الأصباغ Pigments (المخضبات) المستخدمة في صناعة الدهانات

تحضير الدهانات

– تحضر الدهانات على اختلاف أنواعها من أربعة مكونات أساسية كما يلي:

(1) المادة الملونة (المخضب) Pigments

وتستخدم لإعطاء اللون المطلوب لطبقـة الدهان وإخفاء السطح المدهون.

(2) المادة الرابطة Binders

 وتستخدم لربط حبيبات المادة الملونة ببعضها البعض وتلصقها بالسطح المدهون.

(3) المذيبات Solvents

وهي الجزء المتطاير من الدهان والغرض منها إذابة المـادة الرابطة وتنظيم لزوجة الدهان.

(4) الإضافات additives

تستخدم بكميات قليلة لتحسين خـواص أو إضـافة خاصـية جديدة لطبقة الطلاء.

في هذا الموضوع سوف نتحدث فقط عن الأصباغ على أن نستكمل المكونات الأخرى للدهانات في الموضوعات القادمة.

الأصباغ Pigments (المخضبات)

– وهي تمثل الجزء الأكبر من المحتوى الصلب للدهانات ويعزى إليهـا لون طبقة الدهان وقدرته على إخفاء السطح المدهون.

– وهي لا تذوب في وسط الدهان بل تظل عالقة فيه.

– يمكن تقسيم المخضبات كما يلي: مخضبات بيضاء – مخضبات ملونة – موسعات.

المخضبات البيضاء White Pigments

– هي تعتبر الأساس في تصنيع الدهانات ويعزي إليها العتامة وهي تغطية السطح المدهون وإخفائه وكذلك اختزال اللون عند استخدام مخضبات ملونة.

– وترجع عتامة المخضب الأبيض إلى الفارق في معامل الانكسار له ومعامـل الانكسار للوسط المستخدم فيه وتزداد درجة العتامة بزيـادة هـذا الفـارق.

– وهناك خواص هامة يجب معرفتها عن المخضب الأبيض بجانـب درجـة العتامة كما يلي:

• درجة البياض
• نعومة الملمس
• حجم الحبيبات
• كثافته النوعية
• امتصاصه للزيت
• ثباته الكيميائي

– وفيما يلي بعض من المخضبات البيضاء الأكثر استخداماً في مجـال صناعة الدهانات كما يلي:

(1) ثاني أكسيد التيتانيوم Titanium dioxide

– تركيبه الكيميائي (TiO₂) وهو مركب غير نشط لا يتأثر بالمذيبات والأحماض والقلويات.

– لا يتأثر بالضوء ولا يؤثر على وسط الـدهان أثنـاء التخزين.

– علاوة على ذلك فأنه يستخدم بكثرة في تصنيع جميع أنواع الدهانات.

– يوجد ثاني أكسيد التيتانيوم في صورتين بلورتين (الروتيل والاناتاز) ويعد الروتيـل الأجـود والأكثر استخداماً لقوة تغطيته وقوة تخضيبه للوسط وكونه لا يتجير.

– يحضر ثاني أكسيد التيتانيوم بطريقتين كما يلي:

(أ) طريقة الكبريتات

يتم طحن الخام طحناً جيداً ثم يـذاب فـي حمض الكبريتيك المركز ويرشح من الشوائب ثم يرسب بالتجفيف ثم يرشـح ويخفف ويطحن جيداً.

(ب) طريقة الكلوريد

يتم تفاعل الخام مع الكلور في وجود الكربون ليتحول إلى كلوريد التيتانيوم ثم يحرق في وفرة من الأكسجين ليتحول إلى ثاني أكسيد التيتانيوم.

(2) أكسيد الزنك Zinc Oxide

– ترکیبه الكيميائي (ZnO) وهو مركب نشط ويحد ذلك من استخدامه في الدهانات الصناعية لتفاعله مع الحموضة التي قد توجد في وسـط الـدهان فيقلل من مرونة الدهان.

– علاوة على ذلك فأنه لا يستخدم أكسيد الزنك إذا زادت حموضة الوسط عن 30-40 (ملي جرام هيدروكسيد بوتاسيوم لكل جرام من الوسط).

– مـن مميزاته إنه يساعد طبقة الدهان على الاحتفاظ بلونها ومقاومة أشعة الشمس والاصفرار وكذلك يخلصها من التلصق كما أنه يلعب دوراً في منـع