في تركيبات الدهانات المائية، تُعدّ المادة الأساسية المكوّن الرئيسي الذي يُشكّل طبقة الدهان ويُحدّد أدائها. عند تصميم التركيبة، يجب زيادة كمية الراتنج المائي إلى أقصى حد، بحيث تُشكّل ما بين 60 و70% من الحجم، لضمان أعلى محتوى ممكن من عوامل تكوين طبقة الدهان الفعّالة. وهذا يضمن طبقة دهان أكثر سُمكًا وكثافةً من طبقة واحدة.

راتنجات أكريليك مائية

تُستخدم مستحلبات الأكريليك على نطاق واسع في مختلف مجالات صناعة الطلاء، وذلك بفضل تنوعها ومقاومتها للعوامل الجوية.

تُنتج مستحلبات الأكريليك المائية عن طريق بلمرة مستحلبات مونومرات الفينيل، وخاصة مونومرات الأكريلات. وتُضاف مواد مختلفة، مثل المستحلبات والمثبتات ومنظمات الرقم الهيدروجيني، أثناء عملية البلمرة، مما يجعل النظام معقدًا للغاية.

تتميز أغشية الطلاء المصنوعة من مستحلبات الأكريليك المائية بمقاومة جيدة للعوامل الجوية، وهي أقل عرضة للاصفرار، ولها صلابة عالية ولمعان جيد.

في السنوات الأخيرة، ومع التطور المستمر لتقنيات بلمرة مستحلبات الأكريليك المائية، والبلمرة متعددة الأطوار، وتقنية الغلاف واللب، وتقنية الربط الذاتي، واستخدام المواد الفعالة سطحياً البوليمرية، تحسنت خصائص مستحلبات الأكريليك المائية بشكل ملحوظ. وقد أدى ذلك إلى توسيع نطاق استخدامها لتلبية احتياجات مختلف ظروف البناء والاستخدام. وحالياً، امتد استخدام مستحلبات الأكريليك المائية ليشمل التطبيقات الصناعية ذات متطلبات الأداء العالية.

تشتتات البولي يوريثان

تُعد مواد البولي يوريثان مصطلحًا عامًا لفئة من المركبات الجزيئية الكبيرة التي تحتوي على هياكل اليوريثان في تركيبها الجزيئي، والتي يتم إنتاجها عادةً عن طريق تفاعلات الإضافة المتعددة لثنائي إيزوسيانات والبوليولات.

تحتوي بوليمرات البولي يوريثان على مجموعات وظيفية قطبية تُتيح التشابك الفيزيائي، بالإضافة إلى أجزاء غير قطبية ومرنة. وعند استخدامها بالشكل الأمثل، يمكن لمجموعاتها الوظيفية القطبية أن تخضع لمزيد من التشابك الكيميائي. تُكسب هذه الخصائص الجزيئية مواد البولي يوريثان قوةً ومتانةً ومقاومةً عاليةً للمذيبات.

باعتباره مادة عالية القوة ومقاومة للعوامل الجوية وذات قوة التصاق عالية، فقد تم استخدام البولي يوريثان على نطاق واسع في صناعة الطلاء.

استنادًا إلى نوع الإيزوسيانات المستخدم في تحضير البولي يوريثان، يمكن تقسيم مستحلبات البولي يوريثان والدهانات المقابلة لها إلى فئتين رئيسيتين: أليفاتية وعطرية. تتميز أغشية الدهانات الأليفاتية بمقاومة ممتازة للعوامل الجوية وخصائص مقاومة للاصفرار؛ أما البولي يوريثانات العطرية المائية فتُستخدم في الغالب لدهانات الديكور الداخلي.

تُصنّف مستحلبات ومشتتات البولي يوريثان أيضًا وفقًا لحجم الجسيمات الناتجة عن عملية البلمرة. تستخدم مشتتات البولي يوريثان المائية عملية فريدة لتشتيت جسيمات البولي يوريثان في الماء، مما يُتيح تكوين طبقة رقيقة باستخدام الماء كناقل. وكما هو الحال في آلية تكوين الطبقة الرقيقة للمستحلبات الأخرى، يعتمد تأثير تكوين الطبقة الرقيقة على قدرة البوليمرات على التداخل بين الجسيمات.

لزيادة النفاذية، يجب أن تتمتع سلاسل جزيئات البولي يوريثان بمرونة كافية وسيولة جيدة؛ كما يجب أن تكون جزيئات المستحلب صغيرة قدر الإمكان، مما يزيد من مساحة التلامس بينها ويقلل من مسافة انتقال البوليمرات. تتميز مستحلبات البولي يوريثان المائية عادةً بأحجام جزيئات نانوية، وتكون شبه شفافة أو شفافة تمامًا، وتُعدّ من أفضل مواد أساس الطلاء المائي. يُشار أحيانًا إلى مستحلبات البولي يوريثان المائية باسم المستحلبات النانوية لتمييزها عن المستحلبات العادية ذات اللون الأبيض.

