مهمترین جزء یک پوشش ، رزین آن است .
نوع رزین یا پلیمر به قدری مهم است که رنگ را برحسب آن نامگذاری و می فروشند .
پوشش الکیدی یا اپوکسی برای همه آشناست ولی کسی تا به حال نام پوشش دی اکسید تیتانیم یا متیل اتیل کتون به گوشش نخورده است .
در این فصل ، انواع رزین یا پلیمرهای مورد استفاده در پوشش بهمراه نقاط ضعف و قوت آنها بحث می شود .
حتی در یک خانواده پوشش ، ممکن است پوششهای با خواص فیزیکی و شیمیایی کاملاً متفاوت وجود داشته باشد .
یکی از جذابیتهای علم پلیمر ، گسترده بودن آن است مثلاً تغییرات جزئی در ساختار مونومر یک اکریلیک ، پلیمری با خواص کاملاً متفاوت ایجاد خواهد کرد.
اپوکسی ممکن است سخت و شکننده یا نسبتاً نرم و انعطاف پذیر باشد .
در این بحث های کلی بایستی مواظب استثناها بود .
رزین ها و روغن های طبیعی : قرنها است که از این مواد برای ساخت پوشش تزئینی و محافظ استفاده می شود .
این مواد از منابع طبیعی نظیر باقیمانده گیاهان ، حیوانات و فسیلها بدست می آیند .
هر چند روغنهایی مثل روغن بزرک یا روغن ماهی ، رزینهای طبیعی هستند ولی به صورت جداگانه توضیح داده می شوند .
رزین های طبیعی : بسیاری از رزینها طبیعی از شیره درختان حاصل می شوند که برای حفاظت درخت در برابر بریدگیها و زخمها از آن تراوش می نماید .
بسیاری از آنها دارای گروه عامل کربوکسیل و اسیدی هستند که اسیدی بودن آن برحسب عدد اسید بیان می شود (میلیگرم هیدروکسید پتاسیم لازم برای خنثی کردن اسید یک گرم رزین).
رزین های طبیعی معمولاً وزن ملکولی نسبتاً بالا و در حالت خالص در دمای اطاق ، جامدند ، اغلب برای تولید روغن جلا ، آنها را با مقادیر مختلف روغن نباتی ، حرارت می دهند.
رزین طبیعی باعث سختی ، جلا ، مقاومت در برابر رطوبت و بهبود زمان خشک شدن می شود در حالیکه روغن نباتی باعث انعطاف پذیری و دوام می شود .
المی ، کوپال ، دامار و روسین نمونه هایی از رزین های طبیعی هستند که از درختان ، گیاهان و فسیلها بدست می آیند .
المی رزین نرم دارای محدوده ذوب C 120 – 80 و عدد اسید پایین (35 - 20) است که از درختی در فیلیپین بدست می آید .
با بسیاری از رزینها و حلالها سازگار است و به لعاب و جلا ، انعطاف پذیری می بخشد .
بر خلاف المی ،کوپال ماده سخت دارای وزن ملکولی بالا و دمای ذوب بالا (C 149) است و عدد اسید آن در انواع نیوزیلندی 50 و در انواع آفریقای مرکزی 140 است .
دارای مواد فسیل شده که از درختان مختلف TROPICAL بدست می آید می باشد که اگر تحت دما و فشار ، تقطیر نشود کاربرد کمی خواهد داشت .
پس از تقطیر ، جلاهای با دوام و مقاومت اتمسفری عالی تولید می نماید .
کوپال مانیلی که در فیلیپین یا هند شرقی بدست می آید فسیل نیست بلکه از Tapping درختان زنده بدست می آید که تا حدی نرمتر از کوپال فسیلی و در الکل قابل حل است .
انواع فسیلی سخت تر نیز در دسترس می باشد .
دامار رزین نسبتاً نرمی با محدوده ذوب C113 – 70 و عدد اسید پایین (30 - 20) است .
