بسپار/ ایران پلیمر به منظور درک رزینهای آب پایه مورد استفاده در پوشش های آب پایه، نه تنها تاریخچه پیدایش، بلکه آشنایی با بازار و حوزه های کاربرد این رزینها، بسیار حائز اهمیت است.
تاریخچه رزینها و پوشش های آبپایه
گذشته
پوشرنگ برای اولین بار، حدود 40000 سال قبل استفاده شد و یکی از ابتدایی ترین اختراعات بشر بوده است. قبایل و طایفه ها در اروپا، استرالیا و اندونزی تصاویری از شکار و گله داری را بر روی دیوارهای غارها نقاشی کرده و از فامهای مختلفی در نقاشیهایشان استفاده می کردند. بعضی از این نقاشی ها با قرمز و زرد اخرایی، اکسید آهن، اکسید منگنز و زغال چوب ترسیم شده اند. آنها چسبندگی و پایداری رنگها را با استفاده از تخم مرغ، خون، شیر و یا شیره درختان به عنوان رزین بهبود می دادند. در آن زمان، آب تنها حلال در دسترس بود. سپس پوشرنگها را با استفاده از انگشتان، قلم مو و یا دمش هوا در استخوانهای توخالی مانند اسپری هوا امروزی، اعمال میکردند.
دیوارهای رنگی قلعه دندورا در مصر، هنوز مانند 2300 سال قبل هستند. مصریان پوشرنگهایشان را با کازئین، سفیده تخممرغ، واکس زنبور و صمغهای گیاهی مانند صمغ عربی و شیره درخت آکاسیا به عنوان رزین به صورت مجزا و یا مخلوط استفاده میکردند. به نظر میرسد که آنها از 6 فام اصلی استفاده می کردند: سفید، مشکی، آبی، قرمز، زرد و سبز.
مصریان سپس بر روی گچ لیمو تازه، نقاشی کردند، در این صورت، رنگدانه با کربونیزاسیون و خشکشدن لیمو، ثابت می شده است. یونانیان و رومانیاییها این روشها را بهبود داده و نقاشیان ایتالیایی با استفاده از روغن، نقاشیهایی با عمق رنگی بالا و پایداری تا به امروز، خلق کرده اند. یونانیان پوشرنگ سفید سربی را کشف کردند که محبوبترین فام سفید آن زمان تا قبل از جایگزینی اکسید تیتانیوم در قرن نوزدهم بود. پوشرنگهای پایه سربی تا قرنها مشکلاتی را برای سلامتی نقاشان ایجاد کردند.
قبل از انقلاب صنعتی، وایتواش که به کلسیمین، کلسومین و یا رنگ لیمو معروف و با کاهش لیمو ساخته میشد، معروفترین پوشرنگ اصلی مورد استفاده در آن زمان بوده است. وایتواش بر اثر واکنش با دیاکسیدکربن در هوا پخت و کربنات کلسیم در حالت کلسیت (کربونیزاسیون) تشکیل می داد. از این پوشرنگ در کاربردهای بیرونی استفاده می شده است. از این پوشرنگ در کاربردهای داخلی نیز استفاده می شده است. مواد مختلفی جهت بهبود کیفیت این پوشرنگ استفاده می شده است. از سیمان پورتلند برای بهبود دوام و پایداری پوشرنگ در شرایط آب وهوایی سخت استفاده شده است. از کازئین (پروتئین شیر) نیز به منظور بهبود چسبندگی و پایداری استفاده میشد. در اصل، اساس پوشرنگهای آبپایه امروزی با پوشرنگهای کازئین شروع شد.
در آغاز انقلاب صنعتی، اواسط قرن 18ام، پوشرنگها آسیاب و جایگزین پوشرنگهای برپایه سرب، مانند اکسید روی شدند. در قرن نوزدهم استفاده از پوشرنگهای تزئینی هم به جهت زیبایی و هم افزایش مقاومت دیوار در برابر رطوبت مورد استفاده قرار گرفتند. دراین زمان از روغن بزرک به عنوان رزین با قیمت پایین، استفاده میکردند.
اولین ثبت اختراع در امریکا در سال 1865 درباره فرمولاسیون اکسید روی، هیدروکسید پتاسیم، رزین، شیر و روغن بزرک بود. در سال 1867، آوریل در اوهایو ثبت اختراع اولین پوشرنگ آماده به مصرف را در امریکا منتشر کرد. در سال 1866، شروین-ویلیمز اولین رنگ آماده به مصرف بدون نیاز به هرگونه آمادهسازی اولیه را روانه بازارهای امریکا کرد.
توسعه پوشرنگهای کازئین ادامه داشت. در سال 1930، از رنگدانه ها با ضریب شکست بالا ( فدرت پوششی بالا) همانند رنگدانههای مورد مصرف در پوشرنگهای روغنی، استفاده میکردند. این پوشرنگها در به صورت پودر و یا خمیری ارائه می شدند. پیونده کازئین دارای قیمت پایین بود و این پوشرنگها، در یک لایه، پشت پوشی مطلوبی ارائه می کردند و اعمال آسانی داشتند. عیب این پوشرنگها، تخلخل و لکه پذیری بالای آنها بود. افزودن روغن های خشک کن سبب کاهش تخلخل ها و افزایش پایداری رنگها شد. با افزایش بیشتر روغن، پوشرنگ کازئین تبدیل به پوشرنگ امولسیونی شد. در سال 1920، رزینهای آلکید تولید شدند. در بسیار موارد به جای روغنهای خشک کن از آلکید به منظور تسریع خشک شدن فیلم پوشرنگ استفاده شد. بنابراین نقش کازئین از رزین، به پایدارکننده و غلظت دهنده در امولسیون، تغییر کرد. روغن خشک کن و آلکید، پیونده های اصلی شدند.
