رزین ها و انواع ان در صنعت رنگ:
رزین ها از نظر منشاء تهیه به دو دسته طبیعی و سنتزی تقسیم میشوند
رزین های طبیعی در واقع همان صمغ درختان یا گیاهان هستند و یا به نوعی مانند قیر و آسفالت از طبیعت بدست می آیند به عنوان مثال گام روزین ، نوعی صمغ است که از درخت کتاج استخراج میشود و مخلوطی از اسیدهای آبتیک و پیماریک است .
بطور کلی گام روزین باعث افزایش چسبندگی ، سختی ، مقاومت در مقابل محلولهای صابونی وبازی و از طرفی باعث کاهش رنگ نهایی ، انعطاف پذیری میشود .
رزین ها را از جهات مختلفی تقسیم بندی میکنند که یکی از آنها نحوه خشک شدن رزین ها میباشد و بر این اساس به دو دسته قابل تبدیل و غیر قابل تبدیل طبقه بندی میکنند .
مهمترین رزین های قابل تبدیل شامل رزین های آلکیدی ـ اپوکسی ـ آمینو ـ فنلی ـ پلی اورتان و سیلیکونی هستند و رزین های غیر قابل تبدیل شامل رزینهای سلولزی ـ لاستیک کلردار شده ـ و ینلیلی و آکریلیک میباشند .
رزین های غیر قابل تبدیل ، ابتدا در یک محلول ، حل یا پخش میشوند و بعد از کاربرد با تبخیر حلال ایجاد یک فیلم چسبناک میکنند .
رزین های آلکیدی :
اصولاً کلمه آکلید مخفف دو کلمه الکل و اسید است و این رزینها که از مهمترین و پر مصرف ترین رزینهای موجود هستند در واقع پلی استر ها حاصل از یک پلی اسید و یک پلی الکل می باشند که در حضور یک روغن و یا اسید چرب یک ظرفیتی تشکیل شده اند و به همین دلیل به انها رزین آلکیدی اصلاح شده گویند قابل ذکر است که رزین آلکیدها در مقایسه با رزین های دیگر از میانگین ورن مولکولی کمتری برخوردار است( 10000-1000) رزین آلکید در واقع نوعی پلیمر تراکمی است که با خروج آب به عنوان محصول جانبی همراه است .
چنانچه برای تهیه آن از اسید چرب استفاده شود یک واکنش یک مرحله ای خواهد بود و هر سه ماده اولیه آنقدر حرارت داده میشوند تا واکنش استری شدن کامل شود و رزین حاصله ، ا زرنگ و کیفیت بهتری برخوردار شود ولی عموماًٌ در تهیه زرین آلکیدها از روغن استفاده میشود و بنابراین واکنش دو مرحله ای خواهد بود زیرا استر حاصل از واکنش الکل پلی هیدروکسی با اسید چند ظرفیتی در داخل روغن که خود یک تری گلیسرید است محلول نبوده و رسوب خواهد نمود و بدین ترتیب اثرات منفی روی خواص نهایی رزین خواهد شد بنابراین باید ابتدا روغم را تحت واکنش الکلاین به مونو گلیسرید تبدیل کرد و بعد عمل استری شدن انجام داد .
روغن ها :
روغن ها با توجه به تعداد پیوندهای غیر اشباع اسیدهای چرب آنها ، عمدتاً به دو دسته خشک شونده و خشک نشونده تقسیم میشوند و ما بین اینها روغن های نیمه خشک شونده نیز هستند .
بطور کلی روغن های خشک نشونده مانند کرچک از نظر پیوند دو گانه فقیر بوده و در نتیجه توانایی بسپارش نداشته و براحتی خشک نیمی شود و علت مصرف آنها بیشتر به دلیل انعطاف پذیری لایه فیلم رنگ است ولی روغن های خشک شونده مانند بزرک بر طبق مکانیسم خاص خود خشک میشوند البته یاد آوری این نکته ضروری است که مکانیسم خشک شدن برای روغن های فردوج وغیر فردوج متفاوت است .
ابتدا روغن های فردوج را در نظر میگیریم .
