تتحول الرطوبة في بوليول البوليستر إلى عيب في الطلاء عند خلط البوليول مع مكوّن معالجة يحتوي على الإيزوسيانات. يتفاعل الماء بسرعة مع مجموعات الإيزوسيانات، مما يستهلك مادة كان ينبغي أن تكوّن روابط البولي يوريثان ويطلق غاز ثاني أكسيد الكربون. قد يبدأ التفاعل قبل التطبيق، ويستمر أثناء الطلاء بالرش أو بالبكرات، ويتسارع مع ارتفاع حرارة طبقة الطلاء. وقد تكون النتيجة المرئية فقاعات أو ثقوب دبوسية أو حفر أو رغوة أو فقدان اللمعان أو ضعف الالتصاق أو معالجة غير متجانسة.

قد يبدو الطلاء مقبولاً مباشرة بعد التطبيق ثم يفشل لاحقاً. فقد تبقى خلايا غازية صغيرة تحت السطح إلى أن يتدفق الغشاء أو تتبخر المذيبات منه أو يدخل إلى الفرن. وإذا تكوّن جلد على السطح قبل خروج الغاز، تترك الخلايا المتمددة بثوراً أو ثقوباً دبوسية. وإذا خرج الغاز بينما لا يزال الطلاء قابلاً للحركة، فقد يظهر العيب في صورة انخفاض في اللمعان أو قشرة البرتقال أو ملمس خشن بدلاً من الفقاعات الواضحة.

المسار الكيميائي من الماء إلى عيوب الغشاء

تحتوي بوليولات البوليستر على مجموعات هيدروكسيل يُقصد بها التفاعل مع مجموعات الإيزوسيانات لتكوين شبكة البولي يوريثان المعالَجة. ويتنافس الماء على مجموعات الإيزوسيانات تلك. ويكوّن التفاعل الأول مركباً وسيطاً غير مستقر من حمض الكرباميك، يتحلل إلى ثاني أكسيد الكربون وأمين. ويمكن للأمين بعد ذلك أن يتفاعل مع مزيد من الإيزوسيانات لتكوين روابط اليوريا.

ولهذا عاقبتان في الوقت نفسه. أولاً، يُنتج ثاني أكسيد الكربون غازاً في غشاء سائل. ثانياً، يتغير التوازن الستوكيومتري الأصلي لأن الإيزوسيانات قد استُهلك بواسطة الماء. وقد يحتوي هيكل البوليمر الناتج على مقاطع يوريا أكثر وروابط يوريثان مقصودة أقل مما صُممت التركيبة لإنتاجه. لذلك، فإن ارتفاع الرطوبة ولو بدرجة صغيرة ليس مجرد مسألة جودة سطحية؛ إذ يمكن أن يغير تطور الصلادة والمرونة ومقاومة المذيبات والالتصاق بين الطبقات.

لا تعتمد الشدة على محتوى الماء وحده. فقد يطلق غشاء رقيق عند درجة حرارة مرتفعة بعض الغاز قبل انغلاق السطح، بينما يمكن لغشاء أكثر سماكة أن يحبس الحمل الغازي نفسه. ولا تترك الإيزوسيانات سريعة التفاعل، والتركيبات عالية المواد الصلبة، وجداول الخبز السريعة، والأنظمة ذات العمر التشغيلي القصير، سوى وقت محدود للتسوية وخروج الغاز. وعلى العكس، قد يُظهر نظام بطيء الجفاف ثقوباً دبوسية أقل، لكنه قد يظل معرضاً لمشكلة معالجة مرتبطة بالستوكيومترية.

عيوب تشبه مشكلات الرطوبة

الرطوبة سبب شائع، لكن ليست كل فقاعة أو حالة فقدان للمعان ناتجة من بوليول البوليستر. ويمنع التشخيص الصحيح إجراء تغييرات غير ضرورية على دفعة راتنج سليمة في الأصل.

