الراتنجات الأمينية في صناعة الطلاء

نبذة تاريخية

الخشب هو أحد أقدم مواد البناء وأكثرها بدائية في الطبيعة التي استخدمتها البشرية عبر التاريخ ، وهو مادة البناء الوحيدة التي يمكن الحصول عليها من مصدر متجدد.

من أهم استخدامات الخشب يمكن أن نذكر على سبيل المثال، في صناعة المشغولات الأثرية الخشبية، وإنشاء أجزاء حاملة للمباني، والأعمال المساعدة في البناء مثل إنشاء القوالب، والسقالات، والواجهة والديكور.

إن العيب الاكبر للخشب هو قابليته للتغيير في ظل ظروف بيئية مختلفة. فعند وضعه في الهواء الطلق دون حماية، فإنه سيواجه: 1) التدهور بالضوء بواسطة الأشعة فوق البنفسجية، 2) تعرضه للرطوبة، التحلل المائي والانتفاخ بالمياه، 3) تغير لونه وتدهور حالته بسبب تلطيخه وكذلك تحلل الكائنات الحية الدقيقة.

عند وضع الخشب في الهواء الطلق، فإن سطحه الأملس يصبح خشنًا نتيجةً لبروز الحبيبات وتكوين تشققات صغيرة. قد تتحول التشققات الصغيرة إلى تشققات كبيرة، وقد تنفتح الحبيبات، وتنحني الألواح وتتفكك عن المثبتات. لذلك، يتغير لون السطح الخشن وتتجمع علية الأوساخ والعفن فيصير قبيح المنظر. بالإضافة إلى ذلك، يفقد الخشب تماسكه السطحي ويصبح هشًا ويتفتت. كل هذه التأثيرات ناتجة عن مزيج من قوى الضوء والماء والحرارة والميكانيكية، والتي تسمى بعوامل التجوية.

عوامل التجوية

1- الرطوبة 

أحد الأسباب الرئيسية لتجوية الخشب هو التعرض المتكرر لتغيرات سريعة في الرطوبة. عندما يتعرض الخشب غير المحمي لمياه الأمطار أو الندى، يتم امتصاص الماء بسرعة عن طريق العمل الشعري على الطبقة السطحية للخشب. ثم يتسرب الماء عبر جدران خلايا الخشب ويتسبب في انتفاخه.

2- الضوء

عند تعرض الخشب لأشعة الشمس فوق البنفسجية، يحدث التحلل الكيميائي الضوئي بصورة سريعة نسبيًا. يتحول لون الخشب في البداية إلى اللون الأصفر أو البني ثم يتحول إلى اللون الرمادي، ويعود ذلك  إلى تحلل اللجنين في الخلايا الخشبية على عمق 0.05 إلى 0.5 مم من سطح الخشب.

3- عوامل أخرى

 تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى تسريع معدل التفاعلات الكيميائية الضوئية والأكسدة. على سبيل المثال، وجد الباحثون أن الضوء يمكن أن يسرع تحلل اللجنين أثناء التجوية، مما يقلل من قوة الخشب بشكل كبير. يمكن أن يؤدي تجمد الماء الممتص  وذوبانه الى تلف نسيج الخشب. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يلعب الاهتراء و العوامل الميكانيكية مثل الرياح والرمل والتربة دورًا كبير في تدمير سطح الخشب. إن استخدام الراتنجات لحماية سطح الخشب من العوامل المذكورة ليس موضوعًا جديدًا. في ما يلي سنقوم بتقديم بعض الحلول :

• استخدام راتنجات الألكيد والأكريليك لحماية الخشب من الفطريات والحشرات

على خلاف التجوية، يمكن للفطريات والحشرات أن تسبب ضررًا كبيرًا لبنية الخشب. لذلك، من الضروري حماية المنتجات الخشبية من هذه العوامل الضارة لمنع تدهورها أو تأخيره. يمكن تصنيف حماية الخشب إلى فئتين رئيسيتين: الحماية الكيميائية والحماية الحرارية.

في الحماية الكيميائية، يتم استخدام مواد حافظة كيميائية تصنف عادة كمبيدات الآفات. يتم وضع هذه المواد على الخشب أو استخدام مواد كيميائية أخرى لتغطية سطح الخشب وجعله أقل عرضة للتدهور البيولوجي. تعمل هذه المواد الكيميائية على منع نمو الفطريات والحشرات وتقليل تأثيرها الضار على الخشب.

للحفاظ على الخشب، يتم استخدام مواد محافظة عادة في شكل مبيدات فطرية ومبيدات حشرية. يتم وضع هذه المواد على الخشب باستخدام ضغط عالٍ وتفريغ، مما يسمح للمواد بالاختراق في الألياف الخشبية وحمايتها.

تعتمد فاعلية الحماية على التركيب الكيميائي للمواد المحافظة، وتركيزها، وقدرتها على معالجة أنواع مختلفة من الخشب. يمكن استخدام مجموعة متنوعة من الراتنجات في هذه الحالات، بما في ذلك الراتنجات ذات الأساس المائي وراتنجات الألكيد والأكريليك التي تعتمد على المذيبات.

الشکل 1 – صورة لعينتين من خشب الصنوبر (الف) بدون غطاء و (ب) مطلي براتنج ألكيد أكريليك ذو أساس مائي بعد 3 سنوات من التجوية الطبيعية

• معالجة الخشب بمشتقات DMDHEU¹

تستخدم عملية بلمادور ² لإزالة الهواء من الخشب في معمل الصباغة تحت ضغط غلاية البخار. بعد ذلك، عند ضغط حوالي 10 بار، يخترق محلول الراتنج المائي الخشب تمامًا. مع التسخين اللاحق  لدرجة حرارة تزيد عن 100 درجة مئوية، تتحد ألياف السليلوز مع بعضها البعض . في هذه العملية، لا يتم  تشكيل طبقة منفصلة وإنما يخترق الراتنج الخشب فحسب.

• راتنجات الفينول فورمالدهيد

تدخل راتنجات الفينول فورمالدهيد في مجموعة واسعة من التطبيقات، نظرًا لمجموعة خصائصها الفريدة. تشمل هذه الخصائص قوة التصاق الممتازة، والمقاومة الحرارية العالية، وثبات الأبعاد الجيد، والمقاومة العالية للماء والمذيبات والحموض. بالإضافة إلى ذلك، يعتبر غراء الفينول فورمالدهيد (PF) هو الغراء الحراري الرئيسي المستخدم في عمليات لصق الأجزاء والألواح الخشبية.

تحضر راتنجات الفينول فورمالدهيد عن طريق تفاعل جزيئين رئيسيين وهما الفينول والفورمالدهيد باستخدام عوامل محفزة حمضية أو قاعدية، من خلال طريقة التكثيف البلمري المتراكم. يختلف مسار التفاعل ويعتمد على نوع المحفز المستخدم. بعض أمثلة راتنجات الفينول فورمالدهيد هي الريزول والنوفولاك. يتم تحضير الريزول في ظروف قلوية مع نسبة مولية زائدة من الفورمالدهيد، بينما يتم تحضير النوفولاك في ظروف حمضية مع زيادة نسبة الفينول المولية. هذه الاختلافات في ظروف التحضير يمكن أن تؤدي إلى خصائص مختلفة في الراتنج الناتج.

• راتنجات اليوريا فورمالدهيد

بطريقة مشابهة لتحضير راتنجات الفينول فورمالدهيد، يتم تحضير راتنجات اليوريا فورمالدهيد (UF) وذلك من خلال عملية بلمرة التكثيف باستخدام اليوريا ومونومرات الفورمالدهيد. يتم استخدام هذه الراتنجات بشكل رئيسي كمواد لاصقة في صناعة الأخشاب. تتميز هذه المواد اللاصقة بعدة خصائص مثل تكلفتها المنخفضة وقدرتها العالية على التفاعل، وشفافيتها ومقاومتها للهب. ومع ذلك، تعتبر عدم مقاومتها للماء من بين العيوب الرئيسية لهذه الراتنجات.

• المعالجة براتنجات الميلامين فورمالدهيد

راتنجات الميلامين فورمالدهيد هي راتنجات أخرى يتم تحضيرها بطريقة البلمرة بالتكثيف. في المعالجة الكيميائية للخشب باستخدام راتنجات الميلامين، يحدث الروابط المتقاطع بشكل أساسي بسبب التفاعل مع مجموعات الهيدروكسيل في الخشب. يؤدي الطلاء براتنجات الميلامين إلى خلق خشب أكثر ثباتًا وصلابة ويحسن الحماية ضد التعفن. يسمى الخشب الذي يتم تعديله براتنجات الميلامين أيضًا باسم خشب البوليمر. عيوب هذه الطريقة هي تكاليفها الباهظة. يوضح الشكل أدناه مثالاً للخشب المطلي براتنج الميلامين المعالج بالأشعة فوق البنفسجية.

الشکل 2- عينة من الخشب المغطى براتنج الميلامين المعالج تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية.

• راتنجات لميلامين يور  فورمالدهيد

 تستخدم راتنجات الميلامين فورمالدهيد (MF) على نطاق واسع في تصنيع مركبات تشكيل القوالب والرقائق والمواد اللاصقة وطلاء الأسطح والتطبيقات الصناعية الأخرى. مقارنةً مع راتنج اليوريا فورمالدهيد، يتميز راتنج الميلامين فورمالدهيد بمقاومة أعلى بكثير ضد الماء . ومع ذلك، فإن راتنج MF غالي الثمن مقارنة براتنج UF. لهذا السبب، أصبح راتنج MF أرخص في الوقت الحاضر عن طريق إضافة اليوريا إليه لتكوين راتنج الميلامين يوريا فورمالدهيد (MUF).

شركة "رزيتان"، باعتبارها واحدة من أكبر منتجي الراتنجات الصناعية، تنتج الراتنجات الأمينية مثل اليوريا فورمالديهايد والميلامين فورمالدهايد بجودة مناسبة وطاقة إنتاجية عالية للاستخدام في صناعة الأخشاب.