در واکنش به مقررات فزاینده محدودکننده برای ترکیبات آلی فرار ۱ در صنایع مختلف از جمله پوششها، یک کلاس جدید از رزینهای پایدار و زیستپایه که برای خشک شدن در هوا طراحی شدهاند، معرفی شده است. این رزینها با نام فنولیک یورتانهای اکسیدشونده (OPUs) شناخته میشوند. این محصولات ترکیب مزایای شیمی رزینهای مختلف از جمله هیدروکربنهای غیراشباع، رزینهای فنولی و پلییورتانها را در یک مولکول هیبریدی به ارمغان میآورند. این ترکیبات میتوانند برای اصلاح و بهبود ویژگیهای سیستمهای پوششی معمولی برپایه حلال، مانند کاهش زمان خشک شدن، افزایش استحکام، مقاومت در برابر خش، جلای بالا و بهبود مقاومت شیمیایی مورد استفاده قرار گیرند.
این نوشتار بطور خلاصه شیمی حاملهای اکسیدشونده، رزینهای فنولیک و یورتانها را مرور کرده و شیوه کاربردی ترکیبات OPU را بیان مینماید.
۱. ساختار شیمیایی
در یک مولکول هیبریدی، فنولیک یورتانهای اکسیدشونده خواص هیدروکربنهای غیراشباع سریعخشک، مقاومت شیمیایی و سایش رزینهای فنولی، و استحکام یورتانها را با هم ترکیب میکنند. زنجیرههای هیدروکربنی غیراشباع این امکان را ایجاد میکنند که فرایند خشک شدن از طریق اکسیداسیون، مشابه با دیگر حاملهای اکسیدشونده مانند روغنهای خشکشونده، آلکیدها و یورتانهای اصلاحشده با روغن صورت گیرد. بخش فنولی به ایجاد سختی سریع در فیلم، جلای بالا، پایداری حرارتی، و مقاومت عالی در برابر مواد شیمیایی، حلالها و رطوبت کمک میکند. بخش یورتانی ترکیب بینظیری از استحکام، مقاومت در برابر سایش و خراش، شفافیت و تعادل عالی بین سختی و انعطافپذیری را فراهم میکند.
به منظور درک بهتر مزایای استفاده از OPUها در پوششها و رنگها، شیمی حاملهای اکسیدشونده، رزینهای فنولی و پلییورتانها در ادامه بطور خلاصه آمده است..
۲. حاملهای اکسیدشونده
این ترکیبات شامل روغنهای خشکشونده، رزینهای آلکید، یورتانهای بهبود یافته با روغن و یورتانآلکید است.
۲.۱ روغنهای خشک شونده
روغنهای خشکشونده که برای کاربردهای پوششدهی استفاده میشوند، مواد طبیعی هستند و عمدتا به دو دسته روغنهای گیاهی و روغنهای دریایی تقسیم میشوند. این روغنها شامل روغنهای گیاهی با درجه غیراشباعیت بالا (مانند روغن بذر کتان، روغن تانگ و …) و روغنهای گیاهی فراوریشده۲ -که به صورت پیشپلیمرشده۳ یا پیشاکسیدهشده۴ و نیمهخشککننده۵ وجود دارد- (مانند روغن سویا، روغن آفتابگردان و غیره) هستند. این روغنها هنوز هم به عنوان عامل تشکیل فیلم برای تولید رنگهای خانگی جهت استفاده در محیطهای داخلی به کار میروند. از نظر شیمیایی، تمام روغنها بصورت تریگلیسرید۶ هستند. این ترکیبات از یک مولکول گلیسرین و سه مولکول اسید چرب زنجیره بلند تشکیل شدهاند و از نظر نقطه ذوب با چربیها تفاوت دارند. روغنهای مختلف با توجه به نوع اسیدچرب موجود در آنها از نظر خواص خشک شدن و دیگر ویژگیها با یکدیگر تفاوت زیادی دارند. عمده اسیدهای چرب موجود در روغنهای گیاهی معمولاً ۱۸ کربن داشته و درجه غیراشباعیت مختلفی دارند. این اسیدها شامل استئاریک، اولئیک و لینولئیک هستند.
پیوندهای دوگانه در اسیدهای چرب غیراشباع نقاط واکنشپذیر شیمیایی هستند. واکنش این سایتهای فعال با اکسیژن فرآیند خشک شدن روغن را آغاز میکند؛ در نتیجه، روغنهایی که حاوی اسیدهای اشباع (مثلاً استئاریک) هستند، خشک نمیشوند (روغن نارگیل، روغن دانه پنبه و …)، در حالی که روغنهایی که حاوی اسیدهایی با سه پیوند دوگانه (مانند لینولنیک) هستند، سریعتر خشک میشوند (روغن بذر کتان، گل گاوزبان و …). همه روغنهای طبیعی ترکیبی از انواع مختلف اسیدهای چرب را دارند؛ تعداد و نوع باندهای دوگانه و محل قرارگیری آنها خواص نهایی اسیدچرب و روغن برپایه آن را تعیین میکند. وجود باندهای دوگانه کونژوگه خواص خشکشدن سریعتر و امکان پلیمریزاسیون را فراهم میکند از این رو روغنهای حاوی این نوع باندهای دوگانه به روغن سخت معروف هستند.
