يلعب الطلاء دورًا حاسمًا في العديد من الصناعات. وقد بلغت قيمة سوق الدهانات والطلاءات العالمية $206.56 مليار دولار أمريكي في عام 2023، بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ حوالي 4.5%3T متوقع خلال الفترة بين عامي 2021 و2027. يشير هذا النمو إلى مدى أهمية الدهانات لقطاعات مثل البناء والنقل. يتضمن إنتاج الطلاء مكونات مختلفة بما في ذلك الأصباغ التي توفر اللون والتغطية؛ والمواد الرابطة التي تمسك جزيئات الأصباغ معًا وتربطها بالأسطح؛ والسوائل التي تحمل الأصباغ والمواد الرابطة؛ والمواد المضافة التي تعزز خصائص أو خصائص معينة للدهانات. معرفة هذه الأشياء تساعد الناس على فهم سبب تعقيد ودقة صناعة الدهانات.
المواد الخام والمكونات
الأصباغ
أنواع الأصباغ
تمنح الأصباغ الطلاء لونه وعتامته. هناك نوعان رئيسيان من الأصباغ: الأصباغ العضوية المصنوعة من جزيئات الكربون (مثل الأحمر الفاتح)؛ والأصباغ غير العضوية المشتقة من المركبات المعدنية (مثل ثاني أكسيد التيتانيوم الأبيض). توفر الأصباغ العضوية ألوانًا نابضة بالحياة بينما توفر نظيراتها قوة إخفاء أو متانة ممتازة خاصة عند تعرضها للضوء بمرور الوقت.
مصادر الأصباغ
ويحصل المصنعون على الأصباغ من العديد من المصادر بما في ذلك المعادن والنباتات وما إلى ذلك - سواء المواد التي تحدث بشكل طبيعي أو المواد الكيميائية المنتجة صناعياً من خلال عمليات مختلفة مصممة لتحقيق ألوان معينة يرغب فيها المستخدمون النهائيون. على سبيل المثال، يأتي ثاني أكسيد التيتانيوم الصباغ المستخدم على نطاق واسع من ثاني أكسيد التيتانيوم من الإلمنيت وهو معدن من بين معادن أخرى حيث يأتي أكسيد الزنك وهو معدن شائع آخر من خامات تحتوي على هذا المعدن بينما يمكن الحصول على بعض المواد العضوية من مواد بترولية.
المجلدات
أنواع المجلدات
تُستخدم المواد اللاصقة لتثبيت جزيئات الصبغة معًا وتثبيتها على السطح الذي يتم الطلاء عليه. وتوفر الأكريليك مرونة التصاق جيدة؛ وتوفر الألكيدات مرونة التصاق جيدة؛ وتوفر الألكيدات متانة اللمعان؛ وتوفر الإيبوكسيات مقاومة كيميائية قوية للالتصاق؛ وتوفر البولي يوريثان مقاومة ممتازة للتآكل، إلى آخره.
وظائف المجلدات
لا يمكن المبالغة في التأكيد على وظيفة المواد الرابطة في أداء الطلاء. فهي تضمن التصاق الصبغة أو التصاقها على السطح المطلي؛ كما أنها تؤثر على صلابته التي تؤثر على مدة استمراره بعد الجفاف بالإضافة إلى عوامل أخرى مثل مقاومة الماء وما إلى ذلك. فالأكريليك على سبيل المثال يتميز بالمرونة حيث من المتوقع أن يحدث التشقق بينما تعزز الألكيدات من لمعان وصلابة طبقة الطلاء وغيرها.
المذيبات
أنواع المذيبات
تعمل المذيبات على إذابة المواد الرابطة وتساعد في تطبيق الطلاء. هناك نوعان رئيسيان: المذيبات ذات الأساس المائي (أو الدهانات المنقولة بالماء) التي تستخدم الماء كمذيب أساسي؛ والمذيبات ذات الأساس المذيب (باستخدام مركبات عضوية مثل المشروبات الروحية المعدنية أو التربنتين). لكل نوع مزايا خاصة به اعتماداً على ما يريد المرء تحقيقه من خلال عملية الطلاء.
دور المذيبات في إنتاج الطلاء
تتحكم المذيبات في اللزوجة مما يسهل تطبيق الطلاء؛ كما أنها تتبخر بعد تطبيقها وبالتالي تسرّع من وقت التجفيف. تحتوي الدهانات ذات الأساس المائي على مستويات منخفضة من المركبات العضوية المتطايرة وبالتالي تعتبر صديقة للبيئة بينما تعطي خصائص تدفق وتسوية جيدة مطلوبة للطلاءات عالية الأداء على عكس الدهانات القائمة على المذيبات.
المضافات
أنواع المواد المضافة
- مكثفات: تثخين قوام الطلاء.
