آرشیو اخبار

افزودنی های ترکننده و پراکنشگر

افزودنی های ترکننده و پراکنشگر

ﺳﻪشنبه, 04 اردیبهشت,1397

رتبه بندی این مطلب:
5/0

بسپار/ ایران پلیمر پراکنش بهینه و پایدارسازی ذرات رنگدانه عامل اصلی تعیین ویژگی­ های نهایی لاک­ها، پوشرنگ ­ها و مرکب­های چاپ است. رنگدانه­ ها و پرکننده­ های فرمولاسیون باید دارای اندازه ذرات کوچک بوده، به ­خوبی تر شوند و به بهترین نحو توزیع شوند. تنها در این حالت است که شدت رنگی، براقیت، قدرت پشت­ پوشی، پایداری نوری و مقاومت جوی مطلوبی حاصل می­شود. پراکنش و پایداری ذرات رنگدانه نیازمند زمان و انرژی است و بدون استفاده از افزودنی­های پراکنشگر­ و ترکننده قابل دست­یابی نیست.

 

چه اتفاقی حین پراکنش رخ می­دهد؟

پراکنش رنگدانه در حین چندین مرحله متوالی که تا بخشی هم­زمان هستند، اتفاق می­افتد: ترشوندگی، پراکنش و پایدارسازی.

ترشوندگی

برای داشتن توزیع خوب ذرات رنگدانه در یک مایع، باید ذرات به خوبی ترشوند. هوای گیرافتاده در پودر رنگدانه بایدکاملا خارج شده و مایع اطراف ذرات رنگدانه را احاطه کند. فرایند ترشوندگی جامد توسط معادله یانگ (Young) بیان می­شود:



که در این معادله، ϓs انرژی آزاد سطح جامد، ϓsl انرژی بین­سطحی جامد/مایع، ϓl  کشش سطحی مایع و θ زاویه تماس جامد/مایع است.

با ترشوندگی و گسترش خودبه ­خودی، زاویه تماس صفر و در نتیجه cosθ برابر با 1 می­شود. پس خواهیم داشت:

ϓsϓsl = ϓl

برای اینکه مایع سطح جامد را تر کند، کشش سطحی مایع باید کم­تر از انرژی آزاد سطح جامد باشد. مایع با کشش­سطحی کم­تر، بهتر از مایع با کشش سطحی بالاتر می­تواند رنگدانه را تر کند. بنابراین، افزودنی­ هایی که ترشوندگی را بهبود می­دهند، باید بتوانند کشش سطحی مایع را کم کنند.

اگرچه افزودنی­های ترکننده و پراکنشگر­ تنها سبب کاهش کشش­ سطحی مایع نمی­شوند. این مواد از آن­جایی که توسط گروه­ های موجود در سطح رنگدانه جذب می­شوند، مرز­های سطح را نیز تغییر می­دهند. بنابراین کشش سطحی دیگر بین رنگدانه و مایع نیست، بلکه بین افزودنی و مایع است.

افزودنی ­های ترکننده و پراکنشگر،­ کشش سطحی مایع و کشش بین­ سطحی رنگدانه و مایع را کم می­کنند.

 

پراکنش:

پس از ترشدن ذرات رنگدانه توسط محلول رزین در اطرافشان، سطح ذرات توسط یک ماده افزودنی سطح فعال پوشش داده شده است. افزودنی سبب کاهش برهم­ کنش­ های بین ذرات رنگدانه شده و گرانروی پراکنه پایه را کم می­کند. بدین وسیله می­توان از مقدار بیش­تری از رنگدانه استفاده کرد که در امر پراکنش مکانیکی حائز اهمیت است. چنین فرمولاسیون­های بهینه شده­ای برای تجهیزات آسیاب مدرن مانند انحلال­دهنده­ها، آسیاب دانه­ای و آسیاب سه­غلتکی مناسب است.

در فرایند پراکنش، ذرات کلوخه رنگدانه به ذرات اولیه و انبوهه­های کوچک­تر شکسته می­شود. معمولا، انبوهه ­ها شکسته نمی­شوند. ذرات اولیه در انبوهه­ ها با پیوندهای قوی به سطح یکدیگر متصل ­اند به نحوی که جدا کردن آن­ها از هم، غیرممکن است. در صنعت، میزان انبوهه­ها تحت کنترل است. میزان انبوهه­ها بر رنگ رنگدانه اثرگذار است.

در فرایند پراکنش، شکستن کلوخه­ ها و انبوهه­ ها نیازمند انرژی است. کار لازم برابر است با:

dW = ϒ . dA

در این معادله W انرژی بین ­سطحی سطح، ϒ کشش سطحی و A مساحت بین­سطحی است.

این معادله بیان می­کند که میزان انرژی dW لازم است تا در کشش سطحی ϒ، در حین پراکنش (بر اثر شکستن کلوخه­ها) سطح به میزان dA افزایش یابد. هرچه کشش سطحی کم­تر باشد، افزایش مساحت سطح به ازای اعمال انرژی مشخص، بیش­تر خواهد شد. بنابراین، برای ایجاد تغییری مشخص در مساحت سطح در حضور یک افزودنی پراکنشگر­ (یعنی در کشش سطحی کم­تر)، انرژی پراکنش کم­تری مورد نیاز است.

