اختصاصی بسپار/گفت و گو با دکتر منوچهر خراسانی، عضو هیات علمی دانشکده مهندسی پلیمر و مدیر گروه رنگ: دانشی که محصول کار مشترک اساتید و دانشجویان نخبه و البته استهلاک دستگاه های گران قیمت است، در بهترین حالت برای کشورهای دیگر کاربرد دارد، نه صنعت داخلی!
بسپار/ایران پلیمر دکتر خراسانی وروردی سال 1364 دانشگاه صنعتی امیرکبیر است و هر سه مقطع تحصیلی را در همین دانشگاه گذرانیده. در حال حاضر عضو هیأت علمی دانشکده مهندسی پلیمر و رنگ است و چند سالی است که مدیریت گروه رنگ در این دانشکده را نیز بر عهده دارد.
وی از اساتیدی ست که ارتباط با صنعت مرتبط با حوزه های آموزشی و پژوهشی خود را به طور جدی در دستور کار دارد.
دکتر خراسانی: فعالیتهای صنعتی خود را از سال ۱۳۶۹ با شرکت سیماب رزین آغاز کردم. این شرکت اکنون با حدود ۳۵ سال سابقه، بزرگترین تولیدکننده محصولات پایهآب در ایران است. رشد و تنوع محصولات شرکت، چه در حوزه رزینهای اکریلیک و چه پلییورتان، چشمگیر بوده و اخیراً نیز تولید رزینهای پلیاستر و اپوکسی پایهآب را در دستور کار داریم.
در دانشکده، فعالیتهای پژوهشی ما بهویژه در حوزه رزینهای پایهآبی بهطور جدی دنبال میشود و بیش از ده سال است که عهده دار تدریس درس رزین های پایه آبی هستم. از نظر تاریخی، اسناد نشان میدهند که در اواخر قرن نوزدهم، بعضی از رزینهای طبیعی مانند مشتقات روزین پس از خنثیسازی، قابلیت رقیقشدن با آب را پیدا میکردند. شایان ذکر است در آن زمان ماهیت پلیمری این مواد هنوز مشخص نبود. تنها در سال ۱۹۲۰ با کشف ساختار های پلیمری توسط اشتودینگر، این موضوع روشن شد. نخستین جهش جدی در تولید تجاری رزینهای پایهآبی در دهه ۱۹۵۰ رخ داد؛ پس از جنگ جهانی دوم، شرکت Rohm and Haas در سال ۱۹۵۳ در ایالات متحده، رزینی با نام تجاری Rohplex تولید کرد که کاملاً با آب قابل رقیقسازی بود و ویژگیهای فیزیکی و فیلمدهی مناسبی داشت. این محصول بهسرعت در بازار آمریکا و و سایر نقاط جهان شناخته و با استقبال بی نظیری مواجه شد. در دهه ۱۹۶۰، اپوکسیهای پایهآبی توسط شرکت شل در انگلستان معرفی شدند که به صورت دو جزئی در پوشش های بتنی عملکرد مطلوبی از خود نشان دادند.
از این دوره، قوانین زیستمحیطی نیز وارد معادلات و تصمیمات اجتماعی شدند. نخستین قانون رسمی در این زمینه در شهر دیترویت ایالت میشیگان آمریکا در سال ۱۹۶۶ وضع شد که به “قانون ۶۶” شهرت دارد. بر اساس این قانون، استفاده از رنگهایی که منجر به انتشار حلالهای آلی میشدند، ممنوع شد. عوامل دیگری مانند بحران انرژی و دغدغههای زیستمحیطی نیز توسعه رزینهای پایهآبی را شتاب بخشیدند.
به همین دلیل، گروهی از دانشمندان در ایالت پنسیلوانیا، هستهای به نام Emulsion Polymerization Group را در دانشگاه لی های تشکیل دادند که هدف آن تربیت متخصصانی در این زمینه بود. یک از دانش آموختگان موفق این دانشگاه آقای دکترناصر محمدی هستند که از اساتید برجسته دانشکده ما محسوب می شوند.
