طرح توجيهی توليد رنگهای صنعتی و ساختمانی
| 
رزینها :
حداكثر رزین ها از مواد آلی كربن ـ هیدروژن و عناصر دیگر از قبیل اكسیژن ـ نیتروژن و یا كلر تشكیل شده اند كه نوع و ترتیب این عناصر نوع ملكول از قبیل هیدروكربنی و آستری و رایتری و آمیدی و یا غیره را تعیین می نماید ، شیمیستهای رنگ و رزین می بایستی آشنایی كامل با خواص شیمیایی رزینها از قبیل فانكشنالیتی ذرات مقابل آب ، باز ، حلال مربوطه و غیره در ارائه فرمول یك رنگ داشته باشند.
نوع و درجة پلیمریزاسیئن اثر مستقیمی بر انحلال پذیری رزینها و بر خواص فیزیكی فیلم حاصل دارد . یك فیلم سخت و یكنواخت از ملكولها با مونومرهای بزرگ شده تشكیل شده تا از مولكولها و مونومرهای كوچك مثلاً یك مولكول سنگین و محكمتر و سخت تراز یك پلیمر سبك با مونومرهای یكسان است . اما متأسفانه پلیمرهای سنگین قابلیت انحلال پذیری كمتر و محلول غلیظ تری از پلیمرهای سبك دارند. بدین ترتیب پلیمرهای سنگین به حلال بیشتری از پلیمرهای سبك جهت رسیدن به ویسكوزینه نیاز یكسان دارند و از آنجا كه مصرف بیشتر حلال جهت رساندن ویسكوزینه رنگ به یك ویسكوزینة قابل قبول اسپری درصد پیگمان را در محلول پایین می اورد . لذا جهت تشكیل یك فیلم با ضخامت معین به مصرف بیشتری از رنگ با پلیمرهای سنگین نیاز است كه این امر با استفاده بیشتر از رنگ و حلال باعث افزایش قیمت می گردد كه بی شك مقرون به صرفه نیست .
مطالعه عوامل مهم تشكیل دهنده فیلم دلالت بر این می كند كه ساختمان یك فیلم از اجتماع ملكولی با شكل و اندازه های گوناگونی تشكیل شده است . بنابراین باید نیروهایی را كه از تركیب اتمها بهم تشكیل ملكولی و از تركیب مولكول ها بهم تشكیل اجتماع مولكولی و از تركیب اجتماع ملكولی تولید فیلم می نمایند را مد نظر داشته و یك مطالعة دقیق بر روی این نیرو ها انجام داد.
پیگمانها در صنایع رنگ سازی رل مهمی را از قبیل ایجاد رنگ ، پوشش ، براقیت ، سختی ، مقاومت ، حفاظت ، خمش ،چسبندگی و غیره را ایفا می نماید كه در آستریها و رنگهای رویه مصارف بسیار دارد.
ـ سیلر : فی ما بین آستری و رنگ رویه جهت افزایش چسبندگی بهتر و بیشتر آستری و رنگ رویه و همچنین افزایش ضخامت فیلم بكار می رود .
ـ آستری : عملكرد اصلی آن بیشتر در حفاظت از یك سطح است تا تزئین آن عملاً مات بوده و درصد پیگمان آن خیلی زیاد است . هدف اصلی استفاده از یك آستری، صاف و یكنواخت نمودن سطوح و حفاظت آنان در مقابل زنگ زدگی می باشد . بتونه ها ، سیلرها ، و استرها همگی از یك گروهند .
