مروری بر رزین های آمینو

بازدید: ۳۶۵

رزین های آمینو

رزینهای آمینو طبقه مهمی از مواد شیمیایی صنعتی هستند که در بسیاری از صنایع همچون کارخانه های رنگسازی کاربرد پیدا کرده اند. سالهای مدیدی است که از این رزین استفاده می شود. یکی از نخستین مراجع متعلق به سال 1920 است که جان هانس ساخت محصولات تراکمی آلدهید قابل استفاده در صنعت را به ثبت رساند. از آن موقع استفاده از رزین های آمینو گسترش یافت به طوری که در سال 1990 محصولات رزینهای اوره و  ملامین در آمریکا به 654000 تن رسید. گفتنی است 74 درصد این مقدار برای چسباندن چوب الیافی و دانه ای به کار می رود و دومین مصرف کننده بزرگ آن، رنگ است.

عمده ترین گونه رزینهای آمینو که به عنوان عامل شبکه ساز در لاک الکلها و رنگ های کوره ای صنعتی به کار می روند عبارت اند از: رزینهای اوره فرمالدهید بوتیل دار شده (در سال 1936 معرفی شد) و رزینهای فرمالدهید ملامین متیل دار شده (اولین بار در سال 1946 استفاده شد). اوایل 1960 رزینهای بنزوگوانامین فرمالدهید کاربردهای تخصصی داشتند و اخیرا ً رزینهای ملامین فرمالدهید اهمیت بیشتری پیدا کردند. به دلیل همین کاربردهای متنوع است که توسعه رزینهای آمینو ادامه دارد. محصولات با کارایی بالا بر پایه مخلوطی از اترهای متانول، اتانول و بوتانول به تدریج کاربردهای ویژه ای پیدا کردند.

شکل 1- مواد خام متداول مصرفی در تهیه رزینهای آمینو

هدف این بخش برشمردن خواص عمومی رزینهای آمینو و بحث درباره عملکرد آنها با تکیه بر ترکیب شیمیایی است. در این بخش، هدف ارائه فرمولبندی رنگها نیست، بلکه ارائه روند خواص به جای خواص ویژه است.

شیمی رزین های آمینو

مواد خام مورد استفاده در تهیه رزینهای آمینو در شکل 1 فهرست شده است.

اولین گام برای تهیه رزین های آمینو واکنش افزایشی میان گروههای آمید اوره یا ملامین و فرمالدهید و تشکیل ترکیبات متیلول است (شکل 2). این واکنشهای برگشت پذیر در دمای محیط و در شرایط قلیایی و خنثی به راحتی انجام می شوند. اما به دلیل ناپایداری تهیه آنها به صورت خالص بسیار دشوار است.

محصولات افزایشی از طریق واکنش تراکمی پلیمر می شوند. این واکنش میان دو گروه متیلول و یا یک گروه متیلول و یک اتم هیدروژن فعال صورت می گیرد (شکل 3).

واکنشها با گرما و اسید تسریع می شوند و در این شرایط اتصال متیلن اتر نوآرایی خواهد کرد و پل متیل پایداری را تولید می کند.

پلیمریزاسیون کامل دی متیلول اوره به ساختار نظری که در شکل 4 نشان داده شده است منتهی می شود.

شکل 2- افزایش فرمالدهید به اوره و ملامین

شکل 3- تراکم گروههای متیلول

شکل 4-رزین اوره فرمالدهید شبکه ای شده

شکل 5- واکنش اتری شدن

 

ممانعت فضایی مانع تکمیل واکنش می شود. به هر حال پلیمریزاسیون متیلول اوره و ملامین پلیمرهای سخت، خرد شونده و شفاف به دست می آید که در برابر آب و حلال مقاومت خوبی دارند.

توفیق تجاری و فنی رزینهای آمینو از قابلیت تعیین درجه پلیمریزاسیون مشتقات متیلول طی واکنش تراکمی مرحله ای ناشی می شود که می تواند با خواص مورد نیاز در هر کاربرد ویژه منطبق شده و پس از به کارگیری با تشکیل یک شبکه سه بعدی با اتصالات عرضی غیر محلول ممتراکم شود (شکل 4).

پلیمرهای متیلول اوره و ملامین هرچند که دارای انحلال پذیری محدودی در آب هستند در حلالهای آلی نامحلول بوده و پایداری محدودی دارند. بنابراین کاربرد آنها به مصارف نسبتا ً ساده ای محدود می شود به طوری که اساسا ً به همان صورتی که عرضه شده اند استفاده می شوند. یکی از مصارف آنها چسباندن ورقه های نازک چوب در ساخت لوازم چوبی است و این در واقع پرمصرف ترین کاربرد رزینهای آمینی است (حدود 74 درصد).

