رزین آلکیدی

گردآوری: حسین قلی زادگان

رزین های آلکیدی(Alkyd Resin) یکی از پرکاربرد ترین رزین های مصرفی در صنایع رنگ و رزین است. لغت آلکید (Alkyd) که تغییر یافته واژه (Alcid) است، از دو واژه "ال" به معنی الکل و "کید" به معنی اسید تشکیل شده است البته برخی از منابع معتقد اند این واژه از دو کلمه  alcohol و anhydride  تشکیل شده است . آلکید رزین ها جز خانواده پلی استر ها می باشند که از واکنش اسیدهای آلی چند عاملی و الکل های چند عاملی (پلی ال) به وجود می آیند. درحالی که آلکیدها هوا خشک بوده اما پلی استرها هواخشک نبوده و نیاز به عامل پخت (خشک کن) دارند.

شیمی ساختار آلکیدها

آلکید رزین ها از واکنش یک روغن (اسید چرب)، یک الکل چند عاملی (پلی ال) و یک اسید چند عاملی یا انیدرید به وجود می آیند. بخشی از مواد اولیه این رزین از مواد گیاهی و طبیعی تهیه می شود. مواد اولیه مورد استفاده در این رزین ها بسیار متنوع بوده و هر یک خواص ویژه ای به رزین نهایی می دهد که برخی از آن ها را در این مقاله شرح خواهیم داد. در شکل های زیر مراحل تشکیل آلکید رزین بر پایه گلیسیرین، انیدرید فتالیک و اسید چرب نمایش داده شده است:

 

به شکلی دقیق تر و با اعمال ضرایب استوکیومتری و کاتالیست های هر واکنش به دیاگرام زیر می رسیم. با دقت در تصویر متوجه می شویم که با اختلاط هر یک مول روغن(تری گلیسیرید) با 2 مول گلیسیرین، 3 مول مونو گلیسیرید تشکیل می شود که این مونو گلیسیرید ها در ادامه با واکنش با انیدرید فتالیک، در حضور کاتالیست یک زنجیره پلیمری از رزین آلکیدی را تشکیل می دهند:

دسته بندی آلکیدها

بر اساس طول روغن

در اینجا منظور از طول روغن، درصد روغن به کار رفته در ساخت رزین است. که هر قدر درصد بالاتر باشد اصطلاحا طول روغن بیشتر است. به طور کلی هرقدر روغن در رزین بیشتر باشد رزین خواص روغن را بیشتر نشان می دهد که عبارت اند از حلالیت در حلالهای ارزان قیمت آلیفاتیک و رنگدانه خوری آسان.

در نقطه مقابل اگر روغن کمتر باشد، آلکید بیشتر خواص پلی استر از خود نشان می دهد که عبارت است از: بهبود رنگ و دوام رنگ

  • آلکیدهای کوتاه روغن (Short oil Alkyd resin)

آلکیدهایی که روغن یا اسیدچرب به کار رفته در آن کمتر از  45 درصد  (بین 25 تا 45) باشد در این دسته قرار می گیرد. در ساختار این رزین ها بیش از 35 درصد نیز انیدرید فتالیک به کار رفته است. این رزین ها در حلال های آروماتیک قوی مانند تولوئن و زایلین ها حل می شوند و بیشتر در تولید رنگ های صنعتی کاربرد دارند. آلکیدهای کوتاه روغن زمان خشک شدن کمی دارند در نتیجه در تولید آستری های سریع خشک شونده و یا رنگ های ارزان قیمت که در حرارت پایین سخن می شوند کاربرد دارد. الکيد رزين هاي کوتاه روغن در ساخت رنگهاي کوره اي به کار گرفته مي شوند. همچنين به عنوان نرم کننده همراه رزين هاي نيتروسلولزي و رزين هاي کلرکائوچو مورد استفاده قرار مي گيرند.

