پوشش مواد نرمحس همچون پلی یورتان ها
بر روی سطح محصولات پلاستیکی و چشماندازهای کاربردی آنها
برگردان: مهندس فائزه نرگسی اعظم
چکیده
پوششهای مواد نرمحس (soft-feel material coatings) عمدتا شامل پلییورتان (PU)، لاستیک سیلیکونی (SR) و اسید پلیاکریلیک (PAA) و غیره میتوانند معایب محصولات پلاستیکی رایج مانند همبسپار (copolymer) اکریلونیتریل بوتادیان استایرن (ABS)، پلیکربنات (PC) و پلیپروپیلن (PP) را که دارای سطوح سرد، سخت و براق هستند، برطرف کنند و به سطوح گرم، نرم و مات دست یابند. این امر بهطرز قابل توجهی کیفیت و قیمت محصولات را بهبود میبخشد. با وجود اینکه این مواد پوششی میتوانند تا حدی نیازهای اصلی اثر نرمحسی را برآورده کنند، اما خواص جامع آنها، مانند عملکرد مکانیکی، مقاومت در برابر آبوهوا و مقاومت در برابر آلودگی، هنوز نقاط ضعفی دارند و نیاز به بهبود دارند. علاوه بر این، در پیشینه مطالعات موجود، کاستیهای عمیقتری در مورد فلسفه طراحی و راهبردهای تهیه مواد نرمحس وجود دارد. این مقاله با شروع از سازوکار تولید این احساس راحتی و سپس بررسی نظاممند کاربرد آنها در زمینههای عمومی با ارزش افزوده اقتصادی بالا، مانند قابهای تلفن همراه، قابهای سیگار برقی، ظروف آرایشی و غیره، تلاش میکند تا پیشرفتهای تحقیق و توسعه در زمینههای مرتبط در دهههای اخیر را بهطور نظاممند و دقیق مرور کند و سعی در ارائه چشماندازی باز بر روی جهتهای توسعه آینده آنها، مانند بهکارگیری مهندسی سطح و مواد ترکیبی، دارد. این مطالعه مروری انتظار دارد که برخی از جهتگیریهای منطقی تفکر و راهنماییهای عملی مناسب برای توسعه سریع و سالم مواد نرمحس در زمینههای تحقیق و کاربرد ارائه دهد.
مقدمه
پلاستیک در مقایسه با مواد فلزی و سرامیکی سنتی، دارای مزایای زیادی است، مانند وزن سبک، مقاومت در برابر خوردگی، فراورش آسان، مصرف انرژی کم در تولید قطعات پیچیده. بنابراین، بهتدریج در بسیاری از زمینهها جایگزین مواد سنتی میشود. از جمله، مواد پلاستیکی بهویژه با الزامات توسعه وزن سبک، مصرف انرژی پایین و انتشار کم در صنعت خودروسازی همخوانی دارند و بنابراین بهطور گستردهای در قطعات خودرو استفاده میشوند. بهعنوان مثال در مطالعه¬ای، یک مرور نظام¬مند از آخرین تحولات در دو زیرلایه پلاستیکی خارجی مهم خودروسازی، گرمانرم پلیالفینی (Polyolefin Thermoplastic, TPO) و پلیکربنات (PC) با تمرکز بر پوششهای آنها انجام شد. بهعنوان یک نماینده برجسته از مواد پلاستیکی، همبسپار اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) یک پلاستیک مهندسی است و عملکرد جامع عالی آن ناشی از اثر همافزایی بین اکریلونیتریل با مقاومت شیمیایی بالا و سختی سطح، بوتادی¬ان با انعطافپذیری بالا و استایرن با ویژگیهای خوب فراورش و رنگرزی است. بنابراین، ABS بهطور گستردهای در آذین¬های داخلی و خارجی مانند قاببندهای (panel) درب، قاببندهای ابزار و مشبکهای گرمایی
(heat dissipation grill) در خودروها، و همچنین در محصولات برقی مانند قابهای تلفن همراه و اجزای رایانه استفاده میشود. با این حال، محصولات آن مستعد نقصهایی مانند رنگهای نایکنواخت و لکهها هستند و در طول استفاده با مسائلی مانند پیرش، تردی، خراش، آلودگی و تجمع الکتریسیته ساکن مواجه میشوند.
پوششهای سطحی، بهویژه مواد نرمحس، میتوانند این نقصها را پوشش داده و رنگ و براقیت خاصی را فراهم کنند و به این ترتیب زیبایی و راحتی ظاهری آنها را بهبود بخشند. علاوه بر این، این پوششها میتوانند اثر محافظتی خاصی بر روی زیرلایه فراهم کنند و از آن در برابر خراشها، حلالها، باران، برف و غیره محافظت کنند. بهعنوان مثال، پوششهای نرم PU میتوانند بهطور قابل توجهی مقاومت در برابر خراش، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر حلال و سایر خواص سطح ABS را بهبود دهند. همچنین میتوانند براقیت را به 1 درصد در جهت ۶۰ درجه کاهش دهند و سروصدای ناشی از اصطکاک (friction noise) را کاهش دهند. تقاضای مصرفکنندگان برای پوششهای نرمحس برای محصولات پلاستیکی سخت مانندABS ، PC و پلیپروپیلن (PP) با لمسی نرم و صاف شبیه به چرم و ظاهری مات منجر به ظهور این پوششها شده است. شرکت آلمانی بایر اولین نسل از پوششهای نرمحس را در دهه ۱۹۹۰ توسعه داد. پس از آن، در زمینه سنتز مواد اولیه و فناوری تهیه برای پوششهای نرمحس، در سطح جهانی در خط مقدم قرار داشته است. پوششهای نرمحس همچنین بهعنوان پوششهای کشسان، پوشرنگهای کشسان، پوششهای لمسی، لاستیکی و غیره شناخته میشوند. نام آنها بهدلیل توانایی تغییر معایب محصولات پلاستیکی که سرد، سخت و براق هستند، به بافتی گرم، انعطافپذیر، ظریف و صاف است. در حال حاضر، زیرلایههای پلاستیکی که بهطور گستردهای برای پوششهای نرمحس در کالاهای مصرفی استفاده میشوند، شامل آذین داخلی خودرو (مانند صفحه عقربهها (instrument dial)، دستهها (handle)) و محصولات برقی (مانند اجزای رایانه، قابهای تلفن همراه، سیگارهای برقی و غیره) هستند که بهطور مستقیم با بدن انسان در تماس هستند. در دهههای گذشته، پوششهای نرمحس از جستجوی اولیه برای کشسانی مشابه پوست یا لاستیک نرم به دستیابی به بافتی مخملی، ابریشمی، خشک و نرم تغییر کردهاند. از دیدگاه مواد، عمدتا شامل PU، لاستیک سیلیکونی (SR) و اسید پلیاکریلیک (PAA) میباشند که PU سهم غالب بازار را دارد. بهطور کلی، در مقایسه باSR ، PU شفافیت، نرمی و مقاومت در برابر لکه بهتری دارد اما بیشتر مستعد زرد شدن و کمتر مستعد جدا شدن است. در مطالعهای مشخص گردید که برای تهیه پوشش PU نرمحس روی سطح فیلمهای پلیپروپیلن دوسوجهتیافته (BOPP) سه راهبرد مختلف وجود دارد: استفاده از ریزگویهای (microsphere) PU نرم و با کشسانی بالا، استفاده از لوسیون خود ماتکننده پلییورتان آبپایه (WBPU)، و استفاده از پخت با نور فرابنفش (UV) و برانگیختپار (eximer) برای تاثیرگذاری بر چروک سطح. شایان ذکر است معمولا مواد نرم به مواد سنتزی و مواد زیستی با مدول کشسان کمتر از ۱۰ مگاپاسکال گفته میشود. این مواد دارای ویژگیهای عالی مانند وزن سبک، مدول کم و قابلیت کشسانی هستند و همچنین عملکردهای مختلفی مانند حسگری (sensing)، عملگری (actuation)، عایقبندی و ترابری دارند. بنابراین، میتوانند در بسیاری از زمینهها مانند بافتهای هوشمند، دستگاههای انعطافپذیر، محصولات برقی پوشیدنی و غیره بهکار روند.