- مشتتات: تساعد على توزيع الأصباغ بالتساوي.
- مزيلات الرغوة: تقليل الرغوة أثناء الخلط.
- مبيدات حيوية: تمنع نمو الميكروبات.
- مثبتات الأشعة فوق البنفسجية: الحماية من التلف الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية.
الغرض من المواد المضافة
تعمل المكثفات على تحسين الاتساق وبالتالي ضمان النعومة أثناء الاستخدام؛ تمنع المشتتات التكتل مما يؤدي إلى توحيد اللون؛ تعمل مزيلات الرغوة على التخلص من الفقاعات مما يعطي لمسة نهائية خالية من العيوب؛ تعمل المبيدات الحيوية على إطالة العمر الافتراضي عن طريق تثبيط نمو بكتيريا العفن؛ تعمل مثبتات الأشعة فوق البنفسجية على تعزيز المتانة ضد أشعة الشمس الضارة
المواد المضافة ضرورية لصنع طلاء جيد. يعالج كل نوع من المواد المضافة جانبًا مختلفًا من جوانب أداء الطلاء.
عملية تصنيع الطلاء
معدات الخلط المسبق المستخدمة
تُستخدم معدات مختلفة في الخلط المسبق. تقوم المشتتات عالية السرعة بخلط الأصباغ مع المواد الرابطة والمذيبات. تضمن الخلاطات التوزيع المتساوي لجميع المكونات. تقوم الخزانات بتخزين المواد المخلوطة مسبقًا قبل إجراء الطحن. تقوم المضخات بنقل الخليط بين المراحل المختلفة.
الخطوات المتبعة في الخلط المسبق
تبدأ عملية الخلط المسبق بقياس المواد الخام. تتم إضافة الأصباغ والمواد الرابطة والمذيبات في الخلاط بواسطة المشغلين. يقوم المشتت عالي السرعة بخلط هذه المكونات معًا حتى تصبح متجانسة. بعد هذه الخطوة، تُنقل المادة المخلوطة مسبقًا إلى صهاريج التخزين حيث تبقى لبعض الوقت قبل المرور بمرحلة الطحن إذا لزم الأمر حتى لا تفقد جودتها أثناء النقل أو لأي سبب آخر.
الطحن
الغرض من الطحن
يتم الطحن لتقليل حجم جسيمات الأصباغ مما يعطي قوة لونية وتغطية أفضل بالإضافة إلى نعومة سطح الطلاء. يضمن الطحن المناسب التشتت المنتظم للأصباغ داخل وسيط مثل نظام مستحلب زيتي أو مائي يستخدم في تصنيع الدهانات.
تقنيات الطحن
تستخدم المطاحن الكروية أسطوانات دوارة مملوءة بوسائط طحن (كرات فولاذية) والتي تقوم بسحق الجسيمات الكبيرة عن طريق قوى الصدم بسبب وزنها عندما تسقط من الارتفاع على الجسيمات الأصغر الموجودة في الجزء السفلي داخل غلاف أسطوانة الطاحونة). تستخدم المطاحن الخرزية حبات صغيرة (وسائط) مصنوعة من الزجاج أو المواد الخزفية بدلاً من الكرات الفولاذية لأن هذه المواد ذات كثافة أقل من المعادن وبالتالي تتطلب طاقة أقل أثناء عملية الطحن حيث يتم رفع الجسيمات الأخف وزنًا إلى أعلى فوق الجسيمات الثقيلة التي يتم دفعها إلى أسفل ضد بعضها البعض تحت قوة الجاذبية وبالتالي تحقيق معدل تقليل أسرع ولكن مع ذلك تعطي توزيعًا دقيقًا لحجم الجسيمات مساويًا لكفاءة عملية الطحن بالكرات. تستخدم أجهزة التقليب حركة التقليب عالية السرعة التي توفرها أذرع التقليب العمودية المثبتة أفقيًا عبر الجزء العلوي داخل حجرة أسطوانية مغلقة تحتوي على مواد صلبة مبللة ممزوجة بوسط سائل مثل الماء أو المذيب العضوي. ويتحقق ذلك عن طريق تدوير الدفاعات (المجاذيف) عند سرعة دوران عالية في الدقيقة والتي تخلق نمط تدفق مضطرب مكثف بالقرب من منطقة الطرف حيث تحدث معظم حركة الطحن بين جزيئات الوسائط نفسها وضد جدران الحاوية خلال كل دورة دوران.
الخلط
خلط عالي السرعة
يتم إجراء المزيد من التجانس للطلاء عن طريق الخلط عالي السرعة. وهذا يضمن توزيع كل مكون بداخله بشكل متجانس في جميع أنحاء حجمه وكذلك على كامل مساحة السطح المتاحة للتلامس مع الهواء أثناء عملية التجفيف. تعمل الخلاطات عالية السرعة بسرعات عالية مع إنشاء خليط موحد ومستقر.
