في الطبيعة، يتميز عدد كبير من المواد القائمة على كربونات الكالسيوم بخصائص ميكانيكية ممتازة. وتحافظ على تركيبها البسيط، وتحظى باهتمام واسع من العلماء. ومن خلال البحث المتعمق في آليات تكوين النواة ونمو كربونات الكالسيوم، تم تحقيق التحكم في التمعدن الحيوي. كما أنها توفر آفاقًا واسعة للتطبيق في مجالات منع التلوث، ومنع الترسبات، والتنظيف الذاتي، وفصل الزيت عن الماء.
بفضل خصائصها الفريدة، تُستخدم الأسطح فائقة الكراهية للماء على نطاق واسع في العزل المائي، ومقاومة الضباب، والتنظيف الذاتي، ومقاومة التآكل، ومقاومة الجليد، وتقليل السحب. ومع ذلك، لا يزال تحقيق إنتاج واسع النطاق لطلاءات فائقة الكراهية للماء، منخفضة التكلفة، ومنخفضة السمية، وسهلة التطبيق، وعالية المتانة، يمثل تحديًا كبيرًا.
أظهرت دراسات عديدة أن انخفاض طاقة السطح وخشونة الهياكل هما العاملان الرئيسيان المؤثران على الأداء الفائق لمقاومة الماء. ويُعد هذا مجالًا بحثيًا رئيسيًا في تكنولوجيا تعديل كربونات الكالسيوم. وباختصار، يهدف تعديل كربونات الكالسيوم إلى تقليل طاقة السطح مع الحفاظ على التشتت، وزيادة زاوية التلامس، وضمان مقاومة الماء.
أي نوع من كربونات الكالسيوم أنسب للطلاءات الوظيفية؟ كيف يُعَدَّل؟ وما هي آثاره الفعلية؟
قام غو ويلي وزملاؤه بتصنيع شكلين بلوريين مختلفين من مسحوق كربونات الكالسيوم. خُلطت هذه الأشكال مع بولي دايميثيل سيلوكسان (PDMS) منخفض الطاقة السطحية، وطُلِيت بالرش لإنتاج طلاءات فائقة النفور من الماء. ثم اختُبرت قدرة هذه الطلاءات على التنظيف الذاتي ومقاومة الصدمات.
أظهرت النتائج التجريبية تحقيق أفضل تأثير تعديل وأفضل كراهية للماء عند استخدام ستيرات الصوديوم 5% (NaSt) أو أوليات الصوديوم 5% (NaOL) كمادة خافضة للتوتر السطحي. وتحديدًا، كانت زاوية تلامس كربونات الكالسيوم من نوع الأراجونيت المعدلة بستيرات الصوديوم 5% 127.5 درجة، بينما كانت زاوية تلامس كربونات الكالسيوم من نوع الكالسيت المعدلة بأوليات الصوديوم 5% 115.4 درجة.
استكشفت دراسات أخرى تأثير الأشكال البلورية المختلفة لكربونات الكالسيوم على الأداء الكاره للماء للطلاءات. وُجد أن زوايا التلامس لطلاءات كربونات الكالسيوم القائمة على الكالسيت والأراجونيت تبلغ 151.4 درجة و153.2 درجة على التوالي.
أخيرًا، فُحصت قدرة الطلاءات فائقة النفور من الماء على التنظيف الذاتي ومقاومة الصدمات. وأظهرت النتائج أنه حتى بعد اختبار اصطدام قطرة ماء بحجم 500 مل، ظلت زوايا التلامس لكلا الشكلين البلوريين أعلى من 140 درجة، محافظين على خصائص ممتازة في مقاومة الماء.
استخدم تشنغ يوان وآخرون شعيرات كربونات الكالسيوم (CCWs) وكربونات الكالسيوم النانوية (CCNPs) كمواد مالئة لتحضير طلاءات فائقة النفور من الماء. وحسّنوا تعديل سطح المسحوق، وتركيبة الطلاء، وتقنيات التطبيق. وتم ذلك من خلال اتباع نهج "طبقة التمهيدي-الطبقة النهائية" وطرق التلميع الشائعة في صناعة الطلاء. وكشفت الدراسة أنه بعد 15 دورة احتكاك، حقق الطلاء زاوية تماس 153.88 درجة وزاوية دوران 9.20 درجة، مما يُظهر خصائص تنظيف ذاتي ممتازة وقابلية إصلاح اصطناعية.