در اولین مرحله ، اکسیژن هوا به پیوندهای دو گانه افزوده میشود و سپس رادیکال حاصله بر روی زنجیره کربنی میتواند به موقعیت های 4 و 6 نیز رزنانس کند و مجدداً در هر یک از این مکان ها میتواند ملکول اکسیژن بعدی اضافه شود و سپس دی رادیکال های حاصله میتوانند بر روی پیوندهای دوگانه مولکول روغن بعدی پیوند عرضی ایجاد نموده وبدین ترتیب پلی پر اکسید تولید میشود پلی پر اکسیدها در مجاورت نور و حرارت به رادیکال های آلکوکسی تبدیل شده و در واکنش با پیوند دو گانه منجر به تولید اتصال اتری میگردند و بدین ترتیب بسپارش پایان یافته و عمل خشک شدن صورت میگیرد .
رزین های اپوکسی :
رزین های اپوکسی بدلیل خصائص فراوان و متنوعی که میتوانند داشته باشند ، مورد توجه هستند و عمدتاً از واکنش تراکمی دی فنل پروپان و اپی کلروهیدرین در حضور یک قلیا بدست می آیند .
یک رزین اپوکسی میتواند ماکزیمم دو عامل اپوکسی در دو انتهای زنجیر خود داشته باشد و تعداد n عامل هیدروکسیل ، که باعث قطبی شدن این رزین و چسبندگی خوب آن بر روی سطوح فلزات میشود . همچنین اتصالات اتری ، بسیار پایدارتر از اتصالات استری هستند و بنابراین رزینهای اپوکسی دارای مقاومت شیمیایی خوبی میباشند.
وجود حلقه های بنزنی در رزینهای اپوکسی باعث سختی بیشتر و در نتیجه شکستگی پلیمر حاصله شده و بنابراین باید آنرا با ترکیبات دیگر اصلاح نمود و در واقع موجبات سه بعدی شدن آن را فراهم آورد در این عمل ، گروههای اپوکسی و یا هیدروکسیل وارد واکنش میشوند واز آنجائیکه این گروه ها با فواصل زیادی نسبت به هم قرار دارند ، لذا رزین اپوکسی نهایی انعطاف پذیری بهتری خواهد داشت .
چنانچه در فرمول تهیه رزینهای اپوکسی مقدار بیسفنل A از مقدار اپی کلروهیدرین کمتر باشد رزینهای اپوکسی با سخت کننده هایی آمینی اشاره کرد .
رزین های آمینو :
این رزین ها عمدتاً کوپلیمری از فرم آلدئید با اوره یا ملامین میباشند و از آنجائیکه فیلم حاصله ا زآن ها بسیار شکننده و دارای چسبندگی کمی بر روی سطوح فلزی است لذا با رزین هایی که محتوی گروه های فعال کربوکسیل و هیدرو کسیل هستند مانند رزین های آلکیدی و یا اپوکسی قابل امتزاج بوده و خواص مطلوبی به فیلم های حاصله میدهند .
واکنش افزایش آن به صورتی است که باید در یک محیط قلیایی صورت گیرد چون در صنایع رنگ ، بیشتر سیستمهای حلالی مورد مصرف میباشد لذا میتوان از قطبیت آن کاسته و گروههای هیدورکسیل آزاد در رزین فوق را توسط یک واکنش ترکیبی با یک الکل مناسب مانند بوتانل به گروههای اتری تبدیل کرد تا خواص حلالیتی کاملا ً متفاوتی تز خود بروز دهند .
به همیم ترتیب رزین ملامین ـ فرم آلدئید نیز از نوع مونو متیلول تا هگزا متیلول میتواند تولید شود که به عنوان مثال واکنش تشکیل هگزا متیولول ملامین ـ فرم آلدئید را در کارخانه جزء مهمترین واکنش ها میدانند این رزین ها میتوانند عمل اتری کردن را انجام دهند تا خاصیت حلالیت آنها متفاوت گردد .
