یکی از ويژگي هاي مصالح ساختماني معدني، طبيعت متخلخل آن ها است. به همين علت اين دسته از مواد، به سادگي آب جذب ميكنند و در نتيجه ديوارهاي بيروني بر اثر ريزش باران، به سرعت رنگ پريده مي شوند و آسيب مي بينند. اين ضعف، حفاظت از نمای بيروني ساختمان ها را ضروري ميکند . با رشد مصرف مواد عايق بندي و ملات های سبك، نماسازي با یک ترکیب تراواي بخار آب از مهم ترين الزامات است، چرا كه اگر نما به خوبي محافظت شده باشد، رطوبت جذب شده فرصت و امكان عبور از لايه هاي محافظ را به دست مي آورد.
مقاومت در برابر آب باران، از طریق عوامل آب گریز کننده فراهم می شود. از لحاظ تاریخی، چربی ها و روغن های طبیعی به عنوان عوامل آب گریز کننده برای کاهش جذب آب مورد استفاده قرار می گرفته اند. امروزه علاوه بر موم ها ، از ترکیبات سیلیکونی آلی مانند روغن های سیلیکونی، پلی سیلوکسان های عامل دار و رزین های سیلیکونی استفاده می شود.
1 -نحوه عملکرد
جذب آب سطوح متخلخل عموماً از طریق مویینگی اتفاق می افتد.
درصورتی که یک مایع بتواند سطح جامد را تر کند، مایع بر روی سطح پخش شده و سطح تماس خود با جامد را افزایش می دهد. انرژی سطحی جامد با این افزایش سطح مخالفت کرده و در جهت کاهش سطح تماس عمل می کند. نیروی کششی
حاصل، باعث بالا رفتن مایع در مویینگی ها و تشکیل یک زاویه تماس بین مایع و دیواره مویینه می شود. برای مایعات تر کننده، این زاویه کوچکتر از º90 است و درصورتی که مایع توانایی تر کردن سطح مویینه را نداشته باشد، سطح مایع درون لوله مویینه پایین تر از سطح آزاد مایع خواهد بود
2 - آب گریزی
برای حفاظت مناسب از سازه ها، باید از تر شدن مصالح ساختمانی جلوگیری کرد. این کار از طریق پوشش دادن مویینگی ها با عوامل آب گریز کننده مانند سیلیکون و موم های پارافینی امکان پذیر است.
کشش سطحی کم عوامل آب گریز کننده، انرژی سطحی بین دیواره مویینگی و مایع را زیاد می کند و این به معنای افزایش زاویه تماس در حفره است. در سامانه های آب پایه از روغن ها و رزین های سیلیکونی به عنوان عوامل آب گریز کننده استفاده می شود مزیت استفاده از سیلیکون ها به عنوان عوامل آب گریز کننده این است که کشش سطحی پایین آن ها منجر به تشکیل فیلمی با ضخامت یک مولکول روی سطح مویینگی شده و به علت آب گریز شدن حفره آب دیگر قادر به ورود به آن نیست. این در حالی است که نفوذپذیری آن ها نسبت به بخار آب و هوا تغییر چشم گیری نخواهد کرد. در واقع سیلیکون دیواره حفرات را بدون مسدود کردن آن ها پوشش می دهد. اثر آب گریزکنندگی حضور سیلیکون ها به علت چسبندگی آن ها به دیواره مویینگی، از پایداری مناسبی نیز برخوردار است.
در مقابل، عوامل آب گریز کننده آلی مانند موم های پارافینی قادر به پخش شدن نیستند و اتصال خوبی هم با سطح برقرار نمی کنند. خلل و فرج سطح توسط این مواد بسته شده و تراوایی خود را نسبت به بخار آب از دست می دهند. از طرف دیگر چسبندگی لایه دوم در حضور آن ها تضعیف خواهد شد.
3-ساختار شیمیایی
ارزش ترکیبات سیلیکونی برای اولین بار در دهه 40 و درجریان توسعه کامپوزیت های پلی استر تقویت شده باالیاف شیشه کشف شد.
این کامپوزیت ها به علت افت قدرت پیوند بین الیاف شیشه و رزین با گذشت زمان استحکام خود را از دست می دادند. مطالعات انجام شده نشان داد که استفاده از مقادیر بسیار کم آلکوکسی سیلانِ دارای عاملیت آلی در فصل مشترک الیاف شیشه/رزین، نه تنها استحکام اولیه کامپوزیت را به طرز چشم گیری افزایش می دهد، بلکه سبب حفظ این خاصیت در طی زمان نیز می شود.
عبارت سیلیکون یا سیلان مربوط به بسپارهای برپایه سیلیکون معدنی است که دارای اتصالات سیلوکسانی (Si O Si ) هستند و بر روی ظرفیت های خالی اتم سیلیکون، سایر اتم های آلی و غالباً متیل با اتصال کربن سیلیکون قرار دارد. به علت پیوند اتم سیلیکون با اکسیژن و گروه آلی، از عبارت پلی اورگانوسیلوکسان یا اورگانوپلی سیلوکسان نیز برای این خانواده استفاده می شود.