ـ رنگ رویه : كه به صورت مات و براق بوده و برروی سطوح آستری دار جهت هر دو منظور حفاظتی و تزئینی استفاده می گردد . تولید و فروش موفق رنگهای ساختمانی و صنعتی تابعی از شناخت كافی مواد اولیه، پروسه ساخت، نوع كاربرد و استفاده رنگ و بعلاوه یكسری خواص جانبی دیگر كه در رابطه با سه اصل فوق هستند آنچه را در حد فرمول است می بایست در هنگام ارائه یك فرمول و آزمایشگاه مربوطه به آن دربارة پیگمانها بدانند عبارتند از : ضریب شكست ـ اندازة ذرات ـ شكل ذرات ـ قدرت جذب روغن ـ براقیت ـ قدرت پوشانندگی ـ درجة مقابله با رطوبت پذیری و پخش شوندگی ـ فام ـ قدت رنگ دهی ـ وزن مخصوص وزن مخصوص ظاهری ـ مقاومت فیزیكی و شیمیایی نسبت به حل كننده ها ـ سرخ فام پذیری یا بلیدینگ ـ فلورینگ ـ فلوتینگ ـ پایداری ـ خاصیت ضد زنگ زدگی و آنچه در رابطه با تمامی مواد اصلی باید بدانند عبارت است از شناخت رزینها ـ شناخت پیگمانها ـ حلالها دایرها یا خشك كننده ها ـ كاتالیستها ـ اضافه كننده ها و نسبت هر پیگمان به یایندر (plb) و آنچه را كه در رابطه با پورسة ساخت باید بدانند عبارت است از : دستگاههای همزن و یا مخلوط كن و آسیابهای نوع پرمیل، داینومیل و غیره و وسایل تنظیم ویسكوزینه ـ تینت ـ شرایط گوناگون جهت ساخت رنگ ـ فیلتر رنگ تولید شده ـ بسته بندی و نگهداری.
انواع رزینهای مصرفی در صنایع رنگسازی :
الف ـ رزینهای ترموپلاست یا تغییر و تبدیل ناپزیر ( non – canvertible ) :
رزینهای ترموپلاست از انواع پلی مرهای خطی هستند كه هیچگونه انشعاب با ( كراس ـ لینكی ) نداشته و از آنجائیكه تحت فشار و حرارت بشكل دیگری در می آیند بدن اینكه خواص مكانیكی و شیمیائی آنان تغییر نماید بدانها تبدیل ناپذیر گویند و عبارتند از :
- رزینهای نیتروسلولزی
- رزینهای وینیلی
- رزینهای سخت
- رزینهای اكرلیك ترموپلاست
- رزینهای كلرنیتید رابر یا كائوچوكلره
- رزینهای نفتی از قبیل پترو ، كومارون ، قیر و غیره
ب ـ رزینهای ترموپلاست و یا تغییر و تبدیل پذیر (anvertible ) :
رزینهای ترموپلاست از نوع پلیمرهای انشعابی و یا كراس ـ لینك كننده بوده و از آنجائیكه تحت فشار و حرارت خواص فیزیكی و شیمیائی آنان تغییر می یابد بدانها ترموپلاست و یا تغییر و تبدیل پذیر گویند .
- رزینهای الكیدی
- رزینهای پلی استر غیراشباع
- رزینهای فنلیك
- رزینهای پلی اورتان
- رزینهای اكرلیك ترموست
- رزینهای اپوكسی
- رینهای آمینی
- رزینهای سیلیكونی
نقشی كه اصولاً رزینها در رنگ ایفاء می كنند عبارتند از :
1- تشكیل فیلم
2- خشك و سخت شدن فیلم
3- شفافیت و براقیت و حفظ آن
4- چسبندگی
5- انعطاف پذیری
6- ضربه خوری
7- مقاومت در مقابل آب ، اسید ، باز و غیره
8- كاهش قیمت نهائی رنگ محصول
ـ امتزاج یا اختلاط پذیری آلكید رزینها و مبنای طول روغن :
- معمولاً الكید رزینهای بلند روغن با نوع متوسط روغن امتزاج پذیر بوده و اما با كوتاه روغن امتزاج پذیدر نمی باشد .
- الكید رزینهای متوسط روغن معمولاً با بلند روغن و كوتاه روغن امتزاج پذیرند و البته بستگی به این دارد كه حد متوسط آنان مایل به بلند باشد یا كوتاه .
