دور مُخفِّفات الإيبوكسي في تعزيز تدفق وتسوية الطلاءات

فهم مخففات الإيبوكسي وتأثيرها على لزوجة الطلاء

التعريف والتركيب الكيميائي لمخفف الإيبوكسي

تعمل مُخفِّفات الإيبوكسي كمواد مضافة ذات جزيئات صغيرة نسبيًا، وتُقلل من لزوجة الراتنجات دون التأثير في آلية تصلبها. تحتوي هذه المواد عادةً على مجموعات تفاعلية، وغالبًا ما تكون إيبوكسي أو ما يُعرف باسم إثير الجلايسيد، مما يسمح لها بأن تصبح جزءًا من التركيب البوليمرى بعد التصلب. تعمل المركبات ذات الوظيفة الواحدة، مثل إثير الجلايسيد الفينولي، على تقليل الروابط التبادلية بين الجزيئات، مما يجعل المواد أكثر مرونة بشكل عام. من ناحية أخرى، تحافظ الإصدارات ذات الوظيفتين مثل دي-جلايسيد الإيثر لحمض البوتانيديول على سلامة التركيب بشكل أفضل حتى بعد تعديل اللزوجة. غالبًا ما يختار المصنعون بين هذه الخيارات بناءً على ما إذا كانوا بحاجة إلى مادة مرنة أو مادة تحافظ على قوتها حتى مع تسهيل التعامل معها في البداية.

كيف تقلل مُخفِّفات الإيبوكسي من اللزوجة لتحسين التطبيق

عندما تدخل المُخفِّفات في المزيج، فإنها في الواقع تُحلل تلك الروابط القوية بين الجزيئات التي تحافظ على ترابط سلاسل البوليمر الإيبوكسي، مما يؤدي إلى تقليل اللزوجة بشكل ملحوظ - أحيانًا تصل نسبة التقليل إلى 60٪ وفقًا لبعض الدراسات التي أجرتها مجموعة Ciech في عام 2019. ماذا يعني ذلك عمليًا؟ حسنًا، هذا يجعل التعامل مع المادة أسهل بكثير. إذ ترش المادة بشكل أفضل، وتنتشر بشكل أكثر انتظامًا على الأسطح، كما أنها قادرة على تحمل كمية أكبر من المواد المالئة أيضًا. وعند النظر إلى بيانات التحليل الحراري، يظهر فائدة أخرى: تشير البيانات إلى أن هذه المضافات تقلل من الطاقة التنشيطية المطلوبة للتدفق بنسبة تتراوح بين 15 إلى 20 بالمئة. وهذا يعني أن الطلاءات تستوي بشكل جيد حتى في درجة حرارة الغرفة دون أن تفقد محتواها الصلب، وهي ميزة يقدّرها المصنعون كثيرًا عند محاولة الحفاظ على معايير الجودة خلال عمليات الإنتاج.

مُخفِّفات الإيبوكسي التفاعلية مقابل غير التفاعلية: الاختلافات الرئيسية والاستخدامات

إن المواد المخففة التفاعلية، ومن ضمنها إثير الجلايسيديل الأليلي، تشارك فعليًا في عملية التشابك أثناء عملية التصلب، مما يساعد في الحفاظ على مستويات عالية من الصلابة تصل إلى حوالي 85 شور D ويضمن مقاومة طبقة الطلاء النهائية للمواد الكيميائية. من ناحية أخرى، فإن الخيارات غير التفاعلية مثل الكحول البنزيلي تقوم ببساطة بخفض اللزوجة بشكل مؤقت دون أن تصبح جزءًا من التركيب الكيميائي. وبحسب ما ذكره باسكو في بحث نُشر عام 2010، فإن هذه الإضافات غير المشاركة قد تقلل من قوة الطبقة ما بين 12 إلى 18 بالمائة بعد التصلب الكامل. نظرًا لهذا الاختلاف في الخصائص الأداء، يفضل معظم الخبراء استخدام التركيبات التفاعلية عندما يحتاجون إلى طلاءات حماية طويلة الأمد للهياكل. أما المواد غير التفاعلية فتجد تطبيقاتها في المواقف التي تتطلب إزالة سريعة أو حماية لفترة قصيرة فقط.

