جستجو در تالارهای گفتگو

مقدمه ( Introduction ) : رنگ کردن پلاستیک ها در حالت مذاب یکی از مهمترین کارهای انجام شده برای افزودن خواص مناسب و جدید به رزین های پلیمری است ؛ که به تولید کننده این امکان را می دهد که بتواند تولیدات خود را بهتر به فروش برساند . اضافه نمودن مواد رنگی ، نه تنها موجب فروش بیشتر تولیدات رنگ شده می شود ، بلکه باعث به وجود آمدن برخی از خواص دیگر مانند دوام بیشتر در برابر اشعه ی UV ، در محصول تولیدی می شود . علاوه بر این ، رنگ کردن در حالت مذاب معمولاً نیاز به مراحل جداسازی ( Separate ) ، خروج از خط تولید ( off-line ) و رنگ زنی ( painting step ) را ندارد و بدین صورت هزینه ی کلی تولید کاهش می یابد . سابقاً ، سیستم رنگ با زمینه ی پلاستیک آمیخته می شد ، به هرحال ، سیستم رنگ بخش جدایی ناپذیر ماده می شد و امکان داشت که موجب دگرگونی در مهندسی، عملکرد و خواص فرآیندی ماده بشود که این امر در طی تولید و فرمول بندی مواد جدید ، مطلوب نبود . و رنگ زنی صراحتاً به عنوان یک مشکل برای مصرف کننده و همچنین یک عامل منحرف کننده برای کسی که کار فرمولاسیون پلاستیک های جدید را بر عهده داشت ، محسوب می شد . این متخصص کار فرمولاسیون ( کسی که معمولاً در مورد نکات عمیق علم پلیمر آموزش ندیده است ) برای انتخاب یک رنگ مناسب و با قیمت اقتصادی ، انتخاب می شود و این باعث بروز مشکلاتی می شود . در واقع وظیفه ی این متخصص هنگامی که پلیمرها آمیخته شده و تشکیل آلیاژ می دهند ، بحرانی تر می شود . ( در هنگام کار با این پلیمرهای آلیاژی پرکاربرد ، حتی تغییر کوچکی در ترکیب شیمیایی باعث تغییر خواص پلیمر می شود . ) هدف این مقاله ، بالا بردن اطلاعات خواننده در مورد رنگ های مورد نیاز برای ساخت سیستم های مناسب پلیمری است . همچنین ما در مورد انواع اصلی و عمده ی عوامل رنگ زای مناسب برای استفاده در آمیزه های پلیمری پرکاربرد و آلیاژهای پلیمری ، صحبت می کنیم . انواع اصلی عوامل رنگ زا ( The major classes of colorants ) : عوامل رنگ زای ( colorants ) مورد استفاده درپلاستیک ها به دو گروه بسیار گسترده تقسیم می شود که شامل پیگمنت ها ( pigment ) و رنگ ها ( Dyes ) می شوند . تعریف پیگمنت : پیگمنت یک عامل رنگ زا است که علاقه ای به حل شدن در زمینه ی پلیمری ندارد . تعریف رنگ : رنگ عامل رنگ زایی است که به صورت حل شده در داخل زمینه ی پلاستیک قرار می گیرد . بنابر تعریفات انجام شده پیگمنت ها مانند یک فاز مجزا در داخل پلاستیک قرار می گیرند و بنابراین در بین پیگمنت و زمینه ی پلاستیکی یک مرز بین فازی وجود دارد که این مساله جای تامل دارد و ممکن است که مشکلات مصرف کننده نیز از همین مرزها ایجاد شده باشد . پیگمنت های غیر آلی ( Inorganic pigments ) : پیگمنت های غیرآلی ، نمک های فلزی و اکسیدها هستند . این عوامل رنگ زا می توانند یک لایه از یک جسم پلاستیکی را با رفتار قابل پیش بینی رنگی کنند . اکثر این عوامل رنگ زا دارای