رزین آلکید

آلکیدها پلی استرهایی متشکل از الکل‌های پلی هیدریک (polyhydric alcohols)، اسیدهای پلی بیسیک (polybasic acids) و اسیدهای چرب مونوبیسیک (monobasic fatty acids) هستند. در حقیقت اصطلاح آلكید (Alkyd) عبارتی اصلاح شده  از نام اصلی “alcid” است، و این واقعیت را نشان می‌دهد كه آنها از الكل (پلی ال) و اسیدهای آلی (مانند دی کربوکسیلیک اسید یا آنیدرید اسید کربوکسیلیک) مشتق شده‌اند. اولین بار  Kienle در سال 1927 واژه آلکید (alkyd) را برای توصیف محصولات حاصل از واکنش الکل‌های پلی هیدریک با اسیدهای پلی بیسیک به کار برد.

آلکیدها عمدتا به صورت رزین آلکید و یا “بایندر” در اکثر پوشش‌های با کاربرد تجاری و با “پایه روغن” موجود هستند. در ادامه‌ی این مقاله به رزین های آلکید، انواع و کاربردهای آنها می‌پردازیم.

رزین آلکید چیست؟

رزین‌‌های آلکید رزین های پلی استر ترموپلاستیک هستند که از طریق گرم کردن الکل های پلی هیدریک، با اسیدهای پلی بیسیک یا انیدریدهای آنها ساخته می‌شوند. از آنها در ساختن پوشش‌های محافظتی استفاده می‌شود و به دلیل تطبیق پذیری زیاد و هزینه پایین از مواد مهم در تولید بسیاری از رنگ‌های مصنوعی هستند.

شیمی رزین آلکید

انواع مختلف واکنش‌های شیمیایی که در طی تهیه آلکیدها رخ می‌دهد به شرح زیر است:

1.  واکنش‌های کندانسیون در میان مواد آلکیدی یا اصلاح کننده‌های آلکیدی از جمله استری شدن و یا اتری شدن.
2.  واکنش‌های اضافی بخش های هیدروکربن اشباع نشده از اسیدهای چرب مونوبیسیک، با سایر مواد آلکیدی، اصلاح کننده‌ها یا اکسیژن.
3.  واکنش‌های اضافی، به ویژه از نوع رادیکال‌های آزاد، با سایر مواد آلکیدی اشباع نشده.
4. واکنش‌های جانبی مانند دکربوکسیلاسیون.

ذکر این نکته ضروری است که انتخاب هر یک از مواد اولیه (پلی ال ها، مونو و پلی اسیدها) و همچنین افزودنی‌ها بر خصوصیات رزین تأثیر می‌گذارد و ممکن است در انتخاب فرایندهای تولید نیز تأثیر بگذارد. از این رو باید با انواع آنها آشنا شد.

مواد اولیه

الکل ها/ پلی ال ها: پلی ال‌ یک ترکیب آلی شامل چندین گروه ازهیدروکسیل‌ها است که دارای انواع و عملکردهای متفاوتی می‌باشد. در جدول زیر چند نمونه از پلی ال های متداول در ساخت رزین آلکید نشان داده شده است.

اسیدها: از اجزای مهم برای تولید رزین آلکید اسید یا انیدرید است. سرعت واکنش در صورت استفاده از انیدریدها بیشتر است. نمونه‌هایی از اسیدهای پلی بیسیک مورد استفاده در تهیه‌ی رزین آلکید شامل فتالیک انیدرید، ایزوفتالیک اسید، اسید مالئیک و آدیپیک اسید (Adipic Acid) و فوماریک اسید (Fumaric Acid)  هستند.

در شکل زیر نمونه‌ای از یک رزین آلکید متشکل از واکنش بین مونوگلیسیرید و فتالیک انیدرید نشان داده شده است.

روغن‌ها و اسیدهای چرب: روغن‌ها یا اسیدهای چرب در انعطاف پذیری و خشک شدن رزین آلکید نقش دارند. در ساخت رزین های آلکید از روغن‌های گیاهی به طور وسیعی استفاده می‌شود. روغن‌های گیاهی مورد استفاده برای ساخت رزین آلکید در حالت کلی به سه دسته روغن‌های خشک شونده، روغن های نیمه خشک شونده و روغن های غیر خشک شونده تقسیم می‌شوند.