گرما و کاتالیزگرهای اسیدی به طور طبیعی سرعت را بالا می برند اما رزین های اوره فرمالدهید در دمای محیط و در مجاورت کاتالیزگرهای اسیدی یا نمک اسیدی شبکه ای می شوند. رزین های اوره فرمالدهید اصلاح نشده اغلب به عنوان چسباننده به کار می روند. مثلا ً در ساخت قالب ماسه ای برای ریخته گری فلزات در حالی که رزینهای ملامین اصلاح نشده در ساخت ورقه های تزیینی لوازم آشپزخانه به کار می روند. با وارد شدن گروههای اتری به رزین های آمینو همان گونه که در شکل 5 نشان داده شده است به طرز قابل ملاحظه ای عملکرد و تنوع آنها افزایش می یابد. این گروههای اتری بر بهبود پایداری رزین و اصلاح انحلال پذیری تأثیر دارند. برای مثال، اگر R=CH3 باشد انحلال پذیری نامحدودی در آب به دست می آید در حالی که اگر R=C4H9 باشد نتیجه آن انحلال پذیری در حلالهای آلی است. علاوه بر این سازگاری با دیگر مواد پلیمری حاصل می شود. این گونه اصلاحات مهم، رزینهای آمینو را قادر می سازند تا به عنوان عامل شبکه ساز تعدادی از پلیمرهای با گروه عاملی هیدروکسی به کار روند و این سیستم ها اساس رنگ های کوره ای را تشکیل می دهند.

واکنش اتری شدن با گرما و اسید تسریع می شود، مانند واکنش تراکمی در شکل 3.

بنابراین واکنشهای اتری شدن و تراکمی در طی ساخت رزینهای اتری آمینو با یکدیگر رقابت می کنند. محصولات نهایی مورد نیاز با وزن مولکولی و درجه اتری از قبل تعیین شده می توانند مطابق قانون بقای جرم با انتخاب صحیح نسبتهای مولی مونومرها تهیه شوند مانند اوره-ملامین، فرمالدهید و الکل اترکننده. سپس تأثیر ترکیب رزینهای آمینو بر عملکرد آنها در همین بخش با تکیه بر خواص لایه رنگ توضیح داده خواهد شد.

ساخت رزین های آمینی

رزینهای آمینی در بیشتر موارد از طریق فرایندهای ناپیوسته تهیه می شوند هرچند که واکنش گاههای پیوسته نیز توضیح داده شده اند. رزینهای اوره فرمالدهید اصلاح نشده ساده را می توان از طریق فرایندهای نیمه پیوسته با استفاده از تعدادی ظروف واکنش که به طور سری قرار گرفتند و پس از گذشت زمان اقامت از پیش تعیین شده از ظرفی به ظرف دیگر پمپ می شوند تولید کرد. رزینهای اتری امکان دارد از تعدادی منابع فرمالدهیدی مانند پارافرمالدهید (نوع جامد پلیمری)، فرمالینها (فرمالدهید گازی محلول در آب)، یا الکوفرمها (مخلوط الکل-فرمالدهید) تهیه شوند. جزئیات فراورش هریک از این مواد خام متفاوت ولی اساس همه یکسان است. ابتدا مشقات متیلول تهیه و سپس در شرایط اسیدی اتری شدند. همانطور که پیشتر نشان داده شد اتری شدن و تراکم هردو تحت تأثیر دما و قدرت اسیدی صورت ممی گیرند، اما با استفاده از الکل اضافی واکنش اتری شدن می تواند غالب شود. سرعت هردو واکنش با حذف آب حاصل از تراکم افزایش می یابد. (اصل لوشاتولیه). در موردی که رزینهای بوتیل دار شده تهیه می شوند آب حاصل از تراکم معمولا ً از طریق تقطیر آزئوتروپ جدا می شود و غالبا ً یک حلال استخراج برای بهبود جداسازی آزئوتروپ آب و بوتانول به کار می رود. آب از طریق تقطیر جدا شده و بوتانول به واکنشگاه برگشت داده می شود. بنابراین غلظت الکل در واکنشگاه حفظ می شود. میزان تراکم و اتری شدن با انتخاب درست غلظت بوتانول ورودی کنترل می شود. نمایش نمودار واکنشگاه ساخت رزینهای بوتیل دار شده در شکل 6 آمده است. پیشرفت واکنش را می توان با کنترل گرانروی و انحلال پذیری (تغییر مقدار مجاز حلال) دنبال کرد این خواص به وزن مولکولی و درجه اتری شدن رزین بستگی دارد و در فرمولبندی های اولیه می تواند برای هویت یابی رزین استفاده شود. زمانی که خواص مطلوب حاصل شد واکنش با خنثی سازی و سرد شدن متوقف می شود. سپس رزین با استفاده از خلاء تغلیظ شده تا اجزای سازنده جامد مورد نیاز حاصل شود. غالبا ً این رزن ها به مقدار زیادی تغلیظ شده و با زایلن به اندازه مورد نیاز رقیق خواهد شد.

