حداقل دمای تشکیل فیلم در رزین های پایه آب چیست

Minimum film forming temperature (MFFT)

وقتی یک پلیمر لاتکس روی صفحه شیشه ای کشیده می شود، در ابتدا به دلیل پراکندگی نور به وسیله ذرات پلیمر فیلم، سپید و کور به نظر می آید. اگر به هم پیوستن پلیمر اتفاق بیفتد، ضمن تبخیر آب، فیلم شفاف خواهد شد. در بعضی موارد فیلم شفاف می شود، اما پیوسته نیست، زیرا ترک می خورد. در شرایط حاد فیلم تولید نشده و یک پودر سپید، شیشه را می پوشاند.

در مورد آخر نیروهای موئینگی برای تغییر شکل پلیمر در جهت تشکیل فیلم و پرکردن حفره های ناشی از تبخیر آب کافی نیستند. تغییر شکل پلیمر را می توان با دما بهتر کرد. مشخص شده است که اغلب پلیمرهای لاتکس یک حداقل دمای تشکیل فیلم داشته (MFFT) و در بالاتر از آن یک فیلم منسجم تشکیل خواهند داد.

MFFT یک پلیمر لاتکس را به سهولت می توان با کشیدنآن بر روی یک صفحه فلزی که دارای گرادیان دما است، مشخص نمود. این ورقه در شرایطی که یک انتهای آن گرم شده و انتهای دیگر آن سرد می شود (معمولا ً پایین تر از 10- درجه سانتیگراد) به تعادل می رسد. با این حال، لاتکس در 0 درجه سانتیگراد منجمد شده و در طول صفحه فلزی از سفید و پودری به فیلم ترک خورده تبدیل شده و به فیلم پیوسته می رسد. اندازه گیری دمای سطح در طول صفحه فلزی و این نقطه، MFFT امولسیون را مشخص خواهد کرد.

MFFT به دمای گذار شیشه ای (T_g) ساختار پلیمر امولسیون بستگی دارد. با این حال، این دو دما یکی نیستند. از نظر ترمودینامیکی، T_g حالت انتقالی درجۀ دوم پلیمر است. T_g دمایی است که شروع تحرک مولکولی دامنه دار پلیمر را مشخص می کند. در دماهای پایین تر از T_g می توان زنجیرهای پلیمر ررا ساکن در نظر گرفت، در این حالت زنجیرها تنها دارای حرکات ارتعاشی درجا، چرخشی و تحرکات انتهای زنجیرها هستند. پس در دماهای پایین تر از T_g ادغام پلیمرهای لاتکس بسیار مشکل است. در دمای بالاتر از T_g، تحرکات زنجیر پلیمر تا به حدی که برای ادغام پلیمر ضروری است، بزرگ خواهند بود.

MFFT به دلیل ماهیت ناهمگون پلیمرهای امولسیونی تا حدودی از T_g کوچکتر است. MFFT تحت تأثیر عواملی مانند نرم شدن به وسیله آب یا سایر حلالها، کشش سطحی، فشار موئینگی و ناخالصیهای فازهای آبی و پلیمری از جمله عوامل فعال در سطح ضدکفها و کلوییدهای محافظ قرار می گیرد.

اغلب پلیمرهای لاتکس برای مصرف در دمای محیط به گونه ای فرمولبندی می شوند که MFFT آنها بین 5- و 20 درجه سانتیگراد باشد. انتخاب مخلوط مونومر طی پلیمر امولسیونی می تواند T_g یا MFFT مناسب را در اختیار بگذارد. مثلا ً لاتکس پلی (متیل متاکریلات) در 25 درجه سانتیگراد نمی تواند یک فیلم منسجم تشکیل بدهد، زیرا دارای T_g، 105 درجه سانتیگراد است. لاتکس پلی (بوتیل آکریلات) با T_g، 54- درجه سانتیگراد، در 25 درجه سانتیگراد فیلمی چسبناک تولید می کند. با این حال کوپلیمر دو مونومر با نسبتهای مختلف می تواند لاتکس کوپلیمر با T_g که بین دو T_g یاد شده تغییر می کند، ارائه نماید. همین اثر در مورد MFFT نیز اتفاق می افتد.

جدول 1- اثرات چند حلال و نرم کننده روی MFFT (نتایج بر حسب ^oC)

اثر حلالها

ترکیب پلیمر از عوامل تعیین کننده MFFT است. با این حال افزایش حلالهای آلی نیز می تواند روی MFFT لاتکس اثر عمیق بگذارد (جدول 1).

برای توصیف انواع حلالهایی که بر تشکیل فیلم اثر می گذارند، نامهای مختلفی وجود دارد، نرم کننده ها، به هم پیوند دهنده های کمکی، کمک حلالها و عوامل حاشیۀ- تر چند نمونه از این عبارات بوده و معمولا ً به چگونگی اثر گذاشتن حلال روی فرایند تشکیل فیلم اشاره می کنند.

اساس به هم پیوستن، تحرک پلیمر ضمن تبخیر آب است. عنوان نرم کننده، مصرف مواد شیمیایی است که با سهولت بیشتری جذب ذرات پلیمر می شوند، در مقایسه با فاز آبی، و بنابرایتن گرانروی درونی ذره را کاهش داده و به ادغام کمک می کنند. نرم کننده ها مایل اند درفیلم پلیمر باقی بمانند، اما به مرور زمان از آن خارج شده و سختی آن را افزایش داده و گاهی به شکنندگی فیلم منجر می شوند.

بههم پیوند دهنده های کمکی مایل اند تا حد امکان در سطح ذره پلیمر نفوذ نموده و به شروع به هم پیوستن کمک کنند. اما نرم کننده های مؤثری نیستند. کمک حلالها به کار می روند تا با آب آزئوتروپ تشکیل داده و ضمن افزایش تبخیر آب، فشار موئینگی را تشدید نمایند (مثلا ً در شرایطی که دمای محیط به MFFT نزدیک است). برعکس، عوامل حاشیه- تر، مثلا ً پروپیلن گلیکول مایل اند، تبخیر آب را کند نموده و یا آن را به تأخیر بیندازد تا تحرک کامل فیلم حفظ شود.

آب نیز می تواند با عمل به عنوان نرم کننده در پلیمرهای بسیار آبدوست یا همراه با عوامل فعال درسطح جذب شده در سطح ذره با آبدار کردن مولکولهای عامل فعال در سطح، MFFT را کاهش بدهد.

اثر پایدارکننده ها

معمولا ً پلیمرهای لاتکس به وسیله یک عامل فعال در سطح غیر یونی، عوامل فعال در سطح آنیونی یا کلوییدهای محافظ (مثلا ً هیدروکسی اتیل سلولز، پروپیلن گلیکولها) و یا ترکیبی از آنها پایدار می شوند. این مواد شیمیایی برای پایدار کردن ذرات پلیمر در برابر انعقاد، به کار می روند. با این حال، لازم است که طی تشکیل فیلم، ذرات پلیمر در تماس با یکدیگر قرار گرفته و در یکدیگر نفوذ کنند، تاین فرایند خودگرایی نامیده می شود. برای شروع به هم پیوستن باید بر نیروهای دافعه پایدارکننده ها غلبه شود. پایدارکننده ها، در ماهیت، تا حدودی آبدوست اند، و این بدان معناست که اگر در لاتکس مقدار قابل ملاحظه ای پایدار کننده متحرک وجود دارد، مایل است در فاز آبی متمرکز شود. بنابراین، فیلمها می توانند دارای یک سطح غنی از عامل فعال در سطح بوده، یا در آن نواحی از فیلم که حفره های بین ذرات وجود دارند، تجمع عوامل فعال در سطح داشته باشند. در هر دو مورد فیلم می تواند حساس به آب باشد. با وجود این، این ترکیب و سایر ترکیبات محلول در آب که در پلیمر امولسیونی به کار می روند، مایل اند به مرور زمان فیلم را ترک کنند.

اثر زیرآیند

تخلخل زیرآیندی که باید پوشش شود می تواند به شدت بر پیوستگی فیلم اثر بگذارد. دیدیم که فشارهای موئینگی از تبخیر آب ناشی می شوند. اگر میزان جذب لاتکس در زیرآیند (اثر فتیله ای) قابل ملاحظه باشد، فیلم به درستی به هم پیوسته نخواهد شد، زیرا سطح آن نسبتا ً خشک باقی می ماند.

اثر اندازۀ ذرات

اندازۀ ذرات کوچک باعث می شود چگالی فشردگی ذرات بیشتر شده و در نتیجه قطر لوله موئینه برای تبخیر آب و فرار از فیلم کمتر شود. هر دو عامل فرایند تشکیل فیلم را بهتر می کنند. به همین شکل، مخلوطی از یک لاتکس با اندازۀ ذرات درشت و لاتکس با اندازۀ ذرات ریز، چگالی فشردگی فیلم را بهتر کرده و باعث می شود دو لاتکس MFFT مشابه داشته باشند. در موردی که MFFT لاتکس ها خیلی متفاوت باشد، یک پلیمر در حضور دیگری به هم پیوسته شده و فیلم نسبتا ً ضعیفی تولید می کند.

اگر تخلخل بستر به گونه ای باشد که ذرات پلیمر در آن جذب شوند، ذرات ریز مشکل آفرین خواهد بود. بستر از به هم پیوستن ممانعت کرده و در نتیجه ضخامت فیلم روی بستر کم خواهد شد.

از جمله عوامل مهم تشکیل فیلم در خرید و فروش مواد اولیه رنگ تگزانول میباشد  یک عامل تشکیل فیلم برای رنگ های آب پایه می باشد و نام شیمیایی آن 2,2,4-trimethyl-1,3- pentaandiolmonoisobutyraat  است.