فرآیند ساخت رنگ و پوشش‌های آب پایه ساختمانی اکریلیک و کوپلیمرهای آن

فرآیند ساخت رنگ‌های آب پایه ساختمانی اعم از نوع رنگ که می‌تواند یک رنگ پلاستیک یا اکریلیک براق و نیمه براق باشد به لحاظ مراحل تولید و فرآیندها بسیار به هم شبیه و دارای نقاط کلیدی مشترکی هستند که در این مقاله بدان می‌پردازم. بدون شک رعایت ساختار صحیح فرآیند تولید پیش نیاز دستیابی به کیفیت مطلوب و یکنواخت در هر مجموعه ایست.

اهم روش‌های تولید رنگ‌های آب پایه به ترتیب تک مرحله‌ای و دو مرحله ایست.

الف ) روش تک مرحله‌ای و پیوسته

الف -۱ ) تجهیزات

– اول دیسولور یا میکسر دور متغیر پره خورشیدی استنلس استیل با شفت متحرک مانند میکسرهایی که اغلب رنگسازان ایران از آن بهره می‌برند. حداکثر سرعت این میکسرها بنا به طراحی سازنده بین ۸۰۰ تا ۱۴۰۰ دور و در موتورهای ۲ دور سرعت دورانی پره‌ها نصف دور بالاست.

بدون شک بهترین نوع میکسر برای ساخت انواع رنگ و پوشش‌های آب پایه , استفاده از موتورهای دور متغیر اینوتور دار با شفت متحرک است.

– پاتیل استن لس استیل دوجداره جهت گردش آب میان دو جداره برای کنترل دمای تولید در سرما و گرما

الف – ۲ ) فرآیند

1. برای شروع همیشه باید آب یعنی محمل اصلی رنگ و پوشش‌های آب پایه را توزین کرده و در مخزن بریزیم. آب باید پاکیزه و فاقد آلودگی‌های میکروبیولوژیک و حتی المقدور فاقد یونهای دو و سه ظرفیتی بوده یا آب سبک باشد. ضمن اینکه در پاره‌ای موارد استفاده از آب مقطر یا دیونایز ضرورت دارد.
2. پس از روشن کردن میکسر روی دور آرام , اغلب بهترست تا یک نمک پلی‌فسفات نظیر سدیم هگزامتافسفات یا سدیم تری پلی‌فسفات برای سبک کردن آب و حذف یونهای دو و سه بار مثبت به مقدار لازم افزوده گردد. در پاره‌ای موارد لازمست تا از این ماده یا استفاده نشود و یا در مقادیر ناچیز استفاده کنیم ولی در رنگ‌های پر جامد استفاده از این ماده اجتناب ناپذیرست. پلی‌فسفات‌ها پودرهایی شکری و سفیدند که باید به آرامی به آب اضافه شوند تا در ته مخزن رسوب نکنند. مدت زمان بازشدن پلی‌فسفات بیش از ۵ دقیقه نیست.
3. سومین ماده اغلب یک غلظت دهنده سلولزی است. ماده‌ای که باید مانند پلی‌فسفات‌ها به آرامی به آب در چرخش افزوده شود. مقدار و نوع این نوع غلظت دهنده نیز بنا به نوع فرمولاسیونها خیلی متفاوت است. باز شدن ترکیبات سلولزی از ۱۵ تا ۴۵ دقیقه در تولید تفاوت دارد. در نهایت باید محلول بدون دون بدست آید.
4. چند دقیقه‌ای پس از افزودن سلولز استفاده از آمونیاک ۲۵ %یا یکی از مواد قلیایی مشهور مانند محلول سود سوزآور ۱۰% و یا سود کاستیک ۱۰% به مقدار لازم توصیه می‌شود. وظیفه این مواد قطعاً رساندن پی اچ محیط به سطح قلیایی است تا غلظت دهنده سلولزی به آرامی باز شده و غلظت نهایی بدست آید.
5. پس از افزودن ترکیبات سلولزی همیشه با پدیده کف مواجه می‌شویم و اغلب لازمست که کف با افزودن ضدکف‌ها کنترل شود.
   • البته مواردی هم هست که وجود کف در آب برای افزوده شدن بر سطح آب کف مخزن لازم است و لذا از ضدکف تا پایان خمیر پیگمنت ( Pigment Paste) استفاده نمی‌کنیم.
6. نگهدارنده‌های داخل قوطی یا در اصطلاح عام – غلط مصطلح – ضد کپک‌ها هم بهترست در همین مرحله افزوده شوند.
   • توجه کنید که به دلیل حساسیت‌های دمایی این ترکیبات و گاه به دلیل نبود مخازن دو جداره در تولید و عدم امکان کنترل دمای تولید , مجبوریم نگهدارنده‌ها و سایر مواد حساس را پس از سرد شدن خمیر پیگمنت و در انتهای تولید اضافه کنیم.
   • اغلب پرزرواتیوهای خانواده فرمالین و حتی ترکیبات ایزوتیازولین‌ها در دمای بالای ۵۰ یا ۶۰ درجه سانتی گراد نابود یا تبخیر می‌شوند. ضمن اینکه گاه امولسیفایرهای موجود در ادتیوهای اکریلیک نیز به دما حساس بوده و دچار شکست و تخریب می‌شوند.
7. حال نوبت افزودن انواع صابونها , دیسپرسورها و وتینگ ایجنت‌های محیط است تا محیط برای ورود فیلرها و پیگمنت‌ها آماده شود. بسیاری از این مواد نیز کف زا بوده و نیاز به ضد کف را به شما تحمیل می‌کنند.
   • توجه فرمایید که روش گفته شده گاه برای بعضی تولیدات متفاوت می‌شود و این روش کلی است و نه روش اختصاصی تولید هر نوع محصول آب پایه ای
   • مراحل یک تا ۷ می‌توانند با دور متوسط و آرام انجام شوند و نیازی به دور بالا نیست.
8. پس از انواع دیسپرسور و وتینگ ایجنت نوبت افزودن پیگمنت‌ها و فیلرهاست که باید با سرعت بالا آسیاب شوند و برای این منظور سرعت گردش پره و نسبت قطر پروانه با قطر مخزن با هم رابطه‌ای معکوس دارند , بدین ترتیب که با افزایش قطر پره نسبت به قطر مخزن , می‌توان از سرعت نسبی کاست بگونه‌ای که ذرات فیلر و پیگمنت در مدت زمانی معقول به حداقل اندازه خود برسند. در تمام مدت کنترل دمای مخزن ادامه دارد.
9. پودرهای گوناگون از فیلرها و پیگمنت‌ها به ترتیب از ریز به درشت به خمیر رنگ اضافه می‌شوند. به طبع اگر تیتان دی اکساید در محیط داشته باشیم , اولین ماده تیتان دی اکساید است.
10. حال اگر چند ماده با اندازه ذرات مشابه داشته باشیم , ترتیب افزودن به نسبت سرعت وتینگ و دیسپرسینگ ذرات در محیط است. یعنی هر چه ماده شما دیرتر در آب باز می‌شود و به عبارتی جذب روغن بالاتری دارند , زودتر به مخزن می‌افزایید. دیر و زود باز شدن نیز تابعی از میزان جذب روغن و جذب آب پیگمنت و ساختار شیمیایی و کریستالی آنست که در حضور وتینگ و دیسپرسینگ ایجنت‌های مختلف رفتار متفاوتی از خود نشان می‌دهند.
11. پس از تیتان اغلب ترکیبات ریز دانه سیلیکاتی مانند تالک و کائولن و سیلیکات آلومینیوم و مانند آن اضافه می‌شود. انواع پیگمنت‌های اکسید آهن , کروم , مولیبدن و نظایر آنها نیز باید متناسب با میزان شان قبل یا پس از تیتان افزوده شوند.
12. در ادامه نیز کربنات‌های کلسیم به ترتیب ریز به درشت یکی پس از دیگری وارد محیط می‌شوند.
13. تأکید می‌کنم چنانچه کربنات‌های میکرونایز با سایز زیر ۵ میکرون – مانند کربنات‌های اکسترا – در محیط دارید , حتماً پس از تیتان این مواد را به خمیر پیگمنت افزوده و زمان کافی برای بازشدن ذرات قایل شوید.
14. لازم به یادآوری و تأکیدست که میزان ادتیوهای وتینگ دیسپرسینگ ایجنت محیط تابعی از مقدار , ابعاد و اندازه ذرات و بالاخره نوع فیلر و پیگمنت‌های شماست. پس در جایی که کربنات‌های اکسترا یا سایر کربنات‌های ریز دانه دیگر حضور دارند علاوه بر تقدم ورود آنها در محیط , باید میزان ادتیو دیسپرسور را نیز افزایش داد و کنترل کرد.
    • ۲ نکته مهم :
      • اول : شک نیست که در تک تک این مراحل , کار کنترل کیفی نیز در جریان است و مسئول کنترل کیفی باید از باز شدن اجزا و رسیدن به دانه بندی مناسب اطمینان یابد.
      •  دوم : همیشه در مرحله بازشدن پیگمنت‌ها و فیلرها دمای مخزن و پیست بالا می‌رود و لذا لازمست تا شما با استفاده از مخازن دو جداره جلو افزایش دما به بیش از ۵۰ درجه را بگیرید. در غیر این صورت باید از مجموعه‌ای دستورالعمل‌های خاص پیروی کرده تا دمای خمیر پیگمنت حتی المقدور از مرز ۵۰ درجه بالاتر نرود.
15. پس از اتمام پودرها و احیاناً خمیر پیگمنت‌های آماده , حال نوبت افزودن حلال‌ها و مابقی افزودنی‌های موجود غیر از غلظت دهنده‌های نهایی و سپس رزین است. ضمناً چنانچه تمامی یا نیمی از ضد کف مصرفی را تا پایان کار نگه داشته اید , باید تا پیش از افزودن رزین و حلالها بیافزایید.
16. افزودن رزین و حلالها باید در دمای حداکثر ۵۵ درجه سانتی گراد و در دور آرام یا متوسط انجام گیرد. دماهای بالاتر علاوه بر افزایش تبخیر حلالها , به رزین نیز می‌توانند آسیب زده و پاره‌ای از افزودنی‌ها مانند نگهدارنده‌های داخل قوطی را نابود سازند.
17. روش ایده آل آنست که بین ۳۰ تا ۵۰ درصد انواع حلالها در این مرحله روی خمیر پیگمنت ریخته شود و مابقی بعد از افزودن رزین آب پایه – اعم از کوپلیمرهای وینیل استات اکریلات یا اکریلیک‌های خالص – اضافه گردند.
18. حلالهای رایج در رنگ‌های آب پایه را می‌توان در دو دسته سبک و سنگین می‌توان تقسیم نمود. حلالهایی مانند حلال ۴۰۲ , منواتیلن گلایکول , منو پروپیلن گلایکول , گاه مقادیر اندکی بوتیل گلایکول و مانند آن به عنوان حلال سبک شناخته شده و حلالهایی مانند تگزانول , لوسولوان اف بی اچ , بوتیل دی گلایکول استات و بندرت بوتیل گلایکول استات و … نیز اغلب به عنوان منعقدکننده یا کوالسینگ ایجنت ( Coalescing Agent ) و نیز بهبود دهنده تشکیل فیلم و نیز همتراز کننده ( Leveling Agent) استفاده می‌شوند که بنا به ضرورت و نوع فرمولاسیون باید افزوده گردند. حلالها گاه مصارف چندگانه دارند که در جای خود باید بدان پرداخت.
19. استفاده از دی بوتیل فتالات DBP به عنوان یک نرم کننده ( Plasticizer ) و یک روغن کمکی برای بهبود قلم خوری تنها در پاره‌ای موارد و در رنگ‌های پلاستیک ارزان قیمت به مقدار خیلی کم میسرست ولی استفاده از دی اکتیل فتالات DOP یا گلیسیرین و یا روغن‌های گیاهی معروف مانند سویا , بزرک و مانند آنرا که خیلی هم رایج است اصلاً توصیه نمی‌کنم و حتی ممنوع می‌دانم. این حلال‌ها و روغن‌ها ضمن بالا بردن نرمی رزین و رنگ موجب افزایش شدید چرک پذیری و کاهش مقاومت‌های شستشویی رنگ می‌شوند و لذا استفاده از آنها ممنوع است.
    • باید توجه داشت که پس از افزودن حلالها به خمیر رنگ حاوی رزین و تا پیش از افزودن غلظت دهنده آخر – خصوصاً پس از افزودن حلالهای سنگین – باید حدود ۲۰ تا ۴۰ دقیقه میکس آرام ادامه یابد تا ذرات حلال بخوبی در سطح رنگ توزیع و پخش گردد. بدیهی است حلالها و بهبود دهنده‌های تشکیل فیلم که می‌بایست در اطراف یا داخل غشاء مایسل رزین نفوذ کنند , نیازمند زمانی نسبتاً طولانی اند. به همین نسبت برای اختلاط مناسب دهنده‌های اکریلیک و پلی‌یورتانی نیز باید زمان قائل شد.
20. بعد از این مرحله , افزودن رزین آغاز می‌گردد. ضربات شدید پره به رزین موجب شکستن ذرات رزین‌های امولسیون و ایجاد کف زیاد و در نهایت مشکلات متعدد می‌گردد که هیچیک برای رنگ‌های آب پایه مطلوب نیست.
    • تأکید می‌کنم رزین را باید در دمای ماکزیمم ۵۰ درجه سانتیگراد اضافه کرد. امری که در مخازن دو جداره خودبخود میسر می‌گردد ولی در مخازن یک جداره با مشکل مواجه است. اگر دمای خمیر رنگ شما خیلی بالاتر از ۵۵ درجه باشد , باید با دور آرام و افزودن حلالهای رنگ و آب ذخیره و آب تبخیر نسبت به سرد کردن آن تا ۵۰ درجه اقدام کنید. بسیار دیده شده که رزین به خمیر رنگ بیش ز ۷۰ درجه افزوده شده و رنگ اکریلیک بلافاصله لخته و نابود شده است.
21. در پایان نیز انواع افزودنی‌های باقی مانده از جمله نیمه دوم آمونیاک , انواع پرزرواتیو‌های داخل قوطی و فیلم خشک , اصلاح کننده‌های فیلم رنگ ( نظیر واکس‌ها ) و بالاخره نانو ذرات دیسپرس شده را می‌افزائیم.
22. در صورت لزوم غلظت دهنده‌های پلی‌یورتان یا اکریلیک را اضافه میکنیم تا به غلظت مورد نظر برسیم. ضمن اینکه توجه به نوع رفتار هر نوع غلظت دهنده بسیار مهم است.
23. چنانچه از غلظت دهنده‌های بنتونیتی آب پایه استفاده می‌کنید , باید سیستم تان را با آن تنظیم کنید. زیرا بنتون‌ها پس از ۲۴ ساعت به ویسکوزیته نهایی می‌رسند که این روش امکانات خاصی را به رنگساز می‌دهد و البته پاره‌ای افراد را با مشکل مواجه می‌کند.

• بی شک این روش در شرایط متفاوت تغییراتی نیز می‌کند که بنا به نوع میکسر , نوع فرمول و مشکلات محیطی تغییراتی دارد که مقدار زیادی تابع تجربه فرمولاتور و رنگسازست.
• ضمن اینکه فرمول‌های رنگ‌های براق و نیمه براق اساساً با رنگ‌های مات پرجامد و مات کم جامد هم متفاوت اند و لذا فرآیند هر یک قدری متفاوت می‌شود.
• فرآیند ساخت عایق‌ها باید دو مرحله‌ای صورت گیرد که در بخش بعدی بدان خواهیم پرداخت.

ب ) روش ۲ مرحله‌ای

روش ایده آل در ساخت رنگ‌های آب پایه و بخصوص عایق و درزگیرهای اکریلیک و سایر مواد ویسکوز , روش دو مرحله ایست که هم اکنون در کشورمان برای ساخت پاره‌ای محصولات از جمله پلاستیزول رایج ترست تا رنگ و عایق.

ب -۱ ) تجهیزات

• اول دیسولور یا میکسر دور متغییر پره خورشیدی استنلس استیل با شفت متحرک مانند میکسرهایی که اغلب رنگسازان ایران از آن بهره می‌برند. حداکثر سرعت این میکسرها بنا به طراحی سازنده بین ۸۰۰ تا ۱۴۰۰ دور در دقیقه متفاوت است. در میکسرهای ۲ دور , دور دوم همیشه نصف دور ماکزیمم است ولی در دور متغیرهای اینورتور دار اغلب محدودیتی برای سرعت‌های بعدی نیست.
• دوم میکسر پارویی دور آرام با سرعت حدود ۴۰ تا۶۰ دور در دقیقه با خلاء یا بدون خلاء با بدنه یک جداره یا دوجداره. این نوع میکسرها عمدتاً در ایران برای ساخت رزین یا چسب‌های آب پایه رایج است.
• سوم پاتیل استن لس استیل دوجداره جهت گردش آب میان دو جداره برای کنترل دمای تولید برای دیسولور

ب – ۲ ) فرآیند

در این روش رنگ بجای ساخت در یک مخزن و با یک نوع میکسر , در ۲ مرحله و با دو نوع میکسر ساخته می‌شود ولی محتویات دو نوع تولید تفاوت چندانی ندارند.

در مرحله اول مانند روش اول کلیه مراحل تهیه خمیر پیگمنت در یک دیسولوردور بالا ( حدود ۸۰۰ تا ۱۴۰۰ دور در دقیقه ) انجام می‌شود و ذرات پیگمنت و فیلر بخوبی آسیاب شده و مخلوط خمیر پیگمنت بدست می‌آید.

این مرحله می‌تواند تا ۳ ساعت بطول انجامد.

 مواد تشکیل دهنده خمیر پیگمنت در دیسولورها

1. آب
2. پلی‌فسفات‌ها
3. دیسپرسورهای اکریلیک یا پلیمری دیگر
4. غلظت دهنده اولیه که اغلب سلولزی است
5. نیمی از تنظیم کننده پی اچ که می‌تواند آمونیاک باشد
6. صابون‌ها و خیس کننده‌های کمکی
7. رنگدانه ها
8. پر کن‌ها شامل فیلر و اکستندرها
9. نیمی از ضدکف
10. حلالهای سبک ( ۳۰ تا ۵۰ % کل حلال )

آسیاب فیلر و پیگمنت در این مرحله نیازمند سرعت زیاد پروانه و گشتاور زیادست که حاصل آن ایجاد اصطکاک بالا و ایجاد گرما در محیط است و لذا وجود مخازن دو جداره حاوی آب سرد در گردش بسیار لازم است.

در مرحله دوم محتویات داخل بلندر شامل رزین و حلالها نباید دچار تنش حرارتی بالا شده و در معرض حرارتهای بالای ۵۰ درجه قرار گیرند. میکس این مرحله نیز بهترست که در مدت زمانی حدود یکساعت و به آرامی صورت گیرد و سپس خمیر رنگ نهایی از دیسولور پس از طی مراحل کنترل کیفی و سرد شدن به آرامی وارد بلندر گردد.

مواد تشکیل دهنده بخش مایع رنگ در بلندرها

1. رزین‌ها
2. حلالهای سبک نظیر گلایکول‌ها و … ( ۵۰ تا ۷۰ % باقیمانده )
3. ضد کف ( نیمه دوم )
4. تنظیم کننده پی اچ مانند آمونیاک ( نیمه دوم )
5. حلالهای سنگین و کوالسینگ ایجنت‌ها ( کل حلالها )
6. نگهدارنده‌های داخل قوطی و فیلم خشک
7. افزودنی‌های مختلف مؤثر بر تشکیل فیلم و رئولوژی رنگ از جمله واکس‌ها

در نهایت محتویات دیسولور شامل خمیر پیگمنت , به آرامی داخل بخش رزین و حلال شده و رنگ بدست آمده به مدت ۳۰ دقیقه با میکسر ۴۰ تا ۶۰ دور در دقیقه بهم می‌خورند. در پایان غلظت دهنده‌های نهایی رنگ نیز که اغلب از نوع غلظت دهنده‌های اکریلیک یا پلی‌یورتانی هستند وارد رنگ شده و غلظت مناسب تخلیه بدست می‌آید.

مزایای متعددی را می‌توان برای روش ۲ مرحله‌ای عنوان کرد که بطور خلاصه شامل موارد زیرست :

1. کنترل کف و میکرو حباب و لاجرم امکان حذف افزودنی‌های ضروری برای حذف میکروحباب
2. کاهش زمان نهایی تولید
3. کنترل کامل دما در طول پروسه
4. کنترل عالی روی غلظت نهایی رنگ
5. امکان بکارگیری قدرت بالا برای دیسولورها بدون صدمه به رزین
6. اختلاط ایده آل حلالهای سنگین و افزودنی‌ها در رزین
7. افزایش حجم خروجی رنگ مطابق با ظرفیت بلندر
8. امکان افزودن محتویات دو یا چند دیسلور در یک بلندر بزرگ‌تر
9. جلوگیری از معطلی دیسولور در کل پروسه
10. امکان ساخت لاک‌ها و عایق‌ها در بلندرها بدون عوارض احتمالی
11. امکان استراحت دادن به دیسولورها در مراحل انتهایی تولید و تخلیه رنگ
12. امکان بکارگیری سریع‌تر و مجدد دیسولورها در تولید خمیر رنگ بعدی
13. امکان افزودن محتویات ۲ یا چند دیسولور کوچک در یک بلندر بزرگتر و ادغام مرحله دوم چند تولید در یک تولید مشترک و بزرگ
14. افزایش میزان تولید و ایجاد ثبات و یکنواختی کیفیت با حداقل سرمایه گذاری

و مزایایی دیگر که بیان همه آنها نیازمند زمانی بیشتر و جزئی شدن در تولید هر رنگ است.

آنچه در این مقاله تقدیم حضور خوانندگان شد , برگرفته از مطالعات و مشاهدات نویسنده در صنایع رنگ جدید و قدیمی در داخل و خارج از ایران است. مباحثی که علاوه بر توصیه شرکت‌های معتبر دنیا , در عمل نیز توانایی‌های خود را به اثبات رسانده است و ارزش اقتصادی و فنی بالایی را از خود نشان می‌دهد.

در پایان لازم است تا از سرکار خانم مهندس نگار ابوالحسنی – مدیر فنی شرکت تهران اورانوس بخاطر ویرایش علمی و ادبی متن و توجه به ظرایف فنی آن تشکر کنم.