برخی از خواص مهم آلکیدهای کوتاه روغن در قیاس با دیگر آلکیدها:

  • مقاومت پایین در برابر  ضربه
  • در حلال های آروماتیکی بیشتر حل می شوند
  • انعطاف پذیری کمتر
  • سختی بیشتر
  • گرانروی بالا
  • آلکیدهای متوسط روغن (Medium oil Alkyd resin)

در ساخت این رزین ها بین 46 تا 55 درصد وزنی روغن یا اسید چرب و 30 تا 35 درصد انیدرید فتالیک به کار رفته است. این دسته از آلکیدها هم کاربرد صنعتی و هم کاربرد ساختمانی دارد به گونه ای که هر قدر درصد روغن کمتر باشد در حلال های آروماتیک حل شده و کاربرد صنعتی دارند و هر قدر درصد روغن بالاتر بوده و به بلند روغن نزدیک باشد، در حلال آلیفاتیک حل شده و کاربرد ساختمانی بیشتری خواهد داشت. رزینی که دقیقا حد وسطی این دو باشد، در رنگ های هواخشک و کوره ای کاربرد دارد. از ديدگاه مسائل ضد خوردگي الکيد رزين هاي متوسط روغن به علت داشتن درصد بالاتر پلي استر در ساختمان رزين مقاومت بهتري در برابر خوردگي از خود نشان مي دهند. ليکن از ديدگاه کاربردي (رنگ آميزي) انواع بلند روغن جهت مصارف رنگ آميزي ساختمان ترجيح داده مي شوند.

  • آلکیدهای بلند روغن (Long oil Alkyd resin)

در این نوع از آلکیدها مقدار روغن بیش از 55 درصد وزنی (تا ماکسیمم 75 درصد)  و 20 تا 30 درصد انیدرید فتالیک است. این نوع آلکیدها به خوبی در حلال های آلیفاتیک مانند وات اسپریت حل می شوند. برخی از خواص مهم این نوع آلکیدها:

  • خاصیت قلم خوری خوب به گونه ای که عمدتا از این نوع آلکیدها در رنگ های روغنی ساختمانی استفاده می شود.
  • سرعت خشک شوندگی پایین تر نسبت به دیگر انواع آلکیدها
  • سختی کمتر
  • گرانروی پایین
  • انعطاف پذیری بیشتر

دسته بندی بر اساس نوع روغن

  • آلکیدهای هوا خشک

در این رزین ها به دلیل استفاده از روغن های غیر اشباع یا نیمه اشباع، فرآیند تشکیل فیلم رنگ و شبکه شدن پلیمر در اثر تماس با اکسیژن هوا در دمای اتاق رخ می دهد.این آلکیدها معمولا حاوی 45 درصد و بیشتر روغن هستند.

  • آلکیدهای غیر هواخشک

در این نوع آلکیدها به دلیل این که مقدار روغم یا اسید چرب غیر اشباع آنقدر کم است که عمل پلیمر شدن نیاز به افزودنی های دیگری از جمله آمینو رزین ها دارد. این نوع از آلکیدها در معرض هوا و اکسیژن شبکه نمی شوند. میزان روغن موجود در این رزین ها معمولا کمتر از 54 درصد است.

مواد اولیه مورد استفاده

 روغن ها

 1) روغن نارگیل (Coconut oil)

روغنی خشک نشونده با عدد یدی کم است. آلکیدهای تولید شده با این روغن از ثبات رنگی خوبی برخوردار است و انعطاف پذیری خود را حتی در درجه حرارت های بالا حفظ می کند. این روغن در رنگ های فوری و کوره ای نقش نرم کننده را ایفا می کند. آلکیدهای کوتاه روغن تولید شده از این روغن در مقایسه با روغن سویا، مقاومت به زردگرایی بالاتری در درجه حرارت های زیاد از خود نشان می دهند.

