تحقیق و توسعه

رزین آکریلیک

رزین آکریلیک از جمله موادی است که در پوشش های صنعتی به وفور مورد استفاده قرار می گیرد. در این مقاله با انواع رزین آکریلیک ( ترموپلاستیک، لاتکس، بر پایه حلال ، بر پایه ی آب و… ) بیشتر آشنا خواهید شد. پس با ما همراه باشید:

آشنایی بیشتر با این ماده:

رزین آکریلیک یک ماده ی پلیمری است که از مونومر های اکریلیک ساخته شده است. این مونومر ها معمولا استر های اکریلیک، اسید های متاکریلیک و یا مشتقات آن ها می باشند. به طور کلی رزین های اکریلیک مقاومت شیمیایی و فتوشیمیایی خوبی از خود نشان می دهند. این مواد کاربرد های گوناگونی دارند و برای پوشش های بر پایه ی آب و حلال، در صنایع گوناگون مورد استفاده ی فراوان قرار می گیرند.

بسته به ترکیب آنها ، ما می توانیم رزین های اکریلیک را به دو دسته مختلف تقسیم کنیم: رزین آکریلیک خالص و انواع پیچیده تر که حاوی مونومر های گوناگونی می باشند.

نوع خالص:

این نوع تنها از مونومر های آکریلیک ساخته شده است. به هر کدام از مونومر های موجود می تواند گروه های عاملی (R) متفاوتی متصل باشد. از جمله این گروه های عاملی می توان به موارد زیر اشاره نمود:

  • اتم هیدروژن ساده: منجر به حضور گروه های کربوکسیلی در پلیمر می شود. گروه های هیدروژنی ، و حضور گروه های کربوکسیل ، می تواند چسبندگی را روی یک بستر بهبود بخشد. همچنین تعداد بسیاری از گروه های کربوکسیل می توانند به انحلال پذیری بیشتر رزین در آب کمک نمایند.
  • گروه های غیر واکنشی: برای مثال زنجیر های آلکیلی که از هیدروژن و کربن ساخته شده اند . این گروه ها می توانند از واکنش با ترکیبات دیگر جلوگیری نمایند و موجب بهبود خواص و مقاومت شیمیایی رزین گردند.
  • گروه های واکنشی و فعال: به عنوان مثال گروه های هیدوکسیلی که می توانند با ایزوسیانات یا ملامین واکنش دهند یا گروه های گلیسیدیل (اپوکسی) که می توانند با آمین ها، کربوکسیلیک اسید ها و… وارد واکنش شوند. این گروه ها به طور کلی می توانند واکنش پذیری رزین را بهبود ببخشند، اتصالات بین زنجیره ی پلیمری را تقویت کنند و موجب ایجاد پلیمری با مقاومت بیشتر گردند.

به منظور به دست آوردن رزین هایی با خواص منحصر به فرد یا کاهش هزینه ها می توان مونومرهای مختلفی را در پلیمرهای اکریلیک گنجانید.

پیچیده:

در این نوع، مونومر های استایرن بیشترین کاربرد را دارند و رزین های ساخته شده با این مونومر با نام رزین استایرن-اکریلیک شناخته می شوند. مونومر های استایرن به طور عمده بسیار ارزان تر از مونومر های آکریلیک می باشند. این مونومر ها می توانند مقاومت در برابر آب، مواد قلیایی و سختی را بهبود دهند.

با این حال ، رزین های استایرن-آکریلیک اغلب در معرض زردی و گچ شدگی قرار می گیرند. همین عامل موجب گردیده است تا از این مواد کمتر اسفاده شود.

انواع گوناگون

رزین آکریلیک به صورت فرم های زیر در دسترس می باشند:

  • اکریلیک گرمانرم یا همان ترموپلاستیک Thermoplastic Acrylic Resins
  • رزین هایی با اتصال های متقاطع Cross-linking resins
  • لاتکس های اکریلیک Acrylic Latexes

نوع دیگر دسته بندی می تواند بین رزینهای بر پایه ی حلال و بر پایه ی آب باشد.