ذراتی با ابعاد میانگین بین 0/2 تا 1/0 میکرون هستند . تولید کنندگان ، رنگ های مرغوب را با زدودن ذرات بالاتر از 5 میکرون ، تولید می کنند . این ذرات با ابعاد بالاتر از 5 میکرون باعث آلگومره شدن رنگ می شوند . پیگمنت های غیرآلی به جز چند استثناء ، مواد خام ارزان قیمت هستند که در جدول 1 نشان داده شده اند . به خاطر دوام نسبتاً پایین این رنگ ها ، این پیگمنت ها همیشه بهترین کیفیت را ندارند . تعدادی از خواص خوب که ممکن است درپیگمنت های غیرآلی باشد در زیر آورده شده است : 1 ـ آسانی در تهیه ی پودر این پیگمنت ها ( انرژی نسبتاً کمی برای شکستن ذرات پیگمنت ، پوشش دهی باپلاستیک ها و یکنواخت سازی ذرات آنها مورد نیاز است ) 2 ـ مقاومت گرمایی و مقاومت به هوازدگی خوب 3 ـ کوچک بودن در عین واکنش پذیری قطعاً در این میان استثناهایی وجود دارد که به دلیل اینکه از حد حوصله ی خواننده خارج است ، از آنها می گذریم مثلاً : واکنش پذیری یک مشکل پنهان در هر نوع سیستم پلیمری است . اکسیدهای فلزی ساده : چندین عامل رنگ زای ارزان قیمت که سازگاری خوبی باطیف وسیعی از انواع پلیمرها دارند ، ساختار ساده ای دارند . آنها تنها اکسیدهای فلزی ساده هستند . تیتانیم دی اکسید ( Titanium Dioxide ) : تیتانیم دی اکسید که به آن تیتانیا نیز گفته می شود ، گران ترین و پرکاربردترین پیگمنت مولد رنگ سفید است که در جدول 1 آورده شده است . در اکثر کشورها ، تقریباً تمام تیتانیای مورد استفاده از معادن و به وسیله ی « فرآیند کلرید » به دست می آید . اگرچه TiO2 را یک ماده ی خنثی می دانیم ، ولی کریستال های این ماده دارای نقص هستند . و یک اکسیژن از بین 100000 عدد اکسیژن در داخل ساختار وجود ندارد . این عیب باعث می شود که هر ذره بی تیتانا ( با ابعاد بین 0/2 الی 0/3 میکرون ) یک ناحیه ی واکنش پذیر (+) Ti در روی سطح یا نزدیک به سطح خود داشته باشد . در طی « فرآیند کلرید » تعدادی از این نواحی با یون های کلرید پیوند می دهند . که این پیوند میان ( +) Ti و (-) cl می تواند مشکلات موجود را در برخی از آمیزه ها و آلیاژهای پلیمری ، دو برابر کند . یون های تیتانیم می توانند با گستره ی وسیعی از مواد آلی واکنش داده و تیتانات آلی ( organictitanates ) ایجاد کنند که این تیتانات آلی می تواند هر نوع واکنشی را تسریع دهد . برای مثال ، شیمیدان هایی که در زمینه ی پلیمر کار می کنند از تیتانات های آلی برای تسریع واکنش پلیمریزاسیون پلیمرها استفاده می کنند . به علاوه ، یون های کلر ، باعث افزایش تخریب و از هم پاشیدگی پلی کربنات ( PC ) می شوند . از این رو تعدادی از گریدهای تیتانا برای استفاده در آمیزه ها و آلیاژهای محتوی پلی کربنات مناسب نمی باشند . برای به حداقل رساندن واکنش پذیری این پیگمنت مهم ( TiO2 ) ، تولید کننده ها انواع خاصی از پلاستیک ها را تولید کرده اند که این پلاستیک ها با خواص منحصر به فردشان ، نواحی واکنش پذیر را با آلومینا ، سیلیکا و یا سیال سیلیکونی ( Silicone