جزئیات وبلاگ

حلال ها

مقدمه:

نقش حلال برای حل کردن، دیسپرس­کردن و یکنواخت سازی اجزای رنگ بکار می رود و سبب می شود یک ترکیب همگن ایجاد شود که در نهایت بر کیفیت فیلم تشکیل شده در پوشش تاثیر زیادی دارد.تبخیر شدن حلال سبب ایجاد یک فیلم خوب روی سطح میشود. حلال نقش بهینه سازی عملکرد کل رنگ روی سطح اجرا شده را دارد.

اگر چه تمام حلال از روی فیلم پوشش تبخیر میشود، اثر خیلی زیاد روی کیفیت دارد. نه تنها در ظاهر پوشش بلکه در چسبندگی پوشش  و ایجاد خوردگی در سیستم رنگ و ویسکوزیته رنگ تاثیر دارد.

مهمترین عامل در انتخاب حلال مناسب، سرعت تبخیر آن است.

پارامتر مهم که حلالیت یک حلال را مشخص می کند شاخص Hansen Solubility Parameters یا شاخص HSP است.  اساس HSP رفتار حلال و پلیمر را با سایر مولکولهای رنگ مورد بررسی قرار می دهد  و نشان میدهد که مولکولهای رنگ  می خواهند کنار یکدیگر بمانند یا خیر.

HSP متاثر از سه پارامتر زیر است که برهمکنش نیروهای رنگ است.

• Dσ: London dispersion forces

• Pσ: Polar Forces

• Hσ: Hydrogen bonding Forces

از آنجا که نیروهای لاندن تقریبا برای تمام حلالها و مولکولهای ارگانیک شبیه هستند، Dσ  خیلی فرقی نمی کند و از آن صرفنظر می کنیم.

دو نیروی قطبی و نیروهای هیدروژنی مهمتر هستند و بین حلالها تفاوت فاحش دارند و اعداد آنها نمایانگر نیروهای بین مولکولی هستند. هر چه عدد Pσ  کمتر باشد به معنای ان است که حلال رزین غیر قطبی را بهتر حل می کند. هر چه  Hσ بالاتر باشد به معنای این است که حلال می تواند پیوند هیدروژنی قوی تری تشکیل دهد.

استفاده از اعداد و شاخص های بالا کمک می کند که با ترکیب حلال ها بتوانیم یک مخلوط مناسب با اجزای رنگ استفاده کنیم جدول زیر، یک نقشه دو بعدی از خاصیت حلالیت مهمترین حلالهایی است که در رنگ و رزین استفاده می شود.

دسته بندی حلال ها بر اساس کاربرد:

حلال های هیدروکربنی:

حلاهای هیدروکربنی مولکولهایی هستند که دارای اتمهای کربن و هیدروژن هستند ودارای سه دسته آروماتیک، آلیفاتیک و مخلوط این دو می باشند.

حلالهای آروماتیک دارای زنجیرهای هیدروکربنی خطی، شاخه­ ای و حلقه ای هستند.

حلالهای آروماتیک هم به آنهایی اطلاق می شود که دارای حلقه بنزن هستند. مثل تولوئن و بنزن

حلالهای هیدروکربنی قابلیت حل­کردن رزین های غیرقطبی را دارند و در آب حل نمی شوند.

مشخصی به حلالهای آلیفاتیک و هیدروکربن حلقه ­ای، در صنعت وایت اسپریت می­گویند که هر گروه دارای نقطه جوش است. در جدول زیر گروه بندی  و مشخصات اصلی هرگروه آورده شده است:

حلال های گلایکول اتری: 

کاربری اصلی این حلالها در بهبود جریان پذیری رنگ و کیفیت سطح می باشد. حلالهای گلایکول اتری عموما کند تبخیر هستند که باعث میشود در موارد محدودی کارایی داشته باشند. اما به دلیل توانایی حلالیت بالا کیفیت سطح پوشش را بهبود می دهند.

دارای دو گروه اصلی اتیلنی(E-Series) و گروه پروپیلنی(P-Series) هستند.

حلالهای سری P نسبت به سری E سمیت کمتری دارند.

اتیلن گلایکول مونو بوتیل اتر: که به نام عمومی بوتیل گلایکول شناخته میشود. بوتیل گلایکول حلال بسیار انعطاف پذیری هست و سرعت تبخیر آن از سایر حلالهای این گروه بالاتر است.  و به همین دلیل در بسیاری از پوشش های پایه حلال و پایه آبی کاربرد دارد.

پروپیلن گلایکول متیل اتر: دارای سرعت تبخیر متوسط است و در آب به راحتی حل میشود و به همین دلیل در بسیاری از سیستم های پوشش کاربرد دارد.