علم الجريان والتسوية في طلاءات الإيبوكسي

التوتر السطحي ودوره في جريان وتسوية الطلاءات

الطريقة التي تنتشر بها طلاءات الإيبوكسي وتستقر على الأسطح تتأثر بشكل كبير بتوتر السطح. عند العمل مع أنظمة تحتوي على نسبة عالية من المواد الصلبة، نلاحظ عادةً أن توتر السطح يتراوح بين 30 إلى 40 ملي نيوتن لكل متر. هذا يؤدي عادةً إلى مشاكل مثل تلك الحفر المزعجة ونسيج قشر البرتقال غير المرغوب فيه في المنتجات النهائية. يقلل إضافة مواد مخففة للإيبوكسي من هذا التوتر بنسبة تتراوح بين 10٪ إلى 20٪، مما يساعد الطلاء على الالتصاق بشكل أفضل مع المادة التي يُطبق عليها ويمنحه إنهاءً أكثر نعومة بشكل عام. هناك نوعان رئيسيان من هذه المواد المخففة يستحقان الذكر. تعمل المواد المتفاعلة منها عن طريق الربط فعليًا داخل البنية المادية أثناء عملية التصلب، مما يساعد في موازنة كل تلك القوى السطحية المعقدة. أما المواد غير المتفاعلة منها فلا تدوم طويلاً، لكنها تؤدي وظيفتها بشكل مؤقت من خلال تكسير الجزيئات بحيث يمكن أن تنتشر بشكل صحيح.

موازنة اللزوجة والحركة السطحية لتحقيق تسوية مثلى

تحقيق تسوية جيدة يتطلب التحكم الدقيق في اللزوجة. عندما تتجاوز اللزوجة 2000 سنتيبواز، لا يمكن للمواد أن تتدفق بشكل صحيح. ولكن إذا انخفضت تحت 500 سنتيبواز، تزداد احتمالية حدوث مشاكل التدلي بشكل ملحوظ. تعمل مواد تخفيف الإيبوكسي بشكل ممتاز هنا، حيث تخفض اللزوجة بنسبة تتراوح بين 30 إلى 50 بالمائة. ما يميزها أنها لا تؤثر على محتوى المواد الصلبة إطلاقًا. وهذا يعني حركة أفضل على السطح خلال تلك الدقائق الحاسمة من 5 إلى 15 دقيقة الأولى قبل أن يبدأ التصلب. تدعم هذه الفكرة الأبحاث المنشورة في مجلة البوليمر السنة الماضية، والتي أظهرت كيف تساعد هذه التعديلات في تمكين الطلاءات من تسوية نفسها تلقائيًا. هذا منطقي لأي شخص يعمل في مجال الطلاءات ذات المواد الصلبة العالية في الاستخدامات الصناعية حيث تكون الطريقة الصحيحة للتطبيق مهمة جدًا.

قياس أداء التسوية في أنظمة الإيبوكسي ذات المواد الصلبة العالية

لقياس مدى استواء المواد أثناء التطبيق، يعتمد متخصصو الصناعة عادةً على اختبارات قياسية، مثل اختبار الترهل وفقًا لمعايير ASTM D4402 أو تقنيات قياس الملامح بالليزر. عند دراسة تركيبات عالية المحتوى الصلب (أكثر من 70% مواد صلبة)، يمكن لتلك التي تحتوي على الكمية المناسبة من المخفف إنتاج أسطح ذات خشونة أقل من 5 ميكرومتر. وهذا في الواقع أفضل بنسبة 60% تقريبًا مما نراه في الأنظمة غير المخففة العادية. وقد أظهرت الاختبارات الميدانية أمرًا مثيرًا للاهتمام أيضًا: إضافة ما بين 8% و12% من مخفف الإيبوكسي يُقلل الوقت اللازم للتسوية بنحو 40% عند الاستخدام عموديًا. وهذا يجعل هذه التركيبات مفيدة بشكل خاص لطلاء الأجزاء ذات الأشكال المعقدة حيث تكون التغطية المتساوية هي الأهم.