دامار از درختان خاصی در هند شرقی بدست می آید و حتی در حلالهای هیدروکربنی ضعیف نیز قابل حل است .
این ماده برای جلاها ، لعاب های نیتروسلولزی و حتی به عنوان اصلاح کننده در پوشش های الکیدی خاصی استفاده می شود .
دامار براقیت و دوام رنگ را بهبود می بخشد.
روسین که به کولوفونی نیز معروف است یکی از کاربردی ترین رزین های طبیعی است که دارای نقطه ذوب حدود C80 است .
بسیار اسیدی( دارای عدد اسید 180 - 150) و در الکل و هیدروکربنها قابل حل است .
از Pine درختان تراوش می شود و بصورت DOMESTICALLY می تواند بدست آید .
از نظرشیمیایی دارای مشتقات فنان ترین (هیدروکربن آروماتیک چند هسته ای) نظیر اسید ابتیک (شکل 5-1)است.
روسین معمولاً مقاومت ضعیفی در برابر آب و قلیاها دارد ، با گذشت زمان اکسید می شود تا حدی TACKY است .
بخاطر این نواقص ، اغلب از روسین بعنوان PRECURSOR در ساخت دیگر رزین ها استفاده می شود .
وقتی روسین با گلیسرول یا دیگر الکل های پلی هیدریک واکنش بدهد به محصولی بنام GUM استری تبدیل می شود که ماده ای سخت و برای تولید جلا از آن استفاده می شود .
واکنش ، بین گروه اسیدکربوکسیلیک (- COOH) روسین و گروه هیدروکسیل گلیسرول برای تولید استر با وزن ملکولی بالاتر ، انجام می پذیرد.
وقتی روسین با ایندریک مالئیک (شکل 5-2) و سپس با گلیسرول (شکل5-3) واکنش بدهد استرهای مالئیک روسینی ایجاد می شود .
عدم اشباع CONJUGATED روسین اولیه حذف می گردد بنابراین دوام رنگ بیشتر می شود و محصول که دارای وزن ملکولی بالاتر است TACKINESS روسین را ندارد .
استرهای مالئیک روسین همراه با روغن های نباتی برای تولید چسب هایی که به مرور زرد نخواهد شد ، برای بهبود براقیت و سختی الکیدها و در ساخت جلاها استفاده می شوند .
شلاک یک رزین طبیعی است که نسبت به موادی که تاکنون توضیح داده شد دارای منشاء کاملاً متفاوت می باشد .
شلاک EXCRETION حشره LAC است که بومی هند و تایلند می باشد.
EXCRETION خشک شده ، خرد و شسته می شود سپس ذوب و بصورت ورقه های خشک می شود که در اثر شکسته شدن به پولکی تبدیل شده ، سپس در الکل حل می شود .
برای تولید سیلرهای KNOT و لعابها استفاده می شود .
استفاده عمده رزین های طبیعی جلا است در ساخت جلا ، رزین طبیعی با روغن خشک کننده ای نظیر روغن بزرگ پخت می شود تا محلولی یکنواخت بدست آید سپس این محلول را رقیق می نمایند تا وسیکوزیته آن به حدی برسد که قابل کار کردن باشد .
این جلاها به نام جلاهای اولئورزین معروفند که هنوز هم برای کاربردهای خاصی استفاده می شود ولی عمدتاً توسط رزین های مصنوعی که کارایی بهتر و در حلالهای پیرامونی کمتر حل می شوند جایگزین شده اند هرچند لغت«جلا » هنوز هم برای توصیف این پوششهای ترانسپارنت به کار می رود تعداد کمی از آنها به معنی واقعی کمه جلا هستند.
روغن ها : عمده ترین رزین طبیعی معرفی ، روغنهای نباتی و تا حد کمتری روغن ماهی است که قرنهاست به منظور ایجاد پوششهای تزئینی و حفاظتی استفاده می شوند .
در سده نوزدهم و اوایل قرن بیستم ، این مواد ، عمده ترین چسب رنگها بودند .
