رنگ های بر پایه حلال

رنگ های بر پایه حلال های آلی

h1

مقدمه :

به طور کلی رنگ ها موجب ارزشمند شدن کالاهای تولیدی می شوند. به طور کلی به سه علت از رنگ ها و پوشش دهنده ها استفاده می شود :

  • جذاب، زیبا و دکوراتیو شدن سطوح و محصولات
  • محافظت از بستر و محصول در برابر آسیب های محیط خارجی
  • بخشیدن ویژگی های خاص به محصول

با نگاه کردن به اطرافمان می توانیم رد پای رنگ ها و پوشش دهنده ها را در همه جا پیدا کنیم. رنگ ها بر روی دیوارهای خانه و دفتر کار، مبلمان ها، ماشین لباس شویی، یخچال و خودروها دیده می شوند. نمای خارجی ساختمان ها، تجهیزات، پل ها، خطوط لوله، مقبره ها و بناهای تاریخی همه با انواع مختلفی از رنگ ها و پوشش دهنده ها رنگ آمیزی شده اند. اگر بیشتر دقت کنیم می توانیم رد پای رنگ ها و پوشش دهنده ها را بر روی سی دی و دی وی دی، عینک، تیغ جراحی، ابزار های الکترونیکی، تبلت و … نیز بیابیم. تعداد محصولاتی که بر روی سطح خود از رنگ ها و پوشش دهنده ها دارند بی حد و اندازه است. رنگ ها و پوشش دهنده ها موجب بهتر شدن، بادوام و ماندگارتر شدن، جذاب تر و زیباتر شدن، ایمن شدن و قابل فروش شدن دیگر محصولات می شوند.

اکثر پوشش دهنده ها بیش از یک نیاز را تامین می کنند. گرایش به زیبایی و زیبایی شناسی یک میل و غریزه ی ذاتی است چرا که بسیاری از شواهد نشان می دهند رنگ ها از دوران ماقبل تاریخ استفاده می شده اند. در عصر حاضر برخورداری از زیبایی ظاهری لازمه ی پذیرش و فروش محصولات است. با پیدایش صنایع علاوه بر مواد ابتدایی مانند سنگ و چوب، متریالی مانند فلز و آلیاژها نیز وارد چرخه ی صنعت شدند. بعد از جنگ جهانی دوم، مواد پلیمری مانند پلاستیک ها، آلیاژهای متنوع و کامپوزیت ها به سرعت رشد کردند و به طور فزاینده ای مورد استفاده قرار گرفتند.

اپوکسی ها، آلکید ها و اورتان ها همه نمونه هایی از رزین هایی هستند که نام خود را به رنگ ها می دهند. اما رزین ها تنها جز تشکیل دهنده ی رنگ ها نیستند. علاوه بر افزودنی ها که می توانند ویژگی های خاصی به رنگ ببخشند، و رنگدانه ها که رنگ مورد نظر را تشکیل می دهند، رنگ ها دارای جرئی به نام حلال یا رقیق کننده هستند که سایر اجزا را در خود حل کرده و فرم مایع به نام می بخشند. این رقیق کننده معمولا آب یا حلال های شیمیایی اند. بر اساس نوع رقیق کننده مورد استفاده رنگ ها را می توان به دو گروه رنگ های بر پایه آب و رنگ های بر پایه حلال تقسیم بندی کرد. انتخاب نوع حلال با توجه به دیگر اجزای به کار رفته و نوع کاربری صورت می گیرد. در تقسیم بندی دیگری حلال های مورد استفاده در رنگ به سه گروه حلال های هیدروکربنی ( که با توجه به تفاوت در نقطه جوش کلاس بندی می شوند)، حلال های دارای اکسیژن ( که رایج ترین نوع حلال هستند) و آب تفکیک می شوند.

تمام این مواد هنگامی که در تماس با هوای آزاد، گرما، رطوبت، نور خورشید، باد و باران قرار می گیرند دچار خوردگی و فرسایش می شدند و عمر مفید آن ها کاهش می یافت. از این رو وجود یک لایه ی محافظت کننده، از نیازهای ضروریست. امروزه با گسترش مواد اولیه رنگ ها و پوشش دهنده های متنوعی وارد بازار شده اند که به طور ویژه برای هرکاربرد خاص طراحی شده اند. به طور مثال پوشش ها و رنگ های مورد استفاده در دیوارهای داخلی بیمارستان ها علاوه بر زیبایی ساختمان، پوشش هایی ضد میکروب هستند و باعث کنترل عفونت می شوند. بر روی بدنه ی کشتی ها نیز از رنگ های ضد رسوب استفاده می شود، در غیر این صورت لایه ای ضخیم از رسوب بر روی بدنه ی کشتی تشکیل شده و وزن کشتی و در پی آن مصرف سوخت افزایش می یابد. رنگ مورد استفاده در کف سالن های ورزشی علاوه بر حفاظت و زیبا سازی خاصیت ضد لغزش دارد و از سر خوردن ورزشکاران بر روی سطح جلوگیری می کند.

رنگ ها و پوشش دهنده ها اغلب نام خود را از پیوند دهنده و یا رزینی می گیرند که از آن ساخته شده اند.
Water-based-paints-1024x640

رنگ های پایه حلال از ترکیبات مایع سازی تشکیل شده اند که از طریق واکنش شیمیایی با اکسیژن هوا تبخیر می شوند. حرکت و جریان هوا در اطراف یک رنگ پایه حلال به واکنش سرعت می بخشد و سرعت خشک شدن را افزایش می دهد. مزیت عمده ی آن ها در مقایسه با رنگ های بر پایه آب، حساسیت کمتر نسبت به شرایط محیطی مانند دما و رطوبت در مرحله ی پخت است. رطوبت هوا سرعت خشک شدن رنگ های بر پایه آب را کاهش داده و در برخی مناطق غیر ممکن می کند. آماده سازی سطح پیش از استفاده از رنگ بر پایه آب یک فرآیند چالش زا ست. اگرچه آب در بسیاری از موارد جایگزین خوبی برای حلال است ولی خود می تواند عامل خوردگی باشد. این در حالی است که یکی از مهم ترین عوامل ظهور صنعت رنگ و پوشش دهنده ها، جلوگیری از خوردگی است. اگر پیش از تشکیل فیلم رنگ، آب با بستر تماس پیدا کند ممکن است موجب زنگ زدگی شود. برای جلوگیری از بروز این مشکل لازم است تا رنگ ها به گونه ای فرموله شوند که پیش از آغاز فرآیند خوردگی، تمام آب از فیلم سطح خارج شود. در استفاده از رنگ های بر پایه حلال این مشکلات وجود ندارد.

رنگ های بر پایه حلال حاوی ترکیبات آلی به عنوان حلال یا رقیق کننده هستند. وجود ترکیبات آلی موجب می شود تا در پایان کار یک پوشش سخت و بادوام با مقاومت خوب در برابر خراش و ساییدگی داشته باشیم. رنگ های بر پایه حلال غلیظ بوده و از یک حلال ماند تربانتین جهت آماده سازی و رقیق کردن رنگ استفاده می شود. غلیظ بودن رنگ موجب پنهان کردن عیوب دیوار شده ولی به مدت زمان خشک شدن بیشتری نیاز دارد. مقاومت این رنگ در برابر شرایط آب و هوایی بسیار مطلوب بوده و حتی در دمای انجماد نیز به خوبی عمل می کند.

ترکیبات آلی فرار موجود در رنگ می تواند موجب سر درد، مشکلات تنفسی و احساس ناخوشایند در افراد شود. علاوه بر این بوی ناشی از حضور حلال برای برخی از افراد همچون کودکان طاقت فرسا است. همه ی این ویژگی ها باعث شده تا رنگ های بر پایه حلال بیشتر برای رنگ آمیزی فضاهای خارجی و باز مناسب تر باشند.

تاریخچه :

h2
caveman_icon_ancient_man_stone_drawing_sketch_6843193

اولین استفاده از رنگ ها به دوران ماقبل تاریخ باز می گردد. شواهد نشان می دهند که انسان ها در آن زمان برای زیبا سازی بدن خود و تزیین محل زندگی از رنگ ها استفاده می کرده اند. تمدن های روم و یونان از رنگ ها برای تزیین ساختمان ها، مجسمه ها و اشیا استفاده می کردند. این رنگ ها از صمغ های طبیعی، چسب های حیوانی، نشاسته، موم، زغال چوب، انواع خاک رس و مواد معدنی تشکیل شده بودند.

حدود ۱۰۰۰ سال پس از میلاد مسیح شخصی به نام Rodgerus von Helmarshausen  معروف به Theophilus از ماده ای به نام پوشش دهنده صحبت کرد و فرمولاسیون های پیشنهادیش را در کتاب خود با نام Schedula Diversarium Artium منتشر کرد. این پوشش ها اساسا بر پایه ی روغن بذر کتان و رزین های طبیعی (کهربا) بودند. هنر استخراج روغن تربانتین در حدود قرن ۱۰ شناخته شد و در اوایل قرن ۱۵ نخستین بار به عنوان حلال برای رقیق کردن و کاهش ویسکوزیته ی ترکیبات پوشش دهنده استفاده شد. این زمان یک نقطه عطف و یک تحول مهم در تاریخ پیدایش رنگ هاست. زیرا از یک سمت استفاده از حلال در پوشش دهنده ها موجب پیشرفت سریع این صنعت و گسترش سریع کاربرد آن ها شد و از سویی دیگر استفاده از حلال ها سرآغازی برای مشکلات محیط زیستی ناشی از انتشار گازهای حلال های فرار(VOC) بود که همچنان بشریت در تلاش برای مهار کردن آن است. توسعه ی پوشش دهنده ها ادامه پیدا کرد و در اوایل قرن ۱۷ انواع مختلفی از پوشش دهنده ها با ترکیب های متنوعی از رزین های طبیعی، روغن بذر کتان و حلال ها تولید شدند.

انقلاب صنعتی در قرن ۱۸ تغییر چشم گیری در میزان تقاضا برای پوشش دهنده ها به وجود آورد. در آن زمان برای محافظت از آهن های مورد استفاده در ساختمان سازی به تعداد بیشتری از پوشش دهنده ها نیاز بود و درست در همان زمان بود که جنبه ی دکوراتیو و تزئینی رنگ ها رفته رفته کم رنگ تر و جنبه ی حفاظتی آن ها پر رنگ تر شد.

حتی در قرن ۱۹ به استثنای چند رنگدانه، مابقی مواد اولیه تولید رنگ همه منشا طبیعی داشتند. پس از یک قرن استخراج بی رویه ی ترکیبات نفتی و استفاده از آن ها در قرن ۲۱ مجددا گرایش ها به استفاده از مواد اولیه ی طبیعی است. معرفی خطوط تولید رنگ صنعتی Henry Ford نشان داد که به رنگ ها و پوشش هایی با دوام بیشتر، سرعت خشک شدن بالاتر و پوشش دهی سریع تر نیاز داریم. این امر منجر به گسترش رنگ های بر پایه سلولز شد که سریع خشک می شدند و برای افزایش سرعت عمل نیز اسپری ها جایگزین برس رنگ شدند.

پس از تولید نخستین رزین مصنوعی فنول – فرمالدهید در سال ۱۹۰۷، توسعه ی دیگر پلیمرها و رزین ها مانند رزین های وینیل، رزین های اوره، آلکیدها، رزین های آکریلیک، پلی اورتان ها، رزین های ملامین و رزین های اپوکسی در طول جنگ جهانی دوم و به خصوص پس از آن سرعت گرفت و انواع مختلفی از پوشش دهنده ها و پیوند دهنده ها تولید شدند. در سال ۱۹۱۹، تیتانیوم دی اکسید (یک ماده ی کلیدی در تولید پوشش دهنده ها تا به امروز) برای اولین بار در مقیاس تجاری وارد بازار شد. در طول این مدت بسیاری از رنگدانه های آلی و معدنی نیز تجاری شدند.

Stradanus_Color_Olivi_news
tubes

با رشد صنعت تقاضا برای رنگ ها نیز افزایش می یافت. تا اواسط قرن ۲۰ تمام پوشش دهنده ها و رنگ های تولیدی بر پایه ی حلال بودند. تا قبل از سال ۱۹۶۰ هیچ قانونی مبنی بر استفاده ی محدود از ترکیبات آلی فرار (VOC) وجود نداشت. رشد نرخ استفاده از پوشش دهنده های حاوی مقادیر زیادی از VOC منجر به انتشار زیاد این بخارات در جو و آلودگی ها و آسیب های محیط زیستی شد. به همین دلیل مردم به فکر ایجاد تغییراتی در فرمولاسیون  افتادند. افزایش نگرانی ها در مورد بهداشت و محیط زیست، و وضع قوانین جدید نوید بخش آغاز دوره ی جدیدی در صنعت رنگ و رزین بود.

برای کاهش استفاده از حلال های آلی در رنگ و پوشش دهنده ها شرکتهای تولید کننده با سه رویکرد فرمولاسیون خود را تغییر دادند؛

  • پوشش دهنده هایی با جامدات زیاد که اساسا بر پایه ی حلال هستند ولی از حلال کمتری استفاده می شود (در صورتی که از پیوند دهنده های با ویسکوزیته ی کم استفاده شود، امکان پذیر است)
  • پوشش های بر پایه آب که به جای بخش زیادی از حلال، آب استفاده می شود.
  • پوشش دهنده های پودری که حلال از آن حذف شده و به شکل پودر ارائه می شوند.

برای عملی کردن پیشنهادات به مواد اولیه ی جدید و روش های تولید جدید نیاز بود. برای پخت فرمولاسیون های کاملا جامد، پخت به وسیله ی اشعه ی UV پیشنهاد شد. امروزه از طیف وسیعی از رنگدانه های آلی، معدنی و خاص و رزین ها و پیوند دهنده های بر پایه ی آب و حلال در تولید استفاده می شود.

h3

حلال ها یا رقیق کننده ها از اجزای اصلی تشکیل دهنده ی رنگ های بر پایه حلال هستند. رنگ های بر پایه حلال با نام رنگ های بر پایه روغن نیز شناخته می شوند. رنگ های روغنی ترکیبی از حلال های آلی مختلف مانند آلیفاتیک ها، آروماتیک ها، الکل ها، کتون ها و حلال های گروه ۴۰۰ به عنوان رقیق کننده هستند. ۸۰ % رنگ ترکیبات جامدی مانند رنگدانه، پیوند دهنده و افزودنی ها هستند که در حلال آلی پراکنده شده اند. رنگ های بر پایه حلال به دلیل داشتن مقدار زیادی پیوند دهنده، به سرعت خشک می شوند. مهم ترین عیب این نوع رنگ، سمیت و بی ثباتی آن است.

اجزای تشکیل دهنده ی رنگ های بر پایه حلال 

pigment-yellowknifeoil
  • پیوند دهنده ها Binders :

پیوند دهنده ها یا بایندر ها مانند چسب رنگدانه ها را در کنار یکدیگر نگه می دارند و مسئول اتصال رنگ به بستر هستند. پیوند دهنده ها خود در حلال آلی توزیع می شوند. از جمله بایندرهای رایج در تولید رنگ، رزین های آلکیدی، رزین های آکریلیک، لاتکس، رزین های فنولی، پلی اورتان و رزین های اپوکسی هستند.

  • حلال ها Solvents:

به طور کلی حلال ها به دو منظور در تولید رنگ استفاده می شوند؛ که عبارتند از تولید رنگ، و سپس امکان توزیع آن بر روی بستر. در رنگ ها حلال ها نقش بسیار مهمی را در فرمولاسیون برای حل کردن رنگدانه ها و پیوند دهنده ها و ایجاد قوام مورد نظر دارند. در مواردی که حلال قادر به حل کردن پیوند دهنده ها نیست و تنها موجب کاهش ویسکوزیته می شود، با نام رقیق کننده از آن یاد می شود.

در رنگ های بر پایه آب، آب می تواند نقش حلال را برای برخی از اجزا ایفا کند ولی برای اجزای اصلی تشکیل دهنده ی فیلم رنگ نقش حلال نداشته باشد. این مطلب در رابطه با امولسیون رنگ های تزئینی صادق است. پس از استفاده از رنگ ها، حلال ها به دلیل داشتن سرعت تبخیر خوب ( فرار بودن) و به جهت تشکیل یک فیلم و پوشش از رنگدانه و پیوند دهنده بر روی بستر، تبخیر می شوند. در انتخاب حلال مناسب هر رنگ فاکتورهایی نظیر میزان حلالیت، بو، نرخ تبخیر، نقطه ی جوش، ماهیت شیمیایی، سمیت، اشتعال پذیری و قیمت نقش دارند. درجه ی اهمیت آن ها بسته به نوع کاربرد رنگ متفاوت است؛ اگر از رنگ در محیط های صنعتی استفاده شود مشکلات مربوط به بو، سمیت و اشتعال پذیری تا حدودی قابل کنترل هستند. در محیط های داخل و با تهویه پایین عدم سمیت و بوی ملایم حلال بسیار اهمیت دارد. ترخ تبخیر حلال های آلی با توجه به منطقه و محیط رنگ آمیزی نیز اهمیت دارد؛ در مناطق با رطوبت بالا باید از حلال های زود تبخیر و آبگریز بیشتری در فرمولاسیون استفاده کرد و در محیط های گرم و خشک از حلال های اصطلاحا ریتاردر Retarder که نقطه جوش بالا و دیر تبخیر هاستند استفاده می شود.

به طور کل حلال های آلی تعیین کننده نحوه اجرا و کیفیت محصول نهایی رنگ و پوشش دهنده است و انتخاب ترکیب درصد و نوع آن در فرمولاسیون پوشش دهنده نیازمند تخصص و تحقیق بسیار است.

به طور کلی حلال های مورد استفاده در رنگ سه دسته اند؛

حلال های فعال-Active solvents

این نوع حلال ها که معمولا متشکل از حلال های اکسیژن دار، کتونی، استری،… هستند قابلیت حل کردن رزین را به تنهایی دارند. این نوع حلال ها معمولا به دلیل سمیت، تبخیر بالا، قیمت بالا و … به تنهایی در فرمولاسیون استفاده نمی شوند. برای مثال حلال اتیل استات، متیل استات، متیل اتیل کتون MEK، بوتیل استات،… حلال های فعال هستند.

حلال های رقیق کننده-Diluents

این نوع حلال ها معمولا خواص شیمیایی خنثی ای دارند و با قیمت پایین در دسترس هستند. این نوع حلال ها معمولا ترکیبات آلیفاتیک نفتی با دامنه تقطیطر گسترده هستند. حلال های ویژه پالایشگاهی همچون حلال ۴۰۲، ۴۰۰، و وایت اسپریت از این دسته اند.

هم حلال ها یا CoSolvents

این نوع حلال ها معمولا در کنار دیگر حلال ها قابلیت حل کردن رزین را دارند، معمولا قیمت پایین تر، سمیت کمتر و بوی کمتری از حلال های فعال دارند. برای مثال متیل استات حلال فعال رزین های نیتروسلولزی است، از حلال متانول به عنوان هم حلال تا بیش از ۵۰% فرمولاسیون می توان استفاده کرد و همچنان رزین پایه نیتروسلولز را حل کرد.

در یک دسته بندی جزئی تر حلال های هیدرو کربنی به سه گروه حلال های هیدروکربنی آلیفاتیک، حلال های هیدروکربنی سیکلوآلیفاتیک، حلال های هیدروکربنی ترپن و حلال های هیدروکربنی آروماتیک تقسیم بندی می شوند.

  • حلال های آلیفاتیک Aliphatic Solvents

حلال های هیدروکربنی آلیفاتیک مخلوطی از نرمال پارافین، ایزو پارافین و سیکلو پارافین ها هستند که حلقه ی بنزنی ندارند. این حلال ها از طریق پالایش نفت خام در نقطه جوش خاص برش گیری می شوند و سپس برای دستیابی به رنگ و بوی ایده آل تصفیه می شوند. هیدروکربن های آلیفاتیک که هیدروکربن های پارافینی، نفتا و بنزین نیز نامیده می شوند، از نظر شیمیایی ترکیبات آلی اشباع شده ی بسیار پایداری هستند که معمولا مخلوطی از مولکول های راست زنجیر، زنجیره های شاخه دار و مقادیری سیکلوپارافین می باشند.

بوی کم، حلالیت ضعیف،  چگالی نسبی اندک و قیمت پایین از ویژگی های منحصر به فرد حلال های آلیفاتیک است. هیدروکربن های آلیفاتیک با توجه به بازه ی نقطه جوششان به سه گروه هیدروکربن های با نقطه جوش خاص، نفت بی بو و اترهای نفتی تقسیم می شوند. از هیدروکربن های با نقطه جوش خاص در تولید رنگ هایی که سریع خشک می شوند و پوشش دادن غوطه وری استفاده می شوند و نقطه اشتعال کمتر از ۲۱ درجه سانتی گراد دارند. مینرال اسپیریت ها یا حلال های نفتی رایج ترین حلال های آلیفاتیک در تولید رنگ هستند و نقش روغن خشک کننده در رزین آلکیدی روغنی بلند زنجیر را دارند. از نفتا عموما به عنوان رقیق کننده استفاده می شود.

حلال های آلیفاتیک به عنوان رقیق کننده برای توزیع پلیمرهای غیرآبی استفاده می شوند. آن ها انحلال پذیری خوبی برای روغن های معدنی، روغن های چرب (به جز روغن کرچک)، واکس ها و پارافین دارند. آن ها هم چنین می توانند لاستیک ها، پلی ایزوبوتن، پلی اتیلن مذاب، پلی بوتیل آکریلات، پلی بوتیل متاکریلات و پلی وینیل اترها را در خود حل کنند. با این حال اکثر پلیمرها، رزین های قطبی، مشتقات سلولزی و بیشتر پیوند دهنده ها در حلال های آلیفاتیک نامحلول هستند. رزین ها و پیوند دهنده های با قطبیت کم حلالیت بسیار کمی در حلال های آلیفاتیک در مقایسه با حلال های آروماتیک دارند.

  • هیدروکربن های سیکلو آلیفاتیک :

هیدروکربن های سیکلوآلیفاتیک با نام های نفتن ها یا سیکلو پارافین ها نیز شناخته می شوند. بیشتر خواص آن ها مانند میزان انحلال پذیری، بو و چگالی نسبی مابین هیدروکربن های آلیفاتیک و آروماتیک قرار دارد. استفاده از حلال های سیکلوآلیفاتیک در تولید رنگ کمتر از هیدروکربن های پارافین است. هیدروکربن های سیکلوآلیفاتیک انحلال پذیری بالایی برای چربی ها، روغن ها، روغن های اصلاح شده برای رزین های آلکیدی، روغن های اصلاح شده ی استایرن، رزین های آلکیدی، آسفالت، لاستیک و دیگر پلیمرها دارند. رزین های قطبی مانند رزین های اوره، ملامین و فنول فرمالدهید، رزین های سنتز شده ی محلول در الکل و استرهای سلولزی نامحلول هستند. سیکلوکربن های آلیفاتیک در بیشتر حلال ها محلول و در آب نامحلول هستند.

سیکلوهگزان یک حلال شفاف و بی رنگ با بویی مشابه به بنزین است که در بیشتر حلال های آلی به جز متانول، دی متیل فرمامید و حلال هایی با قطبیت مشابه محلول است. متیل سیکلوهگزان نیز مشابه با سیکلوهگزان است ولی فراریت کمتری دارد. ۱و۲و۳و۴-تتراهیدرونفتالن یا تترالین یک هیدروکربن آروماتیک-سیکلوآلیفاتیک است که یک مایع بی رنگ، با بویی مشابه به نفتالن، نامحلول در آب و محلول در اکثر حلال های آلی است. این ترکیب می تواند روغن ها، چربی ها، لینوکسین، لاستیک، واکس ها، آسفالت، قیر، فنول، نفتالن، ید، سولفور و … را در خود حل کند. در صنایع تولید رنگ، تولید کفپوش و کفش کاربرد دارد. آن هم چنین می تواند رزین کلوفان، رزین کوپال کنگو، رزین گلیپتال، رزین های کومارون، رزین های کتون- فرمالدهید و آمینوپلاست ها را در خود حل کند. آن می تواند خواص جریان پذیری خوبی به رنگ ببخشد و موجب درخشندگی، براقیت و صاف و نرم شدن فیلم رنگ شود. این ماده دچار خود اکسایش شده و بنابراین به عنوان یک حامل اکسیژن در روغن های خشک کن استفاده می شود. دکاهیدرونفتالن یک حلال بی رنگ با بویی تند، فراریت نسبتا زیاد و حلالیتی کمتر از تتراهیدرونفتالن است.

هیدروکربن های ترپن :

هیدروکربن های ترپن منشا گیاهی دارند و عموما از درخت کاج گرفته می شوند و به عنوان یک محصول جانبی در صنعت مرکبات به دست می آیند. حلال های مهم در این گروه تربانتین، دیپنتن و روغن کاج هستند که مخلوطی از هیدروکربن های ۱۰ کربنه غیر اشباع می باشند. آن ها قدیمی ترین نوع حلال های مورد استفاده در تولید رنگ هستند. حلال های ترپن فراریت خوبی در مقایسه با مینرال اسپیریت ها (حلال های نفتی) دارند ولی به دلیل قیمت بالا اهمیت تجاری خود را در سال های اخیر از دست داده اند. دی لیمونن یک حلال هیدروکربن ترپن است که در صنعت مرکبات به عنوان یک محصول جانبی به دست می آید. حلالیت بیشتر آن ها در مقایسه با هیدروکربن های آلیفاتیک، دامنه ی کوچکتری از نرخ تبخیر و انحلال پذیری و بوی شدید تر برخی از ویژگی های رایج این حلال است.

عمدتا از ترکیب آن ها با مینرال اسپیریت ها (حلال های نفتی) در رزین های آلکیدی و روغن های اکسیداتیو دارای پیوند عرضی برای بهبود جریان پذیری و براقیت استفده می شود.

  • حلال های آروماتیک :

هیدروکربن های آروماتیک از حلقه های بسته ی کربن تشکیل شده اند. رقیق کننده ی سلولزی نام دیگر آن ها است. عموما مخلوطی از چند حلال هستند و قادر به حل کردن رزین ها و پلاستیک های متنوع می باشند. در مقایسه با هیدروکربن های آلیفاتیک، هیدروکربن های آروماتیک انحلال پذیری بیشتری برای روغن ها، روغن کرچک، روغن اصلاح شده ی رزین های آلکیدی، روغن های اصلاح شده ی استایرن، رزین های آلکیدی، رزین های پلی استر اشباع، پلی استایرن، پلی وینیل اترها، استرهای پلی آکریلات و پلی متاکریلات، پلی وینیل استات، کوپلیمرهای وینیل کلراید، کوپلیمرهای وینیل استات و بسیاری دیگر از رزین های با قطبیت کم دارند. هیدروکربن های آروماتیک به عنوان رقیق کننده در محلول هایی از سلولز نیترات، سلولز استرها و اترها با حلال های مناسب مانند کتون ها و استرها استفاده می شود. لاستیک، پلی ایزوبوتن و پلی اتیلن مذاب در آن ها حل می شوند. پلی وینیل کلراید، پلی اتیلن جامد، پلی آمیدها و شلاک در آروماتیک ها نامحلول هستند.