در مطالعهای بهطور نظاممند پیشرفتهای طراحی، تهیه و کاربرد مواد نرم از سه دسته ژل، اسفنج و لاستیک بررسی گردید.
اگرچه در مطالعات موجود مرورهایی درباره تعریف، ترکیب، ویژگیها و روشهای تشخیص پوششهای نرمحس وجود دارد، اما تحلیل این حوزه هنوز از عمق و وسعت کافی برخوردار نیست. همانگونه که در شکل (1) قابل ملاحظه است، این مطالعه مروری با شروع از عملکردها و الزامات کاربرد مواد نرمحس آغاز میشود. سپس، از طریق بررسی عمیق و دقیق سازوکار تشکیل و عوامل موثر بر احساس نرمی، تاریخچه تحقیق و توسعه و وضعیت کنونی مواد نرم¬حس و ویژگیهای مشترک آنها، راهحلهای جدیدی برای کاربرد مواد نرمحس در محصولات با ارزش افزوده بالا مانند قابهای تلفن همراه ارائه خواهد شد.
سازوکارهای تشکیل و عوامل موثر بر نرمحسی
ویژگیهای لذتبخش محرکهای لمسی (tactile stimuli)، از جمله احساس نرمی، برای کیفیت زندگی انسان حیاتی است. بهطور کلی، سطوح نرم و صاف خوشایند هستند، در حالی که سطوح سخت و زبر ناخوشایند محسوب میشوند. در مطالعهای پژوهشگران دریافتند که حس لمسی نه تنها به ویژگیهای سطح ماده بستگی دارد، بلکه تحت تاثیر عوامل متعددی مانند بخشهای حسی بدن انسان، سرعت تماس، سطح فشار، جنسیت انسان و زبری پوست انگشت نیز قرار میگیرد. علاوه بر این، تفاوت بین احساسات گرم و سرد انگشتان ناشی از دمای زیاد یا کم محیط نیز نقش مهمی در لذت لمسی ایفا میکند. در مطالعه دیگری دریافتند که احساس نرمی یک شی نتیجه ادراک مشترک حواس مختلف، مانند لامسه و بینایی است. در این میان، ادراک لمسی بر انعطافپذیری، گرانروی، اندازه ذرات و زبری مواد تمرکز دارد، در حالی که ادراک بصری نیز میتواند اطلاعات مشابهی ارائه دهد، بهویژه اینکه بین بینایی پویا و ادراک لمسی ارتباط قوی وجود دارد .پژوهشگران در مطالعهای اشاره کردند که ایجاد حس پوست (skin sensation) روی سطح اشیا به وجود ساختارهای خاصی مانند چروکها و برآمدگیها بستگی دارد که باعث میشود افراد در هنگام تماس با آنها خودآگاهی پیدا کنند. بر اساس سازوکار تشکیل صفحات حس پوست، آنها همچنین روشهای شکلدهی پوششهای حس پوست، شاخصهای ارزیابی حس پوست و غیره را مرور کردند تا به تولید مبلمان با حس پوست کمک کنند. پژوهشگران دیگری آزمایشهای لمسی ذهنی بر روی ۱۰ ماده، از جمله چوب طبیعی، چرم، پلاستیکهای مهندسی و فلز، که برای تهیه اجزای داخلی خودرو استفاده میشوند، انجام دادند. این آزمایشها شامل نرمی/ سختی، انعطافپذیری/ مقاومت، و همچنین گرما/ سرما بودند و با عملکردهایی که از آزمایشهای ریزبینی کاوند سودهشناسی (Tribological Probe Microscopy, TPM، سودهشناسی (tribology) دانش بررسی برهمکنش سطح و حرکت است. بررسی اصطکاک، روانکاری و سایش در این شاخه صورت میپذیرد، مترجم) مانند ریختشناسی (morphology)، اصطکاک، مدول یانگ و سختی به دست آمده بودند، مقایسه شدند. نتایج نشان داد که اگرچه تفاوت قابل توجهی در مقیاس منطقه ادراک شده بین این دو وجود داشت، اما هنوز هم همبستگی قوی بین آنها وجود دارد که نشان میدهد ادراک لمسی انسان واقعا تحت تاثیر ریزساختار و حتی نانوساختار سطح ماده قرار دارد. بهطور مشابه، پژوهشگران دیگری پوششهای نرم¬حس را با استفاده از رزینهای آبپایهای که از رزینهای PU نرم و سخت تشکیل شده بودند، تهیه کردند، تاثیر ترکیب و محتوای مواد اولیه بر عملکرد نرمحسی را مطالعه کردند و سعی کردند ارتباط بین درک کاربر و ویژگیهای اندازهگیری تجربی سطح پوشش را پیدا کنند. برای این منظور، ۷۲ نفر در یک محیط آزمایشی مشابه گرد هم آمدند تا پوشش را لمس کنند و امتیاز دهند و در عین حال ویژگیهای فیزیکی پوشش را از طریق اندازهگیریهایی مانند کشش مکانیکی، سختی Micro-Vickers (یک روش اندازهگیری سختی مواد است که از یک خلنده (indenter) الماسی هرمی شکل با نیروی کم برای ایجاد فرورفتگی در سطح نمونه استفاده می¬کند. این روش برای ارزیابی سختی مواد در مقیاسهای ریزبینی در مواردی که نیاز به دقت بالا در اندازهگیری سختی مناطق کوچک وجود دارد، کاربرد دارد، مترجم)، ریزبین نیروی اتمی (AFM) و ضریب اصطکاک توصیف کردند. نتایج نشان داد که اثر نرمحسی ماده زمانی بهترین بود که نسبت رزینهای نرم و سخت ۱:۳ بود. جالب است که فیلمهایی با بهترین اثر لمسی، آنهایی نبودند که کمترین یا بیشترین سختی را داشتند، بلکه پوششهایی بودند که بالاترین انعطافپذیری را داشتند.