قابل توجه است که آزمون جامدات می تواند مشکلاتی را ایجاد کند زیرا بنا به شرایط آزمون الکلی که به عنوان یک اتر در نظر گرفته شده است می تواند به همان خوبی که به عنوان حلال خالص عمل می کند تبخیر شود. این پدیده نتایج نادرستی می دهد. بنابراین داشتند روش استانداری شامل گرما و مدت آزمون مفید است.

شکل 6- واحد تولید رزین آمینو

 

روش تهیه رزین های متیل دار شده متفاوت است زیرا آب و متانول امتزاج پذیرند بنابراین نمی توانند از طریق فیزیکی جدا شوند. در این مورد به دلیل اینکه مخلوط آب و متانول با هم تقطیر می شوند، غلظت متانول با افزایش پیوسته آن به واکنشگاه ثابت می ماند.

رزین های آمینو بوتیل دار شده که مطابق روش بالا تهیه شدند شامل مخلوطی از پلیمرهای با وزن مولکولی و ترکیب متغیر هستند که میانگین ترکیب رزین تنها از طریق شناسایی جامدات، گرانروی و حد مجاز حلال امکانپذیر است. تجربه نشان می دهد چه آزادیهای عملی در خواص برای ارائه عملکرد ممطلوب در تمامی کاربردها قابل قبولل است. کنترل دقیق ترکیب به کروماتوگرافی ژل تراوایی (GPC) که مطلوب ترین روش تعیین وزن مولکولی است، نیازمند است. کروماتوگرام یک رزین ملامین بوتیل دار شده نوعی در شکل 7 نشان داده شده است.

کاربرد رزین های بوتیل دار شده در پوشش ها

از زمان معرفی، رزین های آمینو به عنوان عامل شبکه ساز برای انواع متنوعی از پلیمرهای فیلم شونده با گروه عاملی هیدروکسیل به کار می رفتند. سازوکار شبکه شدن که در شکل 8 نشان داده شده است واکنشی تراکمی است که با گرما و قدرت اسیدی تسریع می شود.

شکل 7- کروماتوگرافهای ژل تراوایی

شکل 8- واکنش آمینو رزین و پلیمرهای با گروه عاملی هیدروکسی

 

از آنجا که نوع و ترکیب رزینهای آمینو می تواند با تنظیم چگالی شبکه ساز بر خواص نهایی فیلم تأثیر بگذارد ترکیب شیمیایی پلیمر فیلمم شونده بیشترین تأثیر ر ا بر خواص فیلم پخت شده دارد. بنابراین تفاوتهای بارزی میان اوره بوتیل شده و رنگهای شبکه ای شده ملامین مشاهده شده است. مشخصه اصلی هر نوع رزین در جدول 1 آورده شده است.

جدول 1- مقایسه خواص رزین های اوره و ملامین ( + نتایج برتر)

خاصیت

اوره

ملامین

براقیت

 

+

چسبندگی

+

 

مقاومت شیمیایی

 

+

هوازدگی

 

+

مقاومت گرمایی

 

+

پخت در دمای محیط

+

 

بها

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

پلیمرهایی که بیشترین کاربرد را در رنگهای کوره ای آمینی دارند عبارتند از:

1-آلکیدهای اصلاح شده لا روغن

2-آکریلیکها

3-اپوکسیها

4-پلی استرهای سیر شده

از میان این رزین ها، سیستم های آلکید اصلاح شده با روغن بیشترین فروش را به خود اختصاص می دهند.