روند پژوهش ها در حوزه رزین های پایه آبی منجر به تولید پراکنههای پلییورتانی شد و نخستین رزینهای پلییورتان پایهآب در سال ۱۹۷۲ تجاری سازی شدند. این رزینها به دلیل خواص الاستومری، ابتدا در صنایع نرم مانند چرم و نساجی استفاده میشدند. بعدها رزینهای دو جزئی از همین خانواده نیز توسعه پیدا کردند. در واقع، پلییورتانها از نظر خواص ساختاری یک کلاس بالاتر از اکریلیکها محسوب میشوند و توانستند بسیاری از نقطه ضعف های اکریلیک ها را پوشش دهند. اگر چه از نظر تنوع کاربرد، اکریلیکها همچنان دست بالا را دارند. اکریلیکها در صنایع پوشش، چسب، چاپ و افزودنیها بسیار گسترده هستند، ولی از نظر قابلیت های فیلمدهی و مقاومت های استحکامی، برخی از محدودیتها را دارند که پلییورتانها توانستند آنها را برطرف کنند. بعدها، پلییورتانهای سخت با عملکرد بالا نیز تولید و در صنایع چوب و ماشینآلات مورد استفاده قرار گرفتند.
خوشبختانه در اوایل دهه هشتاد، پلیاسترهای پایهآبی نیز توسط شرکت ایسمن وارد بازار شد. این رزینها عمدتاً به کمک هاردنر های آمینی در پوششهای کورهای و صنایع خودروسازی مصرف داشتند. همزمان با این تحولات، فرایند استانداردسازی در صنایع نیز آغاز شد.
از دهه ۶۰ میلادی، تلاش برای تدوین استانداردها آغاز شد و ابتدا بر حذف فلزات سنگین مانند سرب متمرکز بود. در دهه ۱۹۸۰، مقررات مربوط به ترکیبات آلی فرار (VOC) بهطور رسمی تصویب شد. درسال های ابتدایی دهه نود، استانداردهای سبز برای فرمولاسیونهای کمبو تدوین شدند. حدودا از سال ۲۰۰۰ به بعد بود که با تهدید شدن جدی تر محیط زیست در کل جهان مقررات سختگیرانهتری به ویژه در کشورهای پیشرفته وضع شد و تقریبا از سال ۲۰۱۰ تمرکز بر شفافیت زنجیره تأمین و توسعه مواد Bio-based افزایش یافت. ایالات متحده در این حوزه پیشرو بود و به همین خاطر شرکتهایی مانند PPG و Dow chemicalدر خط مقدم توسعه محصولات پایهآب قرار گرفتند. بعدها شرکتهایی در آلمان مثل BASF و در هلند شرکت Akzo Noble و DSM نیز وارد عرصه رقابت شدند و حتی امروزه هم جزو سرآمدهای این صنعت هستند.
بسپار- رزینهای آبپایه معمولاً چه ساختار شیمیایی دارند و مهمترین ویژگیهای فیزیکی–شیمیایی آنها نسبت به رزینهای پایهحلالی چیست؟ آیا میتوان بهطور دقیق گفت که کدام رزینها بیشترین قابلیت تطبیقپذیری با سیستم آبپایه را دارند و چرا؟
دکتر خراسانی: بهطور کلی، رزینهایی که در تولید رنگ و پوشش به کار میروند شاید در حدود ۱۰ نوع باشند. قبلا این توضیح را بدهم با اینکه بیش از یک قرن از کشف پلیمرهای سنتزی میگذرد، تنوع خانوادههای پلیمری افزایش چندانی نداشته و شاید مجموعاً حدود ۲۰ خانواده پلیمری داشته باشیم که تنها بخشی از آنها قابلیت تبدیل شدن به رزین را دارند و پیشرفت ها بیشتر در عمق این چند خانواده بوده است. در هر خانواده گاهی هزاران رزین با خواص متنوع وارد عرصه تولید شده است. در صنعت رنگ، بهویژه در حوزه پایهآبی، عمده ساختارهای شیمیایی رزینی شامل پلیاستر، اپوکسی، اکریلیک، آلکید و پلییورتان هستند. علی رغم پیشرفت فناوری ها در حوزههای نوین مانند نانو، بایو و الکترونیک، توسعه فناوری در پوششهای پایهآب و بهطور کلی مواد زیستسازگار، به آن اندازهای که انتظار میرفت پیشرفتی نداشته است.