ومن الفروق المفيدة توقيت ظهور العيب. فالعيوب التي تظهر مباشرة بعد التذرية تشير غالباً إلى ظروف التطبيق أو الهواء المحبوس أو توازن المذيب. أما العيوب التي تشتد بعد فترة الحث أو التعرض للفرن فتستدعي فحصاً أدق للماء في الطلاء المخلوط والبوليول والأصباغ والإضافات وإمداد الهواء المضغوط. وقد يشير الغشاء الأملس بصرياً ولكنه يُظهر لاحقاً انخفاضاً في مقاومة المذيبات إلى مشكلة في توازن التفاعل، حتى عندما لا يُنتج ثاني أكسيد الكربون عيوباً مرئية.

أماكن دخول الرطوبة إلى نظام طلاء البولي يوريثان

يُعد بوليول البوليستر موضعاً واضحاً للتحقيق، ولا سيما بعد التخزين أو الاستخدام الجزئي أو النقل بين الحاويات. فقد تمتص بوليولات البوليستر الماء من الحيز العلوي الرطب بعد فتح برميل أو دلو أو حاوية كبيرة. ويكون الفتح المتكرر أكثر إشكالية من سحب واحد مضبوط، لأن كل دورة تستبدل الحيز العلوي الجاف بالهواء المحيط. ويمكن لسدادة غير محكمة أو حشية تالفة أو وصلة تخزين ذات تهوية أن تسمح بامتصاص تدريجي للرطوبة دون تغير واضح في المظهر.

يمكن أن يدخل الماء أيضاً قبل وصول البوليول إلى وعاء الخلط. فقد يلوث الدفعة الكاملة خرطوم نقل غُسل ولم يُجفف جيداً، أو مضخة تحتوي على سائل تنظيف متبقٍ، أو خزان فُتح أثناء طقس رطب. ويستحق التكاثف الاهتمام عند نقل حاوية باردة إلى منطقة دافئة ورطبة. فقد يتكون الماء على السطح الخارجي وحول الوصلات وداخل الفتحات المكشوفة؛ ومسح السطح الخارجي لا يثبت أن المنتج ومسار النقل جافان.

المذيبات مصدر متكرر آخر. فقد يفي المذيب بمواصفة الشراء الخاصة به، لكنه يظل يدخل ماءً إلى تركيبة بولي يوريثان عالية المواد الصلبة أكثر مما تستطيع العملية تحمله. وتتطلب المذيبات الاسترطابية وتدفقات المذيبات المسترجعة والحاويات المتروكة مفتوحة أثناء التجهيز تدقيقاً خاصاً. ويمكن للأصباغ والمواد المالئة وعوامل التعتيم أن تدخل الماء على هيئة رطوبة سطحية ممتزة. وقد تختلف حالة رطوبتها باختلاف رطوبة المستودع حتى عند استخدام الدرجة نفسها.

يسهل إغفال الهواء المضغوط. وينبغي أن يكون الهواء المستخدم لتغطية الخزانات بالغاز الخامل أو النقل الهوائي أو الرش أو التنظيف جافاً بالدرجة الملائمة لعملية الطلاء. ولا يكفي الهواء الخالي من الزيت وحده: إذ يمكن للهواء الرطب غير المعالج أن يتكثف في الخراطيم أو يدخل إلى وعاء مفتوح. وقد يسبب نظام هواء جاف مشكلات أيضاً عند استنفاد المادة المجففة أو تعطل مصرف أو تراكم المكثفات في خط طويل متوقف عن التشغيل.

قياس المادة، وليس المظهر النهائي فقط

يُعد اختبار محتوى الماء في بوليول البوليستر الطريقة المباشرة لتحديد ما إذا كان الراتنج ضمن متطلبات التركيبة. وتُستخدم معايرة كارل فيشر على نطاق واسع لأنها تقيس الماء بدلاً من استنتاجه من اللزوجة أو المظهر أو الرقم الحمضي. ويجب أن تكون العينة ممثلة. فالترسب والتخزين بالجملة غير الممزوج جيداً وبقايا الماء قرب مخرج القاع وزجاجات العينات المتروكة دون غطاء، كلها قد تؤدي إلى نتائج مضللة.

