خصائص وتحضير الأصباغ المعدنية

في مجال الأصباغ، تقف الأصباغ المعدنية كفئة متميزة. تتكون الأصباغ المعدنية في المقام الأول من معادن أو سبائك بسماكة أقل من 1 ميكرون وتتراوح نسب الجانب بين 50 و 200. هذه الأصباغ، المعروفة بخصائصها الزخرفية، تمنح ألوانا حية ونابضة بالحياة على الأشياء المطلية، تتميز ببريقها المعدني اللامع وتأثيرات تلألؤ المعدني. ومن أبرز الصباغ المعدنية مسحوق الألومنيوم (بما في ذلك معجون الألومنيوم)، مسحوق سبيكة النحاس والزنك، ومسحوق الزنك.

1. تصنيف مساحيق الصبغات المعدنية المستخدمة عادة مساحيق الصبغات المعدنية والسبائك تشمل مسحوق الألومنيوم (يشار إليه عادة باسم مسحوق الفضة الألومنيوم)، مسحوق الزنك، مسحوق النحاس والزنك (المعروف باسم مسحوق الذهب)، مسحوق الرصاص، مسحوق الفضة، ومسحوق الصلب المقاوم للصدأ، وغيرها. كل منها يجد تطبيقات متنوعة في سياقات مختلفة. والجدير بالملاحظة ان مسحوق الالمنيوم، الذي غالبا ما يشار اليه بمسحوق الفضة، يُنتَج عن طريق تقطير الالمنيوم المنصهر وتحويله الى رذاذ ناعم، ثم طحنه الى بُنى تشبه الرقائق الدقيقة.

مسحوق الألومنيوم أو معجون الألومنيوم الشبيه بالقشور، المعروف بلون وبريق الفضة، ويصنف إلى نوع عائم ونوع غير عائم. وتمكّن خصائصه الاستثنائية في الورق من تكوين غشاء ألومنيوم مستمر داخل طبقات الطلاء، وقادر على إخفاء ثقوب الدبابير وتعزيز المتانة. مسحوق الألومنيوم يظهر انعكاسية في الطيف المرئي، الأشعة تحت الحمراء القريبة، والأشعة فوق البنفسجية، مما يعكس أكثر من 60 ٪ من الضوء فوق البنفسجي. عندما يتم دمجها في الطبقات العليا، فإنه يعزز مقاومة الطقس. عندما يتم تركيبه في طلاء ألكيد مقاوم للحرارة، فإنه يتحمل درجات حرارة حوالي 200 درجة مئوية ويستخدم في كثير من الأحيان في طلاء السيليكون يتحمل درجات حرارة تصل إلى 600 درجة مئوية. مسحوق الألومنيوم الشبيه بالرقعة يوفر قدرات تغطية وعائمة ويتميز بتأثير فريد ثنائي اللون )، مما يجعلها تستخدم على نطاق واسع في الطلاءات الزخرفية، مثل الدهانات المعدنية المتلألئة والتشطيبات المطروقة.

ويوجد مسحوق الزنك، المشتق من الزنك المعدني، في شكله الكروي وشكله الشبيه بالرقائق، وهو يتميز بمقاومة ممتازة للتآكل ويستخدم في كثير من الأحيان كطلاء لمكونات الصلب مضاد للتآكل. يتم إنتاج مسحوق الزنك الشبيه بالرقائق بواسطة مسحوق كروي طحن الكرة مع وسط واقي. تصنع أصباغ مسحوق الزنك باستخدام طرق طحن الكرات وتتألف من رقائق الألومنيوم الدقيقة ومواد تعديل الأسطح. المادة الخام لإنتاج مسحوق الزنك هي سبائك الزنك النقية بنسبة 99.5%. ويظهر الزنك مقاومة كبيرة للتآكل في الظروف الجوية ولكنه معرض للتآكل في البيئات الحمضية (الأملاح الحمضية والمحاليل القلوية الحمضية). وعندما يلامس الزنك المعادن التي لها إمكانات إيجابية أقوى، يتآكل أولاً، وينتج أكاسيد. ولذلك، يستخدم الزنك المعدني كطبقة واقية. ويمكن أن يؤدي التلامس بين مسحوق الزنك والأغذية الحمضية إلى أملاح الزنك السامة، مما يجعل مسحوق الزنك غير مناسب لطلاء المعدات الغذائية. ويمكن إنتاج مسحوق الزنك الحبيبي من خلال طرق التقطير والتذرية. يتميز مسحوق الزنك المنتج بالتقطير بجسيمات أدق ونشاط أعلى، في حين أن التقطير ينتج جسيمات أكثر خشونة ذات توزيعات أكبر حجمًا. ومع ذلك، فإن التفكيك له كفاءة إنتاج أعلى، واستهلاك أقل للطاقة، وتكاليف أقل. ويمكن إنتاج مسحوق الزنك المتحكم فيه تحكماً دقيقاً بفضل تقنيات الفرز والتصنيف المتقدمة. وفي الآونة الأخيرة، تم اعتماد مسحوق الزنك الشبيه بالرقائق الذي ينتجه الطحن بالكرات على نطاق واسع في صناعة الطلاء. يوفر مسحوق الزنك الشبيه بالرقائق قوة تغطية ممتازة، ويتطلب مسحوق الزنك أقل من مسحوق الزنك الكروي عند صياغة الطلاءات.