رزین های اوره ای ، انحلال پذیری بیشتری نسبت به رزین های ملامینی دارند ولی رزین های ملامین اثر سخت کنندگی بارزتری از خود نشان میدهند .
رزین های فنلی :
این دسته از رزین ها از زمره رزین های سخت بوده و بر اثر بسپارش تراکمی فنل با یک آلدئید بدست می آید و بسته به PH محیط انواع متفاوتی دارند چنانچه ترکیب فنل با آلدئیدی مانند فرم آلدئید در حضور کاتالیزور قلیایی مانند آمونیاک باشد تولید موتو ، دی یا تری متیلول فنل را خواهد کرد و سپس دراثر حرارت این مولکول ها متراکم شده و پیوند های اتری را سبب میشوند که رزین حاصله رزول گویند .
همچنین مشخص است وزن ملکولی و قابلیت سخت شدن در اثر حرارت با افزایش نسبت آلدئید ، افزایش می یابد . این رزین ها در هر دو انتهای شاخه زنجیری خود منتهی به گروههای متیلولی میباشند که فعال بوده و به همین دلیل این رزین های فنلی در دراز مدت تمایل به زردگرایی یا کدر شدن بویژه در مقابل نور دارند .
ولی چنانچه واکنش فنل با فرم آلدئید در حضور یک کاتالیزور اسیدی باشد ، دی فنل متان بدست می آید که در اثر حرارت به رزینی تبدیل میشود به نام نووالاک میشود .
ا زآنجاییکه که این رزین ها به گروه های فعالی مانند متیلول ختم نمی شوند سپس فعالیت قابل ملاحظه ای نیز ندارند .
بطور کلی رزین های فنلی برای ساخت قطعات مصرفی در صنایع الکتریکی ، مانند کلید و … استفاده میشود .
زرین های پلی اورتان :
زرین های فوق از پلیمریزاسیون یا بسپارش تراکمی ایزو سیاناتهابادی ال ها یا پلی ال ها بدست می آیند که به دو گروه یک بسته ای یا یک جزئی و دوبسته ای یا دو جزئی تفکیک میشوند .
الف ) رزین ه ای پلی اورتان یک دسته ای :
این رزیها خود به سه بخش
1) روغن های اورتانی
2) رزین های پلی اورتانی رطوبت خشک
3) رزین های بلوکه شده کوره ای
1) روغن های اورتاتی :
این سیستم از واکنش دی ایزوسیانات با روغن های خشک شونده بدست می آید بدین ترتیب که ابتدا روغن خشک شونده با کمک یک پلی هیدروکسیل تبدیل به مونو گلسیرید میشود تا عوامل هیدروکسیل بوجود آید که قادر به واکنش با گروههای ایزوسیانات باشد .
نسبت ایزوسیانات به گروه های هیدروکسیل حاصل بایستی طوری تنظیم شود که محصول نهایی فاقد هرگونه گروه فعال و آزاد ایزوسیانات باشد .
2) رزین های پلی اورتان رطوبت خشک :
خشک شدن وسخت شدن نهایی این زرین ها به کمک رطوبت موجود در هوای اطراف از طریق واکنش های ایزوسیانات موجود در انتهای زنجیر پلیمری است که با ایجاد پیوندهای رعضی فیلم حاصله را خشک و سخت میکنند ، کاربرد و استفاده از این سیستم بسیار حساس است و به محض تماس رنگ با رطوبت هوا خراب شده وبه صورت ژل در می آید وبدین ترتیب جهت افزایش پایداری سیستم از مواد جاذب رطوبت مانند اتیل اورتوفرمات استفاده میکنند .
3) رزین های بلوکه شده کوره ای :
این رزینها در واقع پیش پلیمرهایی هستند که گروههایی انتهایی ایزو سیانات آنها با ترکیباتی مانند کاپرولا کتام محافظت شده است وتحت اثر حرارت ، گروه سیانات ، آزاد شده و میتواند با گروه های هیدروکسیل موجود در محیط ترکیب وساختمان سه بعدی را تولید کند .