تحتاج نتائج الاختبار إلى سياق. إذ يُحدد حد الرطوبة المقبول وفقاً لنوع البوليول المحدد ونوع الإيزوسيانات ونسبة NCO/OH المستهدفة وحمل المواد المالئة وسماكة الغشاء وجدول المعالجة. ولا ينبغي تطبيق حد داخلي عام بصورة عمياء على الطلاءات المرنة والطلاءات الصلبة والطلاءات الشفافة والأنظمة المصطبغة. وقد تكون نتيجة أقل بقليل من حد المادة غير مناسبة عند إضافة مساهمات المذيب والأصباغ والإضافات والتعرض للبيئة المحيطة معاً.

تتبع الماء عند نقاط اتخاذ القرار وليس فقط بعد وقوع عيب: عند استلام دفعة جديدة، وبعد التخزين المطول، وقبل شحن دفعة حساسة، وبعد أي انحراف يتعلق بالتنظيف أو النقل أو تلف العبوة أو التعرض للطقس. وعند تكرار العيوب بصورة متقطعة، احتفظ بعينات من المكونات الفردية والمادة المخلوطة معاً. وتكون مقارنة العينات المحتفظ بها مع دفعة الإنتاج الفعلية أكثر فائدة من اختبار حاوية بديلة فقط بعد وقوع المشكلة.

اللزوجة ليست مؤشراً موثوقاً للرطوبة. فقد يكون امتصاص الماء كبيراً بما يكفي للتأثير في تفاعل الإيزوسيانات مع إحداث تغير أولي طفيف في لزوجة بوليول البوليستر. كما أن الرقم الحمضي ورقم الهيدروكسيل واللون تجيب عن أسئلة مختلفة. وهي تظل مؤشرات جودة مفيدة، لكن أياً منها لا يغني عن التحديد المباشر للماء.

يتطلب التجفيف والاسترداد قراراً مضبوطاً

نادراً ما تكون تسخين بوليول بوليستر رطب في وعاء مفتوح استجابة مناسبة. فقد يزيد ذلك من التعرض للهواء الرطب، ويعزز الأكسدة أو تغير اللون، ويزيل المكونات المتطايرة بصورة غير متجانسة. وعندما يسمح مواصف المادة وتصميم العملية بالتجفيف، فإنه يُجرى عادة تحت حرارة وتفريغ مضبوطين مع التحريك أو التدوير، يتبعه التحقق من الرطوبة. والهدف ليس مجرد إزالة الماء بسرعة، بل استعادة مادة متجانسة دون تغيير الراتنج بما يتجاوز خصائصه المسموح بها.

ينبغي تقييم التجفيف بأكثر من مجرد نتيجة الماء النهائية. تأكد من أن اللزوجة ورقم الهيدروكسيل والرقم الحمضي والمظهر وأداء التطبيق تظل مقبولة للتركيبة المقصودة. فالراتنج الذي يصل إلى قيمة ماء منخفضة لكنه تعرض لتاريخ حراري مفرط قد يخلق مشكلة معالجة مختلفة. وبمجرد تفاعل أحد المكونات مع الإيزوسيانات، لا يكون التجفيف بعد الخلط خياراً للإصلاح. فقد يكون توليد ثاني أكسيد الكربون وارتفاع اللزوجة قد بدآ بالفعل.

لا تحاول تصحيح رطوبة غير مؤكدة بزيادة كمية الإيزوسيانات عشوائياً. إذ يمكن للإيزوسيانات الإضافي أن يغير كثافة التشابك وسرعة المعالجة والهشاشة والمحتوى التفاعلي المتبقي. كما يصبح التعديل المحسوب غير موثوق عندما تكون مساهمة الماء الفعلية من كل مكون غير معروفة. ويتطلب قرار التركيبة المضبوط قيماً مقاسة للماء وفهماً واضحاً للستوكيومترية المقصودة.

ممارسات المناولة التي تمنع التلوث المتكرر

حافظ على إغلاق حاويات بوليول البوليستر بإحكام إلا أثناء عملية نقل مخططة. استخدم خراطيم ووصلات مخصصة وجافة، وأغلقها فوراً بعد الاستخدام. وحيثما تدعم العملية ذلك، يقلل التغطية بالنيتروجين الجاف من التلامس مع الهواء الرطب أثناء التخزين والصرف. ولا يزيل النيتروجين الماء الموجود بالفعل، لذا ينبغي التعامل معه كإجراء وقائي لا كإجراء تصحيحي.