آلکیدهای اصلاح شده با روغن معمولا ً با رزین های اوره در لاک الکلهای کاتالیز شده با اسید مبلمان به کار می روند. آنها سیستم های پخت شونده در دمای محیط هستند، که می توانند به صورت تک جزئی یا دو جزئی باشند و از یک کاتالیزگر اسید معدنی استفاده کنند. در سیستم تک جزئی کاتالیزگری مانند بوتیل اسید فسفات به نسبت 10 درصد رزین اوره جامد در فرمولبندی لاک الکل به کار می رود. در سیستم دو جزئی می توان از هیدروکلریک اسید استفاده کرد که در مقایسه با سیستم های تک جزئی زمان پخت سریع تر و سختی بیشتری دارد که باعث بهتر بودن و ضخیم شدن فیلم می شود.

تنوع رزین های آمینو به این دلیل است که می توانند با انواع گوناگون پلیمرهای مذکور عملکرد مطلوب داشته باشند. این تنوع از امکان تغییر گروههای انتهایی ترکیب که به طرق گوناگون صورت می گیرد در شکل 9 نشان داده شده است.

با انتخاب رزینهای آمینو مناسب، امکان تهیه رنگهای با گستره وسیعی از کاربرد از جمله صنایع خودروسازی، مصارف خانگی، پوشش مارپیچ، تزیین فلزات، صنایع عمومی و پوشش دادن نهایی چوب وجود دارد.

بهترین رزین ها به بهینه شدن کارایی هر نوع فرمولبندی رنگ نیاز داشتند و می توانند با انتخاب دقیق نسبت مواد آغازین و شرایط واکنش حاصل شوند. به طور کلی تغییر روند خواص رزین ها در جدول 2 مشاهده می شوند.

شکل 9- ترکیب احتمالی گروه انتهایی

جدول 2- تأثیر ترکیب رزین بر خواص (+ افزایش –کاهش)

ترکیب

حد مجاز حلال

سازگاری

گرانروی

واکنش پذیر

افزایش جزء متیلول

+

+

-

-

افزایش درجه بوتیل دار شدن

++

++

-

-

افزایش وزن مولکولی

-

-

++

-

 

 

 

 

با توجه به این روند طبیعی، میانگینی از خواص انتخاب می شود. برای مثال، تهیه رزین پرجامد (گرانروی کم) با واکنش پذیری زیاد امکان پذیر نیست. بنابراین برای بیشتر مصارف امکان گسترش و ساخت رزین هایی که میانگین قابل قبولی داشته باشند وجود دارد.

امروزه تقاضا برای رنگ های کارآمد، برنامه پخت کوره ای کوتاه تر در دماهای بالاتر و به ویژه استفاده بیشتر از پلی استرهای سیر شده، محدودیت رزینهای آمینو بوتیل دار شده را نشان داد. مشخص شد که فناوری رزینهای آمینو بوتیل دار شده هم به نهایت حد خود رسیده است. در حال حاضر برای رسیدن به خواص متنوع توجه به محصولات جایگزین لازم و ضروری است. در مطالب جلوتر مشاهده می شود که رزینهای آمینی متیل دار شده باعث گسترش دامنه عملکرد آمینو رزینهای آمینو شده اند.

رزین های آمینو متیل دار شده

با جایگزینی متانول با بوتانول طبقه جدیدی از رزین تهیه می شود که دارای خواص و روش مشابه است اما تفاوتهای مهمی دارند. این رزین ها پلیمرهای با گروه عاملی هیدروکسیل را با روشی مشابه رزینهای بوتیل دار شده شبکه ای می کنند اما قطبیت افزایش یافته آنها، خواص سازگاری آنها را به طور محسوسی تغییر می دهد.

شکل 10- ساختار هگزامتوکسی متیل ملامین (HMMM)

 

 

به ویژه رزینهای متیل دار شده در آب به خوبی امتزاج پذیرند اما حد مجاز حلال آن در هیدروکربنهای آلیفالتیک ضعیف است. این ویژگی سبب شد تا برای ممدت متمادی در مقالات و صنایع نساجی به کار رود، جایی که با استفاده از رزینهای ملامین متیل دار شده محلول در آب خواص مقاومت در برابر آب و حلال شیرابه مورد استفاده در کاغذهای پوشش داده شده با رنگدانه و الیاف بافته ننشده را بالا برد. گسترۀ رزینهای ملامین متیل دار شده افزایش می یابد تا انواع مناسب آن در رنگهای حلال پایه و آب پایه به کار رود. علاوه بر امتزاج پذیری با آب، رزینهای PMM در مقایسه با رزینهای بوتیل دار شده مزایای دیگری نیز دارند. آنها سازگاری مطلوب تری داشته و رنگهای با محتوای جامد بیشتر تهیه می کننند و همچنین خواص بهتری به فیلم می دهند. اغلب آنها مواد فرار کمتری را حین پخت کوره ای پخش می کنند. به هر حال مهم ترین عضو این گروهها که به طور کامل جایگزین شده است هگزامتوکسی متیل ملامین است (HMMM) (شکل 10).

