جستجو در محصولات

گالری پروژه های افتر افکت
گالری پروژه های PSD
جستجو در محصولات


تبلیغ بانک ها در صفحات
ربات ساز تلگرام در صفحات
ایمن نیوز در صفحات
.. سیستم ارسال پیامک ..
افزودني هاي رنگ زا در پلاستيک ها (1)
-(2 Body) 
افزودني هاي رنگ زا در پلاستيک ها (1)
Visitor 310
Category: دنياي فن آوري

مقدمه ( Introduction ) :

رنگ کردن پلاستيک ها در حالت مذاب يکي از مهمترين کارهاي انجام شده براي افزودن خواص مناسب و جديد به رزين هاي پليمري است ؛ که به توليد کننده اين امکان را مي دهد که بتواند توليدات خود را بهتر به فروش برساند . اضافه نمودن مواد رنگي ، نه تنها موجب فروش بيشتر توليدات رنگ شده مي شود ، بلکه باعث به وجود آمدن برخي از خواص ديگر مانند دوام بيشتر در برابر اشعه ي UV ، در محصول توليدي مي شود . علاوه بر اين ، رنگ کردن در حالت مذاب معمولاً نياز به مراحل جداسازي ( Separate ) ، خروج از خط توليد ( off-line ) و رنگ زني ( painting step ) را ندارد و بدين صورت هزينه ي کلي توليد کاهش مي يابد . سابقاً ، سيستم رنگ با زمينه ي پلاستيک آميخته مي شد ، به هرحال ، سيستم رنگ بخش جدايي ناپذير ماده مي شد و امکان داشت که موجب دگرگوني در مهندسي، عملکرد و خواص فرآيندي ماده بشود که اين امر در طي توليد و فرمول بندي مواد جديد ، مطلوب نبود . و رنگ زني صراحتاً به عنوان يک مشکل براي مصرف کننده و همچنين يک عامل منحرف کننده براي کسي که کار فرمولاسيون پلاستيک هاي جديد را بر عهده داشت ، محسوب مي شد .
اين متخصص کار فرمولاسيون ( کسي که معمولاً در مورد نکات عميق علم پليمر آموزش نديده است ) براي انتخاب يک رنگ مناسب و با قيمت اقتصادي ، انتخاب مي شود و اين باعث بروز مشکلاتي مي شود . در واقع وظيفه ي اين متخصص هنگامي که پليمرها آميخته شده و تشکيل آلياژ مي دهند ، بحراني تر مي شود . ( در هنگام کار با اين پليمرهاي آلياژي پرکاربرد ، حتي تغيير کوچکي در ترکيب شيميايي باعث تغيير خواص پليمر مي شود . )
هدف اين مقاله ، بالا بردن اطلاعات خواننده در مورد رنگ هاي مورد نياز براي ساخت سيستم هاي مناسب پليمري است . همچنين ما در مورد انواع اصلي و عمده ي عوامل رنگ زاي مناسب براي استفاده در آميزه هاي پليمري پرکاربرد و آلياژهاي پليمري ، صحبت مي کنيم .

انواع اصلي عوامل رنگ زا ( The major classes of colorants ) :

عوامل رنگ زاي ( colorants ) مورد استفاده درپلاستيک ها به دو گروه بسيار گسترده تقسيم مي شود که شامل پيگمنت ها ( pigment ) و رنگ ها ( Dyes ) مي شوند .
تعريف پيگمنت : پيگمنت يک عامل رنگ زا است که علاقه اي به حل شدن در زمينه ي پليمري ندارد .
تعريف رنگ : رنگ عامل رنگ زايي است که به صورت حل شده در داخل زمينه ي پلاستيک قرار مي گيرد .
بنابر تعريفات انجام شده پيگمنت ها مانند يک فاز مجزا در داخل پلاستيک قرار مي گيرند و بنابراين در بين پيگمنت و زمينه ي پلاستيکي يک مرز بين فازي وجود دارد که اين مساله جاي تامل دارد و ممکن است که مشکلات مصرف کننده نيز از همين مرزها ايجاد شده باشد .