الستايرين

السبب الرئيسي لإضافة هذا المونومر إلى مستحلبات البولي أكريلات هو قدرته على توفير درجة حرارة انتقال زجاجي عالية (Tg)، مما يُحسّن صلابة الغشاء؛ وسبب آخر هو التكلفة. يُستخدم الستايرين على نطاق واسع في صناعة التغليف، وهو أحد أهم وأكثر منتجات التكرير نضجًا في صناعة البترول. سعره منخفض ولكنه شديد التأثر بالتقلبات الاقتصادية الكلية.

ومع ذلك، فإن إدخال الستايرين، خاصة عندما يتجاوز محتواه 15٪ من إجمالي المونومرات، يمكن أن يكون له أيضًا العديد من الآثار السلبية على خصائص تكوين الطبقة للدهانات المائية.

أولًا، تفتقر سلاسل البوليمر المحتوية على الستايرين إلى المرونة، مما يجعلها تظهر على المستوى العياني كطبقة صلبة ولكنها غير متينة في الدهانات المائية. ثانيًا، تمتص حلقات البنزين في الستايرين الأشعة فوق البنفسجية. فعندما يكون محتوى المونومر مرتفعًا، تتسبب الأشعة فوق البنفسجية التي تمر عبر حلقات البنزين المتجاورة في حدوث تفاعل قص في سلسلة البوليمر، مما يجعل طبقة الطلاء المائية هشة، ويقلل من لمعانها، ويقصر عمرها الافتراضي. كما يحدد تركيب الستايرين مدى انجذابه للعديد من المذيبات العضوية، وتختلف مقاومة طبقات الطلاء المائية للمذيبات اختلافًا كبيرًا عن الراتنجات الأخرى.

مونومرات الأكريليك

توجد أنواع عديدة من مونومرات الأكريلات، تختلف خصائصها وأسعارها اختلافًا كبيرًا. يُعدّ مونومر بوتيل أكريلات الأكثر شيوعًا في الصين، فهو الأقل تكلفة، ويستخدمه معظم مصنّعي المستحلبات مع الستايرين لإنتاج مستحلبات طلاء جدران رخيصة الثمن. وتتمثل وظيفته في إضفاء المرونة على طبقة الطلاء المائية.

نظرًا لأن السلسلة الرئيسية لبوليمرات الأكريلات لا تحتوي على مجموعات أخرى غير مجموعات الإستر، فإن كلًا من السلسلة الرئيسية وسلاسل الإستر الجانبية تتمتع بمرونة جيدة، مما يؤدي إلى انخفاض صلابة طبقة الطلاء المائي. ورغم أن هذا النوع من مستحلبات البولي أكريلات يُعد خيارًا مناسبًا لطلاء الجدران الداخلية والخارجية، إلا أن أداءه غير كافٍ لطلاء الأخشاب، التي تتطلب صلابة ومتانة عاليتين.

مونومرات الميثاكريلات

تُمثل مونومرات الميثاكريلات تحسناً ملحوظاً في الأداء مقارنةً بمونومرات الأكريلات. فبسبب احتواء بوليمرات الميثاكريلات على مجموعات ميثيل في سلسلتها الرئيسية، تُحدّ هذه المجموعات من حركة السلسلة الرئيسية، مما يزيد من صلابتها. وفي الوقت نفسه، تُضفي السلاسل الجانبية الإسترية مرونةً، مما يُحقق توازناً مثالياً بين الصلابة والمتانة في مونومرات الميثاكريلات. على سبيل المثال، يُعرف بولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA) باسم زجاج الأكريليك. ونظراً لغياب حلقات البنزين، تتمتع مونومرات الميثاكريلات بمزايا كبيرة على مونومرات الستايرين من حيث مقاومة الأشعة فوق البنفسجية، والمتانة، ومقاومة المذيبات.

باختصار، يتمتع مصنّعو راتنجات الأكريليك المائية بخيارات واسعة من المونومرات، مما يسمح لهم بتغيير ليس فقط أنواعها، بل أيضًا نسبها وتراكيبها. عند اختيار مستحلبات الأكريليك المائية، ينبغي على مصنّعي الطلاءات المائية عدم الاكتفاء بمصطلحات عامة مثل "أكريليك نقي" أو "ستايرين-أكريليك"، بل عليهم استخدام الأداء الفعلي لراتنج الأكريليك المائي وتركيبته كمعيار أساسي.

في تركيبات الدهانات المائية، يُعدّ المُرَكِّب الرابط عنصرًا أساسيًا في تكوين طبقة الدهان وتحديد أدائها. عند تصميم التركيبة، ينبغي زيادة كمية الراتنج المائي قدر الإمكان، لتُشكّل ما بين 60 و70% من الحجم، وذلك لضمان أعلى تركيز ممكن من المواد الفعّالة المُكوِّنة لطبقة الدهان. هذا من شأنه أن يضمن الحصول على طبقة دهان أكثر سُمكًا وكثافةً في طبقة واحدة.