امروزه با افزایش توجه جوامع بشری به مفاهیم حفاظت از محیط زیست استفاده از مواد سبز و دوستدار طبیعت در صنایع گوناگون اهمیت فراوانی یافته است. در همین راستا پوشش های مبتنی بر رزین پلی یورتان پایه آب به دلیل داشتن مزایای زیست محیطی بی شمار در زمینه های مختلفی مانند صنعت خودروسازی و بخش ساختمان سازی و صنایع کشتی سازی و همچنین تولید محصولات چوبی به طور گسترده ای استفاده می شوند. در این سیستم ها آب به عنوان حلال اصلی عمل می کند. این جایگزینی باعث می شود که میزان انتشار ترکیبات آلی فرار در مقایسه با پوشش های سنتی مبتنی بر حلال های آلی بسیار کمتر باشد. این کاهش چشمگیر در انتشار گازهای مضر با مقررات فعلی حفاظت از محیط زیست به صورت کامل مطابقت دارد. ماده پلی یورتان یک پلیمر با کارایی بالا است که از بخش های سخت و انعطاف پذیر تشکیل می شود. این ساختار دوگانه باعث می شود که پلیمر ویژگی های برجسته ای مانند مقاومت شیمیایی بالا و مقاومت در برابر سایش عالی و انعطاف پذیری مطلوب را از خود نشان دهد. با این حال اگرچه این پوشش ها از نظر حفاظت از محیط زیست مزایای آشکاری دارند اما عملکرد آنها در زمینه خواص مکانیکی و میزان مقاومت در برابر حلال ها و کیفیت نهایی پوشش دهی هنوز به بهبود نیاز دارد. وجود این کاستی های عملکردی تا حدودی کاربرد گسترده تر و توسعه آینده این پوشش های سبز را محدود می کند. به همین دلیل پژوهشگران همواره به دنبال مواد و فناوری های جدیدی هستند تا بتوانند عملکرد جامع این سیستم ها را ارتقا بخشند. سولکتال یا استون کتال گلیسرول یک ماده با منشا طبیعی است که مزایای متعددی مانند بوی بسیار کم و عدم وجود سمیت و عدم تحریک بدن انسان را به همراه دارد. این ماده که دارای ریشه بیولوژیکی است به عنوان یک ماده پایه و یک حلال بسیار ایده آل برای این سیستم های پلیمری در نظر گرفته می شود. وارد کردن این ترکیب به ساختار پلیمری نه تنها ویژگی های سازگاری با محیط زیست را حفظ می کند بلکه استحکام مکانیکی و کیفیت پوشش دهی را نیز به طور موثری افزایش می دهد. این فرایند باعث می شود که رزین ضمن رعایت دقیق الزامات زیست محیطی دارای عملکرد جامع بسیار برجسته تری باشد. بررسی دقیق کاربرد این ماده در صنعت رنگ و رزین برای ترویج توسعه سبز اهمیت فراوانی دارد.
این ترکیب شیمیایی نوین که با نام تخصصی سولکتال یا استون کتال گلیسرول شناخته می شود در واقع یک کتون حلقوی اکسیژن دار است که روی حلقه خود دو گروه متیل دارد. فرایند تولید آن از طریق واکنش Ketalization میان گلیسرول که محصول جانبی صنعت بیودیزل است و ماده استون در حضور یک کاتالیزور اسیدی انجام می شود. ویسکوزیته این ترکیب در دمای محیط بسیار پایین است و در حدود یازده سانتی پواز اندازه گیری شده. نقطه جوش آن نیز بین محدوده صد و هشتاد و دو تا صد و هشتاد و پنج درجه سانتی گراد قرار دارد. پیوندهای اتری و گروه های هیدروکسیل و ساختار سیکلوآلکان در کنار هم باعث می شوند که این مولکول خاصیت آمفی فیلیک داشته باشد. این خاصیت منحصر به فرد دامنه انحلال بسیار وسیعی را برای این ترکیب فراهم می کند. بر اساس همین خواص فیزیکی و شیمیایی عالی این ماده می تواند به عنوان یک حلال دوستدار محیط زیست جایگزین بسیاری از حلال های آلی مخرب شود. گروه هیدروکسیل در این مولکول یک گروه واکنش پذیر است. این گروه فعال امکان انجام واکنش های شیمیایی بعدی و اصلاحات عملکردی گسترده را برای محققان فراهم می کند.