تحسين تركيز مخفف الإيبوكسي للحصول على سلوك لزوجي (Rheological) مثالي

عادةً ما يستخدم المُصَنِّعون ما نسبته 5–15% من مُخفِّف الإيبوكسي من الوزن لتحقيق توازن بين السيولة والاستقرار. تؤدي التركيزات التي تتجاوز 18% إلى تقليل كثافة التشابك، مما يخفض الصلابة بمقدار 2–3 درجات على مقياس شور D. تشير البيانات اللزوجية إلى أن مُخفِّفًا تفاعليًا بنسبة 10% يوفر إجهاد التحمل الأمثل (50–80 باسكال) للطلاءات التي تُطبق بالفرشاة، مع الحفاظ على أكثر من 90% من درجة اللمعان، مما يضمن سهولة التطبيق والأداء الجمالي.

تحسين توحيد الطلاء وتقليل عيوب السطح

كيف يُعدِّل مُخفِّف الإيبوكسي توتر السطح لتحسين تشكيل الفيلم

وبحسب بحث أجرته مجموعة بن وزملائه في عام 2025، فإن إضافة مواد مخففة للإيبوكسي تقلل من التوتر السطحي بنسبة تتراوح بين 22 إلى 38 في المائة تقريبًا مقارنةً بالراتنجات النقية. ويساعد هذا في انتشار المادة بشكل أكثر انتظامًا على الأسطح، كما يعزز التصاقها بالواجهات. وعند الحديث عن تغير الطاقة السطحية، فإن ذلك يمنع حدوث تلك الحالات المزعجة التي تتجاذب فيها الطبقة من substrate، مما يؤدي إلى تشكيل طبقة نهائية أكثر نظافة. أما بالنسبة للأنواع التفاعلية مثل الجلايسيديل الإيثرز، فإنها تصبح جزءًا من الشبكة البوليمرية نفسها، وتوفر سطحًا مرونة أكبر أثناء عمليات المعالجة، مما ينتج عنه تشطيبات أكثر نعومة مقارنة بالإصدارات غير التفاعلية. ويفضل معظم المصنعين هذا الأسلوب لأنه يحقق نتائج جيدة وثابتة دون التعقيدات المرتبطة بالأساليب التقليدية.

تقليل عيوب السطح مثل قشر البرتقال (Orange Peel) والتقرّحات (Cratering) وغيرها

استخدام المُخفف المناسب يقلل من العيوب الشائعة في التطبيق:

• قشر البرتقال : تنخفض الحوادث من 35% إلى أقل من 5% في تطبيقات الرش
• الحفر (Cratering) : تُمنع عندما تتجاوز مستويات المخفف 12% بالوزن
• عيون السمك (Fish eyes) : تُقمع من خلال توتر السطح المستقر

من الضروري الحفاظ على خصائص التدفق النيوتوني أثناء تبخر المذيبات للحد المتسق من العيوب عبر مختلف طرق التطبيق.

التعويضات بين كفاءة التخفيف وسلامة الفيلم بعد المعالجة

بينما تُحسّن الأحمال العالية من المخفف (18–25%) من التدفق، إلا أنها قد تقلل كثافة التشابك حتى 40% في الأنظمة المعالجة بالأمين. وللتغلب على ذلك، يستخدم المُصَنّعون استراتيجيات مثل:

1. خلط المخففات التفاعلية وغير التفاعلية بنسبة 3:1
2. استخدام عوامل علاج مُسرَّعة للتحكم في عمر التخزين الممتد
3. إضافة السيليكا النانوية لاستعادة الخصائص الميكانيكية

عادةً ما يحدث التوازن المثالي عند نسبة محتوى المُخفِّف من 15 إلى 18%، مما يحافظ على أكثر من 90% من صلابة Harde الراتنج الأساسي مع تحقيق خشونة سطحية أقل من 5 ميكرومتر.

تعزيز قابلية التبليل والالتصاق بالركائز الصعبة

دور مُخفِّف الإيبوكسي في تحسين تبليل الركيزة والالتصاق بها

من خلال خفض التوتر السطحي عند interface، يحسّن مُخفِّفات الإيبوكسي قابلية التبليل على الركائز ذات الطاقة المنخفضة مثل البولي إيثيلين والمعادن المطليّة بمسحوق. تحقِّق التركيبات المُحسَّنة زوايا تلامس تقل عن 35 درجة، مما يضمن تغطية موحدة. وقد أظهرت الدراسات الحديثة حول دمج monomer الميثاكريلات الفوسفاتي تحسنًا في الالتصاق الميكانيكي على الخرسانة المسامية والفولاذ المُتآكل، حيث زادت نسبة الالتصاق بنسبة 18–22%.

