في عام 2025، يشهد قطاع الطلاء تسارعًا ملحوظًا نحو تحقيق هدفين رئيسيين: "التحول الأخضر" و"تحسين الأداء". في مجالات الطلاء المتطورة، مثل السيارات والنقل بالسكك الحديدية، تطورت الطلاءات المائية من "خيارات بديلة" إلى "خيارات أساسية" بفضل انخفاض انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة، وسلامتها، وعدم سميتها. ومع ذلك، ولتلبية متطلبات ظروف الاستخدام القاسية (مثل الرطوبة العالية والتآكل الشديد) واحتياجات المستخدمين المتزايدة فيما يتعلق بمتانة الطلاء ووظائفه، تتواصل التطورات التكنولوجية في طلاءات البولي يوريثان المائية بوتيرة متسارعة. في عام 2025، منحت الابتكارات الصناعية في تحسين التركيبات، والتعديل الكيميائي، والتصميم الوظيفي، هذا القطاع حيوية جديدة.
تعميق النظام الأساسي: من "ضبط النسبة" إلى "موازنة الأداء"
باعتبارها الطلاءات المائية الرائدة من حيث الأداء، تواجه البولي يوريثان المائي ثنائي المكونات (WB 2K-PUR) تحديًا أساسيًا يتمثل في تحقيق التوازن بين نسبة وأداء أنظمة البوليول. وقد أجرت فرق بحثية هذا العام دراسة معمقة للتأثيرات التآزرية لبوليول البولي إيثر (PTMEG) وبوليول البوليستر (P1012).
تقليديًا، يُحسّن بوليول البوليستر القوة الميكانيكية وكثافة الطلاء بفضل الروابط الهيدروجينية الكثيفة بين الجزيئات، إلا أن الإفراط في إضافته يُقلل من مقاومته للماء نظرًا لخاصية استرطاب مجموعات الإستر. وقد أثبتت التجارب أنه عند استخدام 40% (غ/غ) من بوليول P1012، يتحقق التوازن الأمثل: حيث تزيد الروابط الهيدروجينية من كثافة التشابك الفيزيائي دون زيادة مفرطة في الاسترطاب، مما يُحسّن الأداء الشامل للطلاء، بما في ذلك مقاومة رذاذ الملح، ومقاومة الماء، وقوة الشد. تُقدّم هذه النتيجة إرشادات واضحة لتصميم التركيبة الأساسية لطلاء البولي يوريثان ثنائي المكونات (WB 2K-PUR)، خاصةً في تطبيقات مثل هياكل السيارات والأجزاء المعدنية لمركبات السكك الحديدية التي تتطلب أداءً ميكانيكيًا عاليًا ومقاومةً للتآكل.
"الجمع بين الصلابة والمرونة": التعديل الكيميائي يفتح آفاقاً وظيفية جديدة
بينما يُعدّ تحسين النسب الأساسية "تعديلاً دقيقاً"، فإنّ التعديل الكيميائي يُمثّل "قفزة نوعية" في البولي يوريثان المائي. وقد برز مساران للتعديل هذا العام:
المسار 1: التعزيز التآزري باستخدام البولي سيلوكسان ومشتقات التربين
يمنح مزيج البولي سيلوكسان ذي الطاقة السطحية المنخفضة (PMMS) ومشتقات التربين الكارهة للماء مادة WPU خصائص مزدوجة تتمثل في "كراهية الماء الفائقة + الصلابة العالية". قام الباحثون بتحضير البولي سيلوكسان المنتهي بمجموعة هيدروكسيل (PMMS) باستخدام 3-مركابتوبروبيل ميثيل ثنائي ميثوكسي سيلان وأوكتاميثيل سيكلوتيتراسيلوكسان، ثم قاموا بتطعيم أكريلات إيزوبورنيل (مشتق من الكامفين المشتق من الكتلة الحيوية) على السلاسل الجانبية لـ PMMS عبر تفاعل النقر ثيول-إين المحفز بالأشعة فوق البنفسجية لتشكيل بولي سيلوكسان قائم على التربين (PMMS-I).
أظهرت مادة البولي يوريثان المائية المُعدّلة تحسينات ملحوظة: فقد ارتفعت زاوية التلامس الساكنة للماء من 70.7° إلى 101.2° (مقتربةً من خاصية النفور الشديد للماء الشبيهة بورقة اللوتس)، وانخفض امتصاص الماء من 16.0% إلى 6.9%، وزادت قوة الشد من 4.70 ميجا باسكال إلى 8.82 ميجا باسكال بفضل بنية حلقة التربين الصلبة. كما كشف التحليل الحراري الوزني عن استقرار حراري مُحسّن. تُقدّم هذه التقنية حلاً متكاملاً "مضاداً للتلوث ومقاوماً للعوامل الجوية" للأجزاء الخارجية لمركبات النقل بالسكك الحديدية، مثل ألواح السقف والألواح الجانبية.
