پوشش هاي دریایی گروهی از پوشش هاي محافظتی هستند که عمدتا در محیط هاي دریایی مورد استفاده قرار میگیرند تا از وسایل نقلیه، صنایع دریایی و … در مقابل محیط مخرب آب هاي شور یا شیرین محافظت کنند. پوشش دریایی خواص عملكردي خاصی دارد، بنابراین میتواند از سطحی که روي آن اعمال میشود، به خوبی محافظت کند.
همانطور که بیان شد، سامانه هاي پوششی بر روي شناورها و سازههاي دریایی، با اهداف حفاظت از تخریب، کاهش هزینه هاي اقتصادي، کمک به حفظ محیط زیست و زیبایی سازه استفاده میشوند. پوششهاي دریایی مواد را از خوردگی و سایش محافظت میکنند. در محیط دریا، خوردگی و خزه زدگی به احتمال زیاد رخ میدهند. به طور کلی پوششهاي دریایی را میتوان به سه گروه اصلی زیر تقسیم کرد:
- پوشش هاي ضدخزه
- پوشش هاي ضد خوردگي
- دیگر پوشش ها- پوشش هاي خود تميز شونده، ضد خش و..
پوشش های ضد خزه :
خزه زدگی را میتوان به صورت تجمع ناخواسته میكرو ارگانیسم ها، جلبک ها و جانوران دریایی روي سطح شناورهاي غوطه ور در آب دریا تعریف کرد. بیشترین اثر نامطلوب خزه زدگی، ایجاد اصطكاک بالا در بخش زیر خط آبخور شناورها به علت زبري ایجاد شده براثر اتصال ارگانیسم هاي دریایی به سطح بدنه است، این افزایش قابل توجه مقاومت اصطكاکی، به همراه افزایش وزن ایجاد شده به وسیله ارگانیسم هاي خزه زدگی، منجر به کاهش سرعت و مانور پذیري زیادي در کشتی ها و شناورها میشود. بنابراین، حفظ سرعت و ناوبري مطلوب مصرف سوخت بیشتري را احتیاج خواهد داشت که منجر به افزایش هزینه ها و انتشار ترکیبات مضر در طبیعت میشود. برای رفع این مشکلات از پوشش هاي ضدخزه استفاده میشود. تحقیقات کنونی بر روي این محصول را میتوان به دو رویكرد کلی تقسیم کرد: پوشش هاي ضدخزه رها کننده زیست کش و پوشش هاي بدون زیست کش.
پوشش هاي رها کننده زيست کش:
از قوانین مورد استفاده در سامانه هاي پوششی TBTبهره میبرند اما اجزاي آنها غیر سمی هستند. این پوشش ها بر پایه توزیع افزودنی در انواع مختلفی از بایندرهاي پلیمري طراحی میشوند که به مرور زمان پیگمنت ها را در آب دریا رها میکنند. با توجه به مكانیسم رها سازي، میتوان پوشش هاي رهاکننده را به دو گروه عمده تقسیم کرد که عبارتند از پوشش هاي ماتریس حل شونده و ماتریس نامحلول که مختصرا در تصویر بیان شده است)تصویر زیر، به ترتیب بخشa و c).
پوششهاي بدون زيست کش:
به دلیل سازگاري بیشتر با محیط زیست و قوانین بهداشتی کاملاً بر دو نوع قبلی ترجیح داده میشوند.
براساس سازوکار عملكرد، دو استراتژي عمده در رویكرد بدون رهایش زیستکش وجود دارد : جدا کردن خزه هاي مستقر توسط جریان آب عبوري حین ناوبري کشتی (تصویر زیر بخش b)و جلوگیري از اتصال جسم خارجی به سطح)تصویر زیر بخش d .)
پوششهاي دریایی مبتنی بر فناوري نانو را میتوان نسل جدیدي از پوششهاي دریایی محسوب کرد. در مكانیسمهاي مختلفی در برخورد با پدیده خزه زدگی میتوان از این فناوري استفاده کرد. مثلا پوشش ضدخزه شرکت Nanotech Marine، محصولی بر پایه سیلیكون است که گفته میشود سطحی لیز در ابعاد ملكولی ایجاد میکند که هیچ جلبک یا سخت پوستی نمیتواند به بدنه کشتی بچسبد. استفاده از دیگر ذرات نانو به عنوان پر کننده آبگریز در فرمولاسیون پوشش، مانند نانو فیبرهاي طبیعی، نانو لوله هاي کربنی، پنجره هاي جدیدي را به سمت پوشش هاي پایه سیلیكونی آبگریز فوق مؤثر در زمینه ضدخزه بودن می گشاید.
