محاسبات مربوط به پوشش

مقدمه

پوشش ها به عنوان مخلوطی از مواد مختلف، تعریف می شود. سوال های مطرح شده در اینجا، این است که چه مقدار از هر ماده با هم مخلوط می شود و مقدار این مواد چه ارتباطی با هم دارند. در واقع مواد مورد استفاده در پوشش ها، به چهار گروه اصلی طبقه بندی می شوند:
1. رزین ها
2. پیگمنت ها
3. حلال ها
4. افزودنی ها

رزین ها

این مواد عموماً جامدهایی هستند که حالت چسبنده دارند و موجب حفظ سیستم در کنار هم می شوند. آنها همچنین بایندر نیز نامیده می شوند. وقتی این مواد در حلال قرار گیرند، حکم حامل برای سیستم را ایفا می کنند. این رزین ها، به صورت سیستم های تک بسته یا دو بسته ای، وجود دارند. تک بسته ای در واقع رزین های مایع و یا رزین های قرار گرفته در حلال هستند. دو بسته ای ها در واقع دارای دو بخش هستند، یکی بخش A و دیگری بخش B. در هر دو سیستم، ما نیازمند شناخت میزان مواد رزینی جامد موجود در آنها هستیم. این مواد خشک که در واقع با مخلوط شدن با حلال، رزین مایع را تشکیل می دهند، عموماً "جامد رزینی" نامیده می شوند. در مورد سیستم های دو بسته ای، ما نه تنها نیازمند میزان مواد جامد هستیم، بلکه همچنین نیازمند آگاهی داشتن در مورد نسبت مناسب جامدهایی است که با هم ترکیب می شوند و یک فیلم مناسب را تشکیل می دهند. ما همچنین نیازمند دانستن دانسیته ی این رزین ها، نیز می باشیم. در واقع دانسیته در محاسبه ی حجم، مفید می باشد.

پیگمنت ها

پیگمنت ها در واقع مواد خشکی هستند که به پوشش اضافه می شوند و موجب رنگی شدن آن می شوند. همچنین این پیگمنت ها، موجب ایجاد خواص استتار و مقاومتی نیز در این پوشش ها می شوند. پیگمنت ها، می توانند بر اساس هدف استفاده، به انواع مختلف طبقه بندی شوند. برخی از مواد در اصل یک پیگمنت محسوب می شوند ولی عملکرد پرکنندگی نیز دارند. برخی پیگمنت ها، آلی هستند، برخی دیگر، غیر آلی. خواصی مانند سبک بودن، اندازه ی ذره و رنگ ها و جلوه ی خاص، از جمله دلایل انتخاب یک پیگمنت یا رنگدانه می باشد. برای اهداف محاسبه ای، دانستن دانسیته ی خشک و مواد فرار موجود در هر پیگمنت، ضروری می باشد.

حلال

موادی که به شما اجازه ی اعمال پوشش را در حالت مایع می دهند، حلال نامیده می شوند. حلال ها ممکن است آلی باشند و یا حتی آب می تواند نقش حلال را ایفا کند. در واقع در فرمولاسیون یک پوشش، این مواد به مخلوط شدن، تنظیم ویسکوزیته و اعمال پوشش، کمک می کنند. بعد از اعمال پوشش، این حلال ها تبخیر می شوند و فیلمی خشک شده، باقی می ماند. برای اهداف محاسبه ای، نیاز است دانسیته ی این حلال ها، مشخص باشد.

افزودنی ها

این مواد در واقع در مقادیر کمتر از 5 % به پوشش اضافه می شود تا خواص پوشش را تصحیح کند. این مواد نیز در محاسبه، در نظر گرفته می شوند و فاکتورهایی مانند خشک بودن و یا فاکتور دانسیته، جزء موارد در نظر گرفته شده در محاسبات است.

قراردادها

روابط میان اجزای مختلف در دو جنبه ی وزن و حجم، تعریف می شوند. هر جنبه نه تنها در مورد روابط به ما اطلاعات می دهد، بلکه برخی از ویژگی های فرمولاسیون را نیز بیان می کند. متخصصین فرمولاسیون تجربی ممکن است از روابط زیادی استفاده کنند. در واقع آنها آگاهی عمیقی در مورد این فرایندها، دارند. اقدام های عملی متداول در سال های قبل، به تولید بچ های 100 گالونی، منجر شده است. اجزای تشکیل دهنده ی این بچ ها، بر اساس پوند بر 100 گالن، بیان می شوند. به هر حال، اگر این بچ ها، در حد 100 گالن نباشند، سپس اجزا بر اساس پوند بر گالن، تعریف می شوند.
دانسیته ی (وزن بر واحد حجم) ماده معمولاً به صورت پوند بر گالن، تعریف می شود. برای تبدیل مقادیر به مقادیر حجمی و یا فاکتور بالک (bulking factor)، یک بر دانسیته تقسیم می شود:
فاکتور بالک = 1/ دانسیته بر واحد پوند بر گالن

محاسبات

برای شروع، لیستی از اجزای فرمولاسیون تهیه می شود. از فروشنده ی مواد، دانسیته، میزان مواد فرار، قیمت هر ماده و سایر ویژگی های آن، گرفته می شود. یک لیست مشابه چیزی که در جدول 1 آورده شده است، تهیه کنید. فاکتور بالک را محاسبه کنید. بر اساس دانش و تجربه خود، و بر اساس آزمایش های انجام داده در آزمایشگاه، شما می توانید رابطه ی مناسبی بین اجزا بدست آورید.

