کلینیک بتن ایران

استفاده از پوشش‌های سطحی بتن یا کوتینگ ها به منظور محافظت سطحی بتن از عوامل مخرب شیمیائی و مخربهای سایشی مورد توجه می باشد. سازه های بتنی صنعتی،سازه های دریائی و تاسیسات آبی و فاضلابی بیشترین عوامل مخرب بتن را دارند. این پوشش‌ها معمولاً بر پایه مواد پلیمری آلی هستند که مقاومت بالائی را در برابر عوامل شیمیائی خورنده دارند. استفاده از پوشش‌های معدنی عمدتاً به منظور محافظت در برابر سایش صورت می‌گیرد. پوشش‌های متعارف در این صنعت شامل اپوکسی ها، آکریلیک ها، سیلیکونها، پلی اورتانها و پلی اوره ها می باشند. انتخاب نوع پوشش بسته به نوع و شدت عوامل خورنده و شرایط اجرای پوشش متفاوت است.

پوشش پلی اوره-پلی یوریا:
پوشش پلی اوره جزو جدیدترین پوشش‌های مصرفی در صنعت بتن است. این دسته ترکیبات در دهه 80 میلادی در آمریکا پدید آمد و به سرعت در دهه 90 در دنیا توسعه پیدا کرد. مقاومت شیمیائی بالا، سرعت کیورینگ بالا حتی در دماهای پائین، اثر بخشی بالا در محیط‌ها و سطوح مرطوب، سختی سطحی بالا و انعطاف پذیری قابل توجه باعث شده تا این نوع پوشش علی رغم هزینه بیشتری که دارد، توجه بسیاری را به خود جلب کرده و در مدت زمان نسبتاً کوتاهی جایگاه ویژه ای را در صنعت بتن به خود اختصاص دهد.

این پوشش با قابلیت‌هایی که بر شمرده شد، برای محافظت محیط‌های به شدت خورنده و همچنین محیط‌های پر سایش ایده ال است.

مقایسه پوشش های پلی اورتان با پلی اوره-پلی یوریا:

ساختار شیمیائی پلی اوره شباهت زیادی به پلی اورتان دارد. مکانیسم‌های شیمیائی این دو پلیمر نیز شبیه به یکدیگر هستند. پلی اوره نسبت به پلی اورتان مقاومت شیمیائی بالاتر، انعطاف پذیری بیشتر و سختی بیشتری دارد. علاوه بر آن زمان کیورینگ پلی اوره به مراتب پایین‌تر از پلی اورتان است.

در پلی اورتان یک جزء دی ایزوسیانات با یک الکل دو عاملی واکنش می دهد اما در پلی اوره یک دی ایزوسیانات با یک آمین دو عاملی وارد واکنش می شود. سرعت واکنشایزوسیانات با آمین به مراتب بالاتر از گروه عاملی هیدروکسیل بوده و به همین علت سرعت کیورینگ پلی اوره بالاتر است. علاوه بر آن پیوند نیتروژن با گروه عاملی کربونیل بسیار قوی‌تر از پیوند اکسیژن و گروه کربونیل می باشد و همین عامل باعث واکنش پذیری کمتر پلی اوره می گردد.

در محیط‌هایی که سطح رطوبت بالا باشد، پلی اورتان‌ها با رطوبت واکنش داده و گاز کربنیک آزاد شده باعث ایجاد تاول در سطح می شود که کیفیت پوشش را پائین می آورد، ولی در پوشش پلی اوره، به علت سرعت واکنش کیورینگ بالا، قبل از اینکه آب بخواهد وارد واکنش شده و تولید گاز کند، واکنش پلیمریزاسیون کامل می گردد.

واکنش پذیری گروه عاملی کربامید بسیار پائین‌تر از کربامات می باشد و به همین دلیل پوشش‌هائی که در مجاورت عوامل خورنده شدید هستند با پلی اوره اجرا می شوند.
انعطاف پذیری گروه عاملی کربامات بیشتر از کربامید است و همین عامل باعث می شود که ترکیبات پلی اوره سختی بالاتری نسبت به پلی اورتان‌ها داشته باشند و لذا برای محیط‌هائی که در آنها به مقاومت سایشی بالا نیاز است، پلی اوره ترجیح بالاتری نسبت به پلی اورتان دارد.
سرعت واکنش تشکیل کربامید به مراتب بالاتر از تشکیل کربامات است و به همین دلیل سرعت کیورینگ در پلی اوره بالاتر از پلی اورتان می باشد. برای محیط‌هائی که دما در آنها پائین است و یا نیاز است تا سازه تحت پوشش، به سرعت سرویس دهی نماید،پلی اوره به پلی اورتان ترجیح دارد. می‌توان اسکله های بتنی که جزر و مد در آنها اتفاق می‌افتد را مثال زد که پیش از بالا آمدن آب باید پوشش مربوطه کاملاً کیورینگ شده باشد.