پوششهای ضد خوردگی :
براساس آماري منتشر شده توسط مرکز تحقیقات خوردگی دانشگاه ایالتی اوهایو در هر ثانیه یک تن فولاد در اثر زنگزدگی از میان میرود. از طرف دیگر انرژي مورد نیاز براي تولید یک تن فولاد نیز در حدود مصرف انرژي یک خانواده متوسط در مدت سه ماه میباشد، بنابراین در سطح دنیا تقریباً در هر یک دقیقه انرژي مصرفی سالانه یک خانواده متوسط در اثر خوردگی به هدر میرود.
در طول چند دهه گذشته، پوشش هاي آلی و معدنی به طور گسترده اي براي حفاظت از فلزات در برابر خوردگی استفاده شده اند. خوردگی فلزات در آب دریا نه تنها بستگی به نوع فلز و آلیاژ دارد بلكه به عواملی مانند عمق، دما، میزان و نوع گازهاي حل شده، میزان و نوع ترکیب هاي آلی و معدنی، سرعت حرکت و عوامل بیولوژیكی آب دریا نیز بستگی دارد.
اکثر فلزها و آلیاژهاي ساختمانی در معرض حمله آب دریا و یا مه غلیظ هوا قرار میگیرند. رفتار فلزات به طور وسیعی بستگی به شرایطی دارد که فلزات در آن به کار گرفته میشوند. محیط دریا داراي نواحی مختلفی است این نواحی عبارتند از: ناحیه اتمسفري، ناحیه سطحی، ناحیه جزر و مدي، ناحیه کم عمق، ناحیه عمق متوسط، ناحیه عمیق و ناحیه بستري. در تصویر زیر، این نواحی طبقه بندي شده اند.
یک پوشش ضد خوردگی، براي انجام وظیفه خود به طور مؤثر، باید داراي دوام ذاتی، چسبندگی به فلز پایه، انعطاف پذیري مناسب، چقرمگی مناسب جهت مقاومت در برابر ضربه و ترک و همچنین حفظ ظاهر به هنگام قرار گرفتن تحت تنش، تورم، عوامل مكانیكی یا شرایط مختلف آب و هوایی باشد.
صنعت پوشش، صنعتی بالغ است که تحت تغییرات مداوم فناوري در طول چند دهه گذشته بوده است.یک سیستم ضد خوردگی معمولاً از چندین لایه از پوششهاي مختلف با خواص و مقاصد مختلف تشكیلشده است. بسته به خواص مورد نیاز از سیستم پوشش، هر لایه از پوشش میتواند فلزي، معدنی، و یا آلی باشد. یک سیستم ضد خوردگی معمولی براي محیط هاي دریایی بسیار خورنده معمولاً از یک پرایمر، یک یا چند لایه میانی و لایه روکش تشكیل شده است. وظیفه پرایمر حفاظت از فلز پایه از خوردگی و اطمینان از چسبندگی خوب پوشش به بستر است. به همین دلیل، فلز روي یا رنگدانه هاي داراي خواص بازدارنده اغلب به لایه پرایمر پوشش زده میشوند. عملكرد لایه هاي میانی به طورکلی ایجاد ضخامت در سیستم پوشش و مانع شدن از انتقال یافتن عوامل مهاجم به سطح فلز پایه است. لایه میانی همچنین وظیفه دارد بین آستر و روکش چسبندگی خوب و مناسب ایجاد کند. لایه روکش در معرض محیط خارجی بوده و باید سطحی مناسب با رنگ و براقیت مورد نیاز را فراهم کند. همچنین روکش باید مقاومت مناسبی در برابر شرایط آب و هوایی و ضربات ناشی از برخورد اشیا و مقاومت بالا در برابر اشعه فرابنفش داشته باشد.
پوششهاي ضد خوردگی به طور کلی با توجه به سازوکارهایی که به وسیله آنها از یک فلز در برابر خوردگی محافظت میکنند، طبقه بندي میشوند. تصویر زیر سه سازوکار حفاظتی اصلی پوشش هاي ضد خوردگی را نشان میدهد که عبارتند از حفاظت سد کننده ،پسیو شدن سطح زیرآیند (اثر بازدارنده،) و حفاظت فدا شونده(اثر گالوانیک).
حفاظت سد کننده با ممانعت از انتقال گونه هاي مهاجم به زیر آیند با استفاده از یک سیستم پوشش داراي نفوذپذیري کم در برابر مایعات، گازها و یونها صورت میگیرد. پسیو شدن سطح زیر آیند میتواند با ایجاد یک لایه تبدیلی شیمیایی، و یا با افزودن پیگمنت بازدارنده به پوشش به دست آید. پوشش هاي فلزي، آلی، و معدنی به طور گستردهاي براي حفاظت از فلزات در برابر خوردگی با استفاده از روش حفاظت گالوانیک استفاده میشوند.