بر پایه ی آب می تواند به راحتی در آب حل شود اما بر پایه ی حلال در حلالی خاص و یا مخلوطی از حلال ها حل می گردد. یکی از انواع خاص این نوع رزین های بر پایه ی آب، لاتکس ها می باشد .این مواد امولسینی از اکریلیک رزین ها هستند که به محض تبخیر آب می توانند مقاومت بالایی در برابر آب پیدا کنند.

ترموپلاستیک:

در resin های گرما نرم، پلیمر های تشکیل دهنده ی رزین هیچگونه گروه فعالی ندارند و زنجیره های پلیمری دارای کراس لینک نمی باشند. در نتیجه برای بهبود تعامل بین زنجیره های مختلف پلیمری ، از پلیمرهای با وزن مولکولی بالا استفاده می شود.

انواع رزینهای ترموپلاستیک را با افزایش دما می توان قالب گیری نمود و به اشکال مختلف در آورد. این خاصیت باعث می شود تا اکریلیک ها ی ترموپلاستیک در فرایند های تزریق ، قالب گیری، فشرده سازی و… ایده آل باشند. درنتیجه از این نوع اغلب در تهیه ی جوهر و چسب ها استفاده می نمایند.

کراس لینک:

برای بهبود فعل و انفعالات بین زنجیره های پلیمری از رزین های اکریلیک کراس لینک شده استفاده می نمایند. بهبود این خواص می تواند منجر به تولید رزین های پیچیده تر گردد. بسته به گروه های فعال موجود این رزین ها می توانند مقاومت بالایی پیدا کنند و خواص منحصر به فردی به دست آورند.

با وجود گروه های فعال، رزین های اکریلیک می توانند بین دو زنجیره ی مختلف پلیمری اتصال به وجود آورند. این اتفاق می تواند در شرایطی خاص مانند دمای معین و یا در زیر نور UV رخ دهد. همچنین ممکن است از یک کاتالیزور برای ارتقا و تسریع واکنش شیمیایی کمک گرفته شود.

کراس لینک نیز خود به دو دسته تقسیم می شود:

  • کراس لینک با اتصالات خارجی ( که معمولا با سایر مواد شیمیایی ترکیب می شوند تا خواص آن بهبود یابد)
  • رزین ها ی خود اتصال شونده

این نوع معمولا در پوشش های صنعتی، خودرو ها و… مورد استفاده قرار می گیرد.

لاتکس:

لاتکس های اکریلیک، امولسیون ذرات پلیمری آکریلیک در آب هستند. با این حال مواد اکریلیک امولسیونی می توانند با مواد بهبود دهنده کراس لینک برقرار نمایند اما مکانیزم اصلی برای تشکیل فیلم رنگی و یا پوشش های ساخته شده از نوع لاتکس می باشد. لاتکس با تبخیر آب می تواند فیلم های مقاوم و با ماندگاری بالا تولید نماید. به منظور افزایش انسجام و مقاومت فیلم ساخته شده Tg پلیمر باید زیر دمای تشکیل فیلم باشد تا تغییر شکل ذرات و انتشار مولکولهای پلیمری فراهم شود

در نتیجه حداقل دمای تشکیل فیلم (MFT ) یک عامل مهم در هنگام انتخاب یک امولسیون اکریلیک است

گروه های واکنشی (هیدروکسیل ، گلیسیدیل ، کربوکسیل و …) می توانند در گروه های (R) رزین گنجانیده شوند تا کراس لینکینگ افزایش یابد.

انتخاب رزین آکریلیکی مناسب:

نوع رزین اکریلیکی موجود با توجه به خاصیت آن انتخاب می گردد. معمولا این resin ها بر اساس گروه های زیر خواص مختلفی خواهند داشت:

گروه های هیدروکسیلی:

تعداد گروه های هیدروکسیلی موجود  نشانه ای از میزان واکنش پذیری رزین آکریلیک می باشد که با گروه های هیدروکسیل فعال گردیده اند.

هرچه مقدار هیدروکسیل بالاتر باشد ، میزان واکنش پذیری (و در نتیجه امکان کراس لینک) نیز بیشتر می شود.

دمای انتقال شیشه:

دمای انتقال شیشه (Tg ) دمایی است که در آن یک ماده پلیمری از حالت جامد شیشه ای به حالت مایع تبدیل می شود. Tg یک رزین آکریلیک با فرمولاسیون رزین تعریف می شود. این پارامتر نقش مهمی در سختی و یا میزان انعطاف پذیری فیلم تولید شده دارد.

ویسکوزیته:

ویسکوزیته ی این نوع رزین به محتوای مواد جامد، میانگین وزن مولکولی پلیمرهای موجود و توزیع وزن مولکولی بستگی دارد. وقتی میانگین وزن مولکولی یکسان باشد ، توزیع وزن مولکولی باریک تر و ویسکوزیته نیز کمتر است. برای محتوای جامد یکسان ، میانگین وزن مولکولی پلیمر بالاتر و ویسکوزیته نیز بالاتر می باشد.

مقدار اسیدیته:

مقدار اسیدیته نشان دهنده ی تعداد گروه های کربوکسیلیک اسید موجود در کوپلیمر است. تعداد گروه کربوکسیل بر خواص چسبندگی رزین و حلالیت موجود در آب تأثیر دارد. هرچه مقدار اسید بیشتر باشد ، تعداد گروههای کربوکسیل نیز بیشتر است

حداقل دمای تشکیل فیلم MFT (برای پراکندگی اکریلیک):

حداقل دمای تشکیل فیلم (MFT)  برای لاتکس های اکریلیک که برای کاربردهای معماری طراحی شده اند (نقاشی دیواری) ، معمولاً کمتر از 5 درجه سانتی گراد است.

در لاتکس هایی که برای کاربردهای صنعتی طراحی شده اند ، MFT می تواند بالاتر باشد

pH:

برای بهبود خواص resin های بر پایه ی آب، آن ها را معمولا با بافر های اسیدی و یا بازی خنثی می نمایند. در طول فرمولاسیون پوشش ممکن است pH تغییر یابد و پراکندگی ناپایدار و منعقد شود:

اگر pH اولیه اسیدی باشد ، در صورت افزایش pH در طول فرمولاسیون رنگ ، احتمال انعقاد ذرات وجود دارد.

اگر pH بازی باشد پراکندگی معمولاً می تواند pH بالاتر را تحمل کند اما در مقادیر pH پایین دوام نمی آورد.

کاربرد ها:

این نوع resin در صنعت پوشش به طور فراوان مورد استفاده قرار می گیرد. از کاربرد های دیگر این ماده می توان در ساخت آکواریوم ها، صفحه نمایش گوشی های تلفن همراه، وان های حمام و … اشاره نمود. علاوه بر این ، ماده ی فوق در ساخت رنگ های آکریلیکی کاربرد فراوان دارد. این ماده در تهیه ی محصولاتی که نیاز به دوام و همچنین انعطاف پذیری بالایی دارند مانند ماسک ، لاستیک و غیره به طور فراوان مورد استفاده قرار می گیرد.

امروزه استفاده از این مواد در زمینه های مختلف از جمله محصولات بهداشتی و پزشکی ، لوازم الکترونیکی ، پوشش خودرو و تولید لوازم خانگی بسیار محبوب شده است.

 ( دما ی انتقال شیشه)، میانگین وزن مولکولی پلیمر ها و توزیع وزن مولکولی آن سه عاملی هستند که بر خواص رزین (ویسکوزیته و پراکندگی) و به دست آوردن محصول نهایی ( سختی و انعطاف پذیری آن) تاثیر دارند.