يُظهر الرصاص، وهو معدن رمادي اللون، مقاومة ملحوظة للتآكل في بيئات الغلاف الجوي ومياه البحر والمياه العذبة. وهو يعمل بشكل جيد ضد حمض الكبريتيك، وحمض النيتريك، وحمض الهيدروفلوريك، ويظهر مقاومة قوية للتآكل. يتم تصنيع مسحوق الرصاص من خلال عملية الذبذبة، حيث يتم تحويل الرصاص المنصهر إلى محلول ويتم ذذبه باستخدام الهواء المضغوط، مما يؤدي إلى مسحوق الرصاص الحبيبي غير المنتظم مع عفة أقل من 200 شبكة ومحتوى معدني أقل من 97 ٪. ويستخدم مسحوق الرصاص كمكون في زيوت التشحيم الخاصة بالمعادن المساحيقة، وعند خلطه مع مواد تشكيل الأفلام، يمكن استخدامه في الطلاءات المضادة للتآكل.

يظهر مسحوق التيتانيوم مقاومة ممتازة للتآكل للمواد الحمضية والقلوية على حد سواء في درجة حرارة الغرفة. يُظهر التيتانيوم ألفة قوية للأكسجين، مكونًا طبقة أكسيد كثيفة على سطحه، مما يضمن الاستقرار الكيميائي القوي. يتم إنتاج مسحوق التيتانيوم عادة باستخدام طرق طحن الهدرجة. وخصائصه البارزة لمكافحة التآكل والاستقرار الكيميائي تجعله يستخدم على نطاق واسع في مختلف التطبيقات داخل الصناعات الكيميائية والغذائية.

معجون الفضة هو مادة حاسمة في صناعة الإلكترونيات الدقيقة، وتشمل مسحوق الفضة، والراتنج، والمذيبات مختلطة في نسب محددة. ومن بين هذه المكونات، يلعب مسحوق الفضة دورًا محوريًا في توصيل معجون الفضة. يأتي مسحوق الفضة في هياكل مختلفة، بما في ذلك أشكال الشجيرية، كروية، وشبيهة بالرقائق. مسحوق الفضة الشبيه بالرقائق، عند استخدامه لصنع طلاءات معجون الفضة، يوفر أداءً كهربائياً استثنائياً، واستهلاكاً أقل، وفعالية من حيث التكلفة، بالإضافة إلى لمعان أبيض وفضي لامع. يستخدم مسحوق الفضة الشبيه بالرقاقة كمادة كهربائية أولية في المكونات الإلكترونية مثل المكثفات المتجانسة ومقاومات غشاء الكربون والمكثفات ومفاتيح الأغشية الرقيقة وروابط أشباه الموصلات والألواح الموصلة.

يتم إنتاج مسحوق الصلب المقاوم للصدأ بشكل عام باستخدام طريقة الذبذبة الغازية. يتم حمل جزيئات مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ إلى غرفة التفتيت عن طريق تدفق الهواء عالي الضغط، حيث تتعرض لدوران عالي السرعة، والاحتكاك، والتأثير ليتم تحويلها إلى مسحوق ناعم. يستخدم مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ في الطلاءات المقاومة للتآكل.