- الكید رزینهای كوتاه روغن معمولاً با متوسط روغن مایل به كوتاه امتزاج پذیر بوده و با بلند روغن ها امتزاج پذیر نمی باشد و مخلوط حتی با درصد كمی از كوتاه روغن ها با بلند روغن ها امكان دارد فوراً ژل شود .
- الكیدرزینها معمولاً با رزینهای نیتروسلولزی ، بوتیرات استات سلولز ، آمینوكوپلی مرهای وینیلی و اكرلیك ترموپلاست و رزینهای كلرنیتدرابر امتزاج پذیرند .
ـ مواد اولیه مصرفی در ساخت الكید رزینها :
الكها ، اسیدها ، روغنها ، و اسیدهای چرب آنان ، حلالها ، كاتالیت ها بعضی از مواد اصلاح كننده و غیره از جمله مواد اولیه مهم مصرفی در تولید یك الكلیك رزین می باشند .
ـ رزینهای سلولزی :
رزینهای نیتروسلولزی :
پلی مرهای نیتروسلولزی بعلت داشتن خواص ویژه از قبیل سریع خشك بودن ، مقاومت خوب فیلم حاصل و سختی مناسب مصرف فراوانی در صنایع رنگ سازی دارند. هر چند كه انعطاف پذیری و چسبندگی انان در مقایسه با دیگر رزینها نسبتاً خوب نمی باشد . هر وزن ملكولی رزین های نیتروسلولزی افزایش یابد قدرت فیلم حاصل نیز افزایش و بعكس انحلال پذیری كاهش می یابد و لذا از آنجائیكه وزن ملكولی پلی مرهای سلولزی بالاست چسبندگی آنان بر روی سطوح كم بوده از اینرو جهت افزایش چسبندگی آنان معمولاً از پلاستی سایزرهای رزینی با روغنهای خشك نشونده و یا پلاستی سایزرهای شیمیائی استفاده می نمایند البته نا گفته نماند كه نقش پلاستی سایزرها علاوه بر افزایش چسبندگی و براقیت بیشتر ایجاد یك محلول قابل اسپری می باشد .
اصولاً پوششهای فوری به پوششهائی گفته می شود كه اساساً چه نوع پیگمان دار و چه نوع بدون پیگمان آنان حداقل یك پلی مر خطی سختی را درمحلول خود داشته باشد و به جای واكنشهای اكسیداسیونی و پلی مریزاسیونی ، با تبخیر حلال خشك و سخت گردند ، و از آنجائیكه حلالهای بكار رفته در آنان در درجه حرارتهای طبیعی بدون هیچگونه تغییرات شیمیائی سریع تبخیر می گردند لذا فیلم حاصل از رنگهای فوری در اثنای كمتراز چند دقیقه خشك می گردد ، از مهم ترین رزینیك كه در ساخت رنگهای فوری بكار می روند می توان نیترو سلولز ، اتیل استات سلولز ،كلزنیتیدرابر ، كوپلی مرهای وینیلی واكریلیكهای ترموپلاست را نام برد كه نیترو سلولز از همه آنها مصرف بیشتری دارد ، معمولاً یك رنگ فوری را از نیترو سلولز تهیه می كنند در ساخت رنگهای سخت شونده با مكانیزم تبخیر حلال رزین كلرینیتدرابر بعد از نیترو سلولز مصرف بیشتری از دیگر انواع دارد .
از عیوب رزین نیتروسلولز می توان مقاومت ضعیف آن در مقابل نور و حرارت و در نتیجه تباهی فیلم حاصل و خاصیت شدید آن به سوختن را نام برد .