2) روغن کرچک (Castor oil)

این روغن به دلیل تعداد اندک پیوندهای دوگانه خود، جز روغن های خشک نشونده تقسیم بندی می شود. این روغن در ساختار خود دارای گروه هیدروکسیل است که موجب می شود خاصیت نرم کنندگی به رزین بدهد در عین حال استفاده از آن به تنهایی در ساخت رزین آلکید موجب کاهش مقاومت به آب می شود.

نوع حرارت دیده این روغن نیز وجود دارد که مزیت آن نسبت به روغن عادی در امتزاج پذیری آن با رزین نیتروسلولوز می باشد. همچنین ثبات رنگ و انهطاف پذیری بیشتر از دیگر مزایای نوع حرارت دیده کرچک است.

آلکیدهای حاص از نوع آبگیری شده روغن کرچک در مقایسه با آلکیدهای روغن سویا از ثبات رنگ بیشتری برخوردار است، چسبندگی بشتر داشته، سریع تر خشک شده و قدرت فیلم دهی بهتری دارد.

به طور کلی آلکیدهای حاصل از کرچک آبگیری شده با پیوند های دوگانه مجزا دارای خواص زیر هستند:

  • رنگ روشن تر و حفظ براقیت
  • ثبات رنگ و عدم تمایل به زردی حتی در درجه حرات های بالا
  • چسبندگی خوب
  • انعطاف پذیری بالا
  • و مقومت در برابر مواد شیمیایی

3) روغن پنبه دانه (Cottonseed oil)

این روغن جز روغن های با درصد اشباع بالا و غیر خشک شونده است. خواص آلکید رزین روغن پنبه دانه عبارت است از:

  • حفظ ثبات رنگ بیشتر در مقایسه با آلکید روغن سویا
  • سختی و براقیت کمتر در مقایسه با آلکیدهای سویا

4) روغن سویا (Soya oil)

عمده آلکیدهای تولیدی بر پایه این روغن می باشد و امکان تولید و تهیه آن در ایران نیز بسیار مناسب است. این روغن جز روغن های نیمه خشک شونده هستند ولی رزین های تولیدی آن زمان خشک شدن خوبی دارند. از روغن سویا اصلاح شده با انیدرید مالئیک در تولید رزین آلکید با رنگ روشن تر و زمان خشک شدن کوتاه تر استفاده می شود. قیمت پایین تر روغن سویا در مقایسه با دیگر روغن ها از مزایای آن است.

از روغن سویای دمیده شده با هوا به عنوان نرم کننده در رنگ های فوری استفاده می شود.

آلکید رزین های بر پایه سویا تمایل به زردگرایی در دمای بالا دارند در نتیجه برای تولید رنگ های سفید کوره توصیه نمی شود. به طور کلی برای کاهش زرد گرایی آلکید های کوره ای بر پایه سویا، استفاده همزمان از روغن نارگیل و یا روغن های مشابه به همراه سویا توصیه می شود.

5) روغن تال (Tall oil) یا (tallol)

روغن تال محصول جانبی فرآیند تولید بعضی کاغذ ها و یا سولفیت ها است.

این روغن ها معمولا دارای ناخالصی روزین هستند که برای تولید آلکید باید از روغن تال با پایین ترین مقدار ناخالصی روزین استفاده کرد. این روغن ها جهت پایین آوردن قیمت نهایی رزین همراه با روغن سویا استفاده می شوند. زمان خشک شدن آلکید های تال پایه از آلکیدهای سویا پایه بیشتر است اما مقاومت به زردگرایی بالاتری دارد در نتیجه در تولید آلکیدهای ساختمانی و کوره ای حرارت پایین و مورد استفاده در سطوح بیرونی به کار می روند.

رزین های بر پایه تال از ویسکوزیته پایین تری نسبت به رزین های بر پایه  سویا دارند در نتیجه به عنوان عامل کاهش دهنده ویسکوزیته به خصوص در شرایطی که خطر ژل شدن وجود دارد به کار می روند. برای این منظور استفاده 5 تا 10 روغن تال توصیه می شود.