تتكون الأصباغ المعدنية، في شكل مسحوق، من المعادن أو السبائك، مما يؤدي إلى لمعانها وتلوينها المتميزين. على سبيل المثال، مسحوق الفضة الألومنيوم يظهر لون أبيض فضي، وعندما يستخدم في الطلاءات، يمكن أن يحمي ويعكس جزءا من الموجات الضوئية، مما يؤدي إلى اختلافات في درجة اللون والبراق المعدني. ومؤخرا، جُمعت أصناف جديدة من مسحوق الفضة الالومنيوم، مثل مسحوق الالومنيوم اللامع، مع صبغات شفافة، مما ادى الى انتاج طبقات لامعة لا تبرز معالم المعادن فحسب، بل تعطي ايضا مظهرا نابضا بالحياة وملونا. وبالمثل، تتراوح ألوان مسحوق سبائك النحاس والزنك من الذهب الشاحب إلى الذهب المحمر، مما يمنح مجموعة زاهية من الألوان على الأجسام المطلية. مسحوق الزنك الشبيه بالرقائق يقدم لمعاً معدنياً خفيفاً، يدمج الأشياء المطلية مع محيطها بسلاسة، مما يحقق تأثير التمويه. تمتلك الأصباغ المعدنية الشبيهة بالرقائق خاصية فريدة تعرف باسم لون فلوب حيث يتحول اللون المتصور من ساطع إلى خافت مع تغير زاوية الرؤية. عندما لوحظت موازية تقريبا لسطح الطلاء، وميض يظهر كلون الرعي، ويظهر لون خافت نسبيا مع تلميح من الرمادي. عندما تنحرف زاوية الرؤية عن السطح العادي، يظهر لون متألق مميز، يعرف باسم لون التقليب. وعندما يُنظَر الى الوميض عموديا على سطح الطلاء، يصير لون الرؤية المباشرة، مظهرا مبهرا ونابضا بالحياة.

توجد معظم الأصباغ المعدنية كمساحيق تشبه الرقائق، والتي عندما تدمج في مواد الطلاء، تصطف بالتوازي مع السطح المطلي، وتتشابك وتخفي بعضها البعض في ترتيبات متعددة الطبقات لتشكيل حاجز. يحمي هذا الترتيب المادة المطلية من الغازات أو السوائل الضارة أثناء الاستخدام، ويحمي كلاً من الطلاء والأجسام المطلية. وتساهم هذه القدرة المادية على التدريع في مقاومتها للتآكل. وبالإضافة إلى ذلك، يوفر مسحوق الزنك، إلى جانب قدرته على التدريع، حماية مهبطية. تشكل العديد من جزيئات الزنك داخل الغلاف طبقة موصلة. وفي حالة التآكل الكهروكيميائي، يتآكل الزنك، الذي يتميز بقدرة كهروكيميائية سلبية أكثر من الحديد، بشكل تفضيلي، مما يحافظ على الركيزة الفولاذية الكامنة تحته بشكل فعال. يتميز مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ بثبات كيميائي استثنائي، ويتحمل التآكل الكيميائي. وعلاوة على ذلك، تمتلك الأصباغ المعدنية عالية اللمعان قدرات العزل الحراري لأنها لا تمتص الضوء بسهولة، وتعكس الإشعاع المرئي والأشعة فوق البنفسجية والحراري بشكل فعال. وبالتالي، فإنها تجد تطبيقات في المنتجات التي تتطلب العزل، انعكاس الضوء، والإشعاع الحراري، مثل خزانات تخزين الزيوت والغازات. تعكس الأصباغ المعدنية أكثر من 60 ٪ من الأشعة فوق البنفسجية، وبالتالي تأخير الشيخوخة الناجمة عن الأشعة فوق البنفسجية، والمساهمة في إطالة عمر الطلاءات.

تنتج غالبية مساحيق الصباغ المعدنية بطرق فيزيائية، تحول المعادن الصلبة أو السائلة أو الغازية إلى مساحيق مصممة خصيصا لتلبية متطلبات محددة. وتشمل أساليب الإنتاج الشائعة ما يلي:

1. تحويل المعادن من المرحلة الغازية إلى شكل البارود، مثل إنتاج مسحوق الزنك ومسحوق الفضة الألومنيوم القائم على التصعيد.

2. تحويل المعادن من مرحلة سائلة إلى شكل مسحوق، مثل إنتاج مسحوق الفضة الألومنيوم ومسحوق الذهب النحاسي القائم على الذره.

3. تحويل المعادن من الحالة الصلبة إلى شكل البارود، مثل الطحن الكروي لإنتاج مسحوق الفضة الألومنيوم، ومسحوق الذهب النحاسي، ومسحوق الزنك.

وترد في الجدول 1 تفاصيل طرق المعالجة الشائعة للصبغات المعدنية.