fluid ) پوشش می دهند . تیتانا دارای دو حالت کریستالی روتیل ( rutile ) و آناتاس ( anatase ) است که هر دو حالت کریستالی آن سختی ( در مقیاس موهس ) بالایی دارند و جزء ساینده ها به حساب می آیند . به خاطر سختی بالای این ذرات ، مشکلاتی به وجود می آید مثلاً ذرات پیگمنت این ماده می توانند الیاف شیشه ای را ببرند و به اندازه ی زیادی از استحکام کششی آلیاژها و آمیزه های ترموپلاست تقویت شده با الیاف شیشه بکاهند . قرمز اکسید آهنی مصنوعی ( Synthetic Iron Oxide Reds ) : پیگمنت های قرمز رنگ حاصل از اکسید آهن مصنوعی از لحاظ شیمیایی فرمول Fe2O3 دارند . این پیگمنت ها ، مقدار زیادی از نور تابیده شده به آنها را جذب کرده و حالت کدر مانند دارند ، همچنین این پیگمنت ها نسبتاً ضعیف و دارای حالت چرکین هستند . البته این رنگ یا گستره ی وسیعی از رنگ ها را مهیا می کند . عامل (3+) Fe به عنوان اسید لوییس عمل می کند و حتی غلظت های کم این پیگمنت برای پلی وینیل کلراید ( PVC ) ایجاد مشکل می کند ، و برای آمیزه ها و آلیاژهای پلیمری محتوی PVC مناسب نیست . در غلظت های بالاتر ، این پیگمنت ممکن است بر روی مواد پلی کربناتی ( PC ) نیز تاثیرات مضر بگذارد کرم ( III ) اکسید ( Chrome (III)Oxide ) : کرم ( III ) اکسید یک رنگ تیره ی سبز زیتونی ایجاد می کند که این پیگمنت اگر چه ضعیف است ولی دارای پایداری گرمایی و مقاومت در برابر هوازدگی عالی است . به دلیل اینکه دیگر انواع پیگمنت های سبز رنگ با استحکام بالاتر و حالت تمیزتر ( از لحاظ جلوه ی رنگ ) در دسترس است ، پیگمنت های کرم اکسیدی معمولاً برای کاربردهای بیرونی اختصاص یافته است . پیگمنت های اکسید فلزی مخلوط ( Mixed Metal Oxide Pigments ) : اکسیدهای فلزی مخلوط ( MMO ) یک دسته ی بزرگ از پیگمنت های کلسیته هستند . ( مرحله ی پایانی تهیه ی آنها مربوط به گرم کردن آرام این مواد در دمای 1100 درجه سانتیگراد است ) که ابتدایاً برای سرامیک ها تولید شدند . این مواد مقاومت در برابر هوازدگی عالی و پایداری گرمایی خیلی خوبی دارند . به عنوان یک گروه ، آنها کمترین واکنش پذیری را دارند ؛ برای مثال علاقه ی زیادی به استفاده از این مواد با مواد شامل گروه های وینیل است . ولی این پیگمنت ها ، ثبات رنگی پایینی دارند و بر اساس قاعده ، این پیگمنت ها نیز ساینده ی الیاف شیشه ای هستند . در جدول 1 خواص تعدادی از پیگمنت های متداول اکسید فلزی مخلوط نشان داده شده است . بسیاری از پیگمنت های MMO شامل مقدار قابل توجهی ( تقریباً 10 درصد ) آنتیموان هستند . آنتیموان ماده ای است که به وسیله ی برخی از سازمان های تنظیمی به عنوان یک فلز سنگین شناخته شده است . به خاطر اینکه آنتیموان یک فلز سنگین است ، امروزه نوع بدون آنتیموان از این پیگمنت نیز به وسیله ی برخی از منابع تولیدی ، مهیا شده است ولی قیمت این نوع از پیگمنت ها نسبت به حالت قبلی خود تقریباً 25 ـ 50 درصد بیشتر است . در گذشته ، در ساخت پیگمنت های MMO