شکل زیر بطور نسبی محدوده مصرف پلی اورتان و پلی اوره را نشان می دهد. در این شکل محدوده اقتصادی و کیفی مصرف این دو جایگزین معین شده است. همانطور که مشاهده می گردد در دماهای پائین و بالای متوسط پوشش های پلی اوره ترجیح داده می شوند و همینطور در شرایط رطوبت بالای 5% این پوشش به پلی اورتان ارجح است.

مواد اولیه پوششهای پلی اوره:
فرمولاسیون پلی اوره جهت اسپری کوتینگ شامل 5 دسته است که در دو دسته جدا گانه در مرحله اجرا مصرف می شوند:

بخش ایزوسیاناتپیش پلیمر دی ایزوسیانات
رقیق کننده واکنشگر
بخش آمینپیش پلیمر دی آمین
ترکیبات شبکه کننده
افزودنیها و رنگ ها

بخش ایزوسیانات: بخش ایزوسیانات مصرفی در پلی اوره معمولاً متیلن دی فنیل ایزوسیانات (MDI) است. برای جاهائی که به مقاومت بالای اشعه ماوراء بنفش نیاز دارد، از ایزوسیانات های آلیفاتیک استفاده می شود. معمولاً ایزوسیانات بصورت پیش پلیمرهائی با جرم‌های مولکولی مختلف، جهت مصارف گوناگون تولید می شوند. معمولاً برای منظور پلی اوره از ایزوسیانات هائی با درصد گروه عاملی ایزوسیانات تا 15% استفاده می‌شود. در این حالت بهترین توازن بین ویسکوزیته و واکنش پذیری ایزوسیانات شکل می گیرد. در مقادیر کمتر از این مقدار، واکنش پذیری کمتر، ویسکوزیته بالاتر و همچنین انعطاف پذیری فیلم نهائی پلیمر بیشتر می شود. در مقادیر ایزوسیانات بالاتر، ویسکوزیته کاهش می یابد که برای سیستم مناسب است ولی مشکل اینجاست که واکنش پذیری بالا می رود و این مسئله باعث می شود که کنترل فرآیند سخت تر شود و فیلم تشکیل شده نیز کیفیت پائین تری پیدا کند. ایزوسیانات بالاتر برای جاهائی که نیاز به مقاومت سایشیبالاتر وجود دارد، مناسب است.
2-رقیق کننده واکنش پذیر: از آنجا که پیش پلیمر ایزوسیانات، دارای ویسکوزیته بالائی می باشد، پوشش دهی فیلم، بر روی سطح به سختی انجام می شود و همچنین فرآیند اسپری نیز سخت است. علاوه بر آن نیاز است که بخش ایزوسیانات با بخش آمین از نظر ویسکوزیته نزدیک به هم باشند تا اختلاط به خوبی صورت پذیرد. به همین منظور به یک رقیق کننده نیاز داریم. از آنجا که محصول نهائی فیلمی کاملاً جامد است، باید از حلال‌های واکنش پذیر در سیستم استفاده کرد که در حین واکنش دو جزء پلیمر، به مصرف برسد و در ساختار پلیمر قرار گیرد. پروپیلن کربنات مهمترین ماده مورد مصرف برای رقیق سازی ایزوسیانات است.

این ماده در فرآیند واکنش با آمین، تشکیل گروه عاملی کربامات و گروه عاملی الکل می دهد که این گروه الکل در رقابت با واکنشهای آمین تبدیل به ماده ای شده که فقط دارای یک گروه عاملی هیدروکسیل فعال است و در رقابت با گروه‌های واکنش دهنده، کند بوده و مزاحمتی در پلیمریزاسیون ایجاد نمی کند.

پلی اتر آمین ها: این ترکیبات بخش مقابل ایزوسیانات هستند که در واکنش پلیمریزاسیون وارد شده و پلی اوره را تشکیل می دهد. این ماده بطور جداگانه ازایزوسیانات رقیق شده نگهداری می شود. این ترکیبات نیز پلیمرهای اتیلن و یا پروپیلن گلایکول می‌باشند که در بخش انتهائی، دارای گروه عاملی آمین هستند. جرم مولکولی این ترکیبات نیز با واکنش پذیری رابطه معکوس و با ویسکوزیته رابطه مستقیم دارند.
شبکه سازها: ترکیبات آمین هستند که واکنش پذیری بالائی دارند و باعث تشکیل زنجیر های جانبی در فرآیند پلیمریزاسیون و باعث سختی فیلم نهائی می شوند. دی اتیل دی آمینو تولوئن یکی از مهمترین این مواد است.
رنگ‌ها و افزودنی‌ها: رنگ‌ها و فیلرها نیز موادی هستند که بسته به نیاز قابلیت استفاده در ترکیب مواد اولیه را دارند.