هنگامی که این ماده به عنوان ماتریس اصلی در فرمولاسیون استفاده می شود در قدم اول از طریق فرایند هیدرولیز گروه های هیدروکسیل فعال خود را آزاد می کند. با آزادسازی دو گروه هیدروکسیل مولکول به عنوان یک دی ال وارد واکنش های پلیمریزاسیون می شود. در این مرحله با ترکیباتی مانند ایزوسیانات ها یا پلی استر پلی ال ها واکنش می دهد و شبکه پلیمری را تشکیل می دهد. پژوهشگران با استفاده از این ترکیب به عنوان ماده اولیه مونومرهای خاصی تولید کرده اند که دارای اتم های برم و فلوئور هستند. وجود این اتم ها باعث می شود که پلیمر نهایی مقاومت بسیار خوبی در برابر نفوذ رطوبت و شعله ور شدن داشته باشد. داده های آزمایشگاهی ثابت می کنند که میزان جذب آب در این نوع پلیمر اصلاح شده تنها ده درصد است. این در حالی است که نمونه های فاقد این مونومر تا بیست و پنج درصد رطوبت محیط را جذب می کنند.
در پژوهش های صنعتی دیگر این ماده با اسید سیتریک واکنش می دهد تا پلی استرهای جدیدی ساخته شود. استفاده از این ترکیب پایه زیست شکل گیری یک شبکه بسیار متقاطع را در ساختار پلیمر تسهیل می کند. این شبکه در هم تنیده خواص مکانیکی و میزان مقاومت در برابر حلال ها و همچنین پایداری حرارتی مواد پلیمری را به شدت افزایش می دهد. پوشش های تولید شده با این روش دارای دمای انتقال شیشه ای بالاتری هستند. این ویژگی به این معنا است که رزین پلی یورتان نهایی می تواند شکل و استحکام ساختاری خود را حتی در دماهای بسیار بالا به خوبی حفظ کند. همچنین این پوشش ها چسبندگی بسیار فوق العاده ای روی سطوح فلزی و چوبی از خود نشان می دهند. برای رفع مشکل مقاومت ضعیف در برابر آب و کثیف شدن، برخی محققان زنجیره های حاوی فلوئور را با استفاده از قابلیت های چندگانه این ماده وارد ساختار اصلی رزین پلی یورتان کرده اند. این طراحی دقیق مقاومت در برابر نفوذ آب و خواص سطحی فیلم ها را به بهترین شکل کنترل می کند.
علاوه بر این موارد با استفاده از این ترکیب می توان مواد جاذب پرتو فرابنفش را سنتز کرد. این ترکیبات جاذب با استفاده از فرایند هیدرولیز به صورت پایدار در زنجیره اصلی پلیمری قرار می گیرند.
روش های صنعتی متداول برای تولید دیسپرسیون های پلیمری شامل روش ساخت پیش پلیمر و روش تبخیر استون است. در روش اول از حلال های آلی مانند دی متیل فرمامید یا ان متیل دو پیرولیدون استفاده می شود. این مواد دارای نقطه جوش بالایی هستند و همچنین خطرات ایمنی بسیار جدی و سمیت بالایی به همراه دارند. در روش دوم که روش استون نامیده می شود استون به عنوان حلال اولیه انتخاب می شود. اگرچه نقطه جوش استون پایین تر است اما حلالیت ضعیف و مصرف بسیار زیاد آن چالش های اقتصادی فراوانی ایجاد می کند. علاوه بر این موضوع استون یک ماده به شدت اشتعال پذیر و بسیار سمی است. در مقابل این روش های قدیمی حلال معرفی شده گزینه ای بسیار ایمن تر و اقتصادی تر ارائه می دهد. این ترکیب طبیعی علاوه بر ایجاد پراکندگی عالی برای پیش پلیمر در فرایند تولید کیفیت نهایی فیلم رنگ را نیز به شکل چشمگیری افزایش می دهد.