۲.۲ آلکیدها
آلکیدها دستهای از رزینهای پلیاستر هستند که در فرمولاسیون آنها از اسیدهای چرب غیراشباع و یا روغنهای گیاهی برپایه آنها استفاده شده است. وجود این ترکیبات در فرمولاسیون آلکید، موجب واکنش باند دوگانه با اکسیژن و پلیمریزه شدن یا ایجاد کراسلینک میگردد؛ از این رو سرعت خشک شدن در یک رزین آلکید نیز به نوع و مقدار روغن خشک شونده در آن بستگی دارد.
۲.۳ فنولیکها
اولین رزین سنتزی تجاری بر پایه رزین فنول فرمالدهید با نام تجاری باکلیت۷ بوده است که از واکنش پلمریزاسیون تراکمی فنل و فرمالدهید تشکیل میشود. فنول میتواند با فرمالدهید در هر یک از سه موقعیت ممکن اورتو و پارا (موقعیتهای ۲، ۴ و ۶) واکنش دهد؛ به این ترتیب تا سه واحد فرمالدهید میتوانند به حلقه متصل شوند. با توجه به نسبت این دو ماده و pH محیط محصولات مختلفی در دو خانواده رزول و نوولاک با خواص نهایی متفاوت قابل تولید است.
۲.۴ یورتانها
پلییورتانها پرکاربردترین خانواده از عوامل تشکیل فیلم با کیفیت بالا هستند. شیمی این مواد بر پایه واکنش بین یک مونومر یا پیشپلیمر دیایزوسیانات و یک پیشپلیمر دی یا پلیهیدروکسیل است. این واکنش منجر به ایجاد ترکیب منحصر به فردی از خواص نهایی میشود؛ تعادل برجسته بین سختی و انعطافپذیری، مقاومت در برابر سایش و خراش، مقاومت در برابر حلالها، براقیت و شفافیت بالا از خصوصیات قابل دستیابی به کمک پلییورتان است. چندین واکنش شیمیایی در فرآیند تشکیل و پخت پوششهای یورتان دخالت دارند. یکی از مهمترین واکنشها در تولید رزین و همچنین در تشکیل فیلم پوشش، واکنش گروه ایزوسیانات با گروههای هیدروکسیل موجود در پلیاسترها، پلیاترها، روغنهای خشککننده الکلی و روغنهای کرچک۸ است. تشکیل پلیمر با استفاده از طریق دی یا پلیایزوسیاناتها و ترکیبات با گروههای انتهایی هیدروکسیل امکانپذیر است.
۳. فنولیک یورتان های اکسیدشونده
مروری بر شیمی، کاربرد و خواص حاملهای اکسیدشونده، رزینهای فنولی و پلییورتانها برای درک نحوه تأثیرگذاریOPUها در پوششها و رنگها ضروری بود. این رزینها قادرند تمام مزایای هر سه ماده ذکر شده را در یک مولکول هیبریدی ارائه دهند.
وجود زنجیرههای جانبی هیدروکربنی با میزان غیراشباعیت بالا درOPUها به پخت سریع از طریق اکسیداسیون و سازگاری با روغنهای خشکشونده، آلکیدها، یورتانهای اصلاحشده با روغن و آلکیدیورتانها کمک میکند. با ترکیب مناسب خشککنندهها، زمان شکلگیری، زمان تشکیل سطح بدون چسبندگی و زمان خشک شدن بهطور چشمگیری بهبود مییابد.بخش فنولی درOPUها به سختی سریع فیلم، بهبود براقیت، پایداری حرارتی و مقاومت عالی در برابر مواد شیمیایی، حلالها و رطوبت کمک میکند. شیمی یورتان در فنولیکیورتانها ترکیب منحصر به فردی از سختی، مقاومت در برابر سایش، خراش و آسیب، شفافیت و تعادل فوقالعاده میان سختی و انعطافپذیری را فراهم میآورد. علاوه بر این، افزودن قطبیت یورتان و وجود زنجیرههای جانبی با هیدروکربنهای غیراشباع، باعث میشود این محصولات با حلالهای اکسیژندار و غیرقطبی سازگار شده و به راحتی رقیق شوند.
جدول ۱: خواص OPUهای مختلف (بطور نمونه)
OPU | درصد جامد | ویسکوزیته | عدد یدی | زمان خشک شدن | سختی |
نمونه ۱ | ۷۵ | ۲۰۰ | ۱۴۵ | ۳.۵ | H 2-3 |
نمونه ۲ | ۷۵ | ۴۰۰ | ۲۱۰ | ۲.۵ | H 3-4 |
نمونه ۳ | ۷۵ | ۲۴۰۰ | ۲۱۰ | ۲.۵ | H 6-5 |
۴. جمع بندی
ساختار شیمیایی هیبریدی و منحصربفرد فنولیکیورتانهای اکسیدشونده، ترکیب خواص خشک شدن اولئورزینهای سریعخشک، مقاومت شیمیایی فنولیکها و چقرمگی یورتانها را همزمان ارائه میدهد. این ترکیبات به منظور دستیابی به VOC کم، ویسکوزیته پایین، سرعت زیاد خشک شدن و سختی عالی نهایی برای کاربردهای مختلفی از جمله رنگها و لاکها قابل استفاده هستند.
Volatile Organic Compounds
Cooked vegetable oils
Pre-Polymerized
Pre-Oxidized
Semi-drying Oil
- triglyceride
- Bakelite
- روغن کرچک دارای اسید ریسینولئیک است. این اسیدچرب علاوه بر باند دوگانه دارای یک گروه هیدروکسیل آزاد است
۵. مراجع
- Samuel P.Morell, PCI Magazine, March 2014
- Sam Morell, PCI Magazine, January 2019
بدون دیدگاه