این رزین دارای خواص بی نظیری است که می تواند کارایی رنگهای کوره ای را با روشهای مهمی که در بالا اشاره شد افزایش دهد. اگر بخواهیم دقیق تر بگوییم، HMMM نباید به عنوان یک رزین توصیف شود زیرا حتی گونه های تجاری آن ضرورتا ً مونومر هستند. در کاربردهای عمومی مصطلح است و ان از HMMM خالصی که بی رنگ، جامد بلورین سوزنی شکل با نقطه ذوب 55 درجه سانتی گراد متمایز است. HMMM اولین بار در سال 1941 توسط جیمز و همکارانش تشریح شد ولی تا 20 سال بعد در رنگهای کوره ای استفاده نشد.

فرایندهای ساخت اولیه شامل سه مرحله است. در اولین مرحله ملامین و فرمالین در شرایط کمی قلیایی وارد واکنش شده تا اینکه هگزامتیلول ملامین تهیه شود (شکل 2). محصول با صاف شدن جدا، سپس شسته و خشک می شود. سومین مرحله شامل گرمادهی هگزامتیلول ملامین کاملا ً خشک با مقدار اضافی متانول در شرایط اسیدی است. سپس با خنثی سازی، تراکم در خلاء و سپس صاف شدن ادامه می یابد. اکنون تمام این فرایند ها، ساخت و استفاده تجاری HMMM را از نظر اقتصادی امکان پذیر می کند.

مزایای HMMM به عنوان عامل شبکه ساز در مقایسه با رزین های بوتیل دار شده عبارتند از:

1-پرجامد-گرانروی کم

2-سازگاری بهتر

3-عملکرد بهبود یافته

4-با صرفته تر

5-توانایی تقلیل آب

گرانروی کمتر HMMM در مقایسه با رزین های ملامین بوتیل دار شده به راحتی با رقیق کردن نمونه ها تا یک گرانروی متداول و اندازه گیری محتوای جامدشان داده می شود. مثلا ً، در یک گرانروی 2 پواز، محتوای جامد HMMM بیش از 80 درصد است در حالی در مورد رزینهای بوتیل دار شده 50 درصد است. از این رو در پوشش های پرجامد HMMM به عنوان شبکه ساز ارجح است. جزء آمینی رنگهای کوره ای فقط 10 درصد است، بنابراین نمی توانند تأثیر زیادی در رنگهای جامد نهایی داشته باشند. با این همه، در فرمولبندی رنگهای پرجامد لازم است که محتوای جامد هر ترکیب بهینه شود.

HMMM با پلیمرها و رزین های بی شماری از جمله پلی استرهای سیرشده، آلکیدها، آکریلیها، اپوکسیها، کوپلیمرهای وینیل، نیتروسلولز و سلولز استات بوتیرات سازگار است. این سازگاری به قدری خوب است که در مقایسه با رزینهای بوتیل دارشده براقیت بهتری دارند. گرانروی پایین و سازگاری زیاد HMMM می تواند از وزن مولکولی نسبتا ً پایین آن ناشی شود. با مقایسه رنگ کروماتوگرام ژل تراوایی HMMM و رزین ملامین بوتیل دار شده، تفاوت توزیع و وزن مولکولی را تأیید می کند (شکل 7). پیکهای تیز HMMM مشخصۀ یک ترکیب تک جزئی است و بلندترین پیک نشان دهندۀ HMMM است در حالی که کروماتوگرام پهن رزین بوتیل دارشده، گسترۀ پهنی از اوزان مولکولی را نشان می دهد.