پایدارسازی:

در فرایند پراکنش، کلوخه­ های ذرات رنگدانه به ذرات اولیه و انبوهه­ها کوچک­تر شکسته می­شود (شکل 1a). تشکیل ذرات اولیه منجر به افزایش مساحت مرز ذره و محیط مایع می­شود (شکل 1b). هرچه کشش بین­سطحی بالاتر باشد، جامد تلاش بیش­تری برای کاهش سطح مشترک می­کند. پس ذرات کلوخه شده و تشکیل لخته می­دهند (شکل 1c). لخته­شدن به معنای تشکیل کلوخه در سوسپانسیون است. افزودنی­های پراکنشگر از تشکیل لخته­ها جلوگیری می­کنند.

به منظور پایدارسازی توزیع ذرات، مولکول­های افزودنی باید در سطح رنگدانه جذب شوند. بدین معنا که مولکول­های افزودنی نیازمند گروه­ها و یا بخش­هایی هستند که توانایی برهم­کنش قوی با سطح رنگدانه از طریق پیوندهای یونی، قطبی و هیدروژنی را داشته باشند. بسته به حلال­پایه یا آب­پایه بودن فرمولاسیون، سازوکارهای متفاوتی در این خصوص وجود خواهند داشت.

در پوشش­های آب­پایه، عامل پایدارسازی اصلی، دافعه الکترواستاتیک است. تئوری DLVO، برهم­ کنش­ های درون فرمولاسیون را توضیح می­دهد. در تفسیر پایداری پراکنه­ های آب­پایه، تعامل بین نیروهای جاذبه و دافعه قابل توجه است.



شکل 1. طرح­واره از (a) کلوخه ­ها، (b) پراکنه ­ها، (c) رنگدانه­های لخته­شده



مولکول­های افزودنی جذب شده از طریق پیوندهای یونی و حرکت آزاد کاتیون­ها، لایه دوگانه الکتروشیمیایی را در اطراف ذرات رنگدانه به وجود می­آورد. در این لایه هر ذره رنگدانه در محلولی حاوی یون­های با بار مخالف قرار گرفته که پیوند مستحکمی با ذره دارد.

هر دو نیروهای جاذبه و دافعه وابسته به جدایش بین ذرات هستند. در حضور لایه دو گانه، وجود دافعه سبب پایداری پراکنه می­شود. اگر لایه دوگانه الکتریکی با افزودن الکترولیت از بین برود، نیروهای جاذبه غلبه کرده و پراکنش از بین می­رود. برهم­ کنش­های الکترواستاتیک به صورت کمی، توسط پتانسیل زتا بیان می­شود که بر اساس اندازه­ گیری پتانسیل در لایه برشی یک ذره در حال حرکت در پراکنه است. هنگامی­که پتانسیل زتا به صفر برسد، تمایل ذرات به کلوخه ­شدن افزایش می­یابد.

سامانه­های رنگی حلال­ پایه به صورت الکترواستاتیکی پایدار نمی­شوند. با پایدارسازی فضایی، از کلوخه شدن ذرات جلوگیری می­شود. در این روش از افزودنی­های پلیمری با گروه­ هایی که تمایل به رنگدانه دارند استفاده می­شود. این گروه­ها به سطح رنگدانه متصل شده و در سطح افزودنی نیز جذب شده­اند. بخش پلیمری مسئول سازگاری با سامانه آلی است. این گروه­ ها با تحمیل به حلال نیز می­توانند باعث پایداری ­شوند. اگر ذرات رنگدانه خیلی بهم نزدیک شود، بخش پلیمری نفوذکرده و تحرک را کاهش می­دهد و در نتیجه انتروپی را کم می­کند. بنابراین ذرات رنگدانه با اطراف پلیمر، از یکدیگر دور شده تا این انتروپی از دست رفته را جبران کنند.

به دلیل تقاضای افزودنی­های ترکننده و پراکنشگر­، ترکیب دو اثر الکترواستاتیک و فضایی برای داشتن پراکنه پایدار، پرکاربرد خواهد بود که به آن، پایدارسازی الکترواستریک اطلاق می­شود.

افزودنی­های ترکننده و پراکنشگر­ جدید، از پایدارسازی الکترواستریک برای سامانه­های آب­پایه بهره می­برند. تنها چنین افزودنی­هایی هستند که می­توانند پایداری خوب و طول عمر بالا را به ارمغان بیاورند.



مترجم: مهندس معصومه کاویانی دارانی،دانشجوی دکتری رشته مهندسی رنگ، موسسه پژوهشی علوم و فناوری رنگ و پوشش



(ادامه دارد ...)

 

متن کامل این مقاله را در شماره 187ام دوماهنامه پوشرنگ که در پایان اسفند ماه منتشر شده است بخوانید. 

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکارخانم ارشاد .تماس بگیرید. امکان اشتراک آنلاین بر روی صفحه اصلی همین سایت وجود دارد.


نوشتن یک نظر

افزودن نظر

x
لطفا تنظیمات را ویرایش و ذخیره نمایید
دی ان ان