش به روش اختلاط اندازه گیری دانسیته

مواد، شرایط آزمایش و آماده سازی لازم

  • ۱ عدد ظرف پلاستیکی استوانه ای با قطر 9 سانتی متر و عمق 15 سانتی متر
  • پره میکسر خورشیدی با قطر 5.5 سانتی متر
  • دور موتور تنظیم شده بر روی 1800 rpm
  • فاصله پره تا کف ظرف; 3 سانتی متر
  • زمان اختلاط: 3 دقیقه

ظرف را روی ترازو قرار داده و مواد ذیل را به ترتیب و به آرامی به آن اضافه می کنیم; 300 گرم رزین امولسیونی، 50 گرم محلول 3 درصد غلظت دهنده سلولزی (غلظت دهنده کلاس 4000 الی 6000)، 250 گرم آب معمولی لوله کشی، 1.2 گرم ضد حباب مورد آزمایش و 1.2 گرم نگهدارنده. مواد فوق را با آرامی و با کاردک مخلوط کرده و سپس دانسیته آن را به وسیله پیگنومتر اندازه می گیریم و عدد دانسیته را با عنوان  یادداشت می کنیم.

نکته: اختلاط فوق باید بسیار آرام و بدون ایجاد حباب انجام گیرد.

مخلوط را به ظرف برگردانده و در زیر میکسر قرار می دهیم و همزمان با روشن کردن میکسر زمان را اندازه گیری می کنیم. در زمانی که مخلوط در زیر میکسر در حال اختلاط است یک عدد استوانه مدرج را بر روی ترازو قرار می دهیم و وزن را دوباره صفر می کنیم. دقیقا پس از گذشت سه دقیقه از اختلاط، میکسر را خاموش کرده و فورا مخلوط را به درون استوانه ریخته و تا حجم 500 سی سی پر میکنیم، بلافاصله عدد وزن را یادداشت می کنیم و دانسیته حاصل را با عنوان  ثبت می کنیم (دانسیته حاصل تقسیم وزن نشان داده شده روی ترازو بر حجم یعنی 500 سی سی است). پس از 10 دقیقه با توجه به حجم کاسته شده مخلوط در استوانه دانسیته حاصل را بدست آورده و با عنوان P10 min ثبت می کنیم.

همانند پروسه مذکور در بالا (اختلاط 3 دقیقه ای و سپس اندازه گیری فوری دانسیته) برای زمان های 3 ساعت و 24 ساعت نیز تکرار می شود. حتی برای زمان 40 روز نیز می توان انجام داد با این تفاوت که برای دوره 40 روزه به جای 3 دقیقه باید 10 دقیقه عمل اختلاط را انجام داد.

اعداد را در دو فرمول ذیل قرار می دهیم. فرمول اول بیانگر درصد تشکیل حباب (حباب تشکیل شده پس از گذشت 3 دقیقه از اختلاط) و فرمول دوم بیانگر درصد از بین رفتن حباب ها (حباب تخریب شده پس از گذشت 10 دقیقه از زمان اختلاط) است.

Pi: دانسیته قبل از مخلوط کردن

P3 min: دانسیته بعد از 3 دقیقه اختلاط

0%:  به معنی این است که هیچ اختلاف دانسیته و هیچ حبابی مشاهده نشده (البته در عمل رسیدن به این عدد غیر ممکن است)

اعداد به دست آمده برای هر ضد کف را در جدولی مطابق جدول ذیل قرار دهید. اگر نخستین بار است که از این روش برای بررسی و مقایسه ضد حباب ها استفاده می کنید، نتایج به دست آمده قطعا باعث شگفتی خواهد بود. از جمله نتایج حاصل شده می توان به موارد ذیل اشاره کرد:

  • ضد حباب ها افزودنی هایی مصرفی اند که طی مراحل تولید، بسته بندی و اجرا از کارایی آن ها کم می گردد.
  • برخی از ضد حباب هایی که جزو محصولات اقتصادی و نه چندان گران هستند اثر اولیه بسیار خوب ولی پایداری کوتاه مدتی دارند. در مقابل بسیاری از ضد حباب های مرغوب بازار اثر اولیه نه چندان بالا ولی کارایی بسیار خوبی در دراز مدت دارند.
  • نتایج بالا ما را به این نکته می رساند که همیشه بهتر است از وجود دو یا سه ضد حباب در تولید استفاده کرد تا هم اثر بخشی سریع در زمان تولید و هم کارایی بالا در دراز مدت (حین بسته بندی، انبارداری، حمل و نقل و در نهایت، اجرا) حاصل شود.

دمش هوا و اندازه گیری سطح مایع در استوانه مدرج

جهت این آزمایش 1000 گرم رزین امولسیونی را وزن کرده و به آن 500 گرم آب لوله کشی اضافه می کنیم و به آرامی و بدون ایجاد حباب تا یکنواخت شدن مخلوط بهم می زنیم. 425 گرم از این مخلوط را وزن کرده و 0.8 گرم ضد حباب مورد آزمایش را به آن اضافه می کنیم و مجددا مخلوط را به آرامی بهم میزنیم، سپس آن را به یک استوانه که از قسسمت پایین به یک پمپ دمش هوا متصل است انتقال می دهیم و عدد روی استوانه را ثبت می کنیم (در این آزمایش عدد 390 بدست آمده). سپس پمپ هوا را با دمش کم برای 15 دقیقه روشن کرده و میزان حباب تشکیل شده (ارتفاع افزوده شده در استوانه) را در دقایق 5، 10 و 15 ثبت می کنیم. بعد از سپری شدن 15 دقیقه پمپ را خاموش کرده و زمان تخلیه هوا را یادداشت می کنیم. سپس پمپ را با دمش بالا برای مدت زمان 15 دقیقه روشن کرده و دوباره ارتفاع حباب در استوانه را مانند قبل در دقیقه های 5، 10 و 15 یادداشت می کنیم. اعداد به دست آمده را در جدولی مطابق جدول ذیل ثبت می کنیم.

توضیح: اعداد مندرج در 2 جدول فوق نتایج واقعی از نمونه هایی اند که نام اصلی آن ها ذکر نشده است. ضد حباب های هم نام در هر سه جدول یکسان اند.

براورد تعداد حباب به وسیله اسکنر و میکروسکوپ

جهت انجام تست در این روش کلیه ضد حباب های مورد نظر با فرمول یکسان ساخته شده و سپس با ضخامت های 120 و 300 میکرون بر روی صفحه های شیشه ای به وسیله ی اپلیکاتور اجرا می شوند. سپس با وضوح 600 dpi اسکن می شوند (پس از خشک شدن). مستطیل های 3 در 5 سانتی متری را انتخاب کرده و روی تصویر زوم می کنیم و تعداد حباب ها را می شماریم.

همچنین می توان پس از اجرای فیلم روی پلیت و خشک شدن آن، با استفاده از میکروسکوپ 20 برابر (هر تصویر نشانگر 1 میلیمتر مربع است) و تابش از زیر پلیت (حباب ها به صورت روشن نمایان می شوند) و یا تاب از بالا (حباب ها به صورت تاریک نمایان می شوند) تعداد حباب ها را بررسی کرد. تصویر ذیل نحوه ی آزمایش را نشان می دهد.

نکته: تجربه ثابت کرده که موقعیت نقطه مورد بررسی و نیز نحوه ی اجرای فیلم در میزان حباب موثر است.

توضیح شماتیک اجرا در روش اسکنر و میکروسکوپ

تصویر اسکن شده پلیت (چپ) و بزرگنمایی شده (راست)

تهیه و تنظیم : هادی شعبانی از شرکت کالاکاوان کیمیا