پيگمنت هاي غير آلي ( Inorganic pigments ) :

پيگمنت هاي غيرآلي ، نمک هاي فلزي و اکسيدها هستند . اين عوامل رنگ زا مي توانند يک لايه از يک جسم پلاستيکي را با رفتار قابل پيش بيني رنگي کنند . اکثر اين عوامل رنگ زا داراي ذراتي با ابعاد ميانگين بين 0/2 تا 1/0 ميکرون هستند . توليد کنندگان ، رنگ هاي مرغوب را با زدودن ذرات بالاتر از 5 ميکرون ، توليد مي کنند . اين ذرات با ابعاد بالاتر از 5 ميکرون باعث آلگومره شدن رنگ مي شوند . پيگمنت هاي غيرآلي به جز چند استثناء ، مواد خام ارزان قيمت هستند که در جدول 1 نشان داده شده اند . به خاطر دوام نسبتاً پايين اين رنگ ها ، اين پيگمنت ها هميشه بهترين کيفيت را ندارند . تعدادي از خواص خوب که ممکن است درپيگمنت هاي غيرآلي باشد در زير آورده شده است :

جدول شماره 1
1 ـ آساني در تهيه ي پودر اين پيگمنت ها ( انرژي نسبتاً کمي براي شکستن ذرات پيگمنت ، پوشش دهي باپلاستيک ها و يکنواخت سازي ذرات آنها مورد نياز است )
2 ـ مقاومت گرمايي و مقاومت به هوازدگي خوب
3 ـ کوچک بودن در عين واکنش پذيري
قطعاً در اين ميان استثناهايي وجود دارد که به دليل اينکه از حد حوصله ي خواننده خارج است ، از آنها مي گذريم مثلاً : واکنش پذيري يک مشکل پنهان در هر نوع سيستم پليمري است .

اکسيدهاي فلزي ساده :

چندين عامل رنگ زاي ارزان قيمت که سازگاري خوبي باطيف وسيعي از انواع پليمرها دارند ، ساختار ساده اي دارند . آنها تنها اکسيدهاي فلزي ساده هستند . براي راحتي ما 4 مثال عمومي و عمده از اين نوع عوامل رنگ زا ، که مورد استفاده قرار مي گيرد را در جدول 1 نشان داده ايم . همچنين تعدادي از خواص اين مواد نيزدر بخش کناري جدول آمده است .

تيتانيم دي اکسيد ( Titanium Dioxide ) :

تيتانيم دي اکسيد که به آن تيتانيا نيز گفته مي شود ، گران ترين و پرکاربردترين پيگمنت مولد رنگ سفيد است که در جدول 1 آورده شده است . در اکثر کشورها ، تقريباً تمام تيتانياي مورد استفاده از معادن و به وسيله ي « فرآيند کلريد » به دست مي آيد . اگرچه TiO2 را يک ماده ي خنثي مي دانيم ، ولي کريستال هاي اين ماده داراي نقص هستند . و يک اکسيژن از بين 100000 عدد اکسيژن در داخل ساختار وجود ندارد . اين عيب باعث مي شود که هر ذره بي تيتانا ( با ابعاد بين 0/2 الي 0/3 ميکرون ) يک ناحيه ي واکنش پذير (+) Ti در روي سطح يا نزديک به سطح خود داشته باشد . در طي « فرآيند کلريد » تعدادي از اين نواحي با يون هاي کلريد پيوند مي دهند . که اين پيوند ميان ( +) Ti و (-) cl مي تواند مشکلات موجود را در برخي از آميزه ها و آلياژهاي پليمري ، دو برابر کند .
يون هاي تيتانيم مي توانند با گستره ي وسيعي از مواد آلي واکنش داده و تيتانات آلي ( organictitanates ) ايجاد کنند که اين تيتانات آلي مي تواند هر نوع واکنشي را تسريع دهد . براي مثال ، شيميدان هايي که در زمينه ي پليمر کار مي کنند از تيتانات هاي آلي براي تسريع واکنش پليمريزاسيون پليمرها استفاده مي کنند . به علاوه ، يون هاي کلر ، باعث افزايش تخريب و از هم پاشيدگي پلي کربنات ( PC ) مي شوند . از اين رو تعدادي از گريدهاي تيتانا براي استفاده در آميزه ها و آلياژهاي محتوي پلي کربنات مناسب نمي باشند . براي به حداقل رساندن واکنش پذيري اين پيگمنت مهم ( TiO2 ) ، توليد کننده ها انواع خاصي از پلاستيک ها را توليد کرده اند که اين پلاستيک ها با خواص منحصر به فردشان ، نواحي واکنش پذير را با آلومينا ، سيليکا و يا سيال سيليکوني ( Silicone fluid ) پوشش مي دهند .
تيتانا داراي دو حالت کريستالي روتيل ( rutile ) و آناتاس ( anatase ) است که هر دو حالت کريستالي آن سختي ( در مقياس موهس ) بالايي دارند و جزء ساينده ها به حساب مي آيند . به خاطر سختي بالاي اين ذرات ، مشکلاتي به وجود مي آيد مثلاً ذرات پيگمنت اين ماده مي توانند الياف شيشه اي را ببرند و به اندازه ي زيادي از استحکام کششي آلياژها و آميزه هاي ترموپلاست تقويت شده با الياف شيشه بکاهند .