علاوه بر این، بهترین پوشش برای احساس نرمی دارای ضریب اصطکاک کمتر و زبری سطح کمتری بود، اما پوشش با کمترین ضریب اصطکاک برای احساس نرمی مناسب نبود. همانطور که در شکل (2) نشان داده شده است، زبری سطح بهطور معکوس با اثر نرمحسی مرتبط است، به این معنی که یک سطح زبر میتواند اثر نرمحسی را کاهش دهد. بهطور کلی، بین خواص جامع مانند خواص مکانیکی، زبری سطح و ضریب اصطکاک و حس لمسی انسان همخوانی خوبی وجود داشت که آن را بهعنوان معیاری برای پیشبینی و ارزیابی اثر نرمحسی مواد تبدیل میکند. پوششهایی با بهترین اثر نرمحسی، آنهایی بودند که دارای سختی بالاتر، مدول متوسط، زبری کمتر و ضریب اصطکاک کمتری بودند.
بهطور کلی، ضریب اصطکاک اشیای نرم با مدول کشسان و سختی کمتر، بیشتر از اشیای سخت با مدول کشسان و سختی بیشتر است.
در مطالعه دیگری پژوهشگران با استفاده از پودرهایی برای پوششدهی پوست، مانند مواد ساخته شده از PU، آزمایشهای روانشناختی را انجام دادند. آنها دریافتند که برای سطوحی با مدول کشسان مشابه، هرچه ضریب اصطکاک کمتر باشد، احساس نرمی بهتری ایجاد میشود. در مقابل، وقتی فقط فشار وارد میشود، چنین تفاوتی مشاهده نمیشود. آنها بر این باور بودند که از دیدگاه سودهشناسی و مکانیک تماس، تداخل روانشناختی بین سختی (مدول کشسان) و ضریب اصطکاک یک تناقض است و جداسازی نادرست بین نیروهای عمود و مماس و تغییر شکل پوست در سرانگشت ممکن است دلایل اصلی این تناقض در انسانها باشد. با توجه به اینکه احساس نرمی، بهعنوان تجلی ارزش یک کالا، معمولا با ارزیابی حسی ذهنی مصرفکنندگان تعیین میشود و معایب زمانبر و پرهزینهای دارد، پژوهشگرانی تحت تاثیر جریان ادراکی انسان، یک سامانه ارزیابی لمسی مبتنی بر لایهبندی لمسی را پیشنهاد کردند که بازخورد لمسی از خروجی حسگرها را فراهم میکرد. آنها احساس لمسی را از احساس لمسی پایین (LTS) تا احساس لمسی بالا (HTS) طبقهبندی کردند و سپس از طریق تجزیه و تحلیل آماری، همبستگی بین هر سطح را بهدست آوردند. بر اساس اندازهگیریهای فیزیکی، ترجیحات تعیین شد و آزمایشها نشان دادند که دقت آزمایش تا 80 درصد بوده است. همانطور که از مطالب فوق میتوان مشاهده کرد، احساس نرمی بهطور واقعی با ماده و ساختار لایهای کالا ارتباط دارد که همچنین راهنمایی برای طراحی و تهیه مواد نرمحس فراهم میکند. بهعنوان مثال، با ترکیب هوشمندانه مواد سطحی با ساختارهای لایهای، میتوان احساس نرمی بینظیری ایجاد کرد. آزمایش عملکرد احساس نرمی هنوز نیازمند رویکردی بیشتر عینی و تکرارپذیر است. تنها به این صورت میتوان احساس نرمی را از یک ویژگی کیفی ذهنی به عملکرد کمی عینی تبدیل کرد و حتی مجموعهای از استانداردها برای پیروی صنایع مرتبط ایجاد کرد.
طراحی، تهیه و ویژگیهای مواد PU نرمحس
ترکیب پایه مواد PU نرمحس: مواد نرمحس نه تنها باید راحتی لمس پوست و زیبایی بصری را داشته باشند، بلکه باید مزایایی مانند مقاومت خوب (مقاومت در برابر خراش، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر حلال)، براقیت کم و تولید پایین ترکیبات آلی فرار (VOCs) را نیز داشته باشند. تولید ترکیبات فرار در پوششهای آبپایه میتواند کمتر از ۴ گرم بر مترمربع باشد، در حالی که این مقدار در پوششهای حلالی معمولا بیش از ۸۰ گرم بر مترمربع است. بهوضوح، پوششهای آبپایه که از آب بهعنوان حلال استفاده میکنند، با الزامات زیستمحیطی همخوانی بیشتری دارند و بنابراین در پوششهای داخلی خودرو نسبت به پوششهای خارجی سهم بسیار بالاتری دارند. در واقع، با معرفی پوششهای فلزی روی زیرلایههای بسپاری، میتوان انتشار VOC را کاهش داده و بعضی از عملکردهای جالب را محقق نمود، اما این موضوع در کانون توجه این مطالعه مروری نیست. همانطور که پیش از این ذکر شد، مواد استفاده شده برای نرمحسی عمدتا شامل PU،SR و PAA هستند، اما PU سهم بازار بسیار بیشتری نسبت به دیگران دارد. بنابراین تمرکز اصلی این مطالعه مروری بر PU خواهد بود. البته در تاریخچه مطالعات، گزارشهایی در مورد انواع دیگر مواد نرمحس نیز وجود دارد. بهعنوان مثال، پژوهشگرانی بر این باور بودند که چرم، خز، پر و سایر مواد استفاده شده بهعنوان مواد الکترودی با اصطکاک مثبت (friction-positive electrode material که همچنین به عنوان کاتد شناخته میشود، یکی از اجزای خانکهای الکتروشیمیایی مانند باتریهاست که جریان بار مثبت را در هنگام تخلیه اسان میکند. این ماده معمولا از موادی تشکیل میشود که میتوانند به راحتی الکترونها را دریافت و آزاد کنند و بدینوسیله جریان برق را در یک مدار ممکن میسازند، مترجم) دارای خواص لمسی خوبی (راحتی) هستند. بنابراین، آنها پودرهای غشای پوسته تخممرغ (ESM) را که در رسته مواد الکترودی با اصطکاک مثبت هستند، ذوب کرده و با PP مخلوط کردند و دریافتند که مواد چندسازه زیستی ESM/PP تهیهشده دارای خواص لمسی بهبود یافتهای هستند. سازوکار اصلی این بود که افزودن ESM قطبی ضریب اصطکاک درونصفحهای PP غیرقطبی را کاهش داده و مثبت بودن اصطکاک، نرمی سطح و چسبندگی آن را افزایش میدهد. علاوه بر این، پژوهشگران دیگری بسپار PAA اصلاحشده با هیدروکسیل را بهعنوان ماده تشکیلدهنده فیلم انتخاب کردند تا یک پوشش دو جزئی نرمحس برای پلاستیکهای ABS تهیه کنند که دارای احساس دست صاف، مقاومت خوب در برابر خراش و چسبندگی عالی بود. آنها تاثیر انواع و مقادیر اجزای اصلی (نرمکنندهها، عوامل ماتکننده، عوامل پخت، حلالها، افزودنیها و غیره) بر خواص اصلی فیلم پوشرنگ (چسبندگی، درجه نرمحسی، مقاومت در برابر خراش و غیره) را مورد بحث قرار دادند. آنها ابتدا جز A (شامل بسپار PAA اصلاحشده با هیدروکسیل، بسپار PAA گرمانرم، رنگدانه، پرکننده، عامل ماتکننده، پراکنشیار (dispersant)، عامل پخت، عامل ترازگر (leveling agent)، حلال و غیره) را تهیه کرده و سپس آن را بهطور یکنواخت با جز B (که عمدتا شامل مخلوطی از عامل پخت، رقیقکننده و غیره است) در نسبت معین مخلوط کردند و گرانروی را قبل از پاشش روی ورقهای ABS تمیزشده با اتانول بیآب تنظیم کردند. پس از 3–2 بار تکرار، پوشش در دمای اتاق به مدت 15–10 دقیقه خشک شده و سپس در دمای ۸۰ درجه سلسیوس به مدت 40–30 دقیقه پخت شد. ضخامت نهایی پوشش حدود ۳۰ میکرون بود. نتایج نشان داد که فرمولبندی بهینه مواد اولیه شامل عامل پختN-3390 ، عامل ماتکنندهOK607، یاریگر پخت دیبوتیلتین دیلورات (DBTDL)، عامل ترازگر سیلیکونی آلی BYK331 و عامل اکریلیک اصلاحشده با فلوئوروکربن EFKA3777 بود.