على أي الأسطح يمكن تطبيق طلاءات كربونات الكالسيوم الوظيفية؟
الألياف
تُعد تقنية الطلاء الرطب القائمة على ألياف البولي أميد المُهدرة الطريقة الأساسية لإنتاج المنتجات النسيجية المُغطاة، مثل أشرطة العلامات التجارية. كما أنها وسيلة مهمة لإعادة تدوير ألياف البولي أميد ماديًا. وتتميز بمزايا مثل انخفاض تكاليف الإنتاج والأداء الممتاز للمنتج. كربونات الكالسيوم، وهي مسحوق غير عضوي غير سام وغير رخيص وصديق للبيئة، تُستخدم على نطاق واسع كمادة مالئة في عملية الطلاء الرطب لألياف البولي أميد المُهدرة. فهي تُعزز سُمك وبياض ومتانة السطح المُطلي لأشرطة العلامات التجارية.
قام لي بنغفي وآخرون بتصنيع كربونات الكالسيوم كمادة مالئة للطلاء باستخدام طريقة حمض الأوليك الموضعي، وطبقوها على طلاءات البولي أميد الرطبة. أظهرت النتائج انخفاض زاوية تلامس غشاء الطلاء بمقدار 8.29 درجة، وانخفاض طول علامة الحبر على القماش المطلي بمقدار 10.42 مم، وانخفاض قيمة الرقم الهيدروجيني للقماش إلى 7.27، مما أدى إلى تحسين امتصاص الحبر وجعل الرقم الهيدروجيني أكثر امتثالًا لمعايير سلامة المنسوجات.
قام جيانغ جيكانغ وآخرون بتعديل كربونات الكالسيوم عن طريق تطعيمها بالمُعدِّل الاصطناعي DOPO، محققين بذلك تشتتًا متجانسًا في طلاءات البولي أميد. أظهر الطلاء بنيةً شفافةً ومساميةً ذات ملمسٍ ناعم. في ظل الظروف الرطبة، حافظ القماش المطلي على درجة حموضة 7.02، مُطابقًا بذلك المعايير البيئية. بلغ زمن امتصاص الحبر 89 ثانية، وبلغ طول علامة الحبر 53.4 مم. وظل الباركود المطبوع واضحًا وسليمًا، وحصل على تصنيف A.
قام تشين تشيجيه وآخرون بتعديل كربونات الكالسيوم عن طريق تطعيم السطح بعامل اقتران مقاوم للهب من السيليكون والفوسفور لتعزيز التشتت وإضفاء خصائص مقاومة للهب. نجح هذا النهج في إنتاج طبقة بولي أميد ناعمة ورقيقة ومسامية على الأقمشة. أظهرت الدراسة أن كربونات الكالسيوم المعدلة أظهرت قدرة ممتازة على امتصاص الزيت، وأن القماش المغطى بطبقة بولي أميد 6 حقق تأثيرات مقاومة للهب ملحوظة.
أسمنت
تُعد تقنية طلاء الأسطح طريقةً فعّالة لتحسين متانة الخرسانة. وتُعدّ الطلاءات فائقة النفور من الماء، ذات خصائص العزل المائي، ومقاومة الجليد، والتنظيف الذاتي، من أكثر المواضيع بحثًا في الوقت الحالي.
استخدم شو هوافينج وآخرون بولي دوبامين لتحفيز تمعدن كربونات الكالسيوم على الأسطح الخرسانية، مع اختزال أيونات الفضة في الموقع إلى نانو فضة لبناء بنية خشنة من مركب نانوي دقيق. ثم عُدِّل السطح باستخدام سيلان منخفض الطاقة السطحية للحصول على طلاء كربونات الكالسيوم فائق الكريهة، مُحاكي حيويًا، ووظيفي. أظهرت النتائج انخفاض معدل امتصاص الماء للعينة المطلية بالمركب بمقدار 90.3% في البيئات العادية، وبمقدار 93.44% في بيئات مياه البحر المُحاكاة، مقارنةً بالعينات غير المُعالجة، مما يُظهر مقاومة ممتازة للماء والاختراق. بعد مسافة خمسة أمتار من الاحتكاك المتكرر على ورق الصنفرة، ظلت زاوية تلامس الطلاء أعلى من 140 درجة، مع انخفاض قدره 6.87% فقط، مما يُشير إلى مقاومة عالية للتآكل.