پوشش سد کننده میتواند به عنوان پرایمر، لایه میانی و یا لایه روکش استفاده شود و اغلب بر روي سازه هاي غوطه ور به کار میرود. پوششهاي سد کننده معمولاً توسط رنگدانه هاي بیاثر خود مشخص میشوند، که معمولاً دياکسید تیتانیوم TiO2اکسید آهن میكایی MIOو یا ذرات پولكی شكل شیشه اي در غلظت حجمی کم هستند، اما گاهی آلومینیوم لایهاي نیز استفاده میشود.
درجه محافظت ارائه شده توسط یک سیستم پوشش سد کننده به شدت وابسته به ضخامت سیستم پوشش و همچنین نوع کلی و ماهیت سیستم بایندر است.
پوشش فداشونده از اصول خوردگی گالوانیک براي حفاظت از فلزات در برابر خوردگی استفاده میکند. بدین شكل که زیر آیند توسط یک فلز یا آلیاژ که ازنظر الكتروشیمیایی فعالتر از ماده تحت محافظت است، محافظت میشود. در این رابطه، پوشش هاي فرموله شده با پودر فلز روي به طور گسترده براي حفاظت از خوردگی سازه هاي فلزي براي چندین دهه استفاده شدهاند. برخلاف پوشش سد کننده، پوشش فدا شونده تنها به عنوان لایه پرایمر اعمال میشود علاوه بر این، پوشش فدا شونده باید با دقت فراوان بر روي سازه هاي غوط هور در آب اعمال شود.
در پرایمرهاي غنی از روي، این فلز به عنوان یک آند عمل کرده و با قربانی کردن خود، حفاظت از فلز را که به صورت کاتدي رفتار میکند، تأمین خواهد کرد. مقاومت در برابر خوردگی وابسته به انتقال جریان گالوانیک ایجاد شده توسط پرایمر روي است، اما تا زمانی که هدایت الكتریكی و یونی در سیستم حفظ میشود و تا زمانی که آند روي کافی وجود دارد، فلز به صورت گالوانیک محافظت خواهد شد.
پوشش بازدارنده در درجه اول به عنوان پرایمر استفاده میشود چرا که آنها تنها زمانی مؤثر هستند که ترکیبات محلولشان بتوانند با فلز واکنش دهند. این پوششها به طور عمده به زیرآیندهایی اعمال میشوند که در محیط هایی با خطر خوردگی اتمسفري باشند، علی الخصوص در محیط هاي صنعتی، و به طور کلی براي سازههاي غوطهور در آب و یا مدفون در خاک توصیه نمیشوند.
سازوکار ضد خوردگی پوششهاي بازدارنده متكی بر پسیو کردن زیرآیند و ایجاد یک لایه محافظ متشكل از کمپلكس هاي فلزي نامحلول است که با عملكرد به صورت یک سد، مانع از انتقال گونه هاي مهاجم میشود. گروهی از رنگدانه هاي داراي خاصیت بازدارندگی نمک هاي معدنی هستند که به میزان کمی در آب محلولند، برخی از این مواد عبارتند از فسفات کاتیون، کروماتها، نیتراتها، مولیبداتها، براتها و سیلیكاتها. زمانی که رطوبت به درون پوشش نفوذ میکند، ترکیبات رنگدانه ها تا حدودي حل شده و به سطح زیرآیند میرسند. در سطح زیرآیند، یون هاي محلول با زیرآیند واکنش داده و محصول واکنشی را ایجاد میکنند که سطح زیرآیند را پسیو و غیرفعال میکند. بنابراین، رنگدانه هاي بازدارنده باید به اندازه کافی موجود باشند تا از رهایش آنها به مقدار کافی از پوشش اطمینان حاصل شود. از سوي دیگر، اگر حلالیت رنگدانه ها بیش از حد بالا باشد، تاول زدگی و مشكلات دیگري نیز امكانپذیر هستند.
یک پوشش بازدارنده ایده آل باید در برابر آب و یون هاي مضر، مانع تشكیل داده و به طور همزمان در صورت نیاز مقادیر کافی بازدارنده را رها سازد. این دو نیاز در اصل متضاد هم هستند، بنابراین باید بین خواص سد کنندگی و مؤثر بودن بازدارنده به تعادل رسید. استفاده از پوشش هاي نانوکامپوزیتی به منظور پوشش دهی تجهیزات در معرض محیط خورنده دریایی میتواند موجب کاهش خسارات خوردگی و افزایش طول عمر تجهیزاتی نظیر شناورها شود؛ این موضوع کاهش هزینه هاي نگهداري و تعویض پوشش را نیز در پی خواهد داشت.