دی پروپیلن گلایکول نرمال بوتیل اتر: دارای سرعت تبخیر بسیار کند است که به عنوان  Coalescing agent کاربرد دارد.

حلال های استری:

استرها هم مانند کتون­ها پذیرنده هیدروژن هستند و به همین دلیل قدرت حلالیت مشابهی دارند. استرهای زنجیر کوتاه برای رزین های قطبی و استرهای زنجیر بلند برای رزین های غیر قطبی مناسب هستند.

هم کتونها و هم استرها حلالیت کمی در آب دارند. استرها بوی شبیه میوه دارند و به دلیل ایجاد پیوند هیدروژنی و عدم تشکیل کمپلکس بین رزین های قطبی، ویسکوزیته سیستم را کاهش می دهند.

اتیل استات:  یک حلال زود تبخیر  است که در بسیاری از سیستم های سریع خشک کاربرد دارد.

بوتیل استات: یک حلال پر مصرف استری با سرعت تبخیر متوسط است که به همین دلیل در جلوگیری از ایرادات ظاهری سطح رنگ مانند رد قلم و کریترینگ کاربرد دارد.

پروپیلن گلایکول مونو متیل استر استات: یک حلال با سرعت تبخیر متوسط هست که در بسیاری از سیستم ها کاربرد دارد. حلالیت این استر در آب از سایر حلالهای استری بالاتر است.

بوتیل گلایکول استات: یک حلال استری با سرعت تبخیر پایین است که قدرت حلالیت خوبی داشته و براقیت سطح را بهبود می دهد.

حلال های کتونی:

حلالهای کتونی به دلیل داشتن گروه­های کربنیل، که جاذب هیدروژن هستند، دارای قابلیت حل­شوندگی بالایی می باشند. کتون­های زنجیر کوتاه برای رزین های قطبی و کتون های زنجیر بلند برای رزین های غیر قطبی کارایی دارند. طبعا کتونهای زنجیرکوتاه فقط در آب حل می­شوند.

حلالهای کتونی با جلوگیری از تشکیل کمپلکس بین رزین های قطبی، سبب کاهش ویسکوزیته سیستم میگردد.  کاهش ویسکوزیته بعد از تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین مولکولهای رزین ایجاد می گردد.

استون: یک حلال زود تبخیر کتونی است که برای پوشش­های سلولزی استفاده می شود.

متیل اسزوبوتیل کتون: یک حلال با تبخیر متوسط است که در بسیاری از سیستم ها قابلیت مصرف دارد.

متیل آمیل کتون: یک حلال کند تبخیر است با قابلیت حلالیت خوب است.

ایزوفورن: حلال کتونی بسیار کند تبخیر است که در سیستم های کوره پخت  کاربرد دارد، این حلال وتینگ سطح خوبی برای سطوح و پیگمنتها می دهد.

حلال های پایه الکلی:

این حلالها معمولا برای تنظیم قطبیت سیستم بکار میروند. الکل ها هم جاذب و هم دهنده هیدروژن هستند. حلالهای بسیار خوب برای سیستم های قطبی هستند. هر چه طول زنجیر هیدروکربنی آن ها افزایش یابد، از قدرت حلالیت آنها برای رزین های قطبی کاسته می شود. موقعیت گروه هیدروکسیل در زنجیر هم در حلالیت تاثیر دارد.

 الکل با طول زنجیر کوتاه حلال در آبند اما با افزایش طول زنجیر حلالیت کاهش پیدا می­کند. الکل ها با ایزوسیانات ها واکنش می دهند و بنابراین فرایند خشک شدن و پخت پوشش های حاوی ایزوسیاناتها را مختل می کنند. این اثر با استفاده از حلالهای الکلی نوع دوم و سوم کاهش می یابد.

اتانول: یک حلال زود تبخیر است که رزین های بسیار قطبی را حل می کند. و به همین دلیل نمی تواند فیلم سازهای غیر­قطبی مانند پارافین وکس را حل کند.

بوتانول: یک حلال با سرعت تبخیر متوسط است که در بسیاری از سیستم ها کارایی دارد و در احجام کم هم برای کاهش ویسکوزیته سیستم های غیر قطبی مانند رنگ های آلکیدی و برخی پوشش های پایه آبی کارایی دارد.

نتیجه گیری:

سازگاری رزین ها و حلال ها:

مهمترین عامل تاثیر گذار در سازگاری بین رزین و حلالها قطبیت بین رزین و حلال است. رزین های قطبی در حلال قطبی و رزین های غیر قطبی در حلالهای غیر قطبی حل میشوند. انتخاب حلال در کیفیت پوشش بسیار پر اهمیت است.

جدول زیر سازگاری رزین ها با دسته حلالها مورد بررسی قرار گرفته است: