تیلوز چیست ؟

1-مقدمه

خواص حین کار رنگهای لاتکسی در مقایسه با همتاهای پایه حلال، بیشتر به استفاده از اصلاحگرها و افزودنیها جریانی وابسته است. بسته به خواص مورد نظر یک بازار مصرف مشخص، یک نمونه زرنگ لاتکسی ممکن است، تا چهار افزودنی جریانی هم داشته باشد. معمولا ً برای ایجاد توازن مناسب میان گرانروی محصول در ظرف و حین کار، خواص پایداری، مقاومت در برابر چکه کردن روانی و همترازکنندگی، ترکیبی از افزودنیها به کار می رود. اغلب مخلوطی از دو یا چند غلظت دهنده سلولزی، پلی آکریلات، رسی و تجمعی برای ایجاد نیمرخ جریانی لازم جهت یک کاربرد ویژه رنگ استفاده می شود. در این مقاله رفتار جریانی هر گروه از افزودنیهای جریانی آب پایه و سهم هریک در خواص حین کار یک رنگ لاتکسی بحث می شود.

2- اندازه گیریهای رنگ

یک فرمولبند رنگ به منظور درک کامل رفتار انواع افزودنیهای جریانی از وسایل مختلف سنجش گرانروی استفاده می کند:

گرانروی سنج بروکفیلد – گرانروی در سرعت برشی کم و میانه

استورمر- گرانروی در سرعت برشی میانه

مخروطی و صفحه ICI – برشی زیاد

رئومتربولین – برش زیاد تا کم

رابطه سرعت های برشی مختلف و خواص حین کار در شکل 1 نشان داده شده است.

شکل 1- نیمرخ جریان و خواص حین کار یک رنگ لاتکسی

3- ترکیبات سلولز

سلولز در طبیعت به شکل بلوری موجود است. از نظر شیمیایی، سلولز واحدهای متصل به هم D – انیدرو گلوکز است که زنجیرهای پلیمری را به وجود می آورند. پیوندهای قوی هیدروژنی آنها باعث می شود سلولز در آب نا محلول گردد. خالص ترین شکل طبیعی سلولز پنبه است. گرچه متداولترین منبع برای انجام تغییرات شیمیایی، خمیر چوب است.

ماهیت بلوری سلولز با تغییر شیمیایی، از میان می رود و محلول در آب می شود. نوع تغییر شیمیایی، میزان حل پذیری و کاربرد سلولز را مشخص می کند. اتری کردن، متداولترین تغییر روی سلولز است که به ترکیبات اتری زیر می انجامد:

الف) سدیم کربوکسی متیل سلولز (SCMC)

ب) سدیم کربوکسی متیل 2-هیدروکسی اتیل سلولز

ج)متیل سلولز (MC)

د) 2- هیدروکسی پروپیلن متیل سلولز (HPMC)

ه) 2- هیدروکسی اتیل متیل سلولز (HEMC)

سه خاصیت مهم اترهای سلولزی عبارتند از:

الف) درجه پلیمریزاسیون

ب) درجه استخلاف

ج) استخلاف مولار

درجه پلیمریزاسیون (DP) تعداد واحدهای انیدروگلوکز است که در مولکول سلولز به یکدیگر متصل اند. درجه پلیمریزاسیون اترهای سلولز که در سیستم های پوشش دهی به کار می روند. از زیر 100 تا حدود 4000 متغیر است. حد بالای درجه پلیمریزاسیون به منبع سلولز و نوع فراورش به کار رفته در ساخت مشتق سلولز بستگی دارد. وجود هوا در ظرف واکنش به سرعت از درجه پلیمریزاسیون می کاهد.

1-3- روش ساخت

اترهای سلولزی از خیساندن سلولز با درجه خلوص بالا در مخلوطی از حلال آلی – قلیایی تهیه می شوند. سلولز قلیایی متورم که به این صورت به دست می آید به جای حالت بلوری، بی شکل بوده و قادراست با گروههای استخلافی مورد نظر واکنش دهد. واکنشگرهای گازی می توانند با گروههای استخلافی مورد نظر واکنش دهند. واکنشگرهای گازی معمولا ً متیل کلرید، اتیلن اکسید و پروپیلن اکسید هستند. متداولترین واکنشگر جامد، مونوکلرواستیک اسید است. پس از آنکه واکنش کامل شد، قلیایی اضافی خنثی و فراورده های جانبی و نمکها از مخلوط جدا می شوند. این عمل با شستوشوی دوغاب توسط مخلوط کاملا ً مشخصی از آب و حلال صورت می گیرد. با ثابت نگه داشتن نسبت صحیح آب یه حلال می توان محصولات جانبی را بی آنکه اتر حل شود جدا کرد.

درجه استخلاف (DS)، تعداد گروههای هیدروکسیل واکنش کرده به ازای هر واحد انیدروگلوکز است. حداکثر مقدار DS، سه است، زیرا تنها سه گروه هیدروکسیل واکنش پذیر به ازای یک واحد انیدروگلوکز وجود دارد. در صورتی که DS حدود یک باشد، حل پذیری در آب نیز امکان پذیر است به شرط آنکه استخلاف در تمام طول زنجیر پلیمر همگن انجام شود.

3-2- استخلاف مولار

استخلاف مولار تعداد مولهای گروه استخلافی متصل به هر واحد انیدروگلوکز است. وقتی گروه استخلافی، متیل یا اتیل است، استخلاف مولار خود به خود محدود شده و حداکثر به سه می رسد. زیرا وقتی یک گروه هیدروکسیل واکنش پذیر واکنش شود، این گروه مختوم شده و استخلاف بیشتر در آن موضع ممکن نیست. اما در مورد گروههای استخلافی واکنش پذیر مانند گروه هیدروکسی اتیل یا هیدروکسی پروپیل احتمال زنجیری شدن وجود دارد. در این صورت ممکن است استخلاف مولار بزرگتر از سه شود. از نقطه نظر عملی، در پلیمرهای تجاری، استخلاف مولار کمتر از چهار است، زیرا استخلافهای بیشتر را نمی توان در مخلوطهای آب-حلال، خالص کرد.

3-3- یکنواختی استخلاف

یکنواختی توزیع گروههای استخلافی در طول زنجیر پلیمر تأثیر زیادی بر برخی از خواص آن دارد. یکنواختی استخلاف شفافیت محلول را بهبود بخشیده و ژلگرایی رابه حداقل می رساند. مهم تر آنکه یکنواختی استخلاف تعیین کننده مقاومت نسبی یا آسیب پذیری نسبت به حمله آنزیمی است.

شکل 2- نیمرخ جریانی یک غلظت دهنده سلولزی (شبه پلاستیک)

سلولز به وسیله آنزیم سلولاز شکسته می شود، این آنزیم توسط باکتریها و قارچهای گوناگونی تولید می شود. آنزیم سلولاز به اتصال گلیکوزیدی زنجیر گلوکز انیدر حمله نموده و سرانجام پلیمر را به واحدهای جداگانه انیدروگلوکز می شکند. واحدهای بدست آمده به عنوان ماده غذایی باکتری یا قارچ مصرف می شوند. سلولاز یک آنزیم استری است و حمله آن به یک پیوند گلیکوزیدی مشخص، می تواند با استخلاف یکی از گروههای هیدروکسیل مجاور، ممانعت شود. این پدیده اساس گسترش انواع مقاوم در برابر آنزیم از هیدروکسی اتیل سلولز و اتیل –هیدروکسی اتیل سلولز مورد استفاده صنعت رنگ لاتکسی است.

فرایند تغلیظ از طریق آبدار شدن در آب به منظور تشکیل محلولهای غلیظ بر اثر درگیری و به هم پیچیده شدن درشت مولکولها صورت می گیرد. متداولترین ترکیب سلولزی مورد مصرف در پوششها، هیدروکسی اتیل سلولز برهم (HEC) است. این ماده یک غلظت دهنده تجمعی نیست و با تغلیظ فاز آبی رنگ، جریان را اعمال می کند. HEC برهم کنش کمی با سایر اجزای تشکیل دهنده رنگ دارد.

نمودار جریانی یک نمونه غلظت دهنده سلولزی در شکل 2 نشان داده شده است که به نظر می رسد به رفتار شبه پلاستیک نزدیک می شود. در نهایت گرانروی یک سیستم حاوی غلظت دهنده سلولزی (گرانروی در سرعت برشی کم) خیلی زیاد است و در بعضی مواقع در انتها رنگ به حالت ژله ای متمایل می شود. چنانچه با به هم زدن ساده و یا به کمک قلم مو یا غلتک به رنگ برش بیشتر اعمال شود، گرانروی به طور قابل ملاحظه ای ا ُفت می کند و سبب می شود به کارگیری رنگ آسانتر و ظاهر آن نرم و روان شود. پس از آنکه برش زیاد حذف شد، رنگ به سرعت به گرانروی زیاد اولیه خود یا حالت نیمه ژل برمی گردد.

غلظت دهنده های سلولزی گرچه عملا ً در ترکیب رنگ غیرفعالند، اما در رفع بعضی از نیازهای کاربردی اساسی کارایی ندارد. به دلیل روند سریع برگشت سیستم رنگ و کوتاهی زمان ژل شدن در سرعتهای برشی کم، رنگهای حاوی ترکیبات سلولزی دارای همتراز کنندگی و روانی ضعیف و مقاومت در برابر پاشش کم هستند.

4-پلیمرهای سلولزی تجمعی

اثر اولیه افزایش پلیمرهای سلولزی به رنگهای لاتکسی برای کنترل جریان آن، از وزن مولکولی پلیمر ناشی می شود که باعث مقاومت در برابر روان شدن می گردد، زیرا فاز آبی را با درگیر شدن پلیمرهای با وزن مولکولی زیاد، اصلاح می کند. اخیرا ً پدیده جدیدی معرفی شده است. تعدادی از پلیمرهای سلولزی تجمعی رواج یافته اند.

غلظت دهنده های سلولزی تجمعی از ترکیبات سلولزی با وزن مولکولی کم که محلول در آب هستند مانند هیدروکسی اتیل سلولز یا اتیل هیدروکسی اتیل سلولز و اصلاح هیدروکسیل های انتهایی متصل به گروههای استخلافی و آب گریز نمودن آنها، تولید می شوند. گروههای آب گریز در محلول مجتمع شده و یک شبکه سه بعدی را تولید می کنند که باعث ایجاد خواص جریانی منحصر به فرد برای فرمولبندی رنگ می شود. به دلیل طبیعت اثرگذاری گروههای آب گریز، این گروهها با بقیه اجزای آب گریز فرمولبندی رنگ مانند پاشنده و مواد فعال درسطح برهم کنش دارند. به همین دلیل در خواص رنگ پذیری و پایداری آن مداخله می کنند. این برهم کنش با بقیه اجزای فرمولبندی، می تواند ضربه مهمی بر عملکرد کیفیت یک سیستم رنگ داشته باشد.برخلاف ترکیبات سلولزی غیرتجمعی، کارایی غلظت دهنده یک غلظت دهنده تجمعی را نمی توان از روی وزن مولکولی آن یا گرانروی آن در آب معمولی پیش بینی کرد.

5-پاشش

ویژگی پاشش رنگهای لاتکسی آب پایه تابعی از سیستم غلظت دهنده رنگ است که به منظور کنترل جریان به کار می رود. هرچه پلیمر کشسان تر باشد، چکه کردن آن بیشتر است، به ویژه هنگامی که رنگ با غلتک به کار برده شود. پلیمرهای با وزن مولکولی زیاد، خود را در مسیر روان شدن، جهت می دهدند و هنگامی که انتای پلیمر به دلیل تشکیل فیلم مایع طولانی تر نشود، پلیمر به شکل پیچه جمع شده و یک قطره کوچک را ایجاد می کند که به صورت پاشش مشاهده می شود. هرچه وزن مولکولی پلیمر بیشتر باشد، خاصیت کشسانی آن بیشتر است و مقادیر بیشتری پاشش تولید می شود.

پلیمرهای سلولزی تجمعی وزن مولکولی نسبتا ً کمی دارند و ضرایب کشسانی آنها نیز کم است. این مسئله باعث می شود تا آنها کنترل جریان خوبی را ایجاد کنند و درعین حال حداقل پاشش را تولید نمایند.

6-پلیمریزاسیون امولسیونی

استفاده از پلیمرهای سلولزی به عنوان کلوئیدهای محافظ در پلیمریزاسیون امولسیونی برای سالها تجربه شده است. پلیمرها از طریق چندین سازوکار باعث پایداری امولسیون می شوند. به نظر می رسد بزرگترین مزیت ترکیبات سلولزی، نتیجه پیوند شدن سلولزیها بر روی سطح ذرات لاتکس طی فرایند پلیمریزاسیون باشد. این عمل باعث می شود تا یک سد استئاریکی دربرابر کلوخه شدن ذرات لاتکس ایجاد شود و در نتیجه آنها پایدار شوند. مولکولهای پلیمر سلولز که پیوند نشده اند، در برهم کنش ذرات لاتکس تداخل ایجاد می کنند و تحریک فاز آبی را محدود می کنند و به این ترتیب جریان فاز آب اصلاح شده و به دنبال آن پایداری سیستم امولسیون بیشتر می شود.

7-گنجاندن در سیستم های رنگ

رایج ترین تعریف گنجاندن پلیمرهای سلولزی در داخل یک رنگ لاتکسی یعنی حدود 80% میزان خواسته شده از غلظت دهنده را در رنگدانه آسیاب شده، وارد کنیم. افزودن غلظت دهنده ها در مرحله خرد کردن، پخش رنگدانه را بهبود می بخشد زیرا گرانروی زیاد مخلوط به وارد شدن نیروهای خردکننده به کلوخه های پیگمنت به روشی مؤثر، کمک می کند. در این روش پلیمر کاملا ً پخش و حلال پوشی میشود.

آخرین مقدار غلظت دهنده برای تثبیت گرانروی اضافه می شود. این عمل پس از آنکه ترکیب رنگ کاملا ً فرمولبندی و تمامی اجزا به آن اضافه شد، صورت می گیرد. تنظیم گرانروی با افزایش غلظت دهنده به صورت محلول آبی یا به صورت خشک انجام می شود. انتخاب شرایط به خصوصیات تجهیزات به کار رفته و تمایل ارائه دهندگان فرمول بستگی دارد.

8-جریان حین کار

در حالی که خواص جریانی محلولهای پلیمری خالص در انتخاب پلیمرها برای استفاده در سیستم پوشش سطح شایان توجه است، از دید تولیدکنندگان پوشش، اثر پلیمرها بر روی فرمولبندی نهایی مهم ترین مسئله است. پلیمرهای با وزن مولکولی زیاد، بیشترین کارایی غلظت دهندگی را دارند و دلیل اولیه در انتخاب آنها، تنها بر همین اساس است. با این حال ویژگیهایی وجود دارند که تحت تأثیر انتخاب اصلاحگرهای کنترل جریان قرار می گیرند و معمولا ً موازنه ای بین این ویژگیها با مسائل صرفا ً اقتصادی وجود دارد. این ویژگی ها عبارتند از:

روانی ، همترازکنندگی ، لبۀ تر و پاشش.

ویژگی روانی به میزان زیادی تحت تأثیر وزن مولکولی است. هرچه وزن مولکولی بیشتر باشد، سیستم ژل گراتر است. همان طور که پیش تر اشاره شد، با اعمال برش زیاد به وسیله قلم مو یا غلتک، گرانروی ظاهری به طور چشمگیری افت کند و رنگ رقیق می شود. بنابراین اگر از مقادیر کم پلیمر با گرانروی زیاد استفاده شود، رنگ در حین مصرف، بیش از اندازه رقیق شده و باعث تشکیل فیلم ضعیف و پوشش نامرغوب بستر می شود. پلیمر با وزن مولکولی کمتر براثر برش، کمتر رقیق می شود، در نتیجه سرعت به کارگیری آن بیشتر می شود.

حاشیه تر برای یک سیستم پوشش دهی مهم است تا از ظهور لکه های روی هم افتاده جلوگیری کند. این لکه ها حاصل به کارگیری لایه رنگ خیس بر روی رنگ خشک هستند. با در اختیار داشتن یک حاشیۀ تر خوب، استعمال مداوم پوشش، پوشش پیوسته ای را بدون هیچ لکه ای از به کارگیری پوشش تر بر روی خشک، ایجاد می کند،. حاشیه تر صرفا ً تابعی از مقدار پلیمر موجود در سیستم و مستقل از وزن مولکولی است. هرچه مقدار پلیمر بیشتر باشد، حاشیۀ تر مدت زمان طولانی تری باقی خواهد ماند. مقدار پلیمر کمتر باعث می شود تا فیلم سریع تر خشک شود حاشیۀ تر خود را زودتر از دست دهد. بنابراین باید مقدار پلیمر موجود طوری تنظیم شود تا پوشش برای شرایط آب و هوایی که باید تحت آن مصرف شود، مناسب گردد.

9-همترازکنندگی و شره کردن

یک پوشش باید پس از استفاده روان شده و فیلم یکنواخت و مسطحی را ایجاد کند در عین حال هنگام به کارگیری در سطوح عموی تحت اثر نیروی جاذبه، پوشش تمایل به شره کردن دارد، بنابراین باید توازنی بین این دو حالت وجود داشته باشد. این توازن نه تنها به غلظت دهنده سیستم بلکه به نوع لاتکس و غلظت حجمی پیگمنت (PVC) در سیستم نهایی رنگ بستگی دارد. اگر تمام شرایط ثابت باشد، هرچه وزن مولکولی غلظت دهنده بیشتر باشد، خواص همترازکنندگی بهتر خواهد بود. زیرا برهم کنش غلظت دهنده با ذرات لاتکس تابعی از مقدار پلیمر موجود است. برهمکنشهای بین پلیمر و پلیمرهای لاتکس، جریان را تحت شرایط برش کم کنترل می کنند. بنابراین تأثیر آن را نمی توان از روی محلولهای پلیمری به تنهایی پیشگویی کرد. چون آنها وزن مولکولیکم را نشان می دهند، پلیمرها برای ایجاد همترازکنندگی ترجیح داده می شوند.

دسترسی به تجهیزات پیشرفته اندازه گیری جریان باعث شده است تا بتوان ارزیابی از سیستم رنگ تغلیظ شده در محدوده وسیعی از شرایط برش داشت. رنگ مطلوب ژل گرا است و هنگام استفاده کمی رقیق می شود اما باید گرانروی خود را به حد کافی حفظ کند تا حتما ً فیلم مناسبی ایجاد کند. پس از استفاده، رنگ باید رقت خود را به حدی حفظ کند که اجازه همترازکنندگی را بدهد اما بعدا ً به حد کافی غلیظ شود تا از شره کردن و سرازیر شدن، جلوگیری کند.