افزودني هاي رنگ زا در پلاستيک ها

[مونـا]

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 .

[مونـا]

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 ( 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 .

[مونـا]

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 .

[مونـا]

پيگمنت هاي آلي ( organic pigments ) :

پيگمنت هاي آلي ، گستره ي وسيعي از لحاظ پيچيدگي ساختاري دارند . که ساختار اين مواد مي تواند به سادگي کربن بلک و يا به پيچيدگي ساختار چهارتايي پيگمنت هاي فتالوسيانين ( phthalocyanine pigments ) باشد . (شکل1)

استفاده از پيگمنت هاي آلي در آلياژها و آميخته هاي پليمري به سرعت در حال افزايش است که اين افزايش نتيجه اي از ديدگاه کاهش مصرف فلزات سنگين است .
به طورنمونه ، دوام رنگي پيگمنت هاي آلي 10 ـ 20 بار بيشتر از رنگ هاي غيرآلي مورد مقايسه است و اين به خاطر اين است که رنگ هاي آلي ذرات کوچکتري نسبت به رنگ هاي غيرآلي دارند .

( گستره ي اندازه ي ذرات رنگ هاي آلي در حد 0/05 ميکرون است ) به عبارت ديگر ، اندازه ي ذرات کوچکتر قابليت توليد رنگ هاي شفاف را فراهم کرده است . و به عبارتي ، اين بدين معني است که پيگمنت هاي آلي معمولاً مشکلات بسياري براي پراکنده شدن در جسم دارند . همچنين پيگمنت هاي آلي از نوع غيرآليشان گران تر هستند ولي به دليل توانايي داخلي اين پيگمنت هاي آلي ، آنها در بعضي مواقع از لحاظ اقتصادي به صرفه تر هستند .
به طور عمومي ، تحقيقات انجام گرفته به وسيله ي ما نشان مي دهد که جايگزيني پيگمنت هاي حاوي فلزات سنگين باپيگمنت هاي آلي منجر به افزايش قيمت رنگ کردن مي شود . يکي ديگر از جوانب استفاده از پيگمنت هاي آلي ، پتانسيل واکنش اين مواد با رزين ها است . بسياري از پيگمنت هاي آلي داراي 0 = c ( گروه کربونيل ) به عنوان گروه رنگي مولکولي هستند . ( کلاً ساختار مولکول به صورتي است که باعث جذب نور در ناحيه ي مرئي مي شود ) رزين هاي پلي آميد عوامل کاهنده ي ضعيفي هستند که مي توانند گروه هاي کربونيل را به گروه هاي هيدروکسيل تبديل کنند . اين واکنش در اغلب موارد باعث تخريب گروه رنگي مولکول و از بين رفتن کامل رنگ مي شود . از اين رو نگراني در انتخاب پيگمنت هاي آلي هنگامي که مي خواهيم آلياژها و آميزه هاي پايه پلي آميدي را رنگ کنيم وجود دارد .


کربن بلک ( carbonblack ) :

پيگمنت هاي کربن بلک معمولاً با يکي از دو روش توليدي به دست مي آيند . بيشتر کربن بلک مورد استفاده ، به وسيله ي کاهش نفت خام به کربن و درطي فرآيند کوره اي در دماي بالا به دست مي آيد . از آنجا که مقدار کمي از هيدروکربن هاي آروماتيک چند هسته اي سرطان زا در محصول که بن توليدي به وسيله ي کوره و به صورت محصول فرعي به وجود مي آيد . بنابراين از اين دوده ي کوره براي توليداتش که به صورت مستقيم با مواد غذايي در ارتباطند ، استفاده نمي شود . فرآيند توليد کربن بلک از گاز طبيعي که در دماي پايين تري اتفاق مي افتد ، موجب توليد پيگمنت هايي مي شود که سالم تر بوده و توانسته اند از اداره ي کل غذا و داروي آمريکا ( FDA ) مجوز بگيرد . اين پيگمنت هاي توليدي را channel black مي نامند که قيمت بسيار بالايي نيز دارد . گستره ي شدت کربن بلک از گريدهاي با ثبات پايين ( انواع کاربردي با ابعاد 0/06 ميکرون ) تا گريدهاي با ثبات بالا ( با ابعاد کمتر از 0/015 ميکرون است .
که اين ماده داراي گريدهاي رسانا نيز هست . چندين گريد از کربن بلک با اندازه ي ذرات تقريباً 0/02 ميکرون وجود دارد . که تنها با افزودن 2pph از اين ماده به هر نوع ماده ي پلاستيکي ، خواص مقاومتي در برابر هوازدگي پلاستيک در حد عالي بهبود مي يابد . خواص کربن بلک به صورت خلاصه در جدول 2 آمده است . ( Table2.organic pigments )