در فرمولاسیون پوشش های محافظتی موقتی که قابلیت کنده شدن از روی سطح را دارند این ماده به عنوان یک عامل کند کننده خشک شدن ایفای نقش می کند. با افزودن چهار تا پنج قسمت از این ترکیب سرعت تبخیر و خشک شدن لایه رنگ کاهش می یابد. این کاهش سرعت فرایند خشک شدن باعث می شود که عارضه انسداد سطحی در لایه رنگ اتفاق نیفتد و زمان کافی برای خروج حباب های هوای حبس شده فراهم شود. اگر این ماده در کنار مواد ضد کف مخصوص و عوامل تراز کننده سطحی استفاده شود نقص های ظاهری ناشی از وجود حباب به صورت کامل از بین می رود. این پوشش های محافظ موقت برای سطوح پلاستیکی و مقاطع فلزی و پنل های شیشه ای به وفور استفاده می شوند.
کارایی این ماده ساختاری در محیط های با دمای بالا و رطوبت پایین نیز به اثبات رسیده است. در رنگ های رویه دو جزئی استفاده از ترکیبی از این ماده به همراه حلال های دیگر مانند دی استون الکل باعث روان شدن سطح فیلم رنگ در هنگام اجرای فرایند نقاشی می شود. این حلال جدید به دلیل تبخیر آهسته تر از ایجاد پدیده تاول زدن در زمان خشک شدن جلوگیری می کند. این فرایند باعث می شود که براقیت و ظاهر نهایی رنگ رویه بسیار یکدست و شفاف باقی بماند. مقادیر بسیار کمی از این ترکیب استثنایی در حدود صفر ممیز یک تا پنج درصد از وزن کل رنگ به عنوان عامل تشکیل دهنده فیلم در رنگ های صنعتی می تواند عملکردی کاملا مشابه با حلال های خطرناک سنتی ارائه دهد. پژوهشگران همچنین از این ماده در تولید جوهرهای چاپگرهای جوهرافشان برای رنگ های پراکنده استفاده کرده اند. در این جوهرهای پیشرفته این ماده نقش مرطوب کننده و تنظیم کننده کشش سطحی و کنترل کننده ویسکوزیته را بر عهده دارد. نتایج تست های پایداری نشان می دهند که این جوهرها پس از سه ماه نگهداری در دمای اتاق خواص خود را کاملا حفظ می کنند. چاپ های انجام شده با این جوهرها نیز کیفیت رنگ و ثبات شستشوی بسیار بالایی دارند.
تحقیقات و شواهد مستند علمی به صورت قاطع تایید می کنند که استفاده از این ترکیبات دوستدار محیط زیست مسیر کاملا نوینی را برای ارتقای کیفی فرمولاسیون ها ایجاد کرده است. این مواد با تکیه بر ویژگی عدم ایجاد مسمومیت و بوی بسیار اندک در تمام مراحل ترکیب و اجرا برتری های چشمگیر خود را به وضوح نشان می دهند. ورود این ساختار شیمیایی نوین به ماتریس پلیمر استحکام مکانیکی و مقاومت سایشی و پایداری در برابر حلال های مخرب را به صورت همزمان افزایش می دهد. ماهیت سازگار با طبیعت این مواد با اصول بنیادین توسعه پایدار همخوانی کامل دارد و باعث می شود صنعت پوشش دهی با سرعت بیشتری به سمت تولید محصولات کاملا سبز حرکت کند. با توجه به وضع قوانین بسیار سختگیرانه زیست محیطی در سراسر جهان انتظار می رود که این ترکیبات نوآورانه در آینده ای نزدیک نقش بسیار کلیدی و تعیین کننده ای در صنایع بزرگ ایفا کنند. پیشرفت های تکنولوژیکی مستمر در زمینه تولید رنگ و پوشش نشان می دهند که کاربرد این مواد سبز نه تنها کیفیت و دوام محصولات نهایی را به حداکثر ممکن می رسانند بلکه اثرات مخرب صنایع شیمیایی بر اکوسیستم شکننده طبیعی را نیز به شدت کاهش می دهند.
مرجع