تعزيز التلامس البيني على الأسطح ذات الطاقة المنخفضة والأسطح الصعبة الالتصاق

عندما تكون صبغة الايبوكسي ذات لزوجة منخفضة، يمكنها في الواقع اختراق تلك الشقوق الدقيقة التي يقل عمقها عن 5 ميكرومتر والالتفاف حول المناطق الخشنة على الأسطح. هذا الأمر مهم جدًا عند محاولة الالتصاق بمواد تم معالجتها باستخدام الفلوروبوليمرات أو الأسطح المركبة التي تضررت من التعرض لأشعة الشمس. لا تتماسك الصبغات الايبوكسية التقليدية بشكل جيد في هذه الحالات، حيث تظهر قوة التماسك فيها انخفاضًا يتراوح بين 30 إلى 40 بالمائة. يساعد خلط المذيبات التفاعلية مع عوامل ترابط السيلان بشكل أكبر في تعزيز هذه الخاصية. تعمل هذه المزيجات على تشكيل روابط كيميائية قوية بشكل خاص مع المواد التي تحتوي على كميات كبيرة من مجموعات الهيدروكسيل، مثل الأسطح الزجاجية والألومنيوم المعالج كهربائيًا. والنتيجة؟ تحسن ملحوظ في خصائص الالتصاق بشكل عام.

تحقيق التوازن بين مكاسب الالتصاق والمقاومة الكيميائية في الطلاء النهائي

تساعد المُخفِّفات بشكلٍ مؤكد في خصائص الالتصاق، ولكن عندما تتجاوز النسبة حوالي 12%، تبدأ الأمور بالتعقيد. تنخفض كثافة التشابك العرضي، مما يعني أن المادة تصبح أقل مقاومة للمذيبات. ما توصل إليه خبراء الهندسة السطحية هو إيجاد تلك النقطة المثالية التي تُحافظ فيها على نحو 95% من قوة الالتصاق الأصلية مع الحفاظ في الوقت نفسه على مقاومة جيدة ضد الأحماض بأنواعها والوقود المختلف. يتبع معظم المصنّعين معايير الصناعة التي تُقيّم مقاومة الاحتكاك المزدوج باستخدام مذيب MEK كمقياس رئيسي. وعادةً ما يرغبون في ألا يتجاوز الانخفاض 5% مقارنةً بما يمكن تحقيقه مع الأنظمة غير المخففة. تُحافظ هذه الطريقة على متانة المنتجات بما يكفي لتطبيقاتها المُقصودة دون إضعاف رابطة الالتصاق بين الأسطح.

القيود الأداء والاعتبارات العملية للمخففات الإيبوكسية

التأثير على كثافة التشابك العرضي والصلابة والخصائص الميكانيكية

إن كمية المذيب المُستخدمة تؤثر بشكل حقيقي على أداء الفيلم النهائي بعد عملية التصلب. عندما ننظر إلى المذيبات التفاعلية، فإنها تساعد بالفعل في تقليل اللزوجة بنسبة تتراوح بين 15 و35 بالمئة وفقًا لبحث Parker وزملائه في عام 2022. ومع ذلك، هناك تناقض في ذلك، إذ يمكن لتلك المذيبات نفسها أن تقلل فعليًا من كثافة التشابك بنسبة تصل إلى 30 بالمئة. ما معنى ذلك من الناحية العملية؟ هذا يؤدي إلى فيلمات تكون أقل صلابة عند اختبارها باستخدام مقياس القلم الرصاص، حيث تنخفض الصلابة من 2H إلى HB، كما يصبح هذا المركب أقل صلابة بشكل عام. من ناحية أخرى، لا تؤثر الخيارات غير التفاعلية على تلك التشابكات المهمة، لكنها تأتي مع مشاكل خاصة بها. عادةً ما تحتاج هذه المواد إلى كميات أكبر بكثير، حوالي 20 إلى 40 بالمئة، مما يؤدي إلى زيادة الانكماش ويجعل المادة أكثر هشاشة بعد أن تصلب تمامًا. بسبب هذه المشكلات، يجد المصنعون أنفسهم مقيدين في كثير من الأحيان عند محاولة استخدامها في التطبيقات التي يكون فيها الأداء هو الأكثر أهمية.