جدول شماره 2

[مونـا]

پيگمنت هاي فتالوسيانين ( phthalocyanine pigments ) :



نيازمنديهاي يک فرد فرموله کننده در ناحيه ي آبي ـ سبز درطيف رنگي ، به وسيله ي پيگمنت هاي فتالوسيانين به خوبي برآورده مي شود . اين پيگمنت ها همچنين يکي از بهترين پيگمنت ها از لحاظ قيمت براي کاربردهاي صنعتي است . به عنوان يک گروه ، اين پيگمنت ها که به صورت موفقيت آميز در يک آزمايشگاه تحقيقاتي ICI ، توليد شد ، خواص مشترک زير را دارند :

1 ـ قيمت پايين
2ـ دوام بالا
3 ـ تميزي و درخشندگي
4 ـ ثبات نوري عالي
5 ـ خواص مقاومتي خوب تا عالي در برابر هوازدگي
6 ـ شفافيت
7 ـ داشتن گواهينامه براي استفاده در محصولاتي که به صورت مستقيم با مواد غذايي در ارتباطند ( به جز استثناء )

تعدادي ديگر ازخواص اين پيگمنت ها در جدول 2 آمده است :
ساختاري که در شکل (1) مشاهده مي کنيد . ترکيب مادر پيگمنت هاي فتالوسيانين است . سيستم حلقه ي غيرقابل تغيير ( بدون اتم هاي هالوژن ) موجب ايجاد پيگمنت هاي آبي رنگ مي شود که داراي 2 حالت کريستالي است . اين دو حالت کريستالي آلفا ( قرمز تيره ) و فرم بتا(B) نام دارد . پيگمنت هاي تجاري عموماً داراي چند جانشيني کلر ( cl ) هستند ، که اين جانشيني ها موجب ايجاد پايداري گرمايي اضافه مي کنند . کلردار شدن سيستم حلقه ، باعث به وجود آمدن پيگمنت هاي سبز مايل به آبي مي شود . در آزمايشات انجام شده بر روي اين پيگمنت ها ، فهميده شد که اين نوع رنگ بيشترين پايداري گرمايي را در بين پيگمنت هاي آلي ( و حتي کربن بلک ) دارد . جايگزيني تعدادي از جانشيني هاي کلر با اتم هاي برم ( Br ) موجب ايجاد رنگ سبز تيره ي مايل به زرد مي شود . مشکلات عمده که در رابطه با استفاده از پيگمنت هاي فتالوسيانين در آميزه هاي پليمري و آلياژهايشان ايجاد مي شوند عبارت اند از :

1 ـ رنگ هاي آبي فتالو ( Phthalo blues ) درپلي استيرن به صورت اندکي حل مي شوند و اين امر باعث بروز مشکلاتي در هنگام کنترل فرايند رنگرزي مواد با پايه ي استيرن مي شود .
2 ـ همه ي پيگمنت هاي فتالو ( phthalo pigments ) ممکن است به عنوان هسته زا در رزين هاي کريستالي عمل کنند و اين مساله باعث ايجاد شرنيکج ( shrin kage ) و وارپيچ ( war page ) کنترل نشده در قطعه مي شود . و بايد از اين مواد با دقت فراواني در مواد کريستالي استفاده شود .

( توجه : پيگمنت هاي سبز فتالو بيشترين تاثير را ايجاد مي کنند ) .

پيگمنت هاي کويناکرايدون ( Quinacridone pigment ) :



اين نوع پيگمنت ها اولين بار در سال 1958 به صورت تجاري در آمدند . پيگمنت هاي QA ( کونيا کرايدون ) به سرعت در صنعت پوشش دهي ( Coating industry ) به عنوان جايگزيني براي پيگمنت هاي داراي فلزات سنگين ، استفاده شد . علت استفاده از اين پيگمنت ها خواصي چون دوام بالا ، ثبات نوري خوب ، خواص هوازدگي و قيمت معمولي است . در شکل 2 ساختارهاي سه نمونه از متداول ترين نوع از پيگمنت هاي مورد استفاده در صنعت پلاستيک نشان داده شده است . برخي از خواص اين پيگمنت ها در جدول 2 آمده است اين پيگمنت ها در گستره ي رنگهاي قرمز و بنفش قرار دارند .

