هیبریدهای امولسیونی اکریلیک – پلی یورتانی
پلیمرهای آب‌پایه دسته‌ی مهمی از مواد مورد استفاده در صنایع رنگ و جوهر، الکترونیک، بسترهای ذخیره‌سازی اطّلاعات، لوازم آرایشی و نیز کارکردهای دارویی هستند. رزین‌های اکریلیک آب‌پایه و دیسپرسیون‌های پلی‌یورتانی به‌عنوان رزین در مواد رنگ‌ها و جوهرها و همچنین مواد پوششی خاص برای سایر کارکردها به‌صورت وسیعی به‌کار می‌روند. علاوه‌براین، کارکرد آن‌ها در پوشش‌های حلّال‌پایه عموماً کم‌تر است و علّت آن، گروه‌های آب‌دوست و یا عوامل فعّال‌سطح هستند که منجر به‌پایداری دیسپرسیونی در بسترهای آبی در این رزین‌ها می‌شوند. یک رویکرد به‌منظور بهبود عملکرد رزین‌های آب‌پایه در تقابل با پوشش‌های حلّال‌پایه، ساختار چندفازی آن است که منجر به‌وجود شیمی‌های متفاوت پلیمری در داخل هر ذرّه‌ی امولسیونی خواهد شد. روش‌های پلیمریزاسیون آن نیز شامل پلیمریزاسیون امولسیونی دانه‌ای یا تشکیل شبکه‌های درهم‌تنیده‌ی پلیمری است. درحال حاضر، امولسیون‌های هیبریدی برپایه‌ی پلیمرهای اکریلیکی و پلی‌یورتانی مورد مطالعه قرار دارند. از این امولسیون‌های هیبریدی انتظار می‌رود تا ویژگی‌های مثبت پلیمرهای اکریلیکی را مانند سختی، براقیّت، قابلیّت هواخوری، مقاومت شیمیایی و همچنین چقرمگی و چسبندگی عالی فراهم آورد. برخی گزارش‌ها که نشان‌دهنده‌ی مزیّت هیبریدیزاسیون این دو نوع مادّه است، موجود بوده و چندین رویکرد نیز در تهیّه‌ی امولسیون‌های هیبریدی اکریلیک-پلی‌یورتان آب‌پایه پیشنهاد شده است. مهم‌ترین رویکرد در تهیّه‌ی این دسته از مواد، پلیمریزه‌کردن مونومرهای اکریلیکی در حضور دیسپرسیون پلی‌یورتانی به‌منظور دستیابی به‌هیبریدهای امولسیونی است. رویکرد دیگر نیز روش پلیمریزاسیون درجا (in‑situ) است که در آن، تشکیل پلیمرهای اکریلیکی و پلی‌یورتانی به‌صورت همزمان رخ می‌دهد. مواد به‌صورت شبکه‌های پلیمری درهم‌تنیده قابلیّت تبدیل به‌امولسیون‌های هیبریدی اکریلیکی‑پلی‌یورتانی را دارا هستند. پیشنهاد دیگر در تهیّه‌ی این دسته از مواد، سامانه‌های شبکه‌ای آب‌پایه‌ی تک‌جزئی شامل دیسپرسیون‌های پلی‌یورتانی و امولسیون‌های اکریلیکی با گروه‌های عاملی متفاوت است. در این روش، پیوندهای کووالانسی پس از تبخیر آب و تشکیل فیلم، به‌وجود می‌آیند. در این حالت، ساختارهای شبکه‌ای‌شده‌ای که مانند شبکه‌های پلیمری درهم‌تنیده بوده و حاوی هیبریدهای اکریلیک-پلی‌یورتانی هستند، شکل می‌گیرند. این مطالعه‌ها عموماً بر ساخت و عملکرد هیبریدهای اکریلیک-پلی‌یورتانی به‌عنوان مواد پوششی متمرکز هستند. گزارش‌های اندکی در ارتباط با ریخت‌شناسی (مورفولوژی) ذرّه‌های هیبرید امولسیونی و ویژگی‌های سطحی فیلم تشکیل‌شده‌ی آن‌ها وجود دارد.
در یک مطالعه که توسّط هیروس (Hirose) و همکارانش در سال 2000 میلادی انجام گرفت، هیبریدهای امولسیونی اکریلیک‑پلی‌یورتانی با استفاده از روش پلیمریزاسیون امولسیونی بدون صابون با بکارگیری دیسپرسیون‌های پلی‌یورتانی به‌عنوان پایدارکننده‌های کلوئیدی یا امولسیفایر برای پلیمریزاسیون مونومرهای اکریلیکی آبگریز تهیه شدند. در پژوهش مذکور، تشکیل ساختار ذرّه‌های هسته‑پوسته با استفاده از آزمون میکروسکوپ الکترونی انتقالی (TEM) مشخص شد و تأیید شد که جزء پلی‌یورتانی، ناحیه‌ی پوسته‌ی ذرّه‌های امولسیونی را تشکیل می‌دهد. همچنین نشان داده شد که سطح خشک‌شده‌ی فیلم‌های آن، غنی از اجزای پلی‌یورتانی است. هیبریدهای امولسیونی اکریلیک-پلی‌یورتانی در شکل فوق نشان داده شده‌اند. هدف از این پژوهش، ساخت ذرّه‌های هیبریدهای امولسیونی با ریخت‌شناسی وارونه (به‌عنوان نمونه، اجزای اکریلیکی و پلی‌یورتانی به‌ترتیب در ناحیه‌ی پوسته و هسته) بود. لازم به‌ذکر است که ساخت هیبریدهای امولسیونی اکریلیک‑پلی‌یورتانی با این نوع از ریخت‌شناسی با استفاده از روش‌های متداول پلیمریزاسیون امولسیونی اساساً ممکن نبود. در پژوهش مزبور، هیبریدهای امولسیونی اکریلیک‑پلی‌یورتانی با ریخت‌شناسی وارونه با استفاده از روش وارونگی فازی (phase inversion) ساخته شدند. پلیمرهای پیوندخورده حاوی زنجیرهای پلی‌یورتانی و نیز زنجیره‌های پلیمرهای اکریلیکی به‌عنوان مواد شروع‌کننده مورد استفاده قرار گرفتند. مطالعه بر روی ریخت‌شناسی این ذره‌های هیبریدهای امولسیونی و خواص سطحی فیلم خشک‌شده‌ی ناشی از این امولسیون‌ها نیز انجام گرفت.
مترجم: مهدیار یافتیان- سیماب رزین
بخوانید: بررسی مشكلات فرایند پلیمریزاسیون
مرجع
Hirose, M., Zhou, J., & Nagai, K. (2000). The structure and properties of acrylic-polyurethane hybrid emulsions. Progress in Organic Coatings, 38(1), 27-34.