مشکلاتی ناشی از بدی پراکندگی و یکنواختی وجود داشت که باعث به وجود آمدن ذرات ناخواسته در رنگ می شد اما اخیراً ، تمام تولید کنندگان عمده ی این بخش ، الیاف پلی آمید را به عنوان یک بازار پر منفعت انتخاب کردند و پراکندگی و یکنواختی ذرات را بهبود داده اند و توانسته اند مشکلات ناشی از یکنواختی را بر طرف کنند . یگمنت های فلز سولفیدی ( Metal Sulfide pigments ) : این گروه شامل پیگمنت های روی سولفید ( ZnS) و پیگمنت های بر پایه ی کادمیوم می شود . ZnS یک پیگمنت سفید رنگ است که جایگاه ویژه ای در رنگرزی رزین های تقویت شده با شیشه دارد . پیگمنت های کادمیومی یک گروه از پیگمنت های رنگی روشن ( از زرد گرفته تا نارنجی و قرمز ) را تولید می کند . بعضی از خواص پیگمنت های فلز سولفیدی در جدول 1 آورده شده است . روی سولفید سفید ZnS:(Zinc Sulfide white) یک پیگمنت سفید رنگ است که تقریباً دوام رنگ و ماتی آن نصف پیگمنت های تیتانیایی است . دو خاصیت ویژه ی آن عبارت اند از : 1 ـ سختی ( در مقیاس موهس ) این مواد کم است و این باعث می شود که بتوان از این مواد در رزین های تقویت شده با الیاف شیشه استفاده کرد . 2 ـ رفتار جذبی بسیار کمتر در ناحیه ی UV نزدیک ، نسبت به پیگمنت های تیتانایی و به همین دلیل ، این ماده را می توان با تعدادی از رنگهای فلیورسنت استفاده کرد و بهترین خواص فلیورسنتی را دریافت کرد . Zn(+2) ، همانگونه که در بالا گفته شد یک اسید لوییس است ؛ بنابراین اکثر کسانی که وظیفه ی فرمولاسیون رنگ ها را بر عهده دارند ، از استفاده ی ZnS در آمیزه ها و آلیاژهای دارای پلی کربنات جلوگیری می کنند . کادمیوم سولفید و سولفوسلنیدها ( Cadmium sulfides and sulfoselenides ) : CdS کلسیته یک پیگمنت با رنگ نارنجی روشن متمایل به زرد است که ثبات رنگی عالی و پایداری گرمایی بسیارخوبی دارد . این نوع پیگمنت در اتمسفر مرطوب دوام نیاورده و پیگمنت مناسبی برای کاربردهای بیرونی ( فضای آزاد ) نیست . با ترکیب zn,cd ( درصد zn بیش از 12 درصد باشد ) می توان زرد کم رنگ و زرد لیمویی را به دست آورد . جایگزینی تعداد کمی از اتم های گوگرد با سلنیوم ، ناحیه ی رنگ تولیدی توسط این پیگمنت را به ناحیه ی قرمز شیفت می دهد . اگر کل اتم های گوگرد با سلنیوم جایگزین شوند ، باعث به وجود آمدن cdse می شوند که یک پیگمنت خرمایی رنگ مایل به قرمز ( maroon pigment deep )تولید می کند . پیگمنت های پایه کلادمیومی به صورت سنتی و به طور وسیع در رزین های مهندسی مانند پلی آمید ، پلی آمید 6/6 ، پلی کربنات ، پلی استرترموپلاست و آلیاژها و آمیزه هایشان ، استفاده می شود . به هر حال کادمیوم یک فلز سنگین است که این مورد توسط همه ی سازمان های نظارتی تصدیق شده است . ( برای مثال ، cd یکی از 4 فلز سنگین است که در اکثر قوانین دولتی مربوطه ، به آن اشاره شده است ) از این رو ، مواد مهندسی دارای فرمولاسیون بدون cd در حال ساخته شدن هستند و به طور یقین پیگمنت های پایه کادمیومی