قرمز اکسيد آهني مصنوعي ( Synthetic Iron Oxide Reds ) :

پيگمنت هاي قرمز رنگ حاصل از اکسيد آهن مصنوعي از لحاظ شيميايي فرمول Fe2O3 دارند . اين پيگمنت ها ، مقدار زيادي از نور تابيده شده به آنها را جذب کرده و حالت کدر مانند دارند ، همچنين اين پيگمنت ها نسبتاً ضعيف و داراي حالت چرکين هستند . البته اين رنگ يا گستره ي وسيعي از رنگ ها را مهيا مي کند . عامل (3+) Fe به عنوان اسيد لوييس عمل مي کند و حتي غلظت هاي کم اين پيگمنت براي پلي وينيل کلرايد ( PVC ) ايجاد مشکل مي کند ، و براي آميزه ها و آلياژهاي پليمري محتوي PVC مناسب نيست . در غلظت هاي بالاتر ، اين پيگمنت ممکن است بر روي مواد پلي کربناتي ( PC ) نيز تاثيرات مضر بگذارد کرم ( III ) اکسيد ( Chrome (III)Oxide ) :
کرم ( III ) اکسيد يک رنگ تيره ي سبز زيتوني ايجاد مي کند که اين پيگمنت اگر چه ضعيف است ولي داراي پايداري گرمايي و مقاومت در برابر هوازدگي عالي است .
به دليل اينکه ديگر انواع پيگمنت هاي سبز رنگ با استحکام بالاتر و حالت تميزتر ( از لحاظ جلوه ي رنگ ) در دسترس است ، پيگمنت هاي کرم اکسيدي معمولاً براي کاربردهاي بيروني اختصاص يافته است .

پيگمنت هاي اکسيد فلزي مخلوط ( Mixed Metal Oxide Pigments ) :