ب) رزین های پلی اورتان دو جزئی :
این سیستم نیز بر دو نوع است که یکی نوع سخت شونده با رطوبت به همراه کاتالیزوری مانند یک آمین نوع سوم N و -N S ی متیل اتانل آمین بوده که توضیح عملکرد داده شد .
رزین هلای سیلیکونی :
این رزین ها د ارای ساختمان معدنی بدین مفهوم که در زنجیر پلیمری اتمهای سیلیسیم و اکسیژن به صورت متناوب قرار گرفته اند که دارای ساختار خاص است .
در واقع ساختمانی شبیه سیلیس در کوارتز و شیشه دارد وبه همین دلیل در مقابل حرارت مقاوم بوده و نسبت به مواد شیمیایی بی اثر است و از این لحاظ مورد توجه میباشد گروههای R دراین ساختار میتوانند از هر نوع گروهی باشند ولی بیشتر از نوع متیل و یا فیل هستند .
این رزین ها در حلال های آلیفاتیک کم محلولند و بیشتر در حلالهای آروماتیک حل میشوند .
همچنانکه گفته شد گروه جانبی R بیشتر از نوع متیل و فنیل است
بطور کلی این گروهها باعث انحلال بیشتر رزین در حلالهای آلی ، قابلیت امتزاج پذیری بهتر با دیگر رزین ها و قابلیت دفع آب میشوند .
زمانی که از گروههای فنیل استفاده شود فیلم ترد و سختری بوجود می آید . که انعطاف پذیری کمتری دارد و همچنین عصر قانونی قابل مصرف رزین را بالا می برد ولی با گروه متیل فیلم قویتری با مقاومت بیشتری در مقابل نفوذ آب ایجاد خواهد شد ، لذا ترجیح داده میشود که از کوپلمیر متیل ـ فنیل سیلیکونی استفاده شود که مجموعه خواص بالا را دارد .
رزین های سلولزی :
سلولز که از عمده ترین پلیمرهای موجود در طبیعت است خود ، ماده ای نامحلول است ولی مشتقات آن محلولند که یکی از مهمترین مشتقات آن که در صنایع رنگ کاربرد دارد نیترات سلولز میباشد که به غلط به آن نیترو سلولز گویند و از واکنش اسید نیتریک وسولفوریک با سلولز تهیه میشود .
همچنانکه مشخص است عامل هیدروکسیل موجود در سلولز با اسید نیتریک واکنش نموده و با خروج آب ، عمل نیتراسیون صورت میگیرد و علت افزایش اسید سولفوریک به محیط واکنش ، خارج کردن مولکول آب است . پس واکنش نیتراسیون را با رقیق نمودن محیط واکنش توسط آب میتوان متوقف نمود معمولاً در صنعت نیترات سلولز را بادرصد نیتروژن 5/10 تا 3/12 درصد تهیه میکند در نتیجه همانطور که مطرح شد آب برای این سیستم مضراست لذاباید از حلال های دیگری جهت حل نمودن نیترات سلولز استفاده کرد زیرا همانطور که میدانیم نیترات سلولز خشک یک ماده منفجره بوده بطوریکه این رزین بنابه درصد حلال بکار رفته به سه صورت ویسکوزیته بالا ، متوسط و پایین عرضه میشود .
رزین های وینیل :
این رزین ها از بسپارش واحدهای کوچک تهیه میشوند که در صنعت رنگ است که به ترتیب به رزین های پلی وینیل کلراید و پلی وینیل است معروف است و معمولاً از کوپلیمر هر دو ؟ استفاده میشود که خواص بهتری نسبت به همو پلیمر خود داشته باشد به عنوان مثال :
کوپلمیر حاصله براحتی در بسیار از حلال ها حل میشود زیرا گروههای استات باعث قطبیت بیشتر و ازدیاد فواصل بین مولکولی پلیمر میگردند .
آنچه که در این واکنش رخ میدهد ، یک بسپارش افزایشی از نوع رادیکال است بدین ترتیب که مونوم های ونیلی را در مجاورت بایک آغاز کننده رادیکالی مانند پر اکسید آزو قرار میدهند که با ایجاد رادیکال روی مونوم اولیه ، واکنش افزایشی بر روی مونوم های دیگر را انجام دهد و پلیمر نهایی حاصل شود .