انبعاثات VOC والتحديات التنظيمية مع المخففات غير التفاعلية

تنتج ما يقارب النصف إلى ثلاثة أرباع انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة من الطلاءات عن المخففات غير التفاعلية، مما دفع الشركات إلى الالتزام الصارم بقواعد مثل قواعد وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) الخاصة بتنظيم الطلاءات المعمارية الموجودة في الجزء 59 من المجلد 40 من قواعد السجل الفيدرالي (40 CFR Part 59). وقد فرضت التحديثات الأخيرة في إرشادات REACH الأوروبية في عام 2023 حدًا أقصى نسبته 8٪ فقط للمخففات العطرية المسموح باستخدامها في طلاءات التمهيد الصناعية. واجهت الشركات المصنعة هذه القيود، مما دفع العديد منها إلى الاعتماد على خيارات مستخلصة من النباتات. ومن بين هذه البدائل، تبرز مشتقات زيت بذور الكتان المعدلة، التي تقلل من مستويات VOC بنسبة تقارب 40٪ مقارنة بالمنتجات التقليدية. ومع ذلك، هناك دائمًا تنازل مصاحب، حيث أن هذه الحلول الصديقة للبيئة تستغرق عمومًا من 12 إلى 15٪ وقتًا أطول للجفاف التام، مما يؤثر على جداول الإنتاج بشكل عام.

استراتيجيات تخفيف التنازلات المتعلقة بالأداء في تصميم التركيبات

للحافظ على الأداء مع معالجة القيود، يستخدم المصنعون ثلاث استراتيجيات رئيسية:

1. خلط المذيبات التفاعلية : الجمع بين مذيبات أحادية الوظيفة (10–12%) مع مذيبات ثلاثية الوظائف (5–7%) يقلل اللزوجة مع تقليل فقدان التشابك
2. أنظمة المحفزات الهجينة : تعمل مسرعات زينك الأوكتوات على تعويض تثبيط التصلب الناتج عن المذيبات الغنية بالهيدروكسيل
3. دمج المواد المضافة النانوية : يعيد إضافة 0.5–1.0% من السيليكا النانوية استعادة 85–90% من الصلابة المفقودة في الأنظمة ذات المذيبات العالية

تمكن هذه الأساليب من خفض اللزوجة بنسبة تصل إلى 18% مع الحفاظ على خسائر في قوة الشد أقل من 25% مقارنةً بالمراجع القياسية غير المخففة، مما يدعم الصيغ عالية الأداء والملتزمة.

قسم الأسئلة الشائعة

ما هي المذيبات الإيبوكسية؟

المذيبات الإيبوكسية هي مواد مضافة تقلل لزوجة الراتنجات الإيبوكسية، مما يجعلها أسهل في الاستخدام دون التدخل في عملية التصلب الخاصة بها.

كيف تؤثر المُخفِّفات الإيبوكسية على لزوجة الطلاء؟

تُخفِّف المُخفِّفات الإيبوكسية من لزوجة الطلاء من خلال تكسير القوى بين الجزيئات في سلاسل البوليمر، مما يسمح بتطبيق أفضل وانتشار أيسر للمادة.

ما الفرق بين المُخفِّفات التفاعلية وغير التفاعلية؟

تشارك المُخفِّفات التفاعلية في عملية التصلب وتصبح جزءًا من البنية البوليمرية، مما تحافظ على درجة أعلى من الصلابة والمقاومة الكيميائية. أما المُخفِّفات غير التفاعلية فتُخفِّف اللزوجة مؤقتًا دون أن تصبح جزءًا من البنية الكيميائية.

كيف تُستخدم المُخفِّفات الإيبوكسية لتحسين التصاق الركيزة؟

تحسِّن المُخفِّفات الإيبوكسية من التصاق الركيزة من خلال خفض التوتر السطحي، مما يسمح بترطيب أفضل على الأسطح الصعبة وتعزيز الاتصال البيني.