PU در سال ۱۹۳7 توسط Otto Bayer آلمانی اختراع شد و از حدود سال ۱۹۶۰ بهعنوان پوشش برای هواپیماها مورد استفاده قرار گرفت. PU به دو نوع پلیاستری و پلیاتری تقسیم میشود که میتوانند برای تهیه موادی با ویژگیهای ظاهری مختلف، مانند پلاستیکها (عمدتا پلاستیکهای اسفنجی)، الیاف (spandex) و لاستیکها استفاده شوند.
واکنش شیمیایی پلییورتان شامل بسپارش تراکمی بین مواد سختکننده پلیایزوسیانات (مانند سهپار (trimer) هگزامتیلن دیایزوسیانات (HDI)، بیوره (biuret) و غیره) و دیالها (پلیاستر، پلیاتر یا انواع دیگر) انجام میشود. فرمول کلی واکنش بهصورت زیر است:
-N=C=O + -OH → -NH-COO-
باید توجه داشت که ایزوسیاناتها بهراحتی با آب واکنش میدهند و اوره تولید میکنند:
2-N=C=O + H2O → -NH-CO-NH- + CO2
بنابراین، در محیط آبی، مقدار گروههای ایزوسیانات (-N=C=O) که اضافه میشود (که تغییرات محتوای آن میتواند با طیفسنجی تبدیل فوریه فروسرخ (FTIR) اندازهگیری شود) باید کمی بیشتر از مقدار گروه هیدروکسیل (-OH) پلیالها باشد. همچنین، پلیایزوسیاناتها معمولا آبگریز هستند، بنابراین نیاز به افزودن نامیزهسازها (emulsifier) یا رزینهای پلیهیدروکسی برای نامیزه¬سازی (emulsification) وجود دارد.
ترکیب پوششهای PU نرم¬حس معمولا شامل ماتریس بسپاری کشسان، عامل پخت، یاریگر، پودر کشسان، افزودنی ایجاد احساس نرمی، پودر ماتکننده، عامل ترازگر، عامل خیسکننده، حلال آلی، افزودنیها و غیره است. مواد اصلی که عملکرد نرمحسی را فراهم میکنند شامل رزین کشسان، پودر کشسان و افزودنیهای ایجاد احساس نرمی هستند. پوششهای PU نرم¬حس معمولا از پراکنش WBPU با کشسانی بالا و ایزوسیاناتهای آبپایه تشکیل میشوند. کشسانی بالای پوششهای PU ناشی از زنجیرهای بلند خطی و ترکیب متعادل از اتصالهای عرضی است. عوامل ترازگر و خیسکننده عمدتا برای بهبود یکنواختی پوششها استفاده میشوند، در حالی¬که افزودنیهای مومی (مانند موم نخل برزیلی) میتوانند سطحی صاف تولید کنند. قسمت سخت PU سختی و خواص دمای بالا را تعیین میکند، در حالیکه قسمت انعطافپذیر خواص کشسانی، خواص دمای کم، مقاومت در برابر آبکافت و مقاومت در برابر حلال را تعیین میکند. تفاوت اصلی بین پوششهای PU نرم¬حس و پوششهای معمولی این است که نوع اول دارای قسمتهای انعطافپذیر بیشتر و چگالی اتصال عرضی کمتری هستند. بنابراین، آنها مقاومت به دماهای کم بهتری دارند، اما ممکن است مقاومت کمتری در برابر حلال داشته باشند. بهنظر میرسد که واقعا بین ویژگیهای نرمحسی پوششهای PU و مقاومت آنها در برابر حلال تضادی وجود دارد، بنابراین در عمل باید بر اساس الزامات خاص کاربردی، برخی از مصالحهها انجام شود.
فرمولبندی ویژه، آزمایش عمکرد، روشهای تهیه تحقیق و توسعه مواد PU نرمحس
- فرمولبندی ویژه مواد PU نرمحس
چند فرمولبندی معمولی برای مواد PU نرمحس در جدول (1) فهرست شده که برخی از آنها نیز فرمولبندیهای بهینهشده هستند. میتوان مشاهده کرد که فرمولبندیهای اصلی شامل رزین کشسان، عامل پخت، یاریگر پخت، افزودنی کشسان، پودر ماتکننده، عامل ترازگر، رقیقکننده و افزودنیها و غیره است. در میان آنها، انواع متنوعی از افزودنیها وجود دارد که هر کدام نقش متفاوتی را ایفا میکنند.
- آزمایش عملکرد مواد PU نرمحس
آزمایش عملکرد مواد PU نرمحس عمدتا شامل زمان خشک شدن، ضخامت فیلم، چسبندگی، سختی مدادی (pencil hardness، یک روش آزمون برای ارزیابی مقاومت پوششها در برابر خراش است. در این روش مدادهایی با درجات سختی مختلف روی سطح کشیده میشوند و میزان خراشیدگی سطح، نشاندهنده میزان سختی پوشش است، مترجم)، براقیت (در ۶۰ درجه)، انعطافپذیری، نرمحسی (شامل نرمی، صافی و کشسانی)، مقاومت در برابر خراش، مقاومت در برابر ضربه، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر آب، مقاومت در برابر حلال (مانند اتانول، بوتانون (متیل اتیل کتون (MEK)، مترجم) و غیره)، مقاومت در برابر اسید و باز، مقاومت در برابر دما و آب بالا و غیره است (همانطور که در جدول (2) نشان داده شده است).
