همانطور که در مقاله کوپلیمرهای استایرن آکریلیک اشاره شد، یکی از اصلی ترین اهداف پیدایش رزین های آکریلیکی پایه آب برطرف کردن مشکلات رزین های آلکیدی در صنعت رنگ بود. رنگ های بر پایه وینیل آکریلیک با اینکه از رنگ های پلاستیک بر پایه هموپلیمر وینیل استات مقاوم تر بودند کماکان مقاومت پایینی در برابر آب داشتند و براحتی با آب شسته می شدند. بدین ترتیب رنگ های بر پایه رزین های استایرن آکریلیک ساخته شدند. این دسته از رزین ها آلودگی های زیست محیطی ندارند و از طرفی مقاومت در برابر آب و مقاومت در برابر قلیای بالایی دارند. با توجه به ویژگی های مطلوبی که این دسته از رزین ها دارند، اما مقاومت پایین در برابر اشعه ماورای بنفش (Ultraviolet) و نیز براقیت پایین آنها موجب پیدایش رنگ های آکریلیک بر پایه رزین های آکریلیک خالص شد. این دسته از رزین ها با استفاده از پلیمریزاسیون امولسیونی مونومرهای آکریلات سنتز می شوند.
فرآیند پلیمریزاسیون امولسیونی
کاربرد رزین اکریلیک خالص در صنایع مختلف
کاربرد رزین های اکریلیک خالص:
رزین های آکریلیک خالص با توجه به تنوع استفاده از آکریلات های مختلف در ساختار خود ویژگی های متنوعی دارند. به عبارتی با توجه به مشخصات فنی متفاوت، در صنایعی از جمله: ساختمان، رنگ، منسوجات نبافته، صنایع غذایی، چسب و غیره کاربرد دارند. این دسته از رزین ها در ساخت پوشش هایی که نیاز است چسبندگی بالا به سطح زیرین و نیز سختی بالا داشته باشند، بخصوص در محیط های داخل و خارج ساختمان استفاده می شوند. در زیر برخی کاربردهای این دسته از رزین های آکریلیک خالص آورده شده است:
- بیندر چاپ پارچه
- آهار منسوجات نبافته
- پرایمر چاپ فویل های آلومنیومی
- چسب بتن
- عایق و پوشش بام
- رنگ و پوشش سطوح داخلی ساختمان
- رنگ و پوشش سطوح خارجی ساختمان
مونومرهای آکریلات:
پلیمرهای آکریلیک خالص با توجه به مونومرهای بکار رفته در ساختار خود و نیز بسته به کاربردشان در صنایع گوناگون، دمای انتقال شیشه ای (Tg) متفاوتی دارند. مونومرهای آکریلاتی شامل مونومرهای با Tg پایین و بالا هستند که هر کدام خواص ویژه ای به پلیمر می دهند. این دسته از مونومرها نمک ها، استرها و بازهای مزدوج آکریلیک اسید و مشتقات آن بوده که رایج ترین عضو این خانواده ، متیل آکریلات است. آکریلات ها به دلیل دارا بودن دو گروه واکنش پذیر (گروه وینیلی و گروه کربونیل) بسیار مستعد واکنش پلیمریزاسیون هستند. مونومرهای آکریلاتی که بدین منظور استفاده می شوند بر پایه آکریلیک اسید هستند. این خانواده از ترکیبات خود به دسته های آکریلات، متاکریلات، آکریل آمید، متاکریل آمید و غیره طبقه بندی می شوند.
در جداول زیر دمای انتقال شیشه ای، نام ترکیب، ساختار و فرمول شیمیایی برخی از آن ها آورده شده است:
مونومرهای اکریلاتی با Tg پایین
مونومرهای اکریلاتی با Tg بالا
تصویر آمورف و کریستالی پلیمر
دمای انتقال شیشه ای (Glass Transitions Temperature):
یکی از ویژگی های بسیار مهم پلیمرها، از جمله کوپلیمرهای آکریلیک خالص، رفتار حرارتی آن ها است. دمای انتقال شیشه ای (Tg) یکی از مهمترین خواص حرارتی در پلیمرهای آمورف (پلیمرهای غیر کریستالی یا بی شکل) محسوب می شود. به طور کلی پلیمرها از نظر ساختار بلوری به دو دسته آمورف و کریستالی طبقه بندی می شوند. پلیمرهای آمورف شبکه بلورین ندارند بدین ترتیب فاقد نقطه ذوب بوده و فقط دارای دمای انتقال شیشه ای هستند. در پلیمرهای کریستالی به دلیل دارا بودن هر دو بخش کریستالی و آمورف، دمای ذوب و نیز دمای انتقال شیشه ای برای آن ها مطرح می شود. Tg پلی اتیلن همانند رابرها منفی است اما بدلیل دارا بودن بخش های کریستالی آن را پلاستیک می خوانند و این پلیمر هر دو دمای ذوب و دمای انتقال شیشه ای را دارد. دمای انتقال شیشه ای دمایی است که در آن اگر یک پلیمر آمورف را گرم کنیم به محدوده ای از دما می رسیم که در آن دما، تحرک بخش هایی از زنجیره پلیمری ممکن شده و پلیمر نرم می شود.