 روغن‌های خشک شونده (Drying Oil)

این نوع روغن‌ها در معرض هوا خشک می‌شوند از این رو با نام روغن‌های هوا خشک نیز شناخته می‌شوند. روغن‌های خشک شونده دارای عدد یدی بزرگتر از 131 هستند. از متداول‌ترین روغن‌های خشک شونده که در تهیه‌ی رزین آلکید استفاده می‌شود می‌توان روغن بزرک (Linseed) و  روغن تانگ (Tung) را نام برد.

روغن‌های نیمه خشک شونده (Semi-Drying oil)

خصوصیاتی بین روغن‌های خشک شونده و غیر خشک شونده دارند و هنگام قرار گرفتن در معرض هوا تا حدی سخت می‌شوند. روغن‌های نیمه خشک شونده عدد یدی بین 115 تا 130 دارند. از پرکاربردترین روغن‌های نیمه خشک شونده برای تهیه‌ی رزین آلکید می‌توان به روغن سویا (Soybean)، آفتابگردان (sunflower)، تال(Tall) و روغن گیاه گلرنگ (safflower) اشاره کرد.

روغن‌های غیر خشک شونده (Non-Drying oil)

با قرار گرفتن در معرض هوا، خشک و یا سخت نمی‌شوند و دارای عدد یدی کمتر از 115 هستند. روغن کرچک (Castor)، روغن پنبه دانه (Cottonseed) و روغن نارگیل (Coconut) از گروه روغن‌های غیر خشک شونده هستند که در تولید رزین های آلکید مورد استفاده قرار می‌گیرند.

اصلاح کننده‌های آلکیدها

رزین‌های آلکیدی سازگاری خوبی با طیف وسیعی از ترکیبات داشته و اغلب با رزین‌های دیگر اصلاح می شوند. هدف از این کار نه تنها بهبود خواص مطلوب است بلکه از نظر اقتصادی نیز تأثیرات مثبتی دارد.

 به عنوان مثال ترکیب ایزوسیانات با آلکید موجب بهبود خاصیت ضد آبی، خشک شدن سریعتر و مقاومت در برابر سایش می‌شود. آلکیدهای اصلاح شده با سیلیکون دارای مقاومت عالی در برابر شرایط جوی هستند.

به طور کلی، آلکیدها را می‌توان با مواد زیر ترکیب کرد:

رزین‌های فنلی، سیلیکون، رزین های اپوکسی، ایزوسیانات‌ها، رزین‌های اوره فرمالدئید، رزین‌های ملامین فرمالدئید، پلی آمیدها، نیتروسلولز، لاستیک کلر دار، پارافین کلر دار، مونومرهای استایرن، وینیل تولوئن و متیل متاکریلات.

انواع رزین آلکید و کاربردهای آن

رزین‌های آلکید بر اساس طول روغن که در حقیقت معادل با همان درصد روغن موجود است دسته بندی می‌شوند. بر اساس این دسته بندی رزین‌های آلکید را می‌توان به پنج دسته تقسیم بندی کرد که در بین آنها سه دسته بندی (شورت اویل، لانگ اویل و مدیوم اویل) متداول‌تر و پرکاربردتر است.

بر اساس کاهش طول روغن

رزین آلکیدهای بسیار بلند روغن (RESIN VERY LONG Oil ALKYD)

این گروه از رزین های آلکید دارای مقدار روغن 75% و یا بیشتر هستند. استفاده از رزین آلکیدهای بسیار بلند روغن به صنعت جوهر چاپ محدود می‌شود. در تولید این نوع رزین آلکیدها از روغن‌های خشک شونده استفاده می‌شود که از متداول‌ترین آنها می‌توان روغن بزرک را نام برد. از آلكیدهای این نوع اغلب به عنوان اصلاح كننده جوهر چاپ استفاده می‌شود که قدرت رنگدانه ها و مقاومت در برابر خراش را بهبود می‌بخشد.