دو نوع روش توصیف برای نرمحسی وجود دارد:
1. روش لمس دست (hand-touch method): این روش شامل لمس مستقیم سطح با دست و ارزیابی بر اساس درک ارزشی است. اگرچه این روش راحت و سریع بوده و بهطور گستردهای استفاده میشود، اما فاقد شاخصهای کمّی است و به شدت تحت تاثیر عوامل انسانی قرار دارد.
2. روش تشخیص فیزیکی (physical detection method): این روش احساس لمسی را به چهار جنبه تقسیم میکند: زبر/صاف، نرم/سخت، سرد/گرم، و خشک/خیس، و تلاش میکند تا شاخصهای کمّی را تعیین کند. این روش بهبودیافتهتر از روش لمس دستی است، اما هنوز فاصله معناداری از کمیت واقعی دارد.
روشهای تهیه و پیشرفت تحقیقات مواد PU نرمحس
اولین مواد PU نرمحس از طریق کشسانی زنجیرههای اصلی پلیاستر بهدست آمدند، اما مقاومت آنها در برابر آب و زرد شدن ضعیف بود و مواد شیمیایی مضر مانند تریاتیلآمین (TEA) در فرمولبندی موجود بود. از سال ۲۰۰۸ تا ۲۰۰۹، شرکت Bayer یک پوشش لمسی کشسان متشکل از یک پخشکننده حاوی گروههای هیدروکسیل و پلیایزوسیاناتها را معرفی کرد که میتوانست واکنش دهد و پوششی شبیه به لاستیک تشکیل دهد. علاوه بر این، پیوندهای PU واکنشناپذیر با وزن مولکولی بالا نیز به سامانه اضافه شدند تا احساس مخملی، نرم و خشک را فراهم کنند. در مطالعهای از نسبت معینی از رزینهای PL1300 و PS301 بهعنوان رزینهای کشسان استفاده شد و عوامل پخت، یاریگر، افزودنیهای لمسی، پودر کشسان، پودر ماتکننده، عاملهای ترازگر و غیره اضافه شد تا پوشرنگ نرمحس تهیه گردد. فرمولبندی بهینه شده بهدست آمده بهصورت زیر بود:
- نسبت دو رزین پلیاستر در رزین کشسان ۱:۱؛
- مقدار یاریگر ۲ درصد وزنی از کل مقدار رزین؛
- مقدار عامل پخت ۱.۱ برابر مقدار معادل؛
- مقدار عامل لمسی ۱۰ درصد وزنی از کل مقدار رزین؛
- مقدار پودر کشسان ۵۰ درصد از کل مقدار رزین؛
- مقدار پودر ماتکننده ۵ درصد وزنی از کل مقدار رزین.
ابتدا زیرپوشه (primer) به ضخامت 20–15 میکرون و سپس پوشش بالایی به ضخامت 30–25 میکرون پاشیده شد.
اختلاف بین دو فرمولبندی این بود که دومی دارای مقدار بیشتری از عوامل پخت و رقیقکننده نسبت به اولی بود. قبل از پاشش، از یک پارچه صافی ۲۰۰ مش استفاده شد و پوشش پس از پاشش به مدت 20–15 دقیقه در هوا خشک شد و سپس در دمای ۸۰ درجه سلسیوس به مدت ۳۰ دقیقه پخت شد.
پژوهشگران دیگری تریاکریلات پنتا اریتریتول (PETA) و پلیدیمتیلسیلوکسان (PDMS) را به زنجیره اصلی WBPU معرفی کردند تا لوسیون WBPU اصلاحشده با سیلوکسان تهیه کنند که میتوانست با UV پخت شود و سپس این لوسیون را با افزودنیها ترکیب کردند تا پوششهای آبپایه تهیه کنند. در مقایسه با پوششهای بدون اصلاح، پوشش اصلاحشده دارای مقاومت خوب در برابر آب و حلال بود در حالی که احساس نرمی عالی را حفظ میکرد و میتوانست بهعنوان پوشش نرمحس آبپایه استفاده شود. در این بین، بخشهای بسپار سیلیکونی به ماده احساس نرمی خوبی دادند، در حالی که پخت با UV چگالی پیوند مورد نیاز را فراهم کرد. مواد اولیه شامل ایزوفورون دیایزوسیانات (IPDI)، PDMS، پلیتترا هیدروفوران اتر گلیکول (PTMG)، اسید دیهیدروکسیمتیلپروپیونیک (DMPA)، بوتاندیال (BDO)، PETA، TEA، DBTDL، آغازگرهای نوری Irgacure 1173 و Irgacure 500 و افزودنیها بودند. در فرایند تهیه پوشش، ابتدا لوسیون WBPU تهیه شد و سپس آغازگر نوری، عامل خیس¬کننده، عامل ترازگر، عامل ضد کف، عامل گرانرویافزا و آب به آن اضافه شد. پژوهشگران پراکنش WBPU را با یا بدون گروههای انتهایی هیدروکسیل با استفاده از پلیاستر پلیالها و دیایزوسیاناتها سنتز کردند. پس از مخلوط کردن، عوامل ضد کف، عوامل ترازگر، پراکنش¬یارها، عوامل خیسکننده، عوامل ضد رسوب و سایر افزودنیها اضافه شدند و سپس با عوامل پخت پلیایزوسیانات آلی آبدوست واکنش دادند تا پوششهای PU نرمحس دو جزئی تولید گردند. مواد اولیه اصلی شامل IPDI، HDI، پلیاستر پلیالها، DMPA، N-متیلپیرولیدون، TEA، DBTDL، تریاتیلندیآمین، عامل ترازگر، عامل ضدکف، عامل ضد رسوب، عامل خیسکننده و پراکنشیار بودند. پس از تهیه فیلم پوشرنگ و خشک شدن سطح، آن را در دمای ۸۰ درجه سلسیوس به مدت ۳۰ دقیقه پخته و سپس به مدت ۲ روز در دمای اتاق نگه داشتند. آنها دریافتند که با افزایش وزن مولکولی پلیاستر پلیالها یا نسبت -OH/-N=C=O، انعطافپذیری، مقاومت در برابر ضربه و مقاومت در برابر خراش فیلم پوشرنگ بهبود مییابد، اما چسبندگی، سختی و مقاومت در برابر حلال کاهش مییابد. دلیل اصلی این امر کاهش چگالی پیوند است. پلیاستر پلیال مطلوب دارای وزن مولکولی ۲۰۰۰ گرم بر مول بود، نسبت -OH/-N=C=O برای پخش 6/1 و نسبت-OH/-N=C=O برای پخت، 65/0 بود.