پيگمنت بنفش 19 ( pigment violet ) حالت پلي مورفيک ( چند ريختي ) دارد و مي تواند به صورتي ساخته شود که رنگ آبي تيره ( در نوع کريستالي بتا ) توليد کند . ( که در واقع اين رنگ آبي مانند رنگ بنفش تيره ي مايل به قرمز است ) . اين پيگمنت همچنين در صورتي که در حالت کريستالي گاهاً ساخته شود ، مي تواند رنگ زرد تيره توليد کند . ( که در واقع اين رنگ زرد تيره مانند رنگ قرمز کم رنگ است ) با تنظيم اندازه ي ذرات پيگمنت هاي QA ، توليد کنندگان مي توانند گستره ي رنگ هاي قرمز تا بنفش تيره را توليد کنند .
پيگمنت دي کلره ي QA ( Pigment red 202 ) ، يک نوع پيگمنت قرمز روشن است که به نظر مي رسد کاربرد وسيعي در رزين هاي مهندسي و آميزه هاي شان دارد .
اين پيگمنت بالاترين پايداري گرمايي ( بالاتر از 550 فارنهايت ) را دارد و کمترين تمايل به حل شدن درطي پروسه ي ذوب کردن را دارد . البته اشکال اين پيگمنت اين است که هنوز مشخص نشده که آيا مي توان از اين پيگمنت در مصارفي که با غذا در ارتباط است ، استفاده کرد يا نه ؟
ديگر انواع پيگمنت هاي QA مخصوصاً پيگمنت بنفش 19 در مواد با پايه ي پلي استيرن حل مي شوند و نتيجه ي اين انحلال ، ايجاد رگه هاي فلئورسنت در داخل قطعه مي شود .

[مونـا]

مشاهدات ما بر اين نکته دلالت دارد که اين خاصيت درپلي اتيلن کرفتالات ( PET ) نيز رخ مي دهد . پيگمنت هاي QA باپلي آميد نيز واکنش مي دهند ، که اين واکنش موجب کاهش عوامل رنگ زا و کم شدن شدت رنگ مي گردد . بنابراين اين پيگمنت ها براي آلياژها و آميزه هاي پايه پلي آميدي ( PA ) مناسب نمي باشند .


پيگمنت هاي پريلن ( Perylene pigments ) :

اين پيگمنت ها داراي حلقه ي ساختاري هستند که در شکل (3) نشان داده شده است .

پيگمنت هاي پريلن گروهي را تشکيل مي دهند که اعضاي آن دوام نوري و گرمايي بالايي دارند . اين پيگمنت ها ، رنگي در ناحيه ي قرمز از طيف ايجاد مي کنند . به طور کلي اين پيگمنت ها با سختي بيشتر و هزينه ي بيشتري نسبت به رنگ هاي قرمز و بنفش QA يکنواخت و پايدار مي شوند . در چندين دهه ي گذشته ، پرلين ها ، به طور وسيع در پوشش هاي خودرو مورد استفاده قرار گرفته اند و در نتيجه اين رنگ ها به طور روز افزون در قطعات پلاستيکي اتومبيل ها استفاده مي شوند . به دليل پايداري گرمايي بيشتر ، پرلين ها را مي توان درطيف وسيع تري از آميزه ها و آلياژهاي پليمري ، نسبت به پيگمنت هاي QA به کار برد . به هر حال مانند پيگمنت هاي QA ، اين رنگ ها نيز براي مواد پوشش دهنده ي رزين هاي پلي آميد توصيه نشده است .



ديگر پيگمنت هاي آلي پر کاربرد ( Other high performance organic pigments ) :

در جدول 2 ليستي از ديگر رنگ هاي آلي پرکاربرد آورده شده است که به صورت موفقيت آميز در آميزه ها و آلياژهاي پلاستيکي استفاده مي شوند . از اين گروه پيگمنت هاي تراکمي ثابت شده ( disazo condensation pigments ) ، بيشتر مورد توجه هستند که علت آن اجازه ي استفاده از اين پيگمنت ها در کاربردهايي است ، که با مواد غذايي در ارتباط هستند . البته بنابر گزارشات رسيده اين نوع پيگمنت ها موفقيت خاصي در رنگرزي پلي آميد 6/6 نداشته اند .
رنگ ها ( Dyes ) :

به دليل اينکه رنگ ها ( Dyes ) در داخل زمينه ي رزين و در طي فرآيند ذوب حل مي شوند ، مشکلي از لحاظ مساله ي يکنواختي و پخش شدگي نداريم . به عنوان يک قانون ! رنگ ها محدوديت حل شدن زيادي در رزين هاي پلي اولفين ( polyolefin resins ) دارند . پس بايد از استفاده ي آنها در آميزه ها و آلياژهاي حاوي پلي اولفين اجتناب کرد . تعدادي از خصوصيات مشترک رنگ هاي پر کاربرد به صورت زير است :

1 ـ شفافيت
2 ـ دوام رنگي عالي
3 ـ سهولت در يکنواخت سازي
4 ـ ثبات نوري عالي در رنگ هاي شفاف




به عبارت ديگر ، رنگ هاي پرکاربرد گران هستند ، ثبات رنگي خوبي دارند و عموماً تنها در هنگامي ثبات رنگي ضعيفي دارند که رنگ مورد استفاده حالت مات داشته باشد . به علاوه ، رنگ ها مي توانند باعث بروز اثرات نامطلوب بر روي مواد پلاستيکي شوند که اين اثرات شامل موارد زير است :
1 ـ رنگ ها مي توانند مانند نرم کننده عمل کرده و خواص گرمايي پلاستيک را کاهش دهند .
2 ـ رنگ ها ممکن است با مواد پلاستيکي واکنش دهند . براي مثال بعضي از گريدهاي رنگ حلال زرد 163 ( Dyes solvent Yellow 163 ) ، داراي يون هاي کلر مازاد هستند .


که بر اساس همين نمي توان از اين نوع رنگ در پلي کربنات استفاده کرد .
( يون هاي کلر واکنش تخريبي پلي کربنات را افزايش مي دهند ) .
دو گروه عمده از رنگ هاي مورد استفاده در رنگرزي مذاب مواد پليمري عبارت اند از :
1 ـ آنتراکينون ها ( Anthraquinones )
2 ـ پرينون ها ( Periones )
اين دو گروه عمده رنگ ها ، يک گستره ي کامل از رنگ هاي زرد تا بنفش را ارائه مي دهند همچنين اين رنگ ها براي رنگ آميزي آلياژها و آميزه هاي پلي آميدي نيز مناسب هستند .



آنتراکينون ها ( Anthraquinone Dyes ) :

رنگ هاي آنتراکينوني بر اساس ساختاري ايجاد شده اند که در شکل (4) ديده مي شود . خواص کليدي و مهم اين گروه در جدول 3 آورده شده است . اکثر رنگ هاي آنتراکينوني ، پايداري گرمايي کافي براي استفاده شدن در پلي کربنات و پلي استرترموپلاست را دارند . به هرحال ، همانگونه که در جدول 3 بيان شده است ، تعداد کمي از اين رنگ ها براي رزين هاي پلي آميدي و آلياژها و آميزه هايش مناسب هستند . حتي در مورد اين رنگها نيز بايد احتياط هاي لازم را انجام داد . اين مشاهده شده است که مواد پلي آميدي که با رنگ آنتراکينوني قرمز ، رنگ شده اند ، پس از گذشت زمان به صورت آهسته تغيير رنگ داده اند و آبي رنگ شده اند.يک فرضيه ي احتمالي براي اين تغيير رنگ اين است که ماده ي پلي آميدي رطوبت را به خود جذب کرده و رطوبت عامل تغيير رنگ شده است .

جدول شماره 3



رنگ هاي پرينوني ( Prinone Dyes ) :
شکل 5 نشان دهنده ي ساختار سولونت ارانژ 60 ( solvent orange60 ) است . اين رنگ از جمله رنگ هاي پرنيوني است . خواص 3 نوع مهم از رنگ هاي پرنيوني در جدول 3 آورده شده است . رنگ هاي S060,SR135 ، استفاده ي زيادي در رزين هاي مهندسي دارند ، که از هر دوي اين رنگ ها در عدسي هاي مورد استفاده در صنعت اتومبيل سازي ، استفاده مي شود . از SR135 براي رنگ کردن چراغ قرمز عقب ( tail-light-red) اتومبيل ها ( هر دو نوع اکريليکي و پلي کربناتي ) استفاده مي شود .

از رنگ نارنجي SO در چراغ هاي کهربايي پارکينگ ها ( Parking light amber ) استفاده مي شود . که هر دوي اين رنگ ها به خاطر پايداري گرماييشان ، کاربردهايي متنوعي در آلياژهاي مهندسي و آميزه ها به دست آورده اند .
SR135 باپ لي آميد واکنش مي دهد و براي کاربردهايي که داراي نايلون 6 يا 6/6 هستند توصيه نمي شود . به تازگي ، همچنين توليد کننده ها ترجيح داده اند که از SR179 استفاده کنند . SR179 ، يک پرنيون باپايداري گرمايي ممتاز است و دوام بهتري نسبت به SR135 دارد . اين رنگ رفتار بسيار خوبي در پلي آميد 6 و پلي آميد 6/6 ( حتي در زير فشارهاي برشي ناشي از قالب گيري تزريقي ) دارد .





رنگ هاي فلئورسنت ( Fluoresent Dyes ) :

عوامل رنگ زاي فلئور سنت انرژي ناحيه ي UV نزديک را به طول موج نورمرئي تبديل مي کند . در واقع اين رنگ ها ، نور UV نزديک را گرفته و به طول موج نورمرئي تبديل مي کنند که نتيجه ي آن اين است که اجسام رنگ شده با اين رنگ ها نور بيشتري نسبت به نور دريافتي از خود ساتع مي کنند . اين به نظر مي رسد که اين مواد به واسطه ي نور تابيده شده درطي روز به آنها ، مي درخشد . رنگ هاي فلئورسنت به صورت وسيع در صنعت بسته بندي و براي جلب توجه مصرف کننده ، استفاده مي شوند . اکثر رنگ هاي فلئورسنت ( از لحاظ وزني ) براي توليد پيگمنت هاي فلئورسنت استفاده مي شوند ، که اين پيگمنت ها نيز با مقدار 5 ـ 2 درصد در يک حاصل اليگومر حل مي شوند . سپس اين حامل ها نيز باپلي اولفين هايي مانند HDPE ( براي بطري ها ) و PPRO ( براي درپوش ها ) همساز مي شوند . تعدادي از گريدهاي اين پيگمنت ها ، پايداري کافي براي همراه شدن با آلياژها و آميزه هايي که برپايه ي رزين هاي اولفيني يا استيرني هستند ، را دارند .
به هرحال يک زير گروه کوچک از اين رنگ ها ، پايداري مورد نياز براي رزين هاي مهندسي و آلياژها و آميزه هايشان را دارند . از طرف ديگر ، کسي نمي تواند از پايداري گرمايي به تنهايي به عنوان يک راهنما براي انتخاب رنگ فلئور سنت مناسب با يک ماده ، استفاده کند ؛ در واقع واکنش پذيري شيميايي وضعيت را متفاوت مي کند . براي مثال SO63 براي پلي آميدها مناسب نيست . ساختار سولونت گرين 5 ( SOLVENT GREEN 5 ) که يک زرد کم رنگ است ، درشکل 6 نشان داده شده است .

همچنين خواص سه نوع متداول از رنگ هاي فلئورسنت پرکاربرد در جدول 3 آمده است . همه ي رنگ هاي فلئورسنت براي کاربردهاي با گرماي بالا مناسبند و همگي داراي ثبات رنگ هستند و توليد رنگ هاي پر رنگ و سير مي کنند . همه ي اين رنگ ها قيمت بسيار سرسام آوري دارند . اين گستره ي قيمتي بين 75 الي 125 دلار بر واحد پوند ، متغير است .
برخي از انواع خاص اين رنگها که داراي درخشندگي شگفت آوري هستند ، قيمت تقريبي 3000 دلار بر واحد پوند دارند . با توجه به قيمت بالاي رنگ هاي فلئورسنت ، چه چيز باعث مي شود که يک توليد کننده از اين رنگ ها براي رنگرزي محصولات پلاستيکي ، استفاده کند ؟!
در جواب اين سوال بايد گفت که در اغلب موارد ، موادي که رنگ مي شوند ، بسيار مات هستند و حالت کدري ذاتي در آنها به وجود مي آيد . و در اغلب موارد نيز تنها وسيله اي که به واسطه ي آن اين خواص ذاتي بهبود مي يابد و رنگ ايجاد شده تميز و درخشنده مي شود ، استفاده از رنگ هاي فلئورسنت در آنهاست .



راسخون