فیلمهای رنگ شبکه شده با HMMM در مقایسه با سیستم های مشابه و شبکه شده با رزین های ملامین بوتیل دارشده خواص مطلوب تری را نشان می دهند. زیرا در HMMM گروههای متیلول کاملا ً استخلاف شده اند و خودتراکمی و هموپلیمریزاسیون خیلی آهسته صورت می گیرد. نشان داده شده است که سرعت تراکم حدودا ً 20 مرتبه آهسته تر از واکنش شبکه ای شدن با گروههای عاملی آلکیدها، آکریلیها و یا پلی استرهاست. این امر با رزین های ملامین بوتیل دار شده و آلکیدها که سرعت خودتراکمی و شبکه ای شدن آنها به یک اندازه است قابل مقایسه است. نتیجۀ این پدیده تشکیل دسته های پلیمر شده و نواحی رزینهای آمینی پخت شده است و چون هموپلیمریزاسیون شکننده است، انعطاف پذیری فیلم رنگ پخت شده کاهش می یابد. برعکس کارایی بالای شبکه ای شدن HMMM به فیلمهای پخت شده امکان می دهد تا بهترین انعطاف پذیری را داشته باشند و در عین حال مقاومت در برابر ضربه و مواد شیمیایی با همان سختی مشخص را نشان دهند. بنابراین این خواص اصلاح شده از حدود نصف وزن HMMM در مقایسه با عامل شبکه ساز آمین بوتیل شده به دست می آیند. عملا ً مقدار HMMM مصرفی بحرانی است و تعیین مقدار افزوده شده برای بهینه کردن خواص فیلم ضروری است. اگر به مقدار خیلی زیاد به کار رود امکان واکنش گروههای عاملی روی زنجیر پلیمر با یک مولکول HMMM پیش از اتصال به پلیمر دیگر کاهش می یابد. در این حالت به دلیل سرعت آهسته، ناشی از خود تراکمی HMMM، یک فیلم رنگ نرم با مقاومت ضعیف در برابر مواد شیمیایی به دست می آید.

برای حصول واکنش پذیری مطلوب در سیستم های شبکه شده با HMMM افزودن کاتالیزگر اسیدی قوی ضروری است. سولفونیک اسید به دلیل خواص واکنش پذیری و انحلال پذیری ترجیح دارند. واکنش پذیرترین اسیدهای متداول پارا-تولوئن سولفونیک اسید است اما استفاده از نفتالن سولفونیک اسیدها به دلیل آبدوستی کم مفید است. آنها می توانند مقاومت در برابر رطوبت فیلمها را زیاد کنند. کاتالیزگرهای مهار شده (Blocked catalysts) (آمین خنثی شده) برای اصلاح خودپایداری رنگ به کار می رود.

با در نظر گرفتن کارایی ممتاز HMMM مهم ترین و شاید باورنکردنی ترین خاصیت آن نسبت به رزین ملامین بوتیل داشده، صرفه اقتصادی آن است. این صرفه اقتصادی با تعیین مقدار رنگ مورد نیاز برای پوشش یک واحد سطح با ضخامت داده شده سنجیده می شود. با اندازه گیری حجم جامدات می توان نشان داد که زمان استفاده از HMMM به عنوان عامل شبکه ساز حدود 20 درصد، رنگهای کم جامد (less solid paint) مورد نیاز است. توضیح اینکه وزن محصولات تراکمی حاصل از پخت کوره ای رنگ برای HMMM خیلی کمتر است این است که نه تنها متانول نسبت به بوتان وزن مولکولی کممتری دارد، بلکه واکنشهای تراکمی کمتر رخ می دهد زیرا واکنشهای خودتراکمی بی مصرف وجود ندارد.

آخرین ولی مهم ترین خاصیت HMMM امتزاج پذیری آن با آب است که به رنگ های کوره ای آب پایه امکان فرمولبندی می دهد. هرچند که بیشتر رزینهای HMMM تجاری به طور کامل در آب محلول نیستند، آنها برای استفاده در رنگهای رقیق شونده با آب در حضور حلال مزدوج مناسب هستند.

خواص HMMM که به طور جزئی بررسی شده، با دیگر آمینو رزینها مقایسه شده است. این مقایسه آگاهانه است زیرا اهمیت زیاد HMMM در رنگهای کوره ای را نشان ممی دهد. این خواص به HMMM امکان تأمین درخواستهای دشوار اجرایی را برای رنگهای جدید می دهد به هممان خوبی که نیاز به رنگهای پرجامد، کم انتشار و آب پایه را برآورده می کند. این مسئله قابل پیش بینی است زیرا این گونه درخواستها، کاربرد HMMM را توسعه داده و رزینهای بوتیل دارشده را از رونق می اندازد. مقایسه بیشتر خواص رزینهای متیل دارشده و بوتیل دارشده که در جدول 3 خلاصه شده است، نشان دهندۀ مزایای HMMM با توجه به پرجامدی، کم بودن انتشار و امتزاج پذیری با آب است.