پژوهشگران دیگری از رزین پلیاستر بهعنوان ماده تشکیلدهنده فیلم همراه با پودر ماتکننده، یاریگر (DBTDL)، حلال، عامل ترازگر، عامل پخت و غیره استفاده کردند تا پوشش لمسی کشسان برای رزین ABS تهیه کنند. ابتدا رزین پلیاستر، حلال، یاریگر، پودر ماتکننده و عامل همترازکننده مخلوط شدند و سپس عامل پخت و رقیقکننده اضافه شدند تا گرانروی به 18–15 ثانیه برسد. قاببندهای ABS با ایزوپروپانول تمیز شدند تا گرد و غبار و لکههای روغن حذف شوند. پس از پاشش، سطح به مدت ۱۰ دقیقه خشک شد و سپس در دمای ۶۰ درجه سلسیوس به مدت ۳۰ دقیقه پخت شد یا به مدت ۲۴ ساعت در دمای اتاق خشک شد. آنها دریافتند که عوامل ترازگر سیلیکونی میتوانند نرمی را فراهم کنند، در حالی که عوامل ترازگر اکریلیک میتوانند احساسی شبیه چرم را ایجاد کنند. فرمولبندی بهینه شامل پلیاستر هیدروکسیل خطی، پودر ماتکنندهTS100 ، عامل ترازگر سیلیکونی آلی، یاریگر DBTDL و نسبت -N=C=O/-OH برابر با 3/1 بود.
در مطالعه دیگری از WBPU بهعنوان ماده تشکیلدهنده فیلم برای تهیه پوشش آبپایه برای پلاستیک ABS استفاده شد که دارای احساس دستی صاف، براقیت نرم، مقاومت خوب در برابر خراش و چسبندگی عالی بود. پژوهشگران همچنین تاثیرات انواع و مقادیر عوامل ضدکف، عوامل اتصال سیلیکونی، پودرهای کشسان، پراکنشیارهای مومی، عوامل پخت نیتروپیرازین، گرانرویافزاها و سایر افزودنیها را بر چسبندگی، مقاومت در برابر آب، مقاومت در برابر خراش و سایر خواص پوشش مطالعه کردند. آنها WBPU را با استفاده از ایزوسیاناتهای آلی و پلیکربنات پلیالها بهعنوان مواد اولیه اصلی تهیه کردند و افزودنیهای کشسان (برای بهبود مقاومت در برابر خراش)، عوامل خیسکننده، عوامل ضدکف (برای حذف حبابهای کوچک و بزرگ)، گرانرویافزاها، عامل ترازگر، پراکنشیار مومی (برای مقاومت در برابر خراش و نرمحسی)، عامل ماتکننده، عوامل اتصال سیلان (برای بهبود چسبندگی)، عوامل پخت نیتروپروپیدین (برای بهبود مقاومت در برابر آب)، عوامل تشکیلدهنده فیلم و غیره اضافه کردند. روش خاص این بود که ابتدا آب، عامل ضدکف، عامل خیسکننده، پودر ماتکننده و پودر کشسان به ترتیب اضافه شوند. پس از یکنواخت شدن پراکنش، WBPU، عامل ترازگر، عامل اتصال سیلان، عامل ضد یخ، عامل تشکیلدهنده فیلم و پراکنشیار مومی به ترتیب اضافه شدند. سپس گرانرویافزا افزوده شد. پس از نگهداری به مدت ۲۴ ساعت، عوامل پخت نیتروژن و پروپیدین و آب به ترتیب اضافه شدند. در نهایت، پاشش 3–2 بار روی قاببند ABS تمیز شده با اتانول بیآب انجام شد. پوشش ابتدا به مدت 3–2 ساعت در دمای اتاق خشک شد و سپس در دمای ۵۰ درجه سلسیوس به مدت 20–15 ساعت پخت شد. ضخامت نهایی پوشش تقریبا ۳۰ میکرون بود. نتایج نشان داد که ضدکف بهینه BYK024، عامل خیس¬کننده BYK190، افزودنی چندمنظوره AMP95، عامل ماتکننده N20، پودر کشسان P800T ، عامل ترازگرBYK348 ، عامل اتصال AC662، ضدیخ پروپیلن گلیکول، عامل تشکیلدهنده فیلم TEXANOL استر الکل، پراکنشیار مومی CERAFLOUR929، گرانروی¬افزا Tego3030 و عامل پخت SaC100 بودند.
در شانگهای چین، ابتدا چسب گرمایی پیشپوششدار یا فیلمهای نرمحس بدون پوشش را تهیه کرده و سپس آنها را بر روی سطوح کاغذ، پلاستیک و سایر مواد لایهلایه کردند تا سطوح نرمحس بهدست آورند. این روش میتواند یک روش فراورش جایگزین برای جلوگیری از پاشش مستقیم مواد نرمحس باشد.
شرکت هلندی AkzoNobel در آمستردام در سال ۲۰۱۴ پوشش DuraSilk UV را توسعه داد که میتوانست بر روی سطوح کالاهای برقی شخصی با رنگ روشن اعمال شود و بافت نرمتری به آنها بدهد. این پوشش میتوانست در دماهای پایین با UV پخت شود که باعث صرفهجویی در انرژی شده و تخلخل سطحی بسیار پایینی داشت و دارای مقاومت خوبی در برابر لکهها بود.
همانطور که از مطالب فوق میتوان مشاهده کرد، پیشرفتهای قابل توجهی در سنتز و تهیه مواد نرمحس نمایان شده است که شامل PU ، SR و PAA میشود. اما همچنین مشخص است که این زمینهها در سالهای اخیر به پیشرفتهای چشمگیری دست نیافتهاند. بهعنوان مثال، بیشتر طراحیها و سنتز مواد PU نرم¬حس از ایدهها و فرایندهای سنتی منحرف نشدهاند. بنابراین، لازم است که از جهتگیریهای توسعه در زمینههای مرتبط الهام گرفت تا نوآوری در این حوزه به جلو رانده شود. زمینههای مرتبط شامل، اما نه محدود به، چندسازههای پیشرفته، مواد برقی و مواد زیستی هستند.
کاربرد مواد نرمحس در زمینههای محبوب مانند قابهای تلفن همراه
محصولات برقی مانند تلفنهای همراه، رایانهها و کالاهای مصرفی با کیفیت بالا، از جمله سیگارهای برقی و لوازم آرایشی، دارای ارزش افزوده اقتصادی بالایی هستند و بنابراین به پوستههای نرمحس نیاز دارند. در واقع، رنگ و ماده قاب تلفن همراه تقریبا به یک اندازه مهم هستند. موادی که در حال حاضر به طور گسترده برای قابهای تلفن همراه استفاده میشوند شامل فلز، لاستیک و پلاستیک، چرم و شیشه هستند. در میان آنها، مواد فلزی رایج شامل آلیاژ آلومینیوم، آلیاژ تیتانیوم، فولاد ضد زنگ، مس و غیره؛ پلاستیکهای مهندسی شاملABS ، PC، پلیفنیلن اکسید (PPO) و غیره؛ و لاستیک¬ها شامل SR، پلییورتان گرمانرم (TPU) و غیره هستند. علاوه بر این، چندسازهها میتوانند با افزودن الیاف کربن (CF)، الیاف کِولار (Kevlar، الیاف آرامیدی تولید شرکت Dupont که دارای ویژگیهایی نظیر سبکی، مقاومت در برابر کشش، گرما و سایش میباشند، مترجم) و سایر مواد به مواد لاستیکی و پلاستیکی تهیه شوند. جدول (3) به پژوهشهای مرتبط با نرمحسی قابهای تلفن همراه اشاره دارد.