استفاده از پیگمان بهمراه رزینهای نیتروسلولزی به مقدار زیادی بر مقاومت فیلم حاصل از آنان در مقابل نور می افزاید و از اینرو مصرف رنگهای نیتروسلولزی پیگمان دار بمراتب بیشتر از نوع بدون پیگمان است و در ضمن بعضی نیز جهت افزایش مقاومت رزین های نیتروسلولزی در مقابل حرارت از مقدار كمی اتیل سلولز كه مقاومت بیشتری از نیترو سلولز در مقابل حرارت ، نور آب دارد استفاده می نمایند.
طرز تهیه :
رزین نیترو سلولز مصرفی در صنایع رنگسازی كه شامل عومال نیترات (-cono2) سه نیترو (-con2) در اصل همان نیترات سلولزی می باشد كه به غلط به نیترات سلولز مشهور است و از واكنش سلولز خالص با اسید نیتریك در حضور اسید سولفوریك تهیه می گردد كه حضور اسید بدان خاطر است كه بتوان آب حاصل از واكنش را از محیط خارج تا عمل نیتراسیون بدلخواه صورت پذیرد.
مكانیزم عمل بدین صورت است كه اسید نیتریك با عامل (HO) ئیدروكسیل موجود در مولكول سلولز واكنش نموده و تشكیل یك استر را می دهد در صنعت ، نیترات سلولز را می توان با درصد سبز و رنگهای متفاوت از قبیل 5/10 تا 8/13 درصد تولید نمود و نوعی كه در صنایع رنگسازی مصرف بیشتری دارد نوع با حدود 7/10 الی 2/12 درصد نیتروژن می باشد.
سلولزی كه از آن پلی مرهای سلولزی را تهیه می نمایند خود از اجزای اصلی ساختمان شیمیائی بعضی از درختان و گیاهان از قبیل كاج و پنبه و كتان و غیره می باشد.
در صنعت رزینهای نیترو سلولزی در سه نوع استاندارد SS,AS,RS و درانواع ویكسوزیته یافت می شوند كه در رنگسازی بیشتر از نوع R S بیش از دو نوع دیگر استفاده می گردد.
وزن مولكولی بیشتر یا طول زنجیر بیشتر نیروی واندوالسی بیشتر ـ ویسكوزیته بیشتر ـ میزان خشك شدن سریعتر و فیلم سختری می باشد.
مشخصات سه نوع استاندارد رزین های نیتروسلولزی.
| نوع رزين نيترو سلولز | مقدار درصد نيتروژن | حلال ها اصلي و كمكي | حلال رقيق كننده |
| 1ـ R.S | 2/12 ـ 8/11 | استر . كيتون و اترالكل | ئيدروكربن |
| 2ـ A.S | 7/11 ـ 2/11 | استر .كيتون واترالكلها | الكل ها |
| 3ـ S.S | 1/11 ـ 7/10 | اتانل | ئيدور كربن ها |
از این رو اگر در ساختمان یك رزین نیتروسلولزی درصد نیتروژن كاهش یا متقابلاً درصد گروه ئیدروكسیل افزایش یابد نتیجتاً انحلال پذیری آن در حلالهای قطبی افزایش می یابد و همانطوری كه در جدول فوق مشاهده می شود نوع S .S كه درصد نیتروژن بیشتری دارد ( قطبیت بیشتری دارد ) انحلال پذیری بیشتری در الكلها دارد. بنابراین واضح است كه رزین منونیترو سلولز قطبی تر از دی نیترو سلولز خواهد بود در رنگسازی از نوعی كه درصد نیتروژن بیشتری دارد یعنی R.S استفاده می شود .
هر چه مقدار ازت بیشتر باشد حلالیت آن در حلالهای معمولی تجارتی كند می باشد .
حلالهای مصرفی :
حلالهای اصلی یا فعال مثل :
- لیكتونها ( استن ، فنیل اتیل كتیون ، . . . )
- استرها ( ایتل استات و بوتیل استات )
نیترو سلولز نه تنها در استرها بلكه در كیتون ها نیز به خوبی حل می شود .