رزینهای تجاری هگزامتوکسی متیل ملامین با نام تجاری Luwipal توسط شرکت آلمانی BASF و Cymel توسط شرکت Allnex تولید و عرضه می گردند از سایر نام های این رزین، رزین H3M یا رزین هگزاگیز (Hexakis) می باشد.

جدول 3- مقایسه رزینهای بوتیل دارشده و متیل دارشده

 

بوتیل دارشده

متیل دار شده

%جامدات در 2پواز

45

80

%فرمالدهید آزاد

1

0.1

%از بین رفتن مواد فرار در پخت کوره ای

29

18

%فرمالدهید منتشر شده در پخت کوره ای

0.6

0.15

امتزاج پذیری با آب

ضعیف

خوب

حلال

بوتانول (زایلن)

ندارد

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 11- واکنش گروه متیلول با آمید

دستاوردهای فعلی و آینده

تنوع و چندکاره بودن و انطباق پذیری رزین آمینی با استفاده در تشکیل دهندگان فیلم با ساختارهای شیمیایی مختلف و همچنین توانایی آنها در کاربردهای دشوار و خاص نشان داده می شود. اینن چندکارگی از طریق دستاوردهای اخیر در جهت تولید رزینهای ملامین حاوی گروههای عاملی مختلف از قبیل اپوکسی، کربوکسی، آکریلیک و پلی اورتان نشان داده می شود. این گروههای عاملی به وسیله تراکم گروههای متیلول با گروههای هیدروکسی یا آمید (شکل 5) به مولکول ملامین متصل می شوند (شکل 11). این گونه اصلاح امکان استفاده از رزین آمینی را در واکنشهای آغازین شبکه ای شدن با تابش یا با رادیکال آزاد را فراهم می کند.

رزینهای اتری مخلوط که در آنها یک مولکول ملامین حاوی گروههای متیل و اتیل اتر است اغلب از لحاظ تجاری متداول اند و به مقدار محدودی مورد استفاده قرار می گیرند. برتری اصلی اینن رزینها نسبت به رزینهای متیل دار شده و HMMM، خاصیت ترکنندگی مطلوب تر آن است. این خاصیت باعث بهبود چسبندگی بین لایه های پوشش شده و همچنین تسطیح و مقاومت در برابر حفره دار (cratering) شدن را ایجاد می کند. علاوه بر این، هرچند که مخلوط اترها در مجاورت حلال کمکی با آب امتزاج پذیر هستند، آنها نسبت به رزینهای متیل دار شده کمتر آب دوست اند. این امر باعث می شود تا رنگها پایداری آبکافتی بهتر و مقاومت مطلوبی در برابر رطوبت داشته باشند. امکان تهیه رزینهای اتری مخلوط باگرانروی حتی کمتر از HMMM وجود دارد.بنابراین می توان رنگهای پرجامد را فرمولبندی کرد. مخلوط رزینهای اتری برای استفاده در رنگهای پرجامد و رنگهای سازگارشده برای آب، سیستمهای رنگ چند پوششی ضخیم مرغوب، لایه نهایی پوششهای شفاف و رنگ اصلی خودرو مناسب هستند.

ایمنی و شرایط محیطی

امروزه رنگ و کاربرد آن بدون در نظر گرفتن آثار آلاینده های محیطی بررسی نمی شود مصرف کنندگان  و گروههای فشار و دولت از صنعت تقاضای کاهش انتشار مواد و تولید ضایعات را دارند و در بیشتر موارد باید بر روی استفاده از پوششهای آبی نظارت جدی شود. اغلب از رنگهای سازگارشده برای آب و رنگهای پرجامد نام برده می شود و این محصولات امکان دارد که انتشار مواد آلی فرار را کاهش دهند. HMMM و مخلوط رزینهای اتری عوامل شبکه ساز مناسبی برای هردو سیستم فوق هستند. همچنین می توانند برای محیط زیست مناسب باشند. از این رو به دلیل اینکه آنها از طریق واکنشهای تراکمی شبکه می شوند. امکان حذف انها در اجاقهای کوره ای وجود ندارد و با توجه به محدودیتهای قانونی، امکان استفاده از روش های کاهش دهنده مانند تراکم بخارات ترکیبات آلی، جذب سطحی و یا جذب و سوزانیدن ضروری است.