 از تولوئن عمدتا در رنگ های لاکی سلولز نیترات، رنگ های گرما پخت بر پایه ی رزین های اوره فرمالدهید، ملامین فرمالدهید و فنول فرمالدهید، در رنگ های رزین آلکیدی و در رنگ های بر پایه ی لاستیک کلردار شده، پلی استایرن، پلی آکریلات ها یا پلی وینیل استات استفاده می شود. مخلوط تولوئن با استرها برای انحلال کوپلیمرهای وینیل کلراید و پلی وینیل کلراید پست کلرینه استفاده می شود. زایلن (مخلوطی از ایزومرهای اورتو، متا و پارا) عموما حاوی مقادیر کمی از تولوئن و مقادیر بیشتری از اتیل بنزن است. زایلن مهم ترین حلال آروماتیک در صنعت رنگ است. این ماده پلی وینیل استات را تنها در ترکیب با الکل ها یا گلایکول اترها میتواند در خود حل کند و سایر ویژگی های انحلال پذیری آن مشابه با تولوئن است. اتیل بنزن (فنیل اتان) ظاهری شفاف مانند آب و بوی مشخصی دارد. تقریبا در تمام حلال های آلی حل می شود و قابل اختلاط است ولی در آب نامحلول است. اتیل بنزن به عنوان یک حلال در صنعت رنگ کاربرد گسترده و اهمیت زیادی ندارد و کاربرد اصلی آن در تولید استایرن است. استایرن مایعی بی رنگ است که به عنوان حلال برای رزین های پلی استر غیر اشباع استفاده می شود. استفاده از استایرن در محصولات مانع از انجام واکنش پلیمریزاسیون در مدت زمان انبار داری می شود. در حال حاضر کشورهای آسیایی بزرگترین بازار برای حلال های آروماتیکی هستند. انتظار می رود که بازار جهانی حلال های معطر با نرخ رشد مرکب سالانه ۲۳/۵ درصد رشد کند و تا سال ۲۰۲۶ به عدد ۳۹/۱۰ میلیارد دلار برسد.

  • حلال های اکسیژن دار شده :

دامنه ی حلال های اکسیژن دار مورد استفاده در رنگ ها بسیار گسترده است و رایج ترین آن ها اترها، کتون ها، استرها، الکل های اتر و الکل های ساده است.

  • استرها :

استرها معمولا از یک اسید آلی یا معدنی در مواردی که حداقل یک گروه هیدروکسیل( OH – ) جایگزین یک گروه آلکیل (آلکوکسی) می شود، به دست می آیند. عموما استرها حاصل واکنش اسیدهای کربوکسیلیک و الکل ها هستند. استرهایی که به عنوان حلال استفاده می شوند، آلکیل استات ها، پروپیونات ها و استات های گلایکول اتر هستند. میزان فراریت آن ها برابر با کتون ها است. استرها حلالیت بالایی دارند ولی در مقایسه با کتون های با فراریت مشابه این حلالیت کمتر است. اتیل استات و نرمال ایزوبوتیل استات ها از محبوب ترین آن ها هستند.

 

  • الکل ها :

الکل ها که گاهی اوقات با نام شیمیایی اتانول شناخته می شوند، به عنوان رقیق کننده در تولید رنگ استفاده می شوند و میزان بازتاب نور را کنترل می کند. متانول از حلال های رایج در رنگ است.

  • کتون ها :

کتون ها طی فرآیند اکسیداسیون هیدروکربن ها تولید می شوند. کتون ها دارای یک گروه کربونیل هستند که به دو اتم کربن دیگر پیوند خورده است. آن ها دارای قدرت انحلال پذیری خیلی زیاد، بازه ی بزرگی از رنج تبخیر و بوی بسیار زیادی هستند. استون، متیل اتیل کتون (MEK)، متیل ایزوبوتیل کتون و ایزوفورون از جمله کتون های رایج در رنگ ها و پوشش دهنده ها هستند.

 

 

  • گلایکول اترها :

گلایکول اترها که عموما در تولید رنگ ها و تمیز کننده ها استفاده می شوند، گروهی از حلال ها بر پایه ی آلکیل اترهای اتیلن گلایکول هستند که عموما عملکردی مشابه اتر و الکل دارند. در بسیاری از موارد می توان آن ها را جایگزین پروپیلن گلایکول اترها کرد. این ترکیبات حلالیت و نقطه جوش بالا، و نرخ تبخیر متوسطی دارند.

  • رنگدانه :

رنگدانه ها ترکیبات جامدی هستند که در حلال های رنگ توزیع شده و یا محلول هستند. رنگدانه ها موجب ارتقا کیفیت رنگ، بهبود دوام، مقاومت و رنگ پذیری آن شده و از سطوح محافظت می کنند. می توان آن ها را به دو گروه رنگدانه های آلی و غیر آلی تقسیم کرد. برخی از رنگدانه های مناسب تولید هر رنگ در جدول زیر قابل مشاهده هستند.

  • افزودنی ها :

به ندرت پیش می آید رنگ های ساده که حاصل توزیع رنگدانه در پیوند دهنده و محلول در یک حلال هستند، رضایت بخش باشند. برای رفع این نقایص از افزودنی ها استفاده می شود. این افزودنی ها اجزای مهمی از رنگ هستند که برای انتقال برخی از ویژگی ها به آن اضافه می شوند. به طور مثال می توانند از ایجاد کپک جلوگیری کنند، ظرفیت جریان پذیری را افزایش دهند، دوام پوشش را افزایش و ظاهر آن را بهبود بخشند. در فرآیند تولید رنگ، چنانچه رنگ ها به درستی مخلوط نشده باشند، کف و حباب تولید می کنند که با استفاده از افزودنی ها حباب ها شکسته شده و بافت صاف و یکدستی در رنگ ایجاد می شود. برخی از شرکت ها و محققین با دانش فنی خود توانسته اند با ترکیب چند ماده به فرمولاسیونی منحصر به فرد از افزودنی ها دست یابند که با کدهای مختلف توسط خود شرکت نام گذاری می شوند. در جدول زیر برخی از افزودنی های تولید شرکت J&C Global Tech  با ذکر نام، کاربرد و ویژگی ها آورده شده اند :

درصد هر یک از اجزای تشکیل دهنده ی رنگ های بر پایه حلال در نمودار دایره ای زیر نشان داده شده اند :

با گذشت زمان و افزایش آلودگی های زیست محیطی استفاده از رنگ های بر پایه حلال کم رنگ تر شده و رنگ های بر پایه آب، پوشش دهنده های پودری و رنگ هایی که ۱۰۰ % پلیمریزه می شوند جایگزین آن ها شده اند. در اولین مرحله از تولید پوشش دهنده های پودری ممکن است از حلال ها استفاده شود که در مرحله ی بعد حلال جدا شده و بازیافت می شود. بنابراین هیچ خطری کاربر و محیط زیست را تهدید نمی کند.

دیاگرام مراحل تولید رنگ در تصویر زیر قابل مشاهده است :

تفاوت میان رنگ های بر پایه آب و رنگ های بر پایه حلال :

  • تفاوت در میزان براقیت و جلا
  • تفاوت در رنگ فیلم پوشش دهنده
  • تفاوت در میزان حساسیت به شرایط آب و هوایی
  • تفاوت در ویسکوزیته
  • تفاوت در رزین

بازار جهانی پوشش دهنده های بر پایه حلال :

در مورد بازار جهانی رنگ ها و پوشش دهنده های بر پایه حلال، پیش بینی می شود بازار این رنگ ها از عدد ۳۴/۲۹ میلیارد دلار در سال ۲۰۲۱ با نرخ رشد مرکب سالانه ۱۰/۸ درصد، به عدد ۳۸ میلیارد دلار در سال ۲۰۲۲ برسد. انتظار می رود بازار تا سال ۲۰۲۶ با نرخ رشد مرکب سالانه (CAGR)9/9 درصد رشد کند و به عدد ۵۵/۵۲ میلیارد دلار برسد. کمپانی هایی مانند Jamestown Coating Technologies رنگ های صنعتی بر پایه حلال تولید می کنند که در مقایسه با پوشش دهنده های بر پایه آب دوام بیشتری دارند. خشک شدن سریع این رنگ ها، آن ها را به گزینه ای مناسب برای استفاده در محیط های مرطوب تبدیل می کند و به رشد بازار جهانی کمک می کند.

پیش بینی ها حاکی از آن است که بازار جهانی حلال ها از ۸/۲۱ میلیارد دلار در سال ۲۰۲۰ با نرخ رشد مرکب سالانه ۶/۶ درصد رشد کند و به ۳۰ میلیارد دلار در سال ۲۰۲۵ برسد. این روند رو به رشد بازار، نتیجه ی تقاضای زیاد از سوی صنایع تولید کننده ی محصولات مراقبت شخصی، تمیز کننده های سطوح، رنگ ها و پوشش دهنده ها، ترکیبات شیمیایی وابسته به صنعت کشاورزی و صنعت ساختمان، خودرو سازی، کشتی سازی و هواپیما سازی است. در سال های جاری شیوع ویروس کووید در تامین مواد اولیه ی تولید حلال ها اختلال ایجاد کرده و موجب کاهش نرخ رشد آن شده است. از میان کشورهای جهان بیشترین کاهش قیمت و رکود در کشورهای آمریکا، کانادا، ایتالیا و اسپانیا مشاهده شد. چین یکی از بزرگترین تولیدکنندگان و مصرف کنندگان حلال در جهان است و آسیا و اقیانوسیه حدود ۵۸ % از بازار جهانی را تشکیل می دهند.

سهم هریک از حلال ها در بازار جهانی در نمودار زیر به تفکیک قابل مشاهده است :

شرکت های پیشتاز در تولید پوشش دهنده های بر پایه حلال در بازار جهانی عبارتند از :

  • .Inver S.P.A
  • AkzoNobel
  • NEI Corporation
  • Sherwin-Williams
  • Royal Dutch Shell
  • Celanese Corporation
  • The Dow Chemical Company
  • Eastman Chemical Company
  • Laviosa Chimica Mineraria SpA
  • .LyondellBasell Industries Holdings B.V
  • .Williams Hayward Protective Coatings Inc
  • BASF
  • PPG
  • Henkel
  • Solvay
  • Valspar
  • ۳M
  • HB Fuller
  • Arkema SA
  • Clariant AG
  • Exxon Mobil
  • INEOS