روشهای متعددی برای تولید رزین های وینیلی بکار میرود که به بیان مختصری از یک از آنها که کاربرد بیشتری در صنعت رنگ دارد و برای تهیه کوپلمیر وینیل کلراید بکار میرود .این روش به نام روش بسپارش محلول شهرت دارد بدین ترتیب که مونوم های مینیلی و کاتالیزور مربوطه در حلال مناسبی حل شده و بسپارش در همان محیط انجام گیرد لذا پلیمر حاصله از محیط واکنش استخراج نشده و به همان صورت ، جهت مصرف ارائه میشود پس به حلال محتوای رزین حاصل تیز گویند .
رزین های اکریلیک :
این رزین ها هم به دلیل تنوع بسیار توع زیادی که دارند و در نتیجه خواص متفاوتی که میتوانند ایجاد بکنند و همچنین بدلیل حقیقت کمتر مونومرهای لازمه در تولید آنها ، از رزین ها ی قابل توجه در صنایع میباشند .
بطور کلی این رزین ها محصول بسپارش اسیدهای اکریلیک ، متا اکریلیک و مشتقات آنان هستند .
در صنایع رنگ بیشتر از استر اسیدهای فوق الذکر استفاده میشود
حال در نظر بگیریم که هر یک از این ها هم به صورت هموپلیمر و هم کوپلمیر با یکدیگر میتوانند بکار روند و از طرفی دیگر مثلاً برای استری کردن اسیدهای میتوان از هر نوع الکلی استفاده کرد موجب تنوع بیش از بیش محصولات حاصله خواهد شد .
بعنوان مثال چنانچه از متانل جهت استری کردن اسید متا کریلیک استفاده شود ایجاد پلی متیل کریلات را خواهدکرد که در کشور آمریکا آن را تحت عنوان پلکسی گلاس میخوانند متوجه میشویم که میتوان تنوع بسیار زیادی در رزین های فوق ایجاد کرد .
حال اگر این رزین ها از هم پلیمر و یا کوپلیمر استرهای یاد شده ، تشکیل شده باشند با آن ها رزین های آکریلیک ترموبلاست یا گرماندم گویند که دارای وزن ملکولی نسبتاً زیادی در حدود 000/100 هستند و از کاربرد های آن ساخت رنگهای فوری در لکه گیری اتومبیل ها ست .
این رزین ها رنگ روشنی مانند آب دارند و مقاومت شیمیایی بسیار خوبی داشته و چسبندگی خوبی نیز از خود نشان میدهند و لازم به ذکر است فیلم ها حاصل از پلی متا کریلاتها سختر از پلی آریلاتها است که میتوان با تغییر نسبتها به خواص مطلوب و مورد نیاز رسید .
ولی نوع دیگر رزین های الکریلیک ، انواع گرما سخت و یا ترموپلاست میباشد که در واقع کوپلمیر استرهای اسید اکریلیک و یا متا کریلیک با پلیمرهای دیگر است که دارای عوامل فعالی مانند هیدروکسیل ، کربوکسیل ، اپوکسی و … هستند و تحت حرارت میتوانند با رزین های آکریلیک و یا متا کریلیک ایجاد پیوند عرضی نموده و تشکیل یک فیلم سه بعدی را بدهند و به همین علت به صورت کوره ای مصرف میشوند.
بعنوان مقال رزین های آکریلیک با عامل فعال کربوکسیلیک به همراه رزین های اپوکسی جهت رنگ آمیزی ورقه های استیل مورد استفاده در کابینت آشپزخانه کاربرد دارند پس به طور کلی تفاوت این دو رزین آکریلیک ترموپلاست و ترموست دراین است که اولاً رزین های آکریلیک ترموپلاست وزن مولکولی بالاتری دارند و ثانیاً به صورت هوا خشک میباشند در صورتی که رزین های آکریلیک ترموست به صورت کوره ای کاربرد داشته و دارای عوامل شیمیایی فعال بر روی زنجیره پلیمری خود هستند .