یک مولکول سیلان آلی، سیلانی که حداقل شامل یک پیوند کربن سیلیکون باشد، از سه قسمت اصلی ساخته شده است:
- X : قسمت آلی غیرقابل هیدرولیز. می تواند فعال ( آمین، اپوکسی، وینیل، متاکریلات و سولفور) یا غیر فعال (آلکیل) باشد
- R : گروه قابل هیدرولیز مانند آلکوکسی یا استوکسی که امکان واکنش با اشکال مختلف گروه های هیدروکسیل موجود در پرکن های معدنی یا بسپارها و الکل های آزاد یا اسید را دارد. این گروه ها می توانند با زیرآیند های آلی یا معدنی پیوند تشکیل دهند.
- R: جداکننده که می تواند زنجیر آلکیل یا آریل باشد )عمدتاً پروپیل( به علت طبیعت ویژه آلی/معدنی اورگانوسیلان ها، این مواد می توانند چسبندگی پوشش به زیرآیندهای فلزی و سیلیسی را از طریق ایجاد پیوندهای کووالانسی و بنابراین افزایش چگالی اتصالات بین پوشش و زیرآیند افزایش دهند
1-3 - سیلان های خطی و ترکیبات شامل گروه های آلی
در صنایع پوششی از انواع مختلفی از ترکیبات سیلانی استفاده می شود. برای انتخاب نوع سیلان مورد استفاده، گروه عاملی آلیِ واکنش پذیر یا غیرواکنش پذیرِ قرار گرفته بر روی ساختار سیلیکونی باید از هماهنگی مناسبی با نوع رزینی که باید با آن وارد واکنش شود برخوردار باشد. از سیلان های غیر واکنشی، شامل یک گروه غیر واکنشی آلی X) )سازگار با ماتریس و یک گروه آلکوکسی OR) ) واکنش دهنده با زیرآیند، غالباً به عنوان آب گریز کننده استفاده می شود.
عموماً از روغن سیلیکونی برای نامیدن سیلان های خطی استفاده می شود. سیلان های دارای عاملیت آمینی عوامل آب گریزکننده مهمی هستند که جذب آب پوشش را کاهش و زاویه تماس آب را بر روی سطح افزایش می دهند. برای به کارگیری این ترکیبات در رنگ های ساختمانی باید به این نکته توجه کرد که حضور امولسیفایرها، خصوصاً در مورد رنگ های آب پایه، و عوامل ترکننده سبب اختلال در اثرگذاری آن ها به عنوان عامل آب گریزکننده خواهد شد.
این ترکیبات در مقابل نور ماورای بنفش، حرارت، باران و قلیا بسیار مقاوم هستند و به همین دلیل به صورت گسترده در پوشش های سیلیکاتی امولسیونی مورد استفاده قرار می گیرند.
2-3 - رزین های سیلیکونی
رزین های سیلیکونی در کنار روغن های سیلیکونی بهبود یافته نقش مهمی در رنگ های سیلیکونی به عنوان پیونده کمکی یا عامل آب گریزکننده، ، ایفا می کنند. میزان رزین سیلیکونی در چنین پوشش هایی از 2 تا 12 % متغیر است. از آن جا که رزین های سیلیکونی تنها داخل حفرات پوشش را می پوشانند، تاثیر چندانی بر نفوذپذیری آن در مقابل بخار آب ندارند. میزان تنفس پوشش در اصل وابسته به نوع و میزان رزین آلی موجود است و نه به میزان رزین سیلیکونی. کشش سطحی پایین رزین های سیلیکونی موجب می شود که بدون اثرگذاری بر شعاع مویینگی در امتداد دیواره های آن پخش شوند. به همین دلیل هنوز هم این رزین ها با قطعیت به عنوان پیونده در تعیین PVC لحاظ نمی شوند. رزین های سیلیکونی تمایل کم تری برای جذب چرک نسبت به سیلان های خطی خشک شونده (روغن های سیلیکونی) دارند که می توان علت آن را ساختار روغنی آن ها دانست که سبب افزایش چسبندگی ذرات به رنگ و افزایش تمایل به جذب چرک می شوند.
4- فناوری سیلان ها در رنگ و پوشش
حوزه های عملکرد فناوری سیلان در صنعت پوشش شامل آستری ها، پوشش های مقاوم در برابر حرارت، پوشش های نگهدارنده صنعتی، پوشش های بهداشتی، پوشش های ضد خزه، شفاف پوشه های خودرویی و پوشش های ساختمانی است.
1-4 - ملاحظات عملی برای فرمول های آب پایه
مقایسه یک سامانه اکریلیک آب پایه معمول با یک سامانه مشابه شامل 10% ازیک پلی اکریلیک حاوی سیلان تحت شرایط جوی نرمال و شتابیده نشان می دهد که حضور سیلان سبب حفظ بیشتر براقیت و کاهش پدیده گچی شدن می گردد.
از چالش های موجود برای فرمول بندی پوشش های آب پایه ی حاوی ترکیبات سیلانی می توان به مشکلِ تر کردن سطوحِ با انرژی سطحی کم و حفظ توازن بین واکنش پذیری/زمان انبارداری اشاره کرد. از طرف دیگر پایداری آلکوکسی سیلان در محیط آبی از دیگر مواردی است که باید به آن توجه شود.
به کارگیری موفق سیلان در پوشش های آب پایه منوط به پراکنش مناسب سیلان قبل از واکنش هیدرولیز و تجمع است. علاوه بر اختلاط مناسب، رقیق کردن سیلان درون حلال منعقد کننده یا نرم کن قبل از اضافه شدن آن به لاتکس سبب کاهش واکنش تراکم بین تک پارهای سیلانی ( و تشکیل ژل) و کمک به ایجاد برهمکنش مطلوب بین آن ها با سایر اجزای فرمول می گردد.