وظیفه اصلی قاب تلفن همراه نه تنها محافظت از گوشی در برابر خش و سایش بدنه توسط اشیای سخت است، بلکه شامل ویژگیهایی مانند زیباییشناختی، ضدلغزش، ضد سقوط، ضد آب بودن و تقویت علایم (signal) نیز میباشد. شرکت چینی Vivo با استفاده از فناوری آبکاری پاششی نارسانای لیزری (non-conductive electroplating spray laser، NCL) توانسته است بافت فلزی را روی قابهای پلیکربنات ایجاد کند راهبرد پایه این است که فلز را در عمق پوسته قرار داده و پوشرنگ پختشونده (baking paint، به نوعی رنگ گفته میشود که پس از اعمال روی سطح، باید در دمای مشخص و معمولا در کوره گرما داده شود تا خشک و پخته شود. این فرایند گرمایش باعث میشود رنگ سختتر، بادوامتر و مقاومتر در برابر عوامل محیطی مثل خراش، گرما، مواد شیمیایی و رطوبت شود، مترجم) با بافت فلزی مات را به سطح متصل میکنند که بافتی بسیار نزدیک به فلز (شامل شنزنی (sandblasting) آلیاژ آلومینیوم، آندش (anodizing) و براقیت بالا) ایجاد کرده و حس صافی و نرمی دستی را افزایش میدهد.
قابهای گوشی پلاستیکی و لاستیکی را میتوان به روش تزریق پلاستیک تولید کرد، اما محصولات آنها مستعد عیوبی مانند پرنشدن قالب تزریق (under-injection)، سرریز شدن مواد (over flow)، تاب برداشتن، آثار ناشی از جمعشدگی، خطوط جوش، آثار ناشی از مواد سرد، حباب، نقصهای سطحی و غیره هستند. بنابراین، لازم است ویژگیهای مواد، اندازه و شکل قالبها و شرایط فرایند قالبگیری برای بهبود کیفیت محصولات تنظیم شود. پژوهشگرانی راه حلی برای مشکل هوای محبوس شده که در طول فرایند تزریق پلاستیک قابهای تلفن همراه مستعد وقوع بود، پیشنهاد کردند. پژوهشگران دیگری نیز در مورد فرایند و طراحی قالب تزریق پلاستیک برای قابهای تلفن همراه بحث کردند. در پژوهش دیگری یک قالب تزریق پلاستیک خودکار برای قابهای تلفن همراه مورد مطالعه قرار گرفت و فشار تزریق، زمان و دما به عنوان عوامل موثر در نظر گرفته شد. در این پژوهش رفتار جریان سیال درون قالب با استفاده از نرمافزار Moldflow (نسخه 2021.0.1) شبیهسازی شد تا موقعیت بهینه راهگاه تعیین گردد. سیستم تغذیه و مدار خنککننده شبیهسازی شد، تغییر شکل ناشی از تاب برداشتن، تخلخل و خطوط جوش قطعات تزریق شده تجزیه و تحلیل شد و در نهایت طرح بهینه ترکیب فناوری فراورش برای قالب تزریق قاب تلفن همراه تعیین گردید. نتایج نشان داد که تعداد خطوط جوش تولید شده توسط تغذیه دو نقطهای راهگاه کمتر از تغذیه چهار نقطهای راهگاه بود و انقباض ناهمگن بزرگترین عامل ایجاد کننده تغییر شکل کلی قطعات تزریق شده بود. در این پژوهش، همچنین ترکیب فرایند بهینه، از جمله دمای قالب، دمای مذاب، زمان تزریق، تعداد راهگاهها، آرایش کانالهای خنککننده، زمان نگهداری، فشار نگهداری و غیره ارائه شد که به طور قابل توجهی میزان تغییر شکل ناشی از تاب برداشتن را کاهش داد.
قاب تلفن همراه ساخته شده از پلاستیکهای مهندسی را میتوان از طریق فرایندهایی مانند پوشرنگ پختشونده، پاشش پوشرنگ و سنبادهزنی از نظر زیباییشناختی دلپذیرتر کرد، اما رسانایی گرمایی ضعیف و دفع حرارت کم از معایب اصلی آن است. پاشیدن پوشرنگهای مختلف بر روی قاب گوشی میتواند رنگ و بافت آن را تغییر دهد، در حالی که در قابهای گوشی پلاستیکی و لاستیکی، عملیات پاشش پوشرنگ دارای مزایایی مانند بازده تولید بالا، دامنه کاربرد وسیع و تولید دستی و خودکار است. با این حال، عملیات پاشش خودکار به قطعه بدون گرد و غبار در سطح میلیونها تا صدها هزار نیاز دارد و تجهیزات پاشش شامل اتاقهای پوشرنگپاشی، پیستولههای پوشرنگپاشی، کورههای پخت، کورههای خشککن، تجهیزات انتقال قطعات کار و تجهیزات تصفیه گازهای خروجی است. ذرات ریز پوشرنگ و حلالهای آلی فرار تولید شده در عملیات پاشش خودکار نه تنها محیط زیست را آلوده میکنند و برای سلامتی انسان مضر هستند، بلکه باعث هدر رفتن مواد پوششی و ایجاد برخی خسارات اقتصادی نیز میشوند.
در پاسخ به مشکل ضعف عملکرد باتریهای لیتیوم یونی تلفنهای همراه در مناطق بسیار سرد، که عموما منجر به استفاده نامناسب از تلفن میشود، پژوهشگران یک قاب تلفن با عملکردهای عایق و گرمایشی طراحی کردند که شامل لاستیک بیوتیل، پلاستیک ABS، یک پوسته چرمی و یک صفحه گرمایش SR بود.
الیاف شیشه (GF) در داخل پوسته اضافه شد تا اثرات ضد لغزش، ضد سقوط و عایق گرمایی و همچنین حس لامسه خوب ایجاد کند. صفحه گرمایش SR یک پودمان (module) کنترل دما را در خود جای داده بود که توسط یک منبع تغذیه خارجی (مانند بانک انرژی (power bank)) از طریق سیمهای مقاومتی یا سایر عناصر گرمایشی گرم میشد (همانطور که در شکل (3) نشان داده شده است). آزمایشها نشان داد که این قاب تلفن میتواند عملکرد عادی تلفن همراه را در دماهای پایین 20- درجه سلسیوس تضمین کند.