با پیگمنت های بی خطرتر جایگزین می شوند ولی پروسه ی جایگزینی آنها آهسته است . اگر چه با رعایت مسیله ی خنثایی شیمیایی ، پیگمنت های کادمیوم سولفیدی می توانند با (2+) cu و درطی فرآیند ذوب ، واکنش دهند و مس سولفید مشکی رنگ را تولید کنند . این رنگ مخلوط شده در حالتی که پیگمنت اولیه زرد رنگ باشد ، رنگ سبز و قرمز را شیفت داده و تولید رنگ قهوه ای می کند . یک منبع بالقوه از یون های (2+) cu، مس موجود در تثبیت کننده ی گرمایی برای پلی آمید است . پیگمنت های الترامارین ( Ultramarine pigments) : این پیگمنت ها دارای ترکیب شیمیایی سدیم ـ آلومینیوم ـ سولفو ـ سیلیکات ( sodium - aluminum-sulfo-silicates ) هستند . این گروه شامل پیگمنت هایی با ثبات گرمایی و ثبات رنگی بالایی هست ، متاسفانه ، مقاومت شیمیایی این مواد با حمله ی اسید یا باز کاهش می یابد . از این رو این مواد را نمی توان در مکان های بیرونی ( فضاهای روباز ) استفاده کرد . البته یک نوع از این پیگمنت ها ساخته شده است که به وسیله ی یک لایه ی سیلیسی پوشش داده می شود . این لایه موجب محافظت پیگمنت در برابر عوامل شیمیایی می شود . قیمت این نوع از پیگمنت ها اندکی بیشتر از انواع معمولی آن است . یک مشکل طبیعی از رنگ های الترامارین ، سنگ لاجورد ( lapis lazuli ) است . گستره ی رنگی پیگمنت های الترامارین از رنگ آبی نسبتاً تیره تا بنفش و صورتی است . یک مثال خانگی از رنگ آبی سیر که حالتی کاملاً تیره دارد ، بطری های شیر منیزی ( مایع شیری رنگی که هیدورکسید منیزیم است و به عنوان ضد اسید و ملین به کار می رود ) است . گریدهای استانداردی از پیگمنت های الترامارین ( بدون پوشش ) با رزین های پلی استات واکنش می دهند و مشاهده شده است که به واسطه ی این واکنش ها درون زمینه ی رزینی ، توده هایی از این نوع رنگ در پلی کربنات و پلی آمید 6/6 مشاهده شده است . تعدادی از خواص پیگمنت های الترامارین در جدول 1 آمده است . ادامه دارد ...... منبع:coloring Technology for plostics /Ronald M.Harrisi Edi

یک طراح هلندی با تغذیه حلزون ها به وسیله کاغذهای رنگی موفق به تولید ماده منحصر به فرد و انعطاف‌پذیر جدیدی شده است. در این روش، حلزون‌ها با کاغذ رنگی تغذیه می‌شوند؛ سیستم گوارش این نرم تن قادر به هضم رنگدانه‌های موجود در کاغذ نبوده و به همین دلیل رنگدانه به همراه مدفوع از بدن جانور خارج می‌شود. رنگ مدفوع بستگی به رنگ کاغذی دارد که حلزون با آن تغذیه شده است. سپس مدفوع رنگی جمع‌آوری شده و درون دستگاهی سابیده و مخلوط می‌شود که در نهایت ماده جدید به شکل ریسمان‌های رنگی انعطاف‌پذیر بدست می‌آید. یک متر از این ریسمان‌های رنگی ظرف مدت یک ساعت تولید می‌شوند؛ برای تهیه یک متر از این ماده انعطاف‌پذیر 9 حلزون باید در مدت پنج روز، شش گرم مدفوع تولید کنند. کاغذهای رنگی که حلزون با آن تغذیه می‌شود، دارای ساختار سلولی مشابه برگ گیاهان بوده و مشکلی برای جانور ایجاد نمی‌کند. منبع: مجله بسپار