جزء مهم رزین های آمینو که از لحاظ بهداشتی توجه زیادی را به خود معطوف کرده فرمالدهید است که سوزاننده چشم، بینی و دستگاه تنفسی است. آزمایشهای انجام شده در ایالات متحده بر روی حیوانات نشان داده است که موشهای صحرایی پس از دو سال تماس با 15ppm فرمالدهید به سرطان دستگاه تنفسی مبتلا شدند. ( 1 تا 2ppm برای بشر ناتحمل است). هرچند مطالعات همه گیرشناسی نشان داد که فرضیه سرطان زا بودن فرمالدهید برای بشر رد شده است. با وجود این به دلیل محرک بودن، به طور محتاطانه کنترل مقدار فرمالدهیدی که در فضا وجود دارد بررسی شد، و بیشتر کشورها حد مجاز 1ppm را در نظر گرفتند. فرمالدهید به مقدار زیادی در طبیعت موجود است (به عنوان نمونه در میوه ها و سبزیها) و طی فرآیندهایی مانند پخت تولید می شود، به نظر نمی رسد مقدار اولیه آن بیش از 0.5ppm باشد. معقول نیست که یک متخصص غیر پزشکی، از آنچه که به نظر می رسد ناسازگار است و یا به دلایل بسیار متزلزل پزشکی نتیجه گیری کند. صنعت به طوری جدی در به حداقل رساندن میزان فرمالدهید عمل کرده است. متأسفانه، فرمالدهید جزء اصلی در تعیین بیشتر، خواص مناسب رزینها مانند واکنش پذیری، گرانروی و سازگاری است. بنابراین این کاهش یک حدی دارد. با وجود این در طی سالیان اخیر صنایع مقدار فرمالدهید موجود در رزینهای آمینو را به طور جدی کاهش یافته است و HMMM و مخلوط رزین های اتری با یک دهم مقدار فرمالدهید که برای رزینهای بوتیل دارشده مرسوم است استفاده می شوند.

آیا رنگ های کوره ای بر پایه آمین به طور کامل جایگزین می شوند یا خیر، به قابلیت استفاده مواد غیر سمی دیگری بستگی دارد که عملکرد مطلوب و قیمت قابل قبولی داشته باشند. راه حل ساده و قطعی برای این مسئله وجود ندارد و به دلیل سازگاری و تأثیرات عالی و تثبیت شده آمینو رزین این گونه برداشت می شود که آنها نقش برجسته خود را در رنگهای کوره ای برای سالیان زیادی ادامه خواهند داد. نکته مهم این است که سیستم های شبکه ساز دیگر نیاز دارند که از لحاظ شیمیایی واکنش پذیری مانند فرمالدهید داشته باشند و مزیت این سیستم ها کاملا ً غیرسمی بودن آنهاست که بعید است.

هنگام بررسی ایمنی سطوح، دیدگاه مهم دیگر مربوط به پایداری ان برای استفاده در تماس با مواد غذایی است. در این رابطه بیشترین قوانین مدون مربوط به مؤسسه آمریکایی غذا-دارو است و در آن قوانین موادی که برای استفاده در تماس با مواد غذایی چرب و آبکی به کار می روند تأیید شده است و اغلب شامل موادی است که ایمن تشخیص داده شده اند. عملا ً تهیه رزینهای آمینی از مواد تأیید شده امکان پذیر است و آنها می توانند به عنوان عاملین شبکه ساز و در پوشش بسته بندیهای مواد غذایی به کار روند.

علاوه بر این کمسیون اروپایی در حال تدوین یک قانون کلی به شکل دستوالعمل برای پوششهای در تماس با مواد غذایی است که در جامعه اقتصادی اروپا به عنوان بخشی از سیاست قانون هماهنگ تهیه می شود. مونومرها، آغازگرها و افزودنیها، باید در فهرست تأیید شده موجود باشند تا پوششهای حاوی این مواد بتوانند در تماس با مواد غذایی به کار روند. بدون این فهرست بندی، لازم است تا داده های سم شناسی و انتقال آنها به طرز مطلوبی برای در تماس بودن با مواد غذایی تأیید شده، صورت گیرد. اطلاعات مربوط آغازگرها مورد استفاده در تهیه رزینهای آمینی درفهرست موجود است و بدین وسیله از رزینهای آمینی برای تهیه رنگهای کوره ای استفاده می شود و ادامه مصرف آنها را در تماس با مواد غذایی در اروپا ممکن می کند.

محصولات