اکسيدهاي فلزي مخلوط ( MMO ) يک دسته ي بزرگ از پيگمنت هاي کلسيته هستند . ( مرحله ي پاياني تهيه ي آنها مربوط به گرم کردن آرام اين مواد در دماي 1100 درجه سانتيگراد است ) که ابتدائاً براي سراميک ها توليد شدند . اين مواد مقاومت در برابر هوازدگي عالي و پايداري گرمايي خيلي خوبي دارند . به عنوان يک گروه ، آنها کمترين واکنش پذيري را دارند ؛ براي مثال علاقه ي زيادي به استفاده از اين مواد با مواد شامل گروه هاي وينيل است . ولي اين پيگمنت ها ، ثبات رنگي پاييني دارند و بر اساس قاعده ، اين پيگمنت ها نيز ساينده ي الياف شيشه اي هستند . در جدول 1 خواص تعدادي از پيگمنت هاي متداول اکسيد فلزي مخلوط نشان داده شده است .
بسياري از پيگمنت هاي MMO شامل مقدار قابل توجهي ( تقريباً 10 درصد ) آنتيموان هستند . آنتيموان ماده اي است که به وسيله ي برخي از سازمان هاي تنظيمي به عنوان يک فلز سنگين شناخته شده است . به خاطر اينکه آنتيموان يک فلز سنگين است ، امروزه نوع بدون آنتيموان از اين پيگمنت نيز به وسيله ي برخي از منابع توليدي ، مهيا شده است ولي قيمت اين نوع از پيگمنت ها نسبت به حالت قبلي خود تقريباً 25 ـ 50 درصد بيشتر است .
در گذشته ، در ساخت پيگمنت هاي MMO مشکلاتي ناشي از بدي پراکندگي و يکنواختي وجود داشت که باعث به وجود آمدن ذرات ناخواسته در رنگ مي شد اما اخيراً ، تمام توليد کنندگان عمده ي اين بخش ، الياف پلي آميد را به عنوان يک بازار پر منفعت انتخاب کردند و پراکندگي و يکنواختي ذرات را بهبود داده اند و توانسته اند مشکلات ناشي از يکنواختي را بر طرف کنند . در جدول 1 چند ترکيب از فلزات و توليدات رنگي نشان داده شده است .

پيگمنت هاي فلز سولفيدي ( Metal Sulfide pigments ) :

اين گروه شامل پيگمنت هاي روي سولفيد ( ZnS) و پيگمنت هاي بر پايه ي کادميوم مي شود .
ZnS يک پيگمنت سفيد رنگ است که جايگاه ويژه اي در رنگرزي رزين هاي تقويت شده با شيشه دارد . پيگمنت هاي کادميومي يک گروه از پيگمنت هاي رنگي روشن ( از زرد گرفته تا نارنجي و قرمز ) را توليد مي کند . بعضي از خواص پيگمنت هاي فلز سولفيدي در جدول 1 آورده شده است . روي سولفيد سفيد ZnS:(Zinc Sulfide white) يک پيگمنت سفيد رنگ است که تقريباً دوام رنگ و ماتي آن نصف پيگمنت هاي تيتانيايي است . دو خاصيت ويژه ي آن عبارت اند از :
1 ـ سختي ( در مقياس موهس ) اين مواد کم است و اين باعث مي شود که بتوان از اين مواد در رزين هاي تقويت شده با الياف شيشه استفاده کرد .
2 ـ رفتار جذبي بسيار کمتر در ناحيه ي UV نزديک ، نسبت به پيگمنت هاي تيتانايي و به همين دليل ، اين ماده را مي توان با تعدادي از رنگهاي فلئورسنت استفاده کرد و بهترين خواص فلئورسنتي را دريافت کرد .
Zn(+2) ، همانگونه که در بالا گفته شد يک اسيد لوييس است ؛ بنابراين اکثر کساني که وظيفه ي فرمولاسيون رنگ ها را بر عهده دارند ، از استفاده ي ZnS در آميزه ها و آلياژهاي داراي پلي کربنات جلوگيري مي کنند .

کادميوم سولفيد و سولفوسلنيدها ( Cadmium sulfides and sulfoselenides ) :