المسار الثاني: ربط البوليمين المتشابك يُمكّن تقنية "الشفاء الذاتي"
لقد برزت خاصية الإصلاح الذاتي كتقنية شائعة في الطلاءات، وقد جمع بحث هذا العام بينها وبين الأداء الميكانيكي لـ WPU لتحقيق اختراقات مزدوجة في "الأداء العالي + القدرة على الإصلاح الذاتي". وقد أظهر WPU المتشابك المحضر باستخدام بولي بيوتيلين جليكول (PTMG) وإيزوفورون ثنائي إيزوسيانات (IPDI) وبولي إيمين (PEI) كعامل تشابك خصائص ميكانيكية رائعة: قوة شد تبلغ 17.12 ميجا باسكال واستطالة عند الكسر تبلغ 512.25% (قريبة من مرونة المطاط).
الأهم من ذلك، أنه يحقق التئامًا ذاتيًا كاملًا خلال 24 ساعة عند درجة حرارة 30 درجة مئوية، حيث يستعيد قوة شد تبلغ 3.26 ميجا باسكال واستطالة بنسبة 450.94% بعد الإصلاح. وهذا يجعله مناسبًا للغاية للأجزاء المعرضة للخدش مثل مصدات السيارات والتجهيزات الداخلية لقطارات النقل، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف الصيانة.
"التحكم الذكي على المستوى النانوي": "ثورة سطحية" في مجال الطلاءات المضادة للتلوث
تُعدّ مقاومة الكتابة على الجدران وسهولة التنظيف من المتطلبات الأساسية للطلاءات عالية الجودة. وقد لفت هذا العام انتباه الكثيرين طلاء مقاوم للتلوث (NP-GLIDE) يعتمد على "تجمعات نانوية من مادة PDMS سائلة". وتتمثل فكرته الأساسية في تطعيم سلاسل جانبية من مادة بولي ثنائي ميثيل سيلوكسان (PDMS) على هيكل بوليول قابل للتشتت في الماء، وذلك عبر البوليمر المطعّم polyol-g-PDMS، لتشكيل "تجمعات نانوية" يقل قطرها عن 30 نانومتر.
يُضفي تركيز مادة PDMS في هذه التجمعات النانوية على الطلاء سطحًا "شبيهًا بالسوائل"، حيث تنزلق جميع السوائل المختبرة ذات التوتر السطحي الذي يزيد عن 23 ملي نيوتن/متر (مثل القهوة وبقع الزيت) دون ترك أي أثر. وعلى الرغم من صلابة الطلاء البالغة 3H (القريبة من صلابة الزجاج العادي)، إلا أنه يحافظ على أداء ممتاز في مقاومة التلوث.
بالإضافة إلى ذلك، تم اقتراح استراتيجية لمكافحة الكتابة على الجدران تعتمد على "حاجز مادي + تنظيف لطيف": وذلك بإدخال ثلاثي جزيء IPDI في بولي إيزوسيانات قائم على HDT لتعزيز كثافة الطبقة ومنع اختراق الكتابة على الجدران، مع التحكم في هجرة أجزاء السيليكون/الفلور لضمان طاقة سطحية منخفضة تدوم طويلًا. وبفضل دمجها مع التحليل الميكانيكي الديناميكي (DMA) للتحكم الدقيق في كثافة التشابك، ومطيافية الأشعة السينية الكهروضوئية (XPS) لتوصيف هجرة السطح البيني، أصبحت هذه التقنية جاهزة للتطبيق الصناعي، ومن المتوقع أن تصبح معيارًا جديدًا لمقاومة التلوث في طلاء السيارات وأغلفة منتجات الإلكترونيات الاستهلاكية.
خاتمة
في عام 2025، ستنتقل تقنية طلاء البولي يوريثان المائي من التركيز على تحسين أداء واحد إلى التكامل متعدد الوظائف. وسواءً كان ذلك من خلال تحسين التركيبة الأساسية، أو تحقيق اختراقات في التعديل الكيميائي، أو ابتكارات في التصميم الوظيفي، فإن المنطق الأساسي يتمحور حول تحقيق التآزر بين مراعاة البيئة والأداء العالي. بالنسبة لقطاعات مثل السيارات والنقل بالسكك الحديدية، لا تساهم هذه التطورات التكنولوجية في إطالة عمر الطلاء وخفض تكاليف الصيانة فحسب، بل تدفع أيضاً إلى تحسينات مزدوجة في التصنيع الأخضر وتجربة المستخدم المتميزة.
تاريخ النشر: 14 نوفمبر 2025