6) روغن تانگ (Tung oil)

این روغن علاوه بر قیمت بالاتر، به دلیل داشتن تعداد زیاد پیوندهای دوگانه مزدوج  با اکسیژن هوا به سرعت واکنش داده و پوسته می زند. به این دلایل در آلکید سازی این روغن جز روغن های کم مصرف است. از این روغن معمولا در تولید آلکیدهای متوسط روغن هواخشک مورد استفاده در رنگ اتومبیل که نیاز به کیفیت بالایی دارد استفاده می شود. از خواص رزین های برپایه تانگ می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • مقاومت به زردگرایی به دلیل داشتن پیوندهای دوگانه مزدوج در مقایسه با بزرک
  • زمان خشک شدن کم
  • سختی خوب
  • مقاومت خوب در برابر آب
  • انعطاف پذیری عالی

تانگ در دماهای بالا به سرعت ژل می شود، به همین دلیل بهتر است پیش از پخت و حرارت دادن از مقداری روزین یا روغن بزرک حرارت دیده استفاده کرد.

7) روغن بزرک (Linseed oil)

روغن بزرک که گاهی به اشتباه روغن برزک گفته می شود، به دلیل داشتن پیوندهای دوگانه در اسید چرب خود دارای زمان خشک شدن کمی است. آلکید های بر پایه بزرک تمایل شدیدی به زردگرایی دارند چرا که به دلیل داشتن پیوند دوگانه مجزا تمایل زیادی به تشکیل پیوندهای کتونی دارند. این امر استفاده از این نوع آلکیدها را در سطوح بیرونی محدود می کند.

پلی ال ها

پلی ال ها یا الکل های چند عاملی دارای دو یا چند گدوه هیدروکسیل در ساختار خود هستند. با افزایش این گروه در ساختار آلکید رزین تغییرات زیر به وجود می آید:

  • ویسکوزیته زیاد می شود
  • فیل رنگ سخت تری حاصل می شود.
  • انحلال پذیری در حلال های مربوطه کاهش می یابد
  • فیلم رنگ حاصل از آن از انعطاف پذیری کمی برخودار است.
  • سریع تر خشک می شود.
  • و نهایتا تمایل به اختلاط و امتزاج در آن کاهش می یابد.

نکته مهم دیگر این که آلکیدهای حاصل از الکل های دو عاملی به دلیل این که فقط یک ساختار پلیمری خطی ایجاد می کنند و توانایی ایجاد شبکه و پیوند های عرضی را ندارند، ترموپلاست بوده و نقش نرم کننده را در تولید رنگ ایفا می کند.

چند نکته مهم دیگر پیرامون پلی ال ها:

  • با افزایش فاصله بین گروه های عاملی هیدروکسیل، آلکید حاصل نرم تر و منعطف تر می شود.
  • شاخه های جانبی قطبی موجب افزایش حلالیت رزین در حالا های هیدروکربنی و در نتیجه افزایش زمان خشک شدن رزین می شود
  • شاخه های غیر قطبی نیز به دلیل این که اجازه نزدیک شدن مولکول ها به یکیدیگر ارنمی دهند موجب سختی رزین کم شود.

1) گلیسیرین (Glycerine)

مهمترین پلی ال مصرفی در آلکیدسازی است که به دلیل مایع بودن، حمل ونقل و مصرف آن آسان است و مشکلات زیست محیطی کمتری نیز دارد.

2) پنتا اریتریتول (Pentaerithrytol)

الکلی 4 عاملی و جامد پودری در دمای اتاق است که به دلیل تمایل زیاد به ژل شدن، نمی توان به تنهایی از آن در آلکیدسازی استفاده کرد. از این پلی ال بیشتر در تولید آلکیدهای بلند و یا متوسط متمایل به بلند روغن استفاده می شود. در تولید آلکیدهای کوتاه و متوسط متمایل به کوتاه روغن از نوع بهبود یافته پنتا استفاده می شود.