كتیون ها معمولاً با قدرت حل كنندگی زیادی ارزان قیمت تر بوده .
حلالهای كمكی یا الكلها :
رزینهای نیترو سلولزی در الكلها به غیر از متانل قابل حل نیستند و اما افزایش مقدار كمكی الكل به حلال اصلی افزایش چشمگیری بر قدرت حلالیت حلالهای اصلی خواهد داشت. استفاده از الكلها به عنوان یك حلال نیتو سلولزی امكان پذیر نمی باشد زیرا :
1- الكلها به تنهائی نمی توانند محلول روشنی از نیترو سولز ایجاد نمایند.
2- الكلها به تنهائی نمی توانند نیترو سلولز را در خود حل نمایند.
3- تبخیر الكلها به تنهائی نمی تواند در ایجاد فیلم یكنواخت و رضایت بخش نقش داشته باشد.
حلالهای رقیق كننده یا غیر فعال :
ئیدروكربنهای الفتیك و آروماتیك : از عمده حلالهای ئیدروكربنی آلفتیك و آرومتیك فنل تولوئن زایلن و نفتا با نقطه اشتعال بالا را نام برد كه به هیچ وجه به تنهائی قادر به انحلال رزینهای نیترو سلولزی در خود نمی باشند و اما از آنجائیكه استفاده از حلالهای فعال و نیمه فعال جهت انحلال رزینهای فوق باعث افزایش قیمت نهائی تولید حاصل خواهد گشت از اینرو جهت كاهش قیمت نهائی از حلالهای غیر فعال نیز جهت رقیق كردن محلول حاصل از انحلال رزینهای نیترو سلولزی در مخلوط حلالهای فعال و نیمه فعال استفاده می شود.
جهت انتخاب یك حلال در ساخت یك حلال فوری می بایستی خواص ذیل را مد نظر داشت.
1- حلالیت
2- سرعت تبخیر
3- بو ـ حداقل مقدار الكل، ئیدروكربن، آلفتیك. گلیكول اتر جهت پایین آوردن
4- سمیت
5- قیمت ـ بسیار مهم جهت تعین فرمول حلال
پیگمان های مصرفی ئر رنگهای نیترو سلولزی :
كار یك پیگمان در یك رنگ معمولاً ایجاد فام دلخواه، پوشش، سختی و حفاظت بایندر در مقابل نور ماوراء بنفش خورشید می باشد. بطور كلی تمامی رنگهای پیگمان دار مقاومت بیرونی بهتری از كلرهای بدون پیگمان دارند دررنگهای فوری بهتر است كه از پیگمان هائی كه قدرت پوشش زیاد و قدرت جذب روغن پایین دارند استفاده شود تا بدین طریق از افزایش ویسكوزیته جلوگیری به عمل آید در رنگهای فوری به علت جلوگیری از افزایش ویسكوزیته از اكستندرها كه اكثر قدرت جذب روغن بالائی دارند استفاده نمی شود مگر در ساخت آسترهای فوری ـ از مصرف پیگمان های بازی حدالامكان خودداری نمائید. زیرا كه ممكن است پیگمان های بازی با عامل نیترات رزینهای نیترو سلولزی وارد واكنش گردیده و تولید گاز اكسید نیتروژن را نمایند و مهم اینكه باعث كاهش انحلال پذری و دیگر خواص نیترو سلولزی گردند.
البته بعصی نیز بجای پیگمان از چیپسهای رنگی كه محلول خشك پوردی پگمانها ـ بایندر می باشد استفاده می نمایند.
استات سلولزی :
از استریفای شدن سلولز با اسید استیك بدست می آید از موارد مصرف به علت داشتن مقاومت خوب در مقابل حرارت ، نور ، عدم زردگرائی و براقیت های میتوان در تهیه پوششهای مصرفی بر سطوح پلاستیكی ، صنایع بسته بندی، فیلم های پلاستیكی، ارلنسپارنت و كاغذ را نام برد.
تولید رنگ