عوامل التشتيت
الأهمية في الخلط
وهي عبارة عن مواد كيميائية تستخدم لمنع الأصباغ من التكتل معًا أثناء مرحلة الخلط بحيث يمكن أن تتفرق بالتساوي في جميع أنحاء نظام المادة الرابطة وبالتالي تعطي لونًا جيدًا ولمعانًا عند تشكل طبقة جافة بعد التطبيق على سطح الركيزة. كما أنها تساعد أيضًا على تحقيق لمسة نهائية ناعمة دون أي خطوط أو بقع مرئية متبقية بسبب عدم انتظام ترسيب الجسيمات الصلبة داخل الوسط السائل المستخدم في صناعة الدهانات.
التخفيف والتعديل
التحكم في اللزوجة
من المهم التحكم في لزوجة الطلاء بحيث يمكن أن يتدفق بسلاسة أثناء التطبيق على الأسطح المختلفة. يتم إضافة المذيبات من قبل الشركات المصنعة من أجل ضبط هذه المعلمة وفقًا لخصائص أداء المنتج النهائي المرغوب فيه مثل سهولة التنظيف بالفرشاة والدحرجة والرش وما إلى ذلك. على سبيل المثال قد تحتاج الدهانات عالية اللزوجة إلى عوامل تخفيف بينما قد تحتاج الدهانات منخفضة اللزوجة إلى عوامل تكثيف ولكن يجب أن يتم كل ذلك بشكل صحيح وإلا فقد تحدث نتائج سيئة مثل الزحف والترهل والسيلان والتقطير وما إلى ذلك مما يؤثر على المظهر العام لجودة الأشياء المطلية وبالتالي يتسبب في عدم رضا العميل عن السلعة المشتراة أو الخدمة المقدمة من المورد.
الاتساق من دفعة إلى أخرى
التحكم في درجة الحرارة
يتم الحفاظ على جودة الطلاء من خلال تنظيم درجة الحرارة. يقترح المصنعون أن يتم حفظ الدهانات في درجات حرارة تتراوح بين 50 درجة فهرنهايت و80 درجة فهرنهايت. فدرجات الحرارة المرتفعة جدًا أو المنخفضة جدًا يمكن أن تؤثر على سمكها وثباتها على التوالي، كما أنها تجعلها تفصل مكوناتها عندما يكون الجو دافئًا بينما قد تتكاثف في الطقس البارد مما يؤدي إلى ضعف العمر الافتراضي للتخزين.
اعتبارات مدة الصلاحية
هناك عدة عوامل تحدد مدة صلاحية المنتج على الرفوف قبل أن يفسد؛ من بينها تواريخ انتهاء الصلاحية التي يحددها المنتجون أنفسهم أو يشار إليها من خلال الملصقات التي توضع على العبوات عند الشراء والتي تشير إلى أن مدة الصلاحية تصل إلى خمس سنوات إذا تم تخزينها بشكل صحيح ولكن التعرض للهواء بالإضافة إلى الرطوبة يقلل من هذه المدة بشكل كبير، وبالتالي يجب على المرء دائمًا شم الرائحة الكريهة أو تحسس الكتل أثناء الفحص خشية أن يجد علامات مثل هذه تظهر خلاف ذلك؛ لذلك فإن اتباع التعليمات حول مكان حفظ المنتجات يضمن أفضل النتائج في كل مرة.
اعتبارات البيئة والسلامة
إدارة النفايات
التخلص من المواد الخطرة
تنتج النفايات الخطرة من تصنيع الطلاء. وهذا ما يجعل من الضروري مراعاة الطرق الصحيحة للتخلص منها حتى لا تلحق الضرر بالبيئة المحيطة بنا جميعاً. وينبغي أن تدرك المنشآت أن هناك قواعد مختلفة تحكم كيفية التخلص من هذه المواد تبعاً لنوع المواد التي تتعامل معها؛ فبعض الشركات متخصصة في جمع ومعالجة هذا النوع من المواد بينما تقوم شركات أخرى بحرقها باستخدام النار أو استخدام المواد الكيميائية التي تبطل مفعولها الضار، وفي كل الأحوال فإن الالتزام بممارسات الإزالة الآمنة يضمن الحفاظ على البيئة.