• قبل النقل، تحقق من جفاف الخزانات والمضخات والمرشحات والخراطيم بعد التنظيف أو الصيانة. فالفحص البصري غير كافٍ عندما يمكن للنقاط الداخلية المنخفضة أن تحتفظ بسائل.
• اترك المواد الباردة فترة كافية لتجنب التكاثف عند الفتحات والوصلات. لا تفتح برميلاً مبرداً فوراً في منطقة إنتاج رطبة.
• تحكم في تعرض عبوات الأصباغ والمواد المالئة بعد فتحها. فالمواد ذات المساحة السطحية الكبيرة يمكن أن تحمل رطوبة ممتزة كافية لتعطيل طلاء حساس ثنائي المكونات.
• سجل أرقام الدفعات وتواريخ الفتح ونتائج اختبارات الماء وظروف التخزين وأي إجراء لإعادة العمل. ويربط السجل المفيد عيب الطلاء بمسار المادة الفعلي بدلاً من افتراض عام بشأن الراتنج.

تكتسب ممارسة الخلط أهمية بعد اختيار المواد الجافة. فقد يؤدي تكوين دوامة مفرطة إلى إدخال الهواء ومحاكاة العيوب المرتبطة بالغاز. ويُفضل الدمج منخفض القص متبوعاً بإزالة تهوية مناسبة حيثما تسمح التركيبة بذلك. وينبغي حماية الطلاء المخلوط من الهواء الرطب خلال مدة الانتظار، لأن جهد التحكم في الماء قد يُهدر بين الخلط والتطبيق.

تفاصيل التركيبة التي تغير النتيجة المرئية

غالباً ما تكون طلاءات البولي يوريثان عالية المواد الصلبة والخالية من المذيبات أقل تسامحاً لأن لزوجتها العالية تحد من خروج الفقاعات. كما يكشف الطلاء الشفاف الثقوب الدبوسية الدقيقة التي قد يخفيها الطلاء المصطبغ جزئياً. وتضيف الأنظمة المطفية تعقيداً: فقد تحجب عوامل التعتيم تغير اللمعان الناجم عن الرطوبة، بينما يستمر تفاعل الماء نفسه في تكوين نقاط ضعف في الغشاء.

تُعد مشتتات البولي يوريثان المائية فئة منفصلة، ولا ينبغي تقييمها بالمنطق نفسه المستخدم لطلاءات البولي يوريثان ثنائية المكونات القائمة على المذيبات. فالماء موجود عمداً في كثير من الأنظمة المائية، وقد صيغت كيمياء معالجتها وفقاً لذلك. أما مسألة الرطوبة التي تُناقش هنا فهي الماء غير المقصود الذي يدخل إلى نظام تفاعل بوليول البوليستر والإيزوسيانات المصمم ليبقى جافاً حتى المعالجة.

لا ينبغي إدخال المواد الحمضية بصورة عفوية كاستجابة لمشكلة رطوبة أو معالجة. فعلى سبيل المثال،حمض ثلاثي فلوروميثان سلفونيك CAS#1493-13-6 مادة حمضية قوية واسترطابية تُستخدم في تطبيقات تخليق معينة؛ وليست مادة مساعدة على التجفيف لخليط طلاء البولي يوريثان. وقد يؤدي وجودها إلى إدخال كيمياء غير متوافقة وخلق مشكلة منفصلة تتعلق بالسلامة والتركيبة.

عند ظهور عيب، اعزل المرحلة التي يمكن أن يكون الماء قد دخل فيها، واختبر المكونات المحتفظ بها، وافحص أنظمة النقل والهواء، وقارن توقيت العيب بمنحنى المعالجة. ويحوّل هذا التسلسل الرطوبة من تفسير غامض إلى متغير عملية قابل للاختبار. وتعتمد طلاءات البولي يوريثان المستقرة على الحفاظ على المواد الخام الجافة ومسار جاف من حاوية التخزين إلى الغشاء المطبق.