در حال حاضر، چشمگیرترین قاب تلفن همراه با نرمحسی فوقالعاده، از چندسازههای بافته شده از الیاف کولار ساخته شده که مورد تحسین بسیاری از کاربران قرار گرفته است. در این میان، در پاسخ به روش بافت سنتی الیاف کولار، که فقط دارای بافت تخت یا مورب دو رنگ و الگوها و رنگهای به نسبت ساده است، شرکت چینی Shenzhen Zero One Innovation Technology Co.، در اکتبر ۲۰۲۱ یک فناوری بافت شناور به نام PitakaTM را توسعه داد که به الگوها، رنگها و حس سهبعدی متعددی دست یافت و بدین ترتیب یک تجربه بصری و لمسی برجسته را از نظر ظاهر و لمس برای این نوع قاب تلفن همراه فراهم کرد. به طور خاص، این فرایند شامل تنظیم ترتیب متناوب تار و پود برای الیاف کولار با رنگهای اصلی مختلف بود و به پارچه اجازه میداد تا دو یا چند درهمرفتگی بافت مختلف ایجاد کند که پوسته را در بر میگیرد تا اثرات ضد لغزش، ضد سقوط و عایق گرمایی و همچنین حس لامسه خوب ایجاد کند.
شکل (4) عکسی از قاب گوشی ساخته شده از چندسازه بسپاری الیاف کِولار Pitaka™ 1500 D را نشان میدهد. این قاب نه تنها مقاومت ضربهای بالایی دارد، بلکه وزن سبکی هم دارد (ضخامت معمولی حدود 95/0 میلیمتر و وزن حدود 3/17 گرم)، ضد لغزش، ضد لکه (بدون باقی گذاشتن اثر انگشت)، دارای قابلیت خوب برای دفع گرما و همچنین احساس نرم و عالی در دست گرفتن است. ظهور قابهای تلفن همراه چندسازه الیاف کولار نه تنها بسیاری از جنبههای سازوکار تشکیل نرمحسی ذکر شده در بالا را تایید میکند، بلکه مرجع خوبی برای طراحی و تهیه مواد جدید نرمحس نیز فراهم مینماید. مفهوم طراحی “انعطافپذیر در تغییر شکلهای کوچک و سخت در تغییر شکلهای بزرگ” از نظر خواص مکانیکی نیز راهبرد خوبی برای کاربرد میکرو و نانو چندسازههای بسپاری مبتنی بر لاستیک و پلاستیک در مواد نرمحس ارائه میدهد.
در عین حال، سایر خواص سطحی مهم این محصولات، مانند عملکرد دفع حرارت، عملکرد ضد لک و غیره، نیز ملاحظات مهمی هستند که هنگام طراحی مواد نرمحس باید به آنها توجه شود. در مورد چسبندگی مواد نرمحس به زیرلایه پلاستیکی، واکنشهای شیمیایی در طول تشکیل پوشش قطعا استحکام پیوند بالایی را فراهم میکنند. اما حتی بدون واکنش شیمیایی، بیشتر پوششهای نرمحس همچنان میتوانند از طریق نیروهای واندروالسی و پیوندهای هیدروژنی به زیرلایه پلاستیکی محکم بچسبند. نرمحس
بحث و چشمانداز
با توجه به بررسی اجمالی فوق و مراجع قبلی، به وضوح میتوان دید که کاربرد مواد نرمحس برای بهبود کیفیت و سطح قیمت محصولات پلاستیکی سخت بسیار مهم است، بنابراین ادامه پژوهشها و توسعه عمیق ضروری است. با این حال، هنوز پرسشهای بسیاری وجود دارد که ارزش بررسی بیشتر در مورد سازوکارهای روانفیزیکی (psychophysical) زیربنای ایجاد نرمحسی را دارند، که برای راهنمایی در زمینه انتخاب، طراحی و تهیه مواد نرمحس مهم هستند. با توجه به اینکه ترکیب شیمیایی، روشهای سنتز و انتخاب افزودنیها برای مواد PU نرمحس به نسبت به بلوغ رسیدهاند، دستیابی به پیشرفتهای چشمگیر در آینده نزدیک به شدت مورد نیاز است. به ویژه برای محصولات با ارزش افزوده بالا مانند قابهای تلفن همراه، الزامات بالاتری برای مواد نرمحس وجود دارد که نیازمند پیشرفتهای انقلابی در مفاهیم طراحی و راهبردهای پیادهسازی است. از نظر جهتگیریهای توسعه آینده مواد نرمحس، جنبههای زیر قطعا ارزش بررسی عمیق را دارند:
اول، در مقایسه با سامانههای سنتی، سامانه تک جزئی مبتنی بر حلال، سامانه مبتنی بر آب و سامانه پخت UV همگی دارای ویژگیهای خاص خود هستند که الزامات زمان را برآورده میکنند، بنابراین ارزش گسترش و بهینهسازی را دارند.
دوم، استفاده از چندسازهها برای دستیابی به اثرات همافزایی، بنیان موادی است که الزامات محصولات با کیفیت بالا از جمله وزن سبک، استحکام بالا، رسانایی گرمایی بالا، دفع سریع گرما، خودتمیزشوندگی و غیره را برآورده میکند.
در نهایت، برآورده کردن همزمان نیازهای پایهای مانند حفاظت از محیط زیست و مقرون به صرفه بودن، همراه با داشتن خواص ضد اثر انگشت و ضد الکتریسیته ساکن، یک نیاز فوری برای چند منظوره بودن مواد نرمحس است.
نتیجهگیری
با توجه به اینکه پوششهای مواد نرم¬حس عمدتا PU، SR، PAA و غیره) میتوانند بر معایب سطوح سرد، سخت و براق محصولات پلاستیکی معمولی مانندABS ، PC و PP غلبه کرده و جلوههای گرم، نرم و مات ایجاد کنند، بنابراین کیفیت و سطح قیمت آنها را به طور قابل توجهی بهبود میبخشند، و هنوز کمبود بررسی عمیق در مورد فلسفه طراحی و راهبردهای تهیه مواد نرمحس وجود دارد، این بررسی از سازوکار تولید نرمحسی آغاز شده، سپس کاربرد مواد نرمحس را به طور نظاممند بررسی کرده و در نهایت پیشرفتهای تحقیق و توسعه مواد نرمحس را با تمرکز بر PU به طور نظاممند مرور کرده است. نتیجه گرفته شد که هم درک عمیق سازوکارهای روانفیزیکی نرمحسی و هم توسعه بیشتر طراحی، تهیه، شناسایی و کاربرد مواد نرمحس مورد نیاز است. محصولات با ارزش افزوده بالا الزامات بالاتری برای مواد نرمحس دارند، بنابراین پیشرفتهای انقلابی در مفاهیم طراحی و راهبردهای پیادهسازی مانند مهندسی سطح و ترکیب مواد چندگانه و دوگانه به شدت مورد انتظار است.
منبع:
Bangzheng Jiang, Yueyang Xu, Lanlan Zhang, Xing Zhou, Hui Lang, Luqi Liu, Jun Zhao, “Soft feel material coatings on the surface of plastic products and their application prospects in the popular fields: A Review”, Coatings, 2024,14 (6),748, Page 1-16.