پارامترهای مؤثر بر دمای انتقال شیشه ای:
- قطبیت مولکولی (Polarity): با افزایش قطبیت مولکولی قدرت پیوند مولکولی بیشتر می شود، بنابراین چرخش حول پیوند سخت تر شده و باعث افزایش Tg می شود. به عنوان مثال Tg پلی آکریلیک اسید به مراتب بالاتر از پلی متیل آکریلات است چون در آکریلیک اسید پیوند از نوع هیدروژنی حضور دارد در صورتیکه در پلی متیل آکریلات تنها نیروهای کوالانسی حضور دارند.
- تقارن ساختار (Backbone Symmetry): هرچه مولکول متقارن تر باشد، بدلیل سهولت بیشتر در چرخش حول پیوند، Tg پلیمر کاهش می یابد. به عنوان مثال پلی ایزو بوتیلن دمای انتقال شیشه ای کمتری نسبت به پلی پروپیلن دارد.
- وزن مولکولی متوسط (Mean Molecular Weight):با افزایش وزن مولکولی بدلیل کاهش چرخش حول پیوند دمای انتقال شیشه ای افزایش می یابد.
- اتصالات عرضی شیمیایی (Chemical Crosslinking): اتصالات عرضی سبب کاهش حرکت زنجیره پلیمری شده که این خود باعث افزایش دمای انتقال شیشه ای می شود.
- نرم کننده (Plastysizer): نرم کننده ها مایعاتی با وزن مولکولی کم هستند که از طریق افزایش گروه های انتهایی، سبب افزایش حجم و ممانعت فضایی جهت چرخش راحت تر حول پیوند و نیز موجب کاهش دمای انتقال شیشه ای می شوند.
اتصالات عرضی شیمیایی
در رزین ها اگر دمای انتقال شیشه ای بالاتر از دمای محیط باشد فیلم رزین خشک و شکننده است و اگر Tg پایین تر از دمای محیط باشد، فیلم رزین نرم و انعطاف پذیر است. در صورت پایین بودن بیش از اندازه دمای شیشه ای شدن نسبت به دمای محیط، چسبندگی سطحی رزین بالا می رود. دمای انتقال شیشه ای مطابق با استاندارد ASTM-E1356 اندازه گیری و محاسبه می گردد.
نتیجه گیری:
یکی ازویژگی های بسیارمهم پلیمرها، ازجمله کوپلیمرهای آکریلیک خالص، رفتارحرارتی آنها است. دمای انتقال شیشه ای (Tg) یکی ازمهمترین خواص حرارتی درپلیمرهای آمورف (پلیمرهای غیرکریستالی یا بی شکل) محسوب می شود. در رزین های آکریلیک خالص با توجه به ویژگی های مورد نظر و کاربرد این کوپلیمرها در صنایع گوناگون تنظیم نسبت مونومرها به گونه ای صورت می گیرد که رزین با Tg مورد نظر حاصل شود. کاربرد این دسته از رزین ها در صنایع ساختمان، رنگ، منسوجات نبافته، صنایع غذایی، چسب و غیره است. از ویژگی های بارز رزین های آکریلیک خالص که مناسب برای استفاده در نمای بیرونی ساختنمان شده اند، مقاومت بالا در برابر اشعه ماورای بنفش و نیز براقیت بالا است. با توجه به ویژگی ها و کاربردهای وسیع رزین های آکریلیک خالص در صنایع گوناگون، این دسته از رزین ها یکی از مهم ترین تولیدات شرکت آبنیل شیمی به حساب می آیند.
درباره نویسنده 