ممارسات إعادة التدوير
تحاول العديد من الصناعات في هذه الأيام تقليل إنتاج القمامة مع الحفاظ على الموارد الطبيعية من خلال برامج إعادة التدوير التي تطرحها الشركات التي تصنع الدهانات من بين أشياء أخرى مثل مواد التعبئة والتغليف وما إلى ذلك، حتى تلك الأجزاء غير المستخدمة يمكن أن تخدم غرضًا آخر إذا أعيدت معالجتها مرة أخرى إلى عناصر جديدة وبالمثل يمكن أن تخضع المذيبات مع الحاويات المستخدمة أثناء عمليات الإنتاج إلى معالجات معينة تليها إجراءات تنظيف منفصلة داخل المنشآت التي تم تصنيعها فيها مما يؤدي إلى تقليل النفايات التي يتم إلقاؤها في مدافن النفايات إلى جانب خفض تكاليف الإنتاج وتعزيز التنمية المستدامة من خلال أنظمة فعالة لتحويل النفايات إلى منتجات مفيدة.
تدابير السلامة
معدات الحماية الشخصية (PPE)
يجب على العمال المشاركين في الطلاء ارتداء معدات الوقاية الشخصية المناسبة لسلامتهم. ويشمل ذلك القفازات والأقنعة والنظارات الواقية التي تحميهم من المواد الكيميائية وكذلك الإصابات الجسدية التي قد تحدث أثناء ساعات العمل؛ فبعض الوظائف تتطلب من الموظفين ارتداء أجهزة تنفس عند التعامل مع المواد المتطايرة بينما تتطلب وظائف أخرى ارتداء ملابس خاصة حتى لا يتلامسوا مباشرة مع المواد الخطرة وبالتالي من المهم تدريب الموظفين باستمرار على هذه الأمور حتى تصبح ممارسة روتينية تتبعها جميع الأطراف المعنية بدقة وإلا فإن عدم مراعاة الإرشادات قد يؤدي إلى وقوع حوادث داخل مكان العمل وبالتالي تعريض الأرواح للخطر أو التسبب في الأذى حتى بعد انتهاء ساعات العمل.
بروتوكولات السلامة في مرافق الإنتاج
لطالما كانت وحدات التصنيع صارمة للغاية بشأن مراعاة قواعد السلامة داخل مبانيها. على سبيل المثال يتم إجراء فحوصات منتظمة للمخاطر المحتملة بينما تساعد أنظمة التهوية على التحكم في الجسيمات المحمولة في الهواء التي من المحتمل أن تسبب مشاكل صحية بين العمال الذين يتنفسون هذا الهواء الملوث؛ يجب أن تكون هناك إجراءات طوارئ مناسبة محددة في حالة حدوث أي تسرب في أي مكان حول أرضيات المصنع بما في ذلك الحرائق حيث يجب وضع طفايات الحريق بالإضافة إلى أجهزة الإنذار بشكل استراتيجي في نقاط يسهل الوصول إليها في جميع أنحاء المباني بالإضافة إلى وجود معدات مكافحة الحرائق القياسية المتاحة بسهولة مثل سيارات الإطفاء التي يمكن أن تستجيب بسرعة للنداءات التي يتم إجراؤها من مختلف أجزاء المؤسسة; مرة أخرى يضمن الامتثال لمعايير الصناعة إلى جانب القوانين ذات الصلة أن تظل المؤسسات آمنة لجميع المعنيين، لذلك يجب إجراء مراقبة مستمرة في حالة نسيان شخص ما اتباع جانب أو اثنين من الجوانب المتعلقة بما يجب فعله أو عدم فعله لأن تنفيذ جميع هذه التدابير يحمي الموظفين من الإصابات مع حماية البيئة من حولنا من التلوث الناجم عن عمليات إنتاج الطلاء.
تنطوي عملية إنتاج الطلاء على عدة خطوات حاسمة، بما في ذلك اختيار المواد الخام، والخلط المسبق، والطحن، والخلط، والترقيق، ومراقبة الجودة. تضمن كل خطوة أن المنتج النهائي يفي بمعايير الصناعة للأداء والسلامة.
يعد ضمان الجودة واحتياطات السلامة عنصرين أساسيين في الحفاظ على جودة الدهانات عالية الجودة. تضمن هذه التدابير متانة الطلاء من خلال إجراءات اختبار صارمة تتوافق مع المبادئ التوجيهية المنصوص عليها للتأكد من ملاءمته للبيئة وقدرته على تحمل الظروف المختلفة؛ كما أن ارتداء معدات الحماية الشخصية (PPE) وكذلك اتباع ممارسات العمل الآمنة تحمي العمال من المخاطر المرتبطة بالتعامل مع الدهانات.
تركز الاتجاهات المستقبلية في إنتاج الطلاء على الاستدامة والابتكار. ويجري تطوير مواد صديقة للبيئة إلى جانب تقنيات إعادة التدوير من أجل الحد من التأثير الناجم عن هذه الأنشطة على البيئة المحيطة بنا؛ كما تم إجراء المزيد من التحسينات نحو تعزيز الكفاءة خلال مختلف مراحل التصنيع مما يؤدي إلى مستويات إنتاجية أعلى إلى جانب تحقيق معايير جودة عالية في جميع الأوقات.