لتعزيز مقاومة التآكل والبقع لمباني الحجر الرملي الخارجية، قام وين يابينغ وآخرون بتصنيع طلاء مُعدّل بأحماض دهنية أساسه كربونات الكالسيوم باستخدام تفاعل في الطور السائل، حيث تعمل الأحماض الدهنية كمُعدّل كاره للماء. وجدت الدراسة أن كربونات الكالسيوم الفاتريتية المُعدّلة بحمض الستياريك تتميز بحجم حبيبات بلوري متوسط أكبر (31 نانومتر)، وتُغيّر بشكل ملحوظ خشونة سطح الحجر الرملي، وتصل زاوية كرهه للماء إلى 119 درجة، وتُصنّف مقاومته للبقع على أنها 5، وتُخفّض امتصاص الماء إلى 1.0% فقط. وبالمقارنة مع الطلاءات غير المُعالجة على عينات الحجر الرملي، حسّنت هذه الطريقة مقاومة أسطح الحجر الرملي للبقع بشكل فعال.
زجاج
طوّر يوان تشيتشينغ وآخرون طريقةً بسيطةً لتحضير طلاءات فائقة النفور من الماء، تعتمد على بولي دايميثيل سيلوكسان (PDMS)/كربونات الكالسيوم. كانت الطلاءات الناتجة قابلةً للتطبيق على ركائز متنوعة، بما في ذلك ورق الكرافت، والشرائح الزجاجية، وألواح النحاس. عند تطبيقها على ركائز زجاجية وتجفيفها في درجة حرارة الغرفة، حققت الطلاءات زاوية تماس قدرها 160 درجة مع زاوية انزلاق أقل من 3 درجات. أظهرت اختبارات القص أن طلاء P3 فائق النفور من الماء أظهر مقاومةً ميكانيكيةً عاليةً للقص والالتصاق، مما يضمن سطحًا فائق النفور من الماء مستقرًا. أظهرت التجارب الخارجية أن الطلاءات ذاتية التنظيف المُحضرة باستخدام راتنج السيليكون وكربونات الكالسيوم المعدلة بحمض الستياريك احتفظت بأكثر من 85% من شفافية لوح الزجاج، وحققت زاوية تماس تقارب 110 درجات، وحافظت على خصائص فعالة في منع الضباب. بعد أربعة أشهر من التعرض الخارجي، ظلت وظيفة التنظيف الذاتي للطلاء سليمةً إلى حد كبير.
معدن
أصبح سلوك التنظيف الذاتي في مواد ألواح الجدران مجالًا ذا أهمية كبيرة، ويتحقق عادةً ببناء أسطح كارهة للماء. قام ليو تشانغيانغ وآخرون بترسيب طبقة موحدة من كربونات الكالسيوم بسمك 20 ميكرون على سطح سبيكة مغنيسيوم-نيوديميوم، مما حسّن مقاومة التآكل للسبيكة في محاليل مسام خرسانية مُحاكاة تحتوي على كلوريد. وأدى التعديل الكيميائي الإضافي للعينة المطلية باستخدام بيرفلوروديسيلتريثوكسي سيلان إلى منح السطح قدرة تنظيف ذاتي.
خاتمة
تُستخدم طلاءات كربونات الكالسيوم الوظيفية في مجالات عديدة، بما في ذلك التعبئة والتغليف، وأدوات المائدة، ومواد البناء، ومواد حماية البيئة، والمنسوجات، والطلاء، والأدوية. ومع سعي الشركات إلى خفض التكاليف وزيادة الكفاءة، من المتوقع أن يزداد الطلب على طلاءات كربونات الكالسيوم الوظيفية، مع تطور تقنيات التطبيق بشكل متزايد.
تتخصص شركة Epic Powder في تصنيع المنتجات عالية الأداء آلات الطلاء مُصممة لتعديل كربونات الكالسيوم. تضمن معداتنا المتطورة معالجةً سطحيةً موحدة، مما يُعزز تشتت المادة وقدرتها على مقاومة الماء، وتوافقها مع مختلف التطبيقات، بما في ذلك البلاستيك والطلاءات والمواد اللاصقة. بفضل التحكم الدقيق في عمليات الطلاء، تُقدم شركة Epic Powder حلولاً مُخصصة لتلبية احتياجات الصناعة.