CdS کلسيته يک پيگمنت با رنگ نارنجي روشن متمايل به زرد است که ثبات رنگي عالي و پايداري گرمايي بسيارخوبي دارد .
اين نوع پيگمنت در اتمسفر مرطوب دوام نياورده و پيگمنت مناسبي براي کاربردهاي بيروني ( فضاي آزاد ) نيست . با ترکيب zn,cd ( درصد zn بيش از 12 درصد باشد ) مي توان زرد کم رنگ و زرد ليمويي را به دست آورد . جايگزيني تعداد کمي از اتم هاي گوگرد با سلنيوم ، ناحيه ي رنگ توليدي توسط اين پيگمنت را به ناحيه ي قرمز شيفت مي دهد . اگر کل اتم هاي گوگرد با سلنيوم جايگزين شوند ، باعث به وجود آمدن cdse مي شوند که يک پيگمنت خرمايي رنگ مايل به قرمز ( maroon pigment deep )توليد مي کند .
پيگمنت هاي پايه کلادميومي به صورت سنتي و به طور وسيع در رزين هاي مهندسي مانند پلي آميد ، پلي آميد 6/6 ، پلي کربنات ، پلي استرترموپلاست و آلياژها و آميزه هايشان ، استفاده مي شود . به هر حال کادميوم يک فلز سنگين است که اين مورد توسط همه ي سازمان هاي نظارتي تصديق شده است . ( براي مثال ، cd يکي از 4 فلز سنگين است که در اکثر قوانين دولتي مربوطه ، به آن اشاره شده است ) از اين رو ، مواد مهندسي داراي فرمولاسيون بدون cd در حال ساخته شدن هستند و به طور يقين پيگمنت هاي پايه کادميومي با پيگمنت هاي بي خطرتر جايگزين مي شوند ولي پروسه ي جايگزيني آنها آهسته است .
اگر چه با رعايت مسئله ي خنثايي شيميايي ، پيگمنت هاي کادميوم سولفيدي مي توانند با (2+) cu و درطي فرآيند ذوب ، واکنش دهند و مس سولفيد مشکي رنگ را توليد کنند . اين رنگ مخلوط شده در حالتي که پيگمنت اوليه زرد رنگ باشد ، رنگ سبز و قرمز را شيفت داده و توليد رنگ قهوه اي مي کند . يک منبع بالقوه از يون هاي (2+) cu، مس موجود در تثبيت کننده ي گرمايي براي پلي آميد است .

پيگمنت هاي الترامارين ( Ultramarine pigments) :

اين پيگمنت ها داراي ترکيب شيميايي سديم ـ آلومينيوم ـ سولفو ـ سيليکات ( sodium - aluminum-sulfo-silicates ) هستند . اين گروه شامل پيگمنت هايي با ثبات گرمايي و ثبات رنگي بالايي هست ، متاسفانه ، مقاومت شيميايي اين مواد با حمله ي اسيد يا باز کاهش مي يابد .
از اين رو اين مواد را نمي توان در مکان هاي بيروني ( فضاهاي روباز ) استفاده کرد . البته يک نوع از اين پيگمنت ها ساخته شده است که به وسيله ي يک لايه ي سيليسي پوشش داده مي شود . اين لايه موجب محافظت پيگمنت در برابر عوامل شيميايي مي شود . قيمت اين نوع از پيگمنت ها اندکي بيشتر از انواع معمولي آن است . يک مشکل طبيعي از رنگ هاي الترامارين ، سنگ لاجورد ( lapis lazuli ) است .
گستره ي رنگي پيگمنت هاي الترامارين از رنگ آبي نسبتاً تيره تا بنفش و صورتي است .
يک مثال خانگي از رنگ آبي سير که حالتي کاملاً تيره دارد ، بطري هاي شير منيزي ( مايع شيري رنگي که هيدورکسيد منيزيم است و به عنوان ضد اسيد و ملين به کار مي رود ) است . گريدهاي استانداردي از پيگمنت هاي الترامارين ( بدون پوشش ) با رزين هاي پلي استات واکنش مي دهند و مشاهده شده است که به واسطه ي اين واکنش ها درون زمينه ي رزيني ، توده هايي از اين نوع رنگ در پلي کربنات و پلي آميد 6/6 مشاهده شده است . تعدادي از خواص پيگمنت هاي الترامارين در جدول 1 آمده است .
ادامه دارد ......
منبع:coloring Technology for plostics /Ronald M.Harrisi Editor.
Add Comments
Name:
Email:  
User Comments:
SecurityCode: Captcha ImageChange Image