وزن فرمولاسیونی

اجزایی که دارید را در نظر گرفته و استفاده کنید.

حجم فرمولاسیون

وزن هر جزء را در فاکتور بالک آن، ضرب کنید. این مسئله موجب می شود تا حجم وزن مورد استفاده، بدست آورده شود.

دانسیته ی فرمولاسیون

با تقسیم وزن فرمولاسیونی بر حجم فرمولاسیونی، دانسیته ی فرمولاسیون بدست می آید.
فرمولاسیون وزنی مربوط به مواد غیر فرار
با ضرب وزن هر جزء در مقدار مواد غیر فرار، فرمولاسیون مواد غیر فرار بدست می آید. با تقسیم این وزن بر وزن فرمولاسیونی، و ضرب در 100، میزان درصد این مواد نیز بدست می آید.
فرمولاسیون حجمی مربوط به مواد غیر فرار
با ضرب حجم هر جزء در میزان مواد غیر فرار، فرمولاسیون حجمی مربوط به مواد غیر فرار، بدست می آید. با تقسیم این میزان بر حجم فرمولاسیونی و ضرب عدد حاصله در 100، درصد فرمولاسیون حجمی بدست می آید.
نسبت پیگمنت به بایندر
نسبت پیگمنت به بایندر در واقع یک رابطه ی وزنی است و به پیش زمینه ی متخصص فرمولاسیون، وابسته است. این نسبت به صورت زیر بیان می شود:
نسبت مستقیم: پیگمنت به بایندر = 1/1
درصد: پیگمنت به بایندر = پیگمنت / پیگمنت +بایندر = 1/1+1 = 0.50
بخش ها: بخش های پیگمنت نسبت به یک و یا 100 قسمت از رزین = 100/ 100
میزان حجم پیگمنت
مخفف این میزان، PVC می باشد. در واقع این واژه مخفف میزان حجم پیگمنت است و نباید با پلی وینیل کلرید، اشتباه گرفته شود. این رابطه در واقع رابطه ی حجمی است که به صورت درصد بیان می شود:
میزان حجم پیگمنت (PVC , %) = ((حجم پیگمنت ها)/حجم پیگمنت ها +حجم بایندرها)) * 100
روابط حجمی پیگمنت ها و بایندر، یک میزان بحرانی تر است. مطالعات انجام شده، نشان داده است که نقطه ای وجود دارد که در آن، سطح پیگمنت در یک سیستم معین به اندازه ی کافی بالاست که موجب می شود، کیفیت پوشش افت کند. این نقطه، در واقع نقطه ی بحرانی حجم پیگمنت می باشد که با CPVC نامگذاری می شود.
تبدیل فرمولاسیون 100 گالنی
برای تبدیل فرمولاسیون 100 گالنی، حجم اولیه را بر 100 گالن تقسیم می کنیم تا یک فاکتور 1.96 بدست آوریم. با ضرب کردن این فاکتور در وزن هر جزء در فرمول اولیه، واحد پوند بر 100 گالن، بدست می آید. اگر مقدار تولید شده، برخی اوقات در واحدی غیر از 100 گالن باشد، با تقسیم مناسب حجم بر حجم اولیه، می توان فاکتور مناسب برای تبدیل را بدست آوریم.

هزینه

با ضرب هزینه های هر جزء و وزن بر اشاس پوند بر 100 گالن، و سپس تقسیم کردن مقدار بدست آمده بر 100، هزینه های اجزا بدست می آید.

استفاده از کامپیوتر

با استفاده از کامپیوتر، می تواند فرمولاسیون هایی محاسبه کرد که پیچیده تر هستند و می توان فاکتورهای متعددی را در آن، در نظر گرفت. برنامه های کامپیوتری تجاری وجود دارد که برای این منظور می باشند. استفاده از صفحات الکترونیک داده نیز می تواند در اینجا مفید باشد. این صفحات می توانند بوسیله ی متخصص فرمولاسیون، تدوین شوند. جدول 2 مثالی از این صفحات الکترونیکی می باشد. این صفحه شامل اجزایی است که باید شناخته شده باشند. همچنین این صفحه حاوی اطلاعات مربوط به محاسبه می باشد. این روش می تواند هم برای سیستم های آبی و هم غیر آبی، استفاده شود. به دلیل اینکه هزینه ها می توانند تغییر کند، تعداد بخش های مربوط به این صفحات الکترونیکی، می تواند متغیر باشد.

منبع مقاله : Coating technology handbook/ Arthur A. Tracton