با این حال، تقریباً هر رزینی را میتوان با یکی از ۸ روش اصلی به سامانه های پایهآب تبدیل کرد. مهمترین این روشها عبارتاند از:
1- پلیمریزاسیون امولسیونی که رایجترین روش برای تولید رزینهای اکریلیک پایهآب است.
2- پلیمریزاسیون رسوبی برای تولید هیدروژل ها
3- پلیمریزاسیون مینی و میکروامولسیونی برای تولید محصولات های تک
4- پلیمریزاسیون محلولی در آب عمدتا برای تولید مواد افزودنی
5- اصلاح شیمیایی رزین توسط گرافت PEG برای افزایش آبدوستی
6- امولسیونسازی مکانیکی سامانه های غیر ابی در اب توسط عوامل فعال سطح
7- رزینهای خودامولسیونشونده با استفاده از آیونومرها
8- روش پلیمریزاسیون تعلیقی و امولسیونی معکوس
هر یک از این روشها مزایا و محدودیتهای خاص خود را دارند و بسته به نوع رزین و کاربرد نهایی، روش مناسب انتخاب میشود.
بسپار- ویژگی های عمومی رزین های پایه آبی چه هستند، موضوع حساسیت به شرایط محیطی در رنگهای آبپایه، مانند دما، رطوبت و pH محیط، تا چه حد بر عملکرد نهایی پوشش تأثیر دارد؟ از دیدگاه صنعتی، چه صنایعی در ایران پتانسیل بیشتری برای استفاده گسترده از این نوع پوششها دارند؟ آیا صنعت ساختمان یا خودرو بیشترین سهم را دارند؟
دکتر خراسانی: رزینهای پایهآبی دارای ویژگیهای تیپیکالی هستند که در اکثر منابع به آنها اشاره شده است؛ از جمله: عدم بو، غیرقابل اشتعال بودن و سمیت کمتر. اما در کنار این مزایا، چالشهایی نیز وجود دارد که عمدتاً ناشی از استفاده از آب بهعنوان حلال یا رقیق کننده است. آب دارای کشش سطحی بالایی است و این باعث میشود که بهراحتی روی برخی زیرآیندها با انرژی سطحی پایین پخش نشود. همچنین با رزینهای محلول در حلال های هیدروکربنی ناسازگار است و این ناسازگاری میتواند باعث بروز ناپایداری در سامانه شود. چون در اغلب موارد، رزینها بهصورت پراکنه در آب حضور دارند، احتمال آلودگی میکروبی، رشد کپک، قارچ و حساسیت به کف نیز افزایش مییابد. نوسانات pH، دما و حتی سرعت خشک شدن نیز میتوانند در عملکرد نهایی پوشش اختلال ایجاد کنند. یخ زدن میتواند در بعضی موارد موجب انعقاد کامل پراکنه شود. با وجود آنکه ما همیشه در ایران با مشکل آمار مواجه هستیم ولی با اتکا به برخی آمارهای داخلی والهام گرفتن ازآمارهای خارجی به طور کلی میتوان گفت امروزه بیش از ۹۰٪ رنگهای مصرفی در صنعت ساختمان پایهآبی هستند. در این صنعت، به دلیل انتظارات فنی پایینتر، رزینهای پایهآبی عملکرد قابل قبولی ارائه میدهند. در صنایع مصرفی سبک و چاپ سهم رزین های پایه آبی حدود ۶۰٪ تخمین زده می شود. اما در کاربردهایی که نیاز به براقیت بالا یا خواص مکانیکی خاص وجود دارد، سهم رزینهای پایهآب بسیار کاهش مییابد و شاید بتوان عددی حدود ۲۰٪ را ارائه داد. به نظر می رسد در صنعت چوب و مبلمان هم نیمی از رزینها پایهآبی باشند.
بسپار- نقش پوششهای آبپایه در کاهش VOC و آلایندههای هوا به چه میزان عددی قابل بیان است؟ آیا آمار مشخصی برای جایگزینی موفق در ایران دارید؟
(ادامه دارد …)
متن کامل این گفت و گو را در شماره 275 دوماهنامه پوشرنگ از گروه مجلات بسپار که در نیمه شهریور ماه 1404 منتشر شده است، می خوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه و فیدیبو قابل دسترسی است.