هر چند رنگهایی که فقط دارای چسب روغنی باشند هنوز هم وجود دارند ولی بازار NICHE بصورت PRESER VATIVE های چوب و فیلم های VARNISH دارند .
با این حال در ساخت پوششهای پیچیده تر نظیر الکیدها و اپوکسی استرها به مقدار زیاد از این روغنها استفاده می شود.
گلیسرول و انواع اسیدهای چرب ، اسیدهای کربوکسیلی هستند که گروه هیدروکربنی آلیفاتیک اشباع شده یا نشده معمولاً به طول 17-15 اتم کربن دارند مثل اسید اولئیک (شکل 5-4) .
روغن (تری گلیسرید) دارای ساختار معمولی (شکل 5-5) است که R از انواع اسیدهای چرب بدست می آید .
فرمول بعضی از مهمترین اسیدهای چرب به قرار زیر است .
اسید استئاریک CH3 (CH2) 16 COOH اسید پالمتیک CH3 (CH2) 14 اسید اولئیک CH3 (CH2)7 CH = CH (CH2)7 COOH اسید لینوئیک CH3 (CH)4 CH = CH CH = CH = CH (CH2)7 COOH اسید لینولینک CH3 CH = CH = CH CH = CH = CH CH = CH = CH (CH2)7 COOH اسید ری سیلنولیک CH3 (CH2)5 COH HCH2 CHCH = CH (CH2)7 COOH اسید الئوستریک CH3 (CH2)3 CH = CH CH = CH CH = CH (CH2)7 COOH روغنهای طبیعی دارای یک تری گلیسرید که از گلیسرول و یک اسید چرب ساخته شده باشد نیستند بلکه دارای مخلوطی از تری گلیسریدهایی هستند که از اسیدهای چرب مختلف آمده است .
جدول 5-1 ترکیب بعضی از روغنهایی که بیشتر استفاده می شوند را نشان می دهد ]1[ ترکیب روغن از روی نام روغن مشخص است بجز مواردی مثل روغن بزرک که از PLAX بدست می آید و روغن TALL که محصول فرعی ساخت کاغذ KRAFH از PULP چوبی است.
روغنها به سه دسته روغنهای خشک شوند ،نیمه خشک شونده و غیر خشک شونده تقسیم می شوند .
روغنهای خشک شونده در اثر تماس با هوا فیلم جامد نسبتاً سخت ایجاد می نمایند .
روغن های نیمه خشک شونده فیلم های TACKY و روغنهای غیر خشک شونده عمدتاً بصورت مایع و باقی می مانند اینکه روغن به کدامیک از این سه دسته تعلق دارد عمدتاً به مقدار پیوند دوگانه کربن – کربن یا عدم اشباع اسیدهای چرب مانند این روغنها بستگی دارد .
مکانیزم خشک شدن یا پیوندعرضی روغن کاملاً پیچیده و شامل اکسید شدن پیوندهای دوگانه است که با ایجاد رادیکال آزاد شروع می شود .
رادیکال ملکولی است که دارای الکترون غیر اشتراکی باشد پروکسیدها و هیدرپروکسیدها (ROOH) که معمولاً به مقدار کم وجود دارند به طور جزئی عامل ایجاد رادیکالهای آزاد هستند (شکل 5-6) این رادیکالها آزاد اتم هیدروژن را به سمت ملکول متیلن CH2 در مجاورت پیوند دوگانه می نماید .
بنابراین در یک یا چند گروه از اسدهای چرب روغن ، تولید رادیکال آزاد می نمایند .
دو رادیکال آزاد روی دو ملکول تری گلیسرید مجزا با هم ترکیب می شوند تا ذره خنثی ایجاد نمایند بنابراین این واکنشهای انتشار و تراکم زنجیره (پیوند عرضی= CROSS LINKING) آغاز می شود که منجر به افزایش جزئی وزن ملکولی و تولید فیلم جامد نسبتاً سخت می شود .
کل فرایند به نام اکسید اسیون خود بخود معروف است .
سرعت واکنش اکسید اسیون خود بخود می تواند کاملاً کم باشد که برای سرعت بخشی از کاتالیست استفاده می شود این کاتالیست یا «خشک کن» اغلب نمک های اسیدهای کاتانویک یا نفتنیک است .
بعضی از آنها نظیر نمکهای کبالت و منگنز عمدتاً پیوند عرضی در سطح پوشش را کاتالیزه نموده که به خشک کن های سطحی معروفند .
دیگر کاتالیست ها نظیر نمکهای زیرکونیم ، پیوند عرضی در حجم پوشش را کاتالیزه می نمایند و به خشک کن های حجمی معروفند .
هر چند پوششهای پایه روغنی با فرمول صحیح طی چند ساعت خشک و قابل لمس می شوند فرایند پیوند عرضی اکسید اسیون تا چند سال می تواند ادامه یابد واکنش رادیکالهای آزاد ممکن است منجر به تورق پیوند و در نتیجه محصولات فرعی با وزن ملکولی پایین ایجاد نماید .
بنابراین پوششهای پایه روغنی با روغنهای خشک شونده طی گذشت چند سال ، ترد و بیرنگ می شوند .
بر خورد با پوششهای دارای چسب هایی که فقط از روغنهای طبیعی درست شده اند نسبتاً نادر است وقتی این پوششها به تنهایی استفاده شوند این روغن ها پوششهایی نرم (ولی با گذشت زمان ترد خواهند شد) ، مقاومت ضربه ، مقاومت سایش و مقاومت شیمیایی ضعیفی دارند .
با اینحال این روغنها به صورت گسترده در دسته بعدی پوششها ـ الکیدها و استرهای اپوکسی استفاده می شوند .
الکیدها و اپوکسی استرها : 5 .
2 .1 الکیدها : الکیدها یکی از پاهای ثابت صنعت پوشش در عمده قرن بیستم بوده است .
علیرغم منافع پوششهای پیچیده کاراتر نظیر اپوکسی و یورتانها ، الکیدها همچنان در بازار برای نگهداری ساختمانها و تجهیزات صنعتی به کار می روند.
با اینحال حرکت به سمت قانونهایی که استفاده از پوششهایی که دارای کمترین ترکیبات آلی فرار هستند را توصیه می نماید نهایتاً ممکن است منجر به افول آنها گردد .
الکیدها در اصل پلی استرهای اصلاح شده با روغن هستند که از واکنش پولیولها ، اسیدهای دو بازی و اسدهای چرب (یا روغنهایی که از اسید چرب درست شده اند) ایجاد می شوند .
هر چند پولیولهای متنوعی می توانند در اینجا استفاده شوند دو تا از متداولترین آنها گلیسرول (شکل5-3) و پنتا اری تریتول(شکل 5-7) می باشد .
متداولیترین اسید دو بازی به صورت انیدریدی استفاده می شود و دارای انیدرید فتالیک (شکل5-8) می باشد .
اسید ایزوفتالیک (شکل 5-9) نیز تا حدی متداول است.
برای تولید الکیدها دو فرایند وجود دارد .
فرایند مونوگلیسرید و فرایند اسید چرب ، دو فرایند مونوگلیسرید روغن (نظیر روغن بزرک) با پولیول (معمولاً گلیسرول) پخت می شوند که منجر به واکنش TRANSESTRIFICATION برای ایجاد مونو گلیسرید می گردد (شکل5-10) وقتی مونوگلیسرید تشکیل شد اسید DIBASIC نظیر انیدرید فتالیک اضافه می شود .
گروههای اسید (یا انیدرید) انیدرید فتالیک با گروه هیدروکسیل مونو گلیسرید واکنش و ایجاد پلی استرهای اصلاح شده با روغن یا الکیدها را می دهد .
اگر مطلوبست که از پولیولی غیر از گلیسرول استفاده شود واکنش بالا نمی تواند استفاده شود .
در این حالت فرایند اسید چرب استفاده نمی شود که در آن بجای روغن ها (تری گلیسریدها)