زمان حال: از علم بسپار تا رزین ها
توسعه پوشرنگهای جدید با علم بسپار، رابطه مستقیم دارد. در سال 1830، استات سلولز و سلولوئیدها معرفی شدند. در سال 1844، گودیر کشف کرد که افزودن گوگرد به لاستیک طبیعی، پلیایزوپرن، این ماده را از یک ماده منعطف و نچسب، به جامدی سخت (ابونیت) تبدیل میکند. در سال 1907، اولین بسپار سنتزی، رزینهای کندانسیون فنول-فرمالدهید، اختراع و بکلیت و نووالاک، نامگذاری شدند
در سال 1922، اشتودینگر بیان کرد که بسپارها شامل زنجیرهای بلند اتم هستند که توسط پیوندهای کووالانسی به هم متصل شدهاند. وی جایزه نوبل را بابت این کشف در سال 1953 به خود اختصاص داد.
در همین حین، در سال 1912 در ثبت اختراع نوشته شده توسط گوتلوب، بسپارش پراکنشی ایزوپرن با استفاده از آلبومین تخممرغ یا نشاسته به عنوان امولسیفایر توضیح داده شد. پلی وینیل استات در ثبت اختراع کلات و رولت در سال 1914، در آلمان، منتشر شد. به جای استفاده از پایدرکنندههای متداول، اولین ماده سطح فعال، در آلمان استفاده شد. این مواد، سولفونات نفتالن آلکید کوتاه زنجیر، درست مانند موادی که هنوز مورد استفاده قرار می گیرند، بودند.
تا پایان جنگ جهانی اول، بحران کمبود مواد اولیه مانند روغن بزرک، ادامه داشت. از این رو رزینهای سنتزی، وارد بازار شدند. در سال 1920، آلکیدهای غیراشباع معرفی شدند.
در سال 1929، شرکت دوپونت، پلی استرهای خطی را معرفی کردند. در سال 1930، فعالیت بر روی توزیع جرم مولکولی به صورت تئوری و با آزمایش، آغاز و مشخص شد که بسپارش رشد مرحلهای از توزیع گاوسی وزن مولکولی، پیروی میکند. در سالهای منتهی به جنگ جهانی دوم، رزینهای سنتزی دیگری هم اضافه شدند.
در سال 1933، شلاک اولین ثبت اختراع رزین اپوکسی را منتشر کرد: دیگلیسیدیلاترهای ساخته شده از اپیکلروهیدرین و بیسفنول آ. رزینهای اپوکسی در سال 1947 تجاری شدند. خواص زیادی برای این رزینها معرفی شدند و در سامانههای تکجزئی و دوجزئی مورد استفاده قرار گرفتند. سامانههای دوجزئی حاوی اتصالدهنده عرضی پلیآمین، پلیآمینوآمید هستند.
رزینهای اورهفرمالدهید با رزینهای آلکید مخلوط شدند. بسیاری از خودروسازان امریکایی مانند فورد و کرایسلر از پوششهای رویی آلکیدی استفاده میکردند. رزینهای یورتانی در سال 1937 معرفی شدند.
در سالهای جنگ جهانی دوم، در حوزه پوشرنگهای آب پایه، پیشرفتهایی حاصل شد. به طور مثال بهبود رنگهای داخلی ارزان قیمت کازئین با ترکیب همزمان دروغن خشککن و رزین آلکید. عدد اسیدی بالا رزین منجر به خنثیشدن با آمونیا جهت پراکنش در آب میشد. به منظور دستیابی به سرعت خشکشدن بالا، پیونده باید دارای وزن مولکول بالا (درجه بسپارش) میبود. خشک شدن اولیه به دلیل تبخیر آب موجود در رنگ، اتفاق می افتاد. خشک شدن عمقی ناشی از اتصالات عرضی اکسیداسیونی رزین آلکید و روغن خشککن اتفاق میافتاد. عیب این پوششها، براقیت پایینشان بود. در آلمان، به دلیل کمبود روغن بزرک، از لاتکس های پلی وینیل پروپیونات و پلی وینیل استات برای رنگهای دیوار استفاده می شدند.
یکی از اختراعات مهم، فرایند بسپارش امولسیونی لاتکس استایرن-بوتادیان بوده است. در سال 1970، پوشرنگهای لاتکس براق معرفی شدند. برای این پوشاز پراکنههای بسپاری با اندازه ذرات کوچک و عوامل انعقادکننده استفاده می شد. در پایان سال 1960، اولین پراکنه پلی یورتان ثبت شدند اما در سال 1980، مورد استفاده قرار گرفتند.
رزینها و پوششهای آبپایه
توسعه رزینها و پوششهای آبپایه به سه دسته قبل از سال 1970، بین سالهای 1970 و 1990 و بعد از سال 1990 تقسیم میشود. دلیل این تقسیمبندی، کاربرد نهایی و نیز مناطق جغرافیایی است.
مترجم: مهندس معصومه کاویانی دارانی، دانشجوی دکتری مهندسی رنگ، پژوهشگاه رنگ
(ادامه دارد …)
متن کامل این مقاله را در شماره 239 دوماهنامه پوشرنگ از گروه مجلات بسپار که در نیمه شهریور 1401 منتشر شده است بخوانید.
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.