به طور کلی آلکیدهای دارای پنتا اریتریتول از سختی و براقیت خوبی برخوردارند، سرعت خشک شدن بسیار خوبی دارند و در شرایط جوی مقاومت بالایی از خود نشان می دهند.

3) تری متیلول پروپان (Trimethylolpropane) یا به طور مخفف (TMP)

الکلی سه عاملی و جامد است که تمایل بسیار زیادی برای جذب رطوبت دارد. آلکیدهای بر پایه این تری ال خواص زیر را دارد:

  • ویسکوزیته و عدد اسیدی پایینی دارند.
  • مقاومت بسیار خوبی در برابر آب، مواد شوینده و مواد بازی وقلیایی از خود نشان می دهد.
  • مقاومت خوبی در برابر ضربه دارند
  • از انعطاف پذیری بالایی برخوردار است.
  • و حفظ رنگ خوبی از خود نشان می دهند.

4)  گلیکول ها (Glycols)

گلیکول ها که شامل اتیلن گلیکول، دی اتیلن گلیکول، پروپیلن گلیکول، نئوپنتیل گلیکول و غیره می شود، به تنهایی در ساخت آلکیدهای پوششی کاربرد ندارند و عمدتا در تولید رزین های افزودنی به رزین های پوششی به عنوان نرم کننده به کار می روند.

5) سوربیتول (Sorbitol یا  glucitol )

الکلی 6 عاملی و جامد است که البته در عمل ماهیت 4 عاملی از خود نشان می دهد. این ماده به صورت محلول 70 درصد مایع در بشکه های 200 الی 220 کیلویی حمل می شوند. این پل ال به عنوان جز الکلی اصلی در ساخت آلکید به کار نمی رود بلکه به عنوان ماده ای اصلاح کننده است.

 اسیدهای چند ظرفیتی

به طور کلی هر قدر شاخه های غیر قطبی اسید بیشتر باشد، رزین تمایل به حل شدن در هیدروکربن از خود نشان میدهد،سختی رزین کم شده و زمان خشک شدن آن افزایش می یابد.

1) انیدرید فتالیک (Phthalic anhydride به طور مخفف PA)

پودر سفید رنگی است که سال ها به عنوان مهمترین اسید چند ظرفیتی در ساخت آلکید رزین کاربرد دارد. این ماده تمایل به جذب آب داشته و تبدیل به اسید فتالیک می شود در نتیجه باید در جای خشک نگه داری شود. بنزن حلال اصلی آن است ولی در تولوئن و زایلین هم به مقدار کم حل می شود.

2) انیدرید مالئیک (Maleic anhydride به طور مخفف MA)

پودری سفید رنگ و جاذب شدید آب است. به مقدار کم به همراه انیدرید فتالیک در آلکید رزین جهت کاهش رنگ، افزایش گرانروی و سختی بیشتر رزین، به کار می رود. بخارات آن محرک و سوزآور است و در تتراکلروکربن، تولوئن و استیل استات محلول است.

3) بنزوئیک اسید (Benzoic acid)

ماده ای پودری شکل است که بیشتر به عنوان ماده ای بازدارنده برای جلوگیری از افزایش ویسکوزیته و ژل شدن رزین در مرحله پخت به کار می رود. استفاده از این ماده در الکید رزین موجب افزایش سختی، کاهش انعطاف پذیری، افزایش براقیت و همچنین افزایش زمان خشک شدن می شود.

4) انیدرید تری ملیتیک (Trimellitic anhydride)

الکل سه عاملی بسیار فعالی است که بیشتر در تولید آلکیدهای آب پایه هوا خشک به کار می رود.


 مقالات مرتبط


پیوندهای مفید

 

دریا تامین تجهیز-رنگ دریایی پارس پامچال-رنگین زره-همپل