آنها همچنین به عنوان بایندر برای تزئینات فلزی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در سال‌های اخیر، از آلكیدهای ایزوفتالیك بسیار بلند روغن به عنوان اصلاح كننده‌های رنگ‌های مبتنی بر لاتكس استفاده شده است. آلکیدهای بر پایه‌ی روغن‌های غیر خشک شونده به عنوان نرم کننده به طور محدودی استفاده می‌شود که در این حالت روغن کرچک ترجیح داده می‌شود.

رزین آلکید بلند روغن / لانگ اویل (LONG Oil ALKYD RESIN)

رزین‌های آلکید لانگ اویل دارای روغن 60% تا 75% و 20%-30% انیدرید فتالیک هستند. آنها در حلال‌های آلیفاتیک محلول هستند و دارای خصوصیاتی شامل قابلیت برس کاری، انعطاف پذیری، براقیت و حفظ براقیت خوب و دوام بالا، سختی و مقاومت در برابر سایش هستند. در تهیه‌ی رزین‌های لانگ اویل از روغن‌های خشک شونده و نیمه خشک شونده استفاده می‌شود. متداول ترین روغن‌های خشک شونده‌ی استفاده شده روغن بزرک و روغن‌های نیمه خشک شونده شامل روغن سویا، آفتابگردان، تال و روغن گیاه گلرنگ می‌باشند.

تمامی رزین‌های لانگ اویل در حلال‌های آلیفاتیک با بوی کم (وایت اسپریت) محلول هستند و خاصیت قلم خوردگی عالی دارند و تمیز کردن آنها نیز آسان است. مهمترین کاربرد رزین آلکیدهای لانگ اویل در معماری و تعمیرات به عنوان تزیینات، پوشش‌های زیرین، پرایمر و همچنین رنگ‌های دریایی است. به دلیل اینکه این نوع رزین‌ها به کندی خشک می‌شوند معمولا از آنها به عنوان رنگ‌ها و پوشش‌های رویی صنعتی استفاده نمی‌شود.

در این رزین ها روغن بزرک بهترین خصوصیات خشک کنندگی را دارد اما مستعد زرد شدن در معرض نور مستقیم خورشید است. از این رو کاربردهای آنها محدود به پرایمرها یا رنگ های تیره می‌شود.

بیشتر تزیینات بسیار براق معماری بر پایه آلکیدهای لانگ اویل روغن سویا فرموله شده اند. آلکیدهای بر پایه‌ی روغن گیاه گلرنگ، دارای خشک شوندگی بهتر و مقاومت مناسب در برابر زرد شدن می‌باشند. اما نسبت به آلکید روغن سویا بسیار گران تر است و به همین دلیل استفاده از آن محدود شده است. آلكید بر پایه‌ی روغن آفتابگردان دارای خواصی بین سویا و گلرنگ است، اما به دلیل قیمت بالای آن نسبت به سویا کاربرد محدودتری دارد.

آلکیدهای بر پایه‌ی روغن تال دارای خاصیت عدم زرد شدگی(non-yellowing) و همچنین زمان خشک شدن مناسب است. آلکیدهای بر پایه‌ی روغن تال به طور گسترده ای در تزیینات معماری کاربرد دارند به ویژه به دلیل قیمت مطلوب آنها در برابر روغن سویا.

کاربردهای رزین آلکید لانگ اویل را می‌توان در موارد زیر خلاصه کرد:

• رنگ‌های مورد استفاده در فضای داخلی و خارجی خانه‌ها
• تولید رنگ‌های بسیار براق ساختمانی
• وارنیش‌ها و درزگیرهای کف
• رنگ‌های ضد خوردگی
• تولید رنگ‌های تزیینی و ضد زنگ
• پوشش روی چوب و فلز

رزین آلکید متوسط روغن / مدیوم اویل (MEDIUM Oil ALKYD RESIN)

رزین‌های آلکید مدیوم اویل دارای روغن 45% تا 60% و 30٪ تا 35٪ انیدرید فتالیک هستند. محصولات این گروه از پرکاربردترین آلکیدها هستند. به طور کلی، دوام این گروه از دو حالت آلکیدهای بلند و یا کوتاهترشان بیشتر است، زمان خشک شدن سریعتری نسبت به رزین های لانگ داشته و سطح درخشش عالی و داوم خوب دارند. آنها را می‌توان با برس، غلتک و یا اسپری استفاده کرد.  این نوع آلکیدها حلالیت مناسبی در حلال‌های آلیفاتیک (وایت اسپریت) و حلال‌های قوی مانند زایلن و تولوئن محلول می‌باشند.

آلکید های مدیوم اویل در تهیه‌ی رنگ‌های اسپری صنعتی نیز کاربرد دارند. متداول ترین آلکیدهای مدیوم اویل اصلاح نشده بر پایه روغن بزرک تولید می‌شوند. آلکیدهای این نوع به طور گسترده ای درپرایمرهای ضد خوردگی و به طور کلی رنگ‌های تعمیراتی استفاده می‌شوند. در این رنگ‌ها ممکن است از رزین های مدیوم اویل بر پایه روغن ماهی نیز استفاده شود. از آلکیدهای مدیوم اویل بر پایه روغن سویا در رویه کاری خودرو و لعاب کاری استفاده می‌شود که در این حالت اغلب با آلکیدهای شورت اویل تقویت می‌شوند. یک کاربرد خاص برای آلکیدهای مدیوم اویل، در رنگ‌های دیواری است.

سایر کاربردهای رزین آلکید مدیوم اویل

• رنگ‌های صنعتی
• رنگ‌های بسیار براق
• رنگ‌های هوا خشک و تعمیراتی، رنگ های رادیاتور
• رنگ‌های کوره‌ای
• پرایمرها و پوشش های فلزات

رزین آلکید کوتاه روغن / شورت اویل (SHORT Oil ALKYD RESIN)

این آلکیدها دارای روغن کمتر از 45% و مقدار فتالیک انیدرید بیشتر از 35٪ هستند. مهمترین ویژگی این نوع رزین‌ها زمان عالی خشک شدن آن است. در حلال‌های قوی مانند زایلن و تولوئن محلول بوده و سازگاری بسیار محدودی با حلال‌های آلیفاتیک دارند. برای تولید رزین‌های آلکید شورت اویل معمولاً از روغن‌های بزرک، سویا یا روغن کرچک کم آب استفاده می‌شود.

آلکیدهای شورت اویل دارای ویژگی‌هایی از جمله چسبندگی، براقیت و حفظ براقیت و رنگ خوب هستند. آلکیدهای شورت اویل گرانروی زیاد داشته و نیاز به حلال هایی از جمله زایلن دارند. پوشش‌های ساخته شده از آنها به طور کلی با اسپری یا به روش غوطه وری استفاده می‌شود. از آلكیدهای پایه بزرک در لعاب‌های خودرو استفاده می‌شود. آنها را می‌توان با رزین‌های اوره فرمالدئید ترکیب کرده تا مقاومت در برابر زردشدگی و همچنین استحکام آنها بهبود یابد.

رزین آلکیدهای شورت اویل به طور وسیعی در  موارد زیر کاربرد دارند:

• رنگ‌های صنعتی
• رنگ‌های مخصوص علامت گذاری جاده
• رنگ‌های ضد خوردگی و …
• هر جا که نیاز به زمان خشک شدن خوب دارد.
• رنگ‌های نیترو سلولزی برای چوب و فلز
• لایه‌ها و پوشش‌های رویی لوازم خانگی
• رنگ‌های هوا خشک، سریع خشک و کوره‌ای
• رزین اصلاح کننده در سیستم‌های پوشش کویل

رزین آلکید فاقد روغن (OIL-FREE ALKYD RESIN)

از آلکیدهای بدون روغن در ترکیب با رزین‌های ملامین – فرمالدئید در لعاب کاری استفاده می‌شود. آنها دارای ویژگی‌های فیلم عالی و دوام خارجی هستند و در برابر زردی مقاوم هستند. آنها به طور معمول در پوشش‌های کویل و قوطی استفاده می‌شود. در پوشش‌های داخلی کویل، از آلکیدهای فاقد روغن سیلیکونیزه با کارایی بالا استفاده می‌شود.

گردآوری و ترجمه: واحد تولید محتوای گروه صنعتی مکرر

منابع:

• corrosionpedia.com
• polymerdatabase.com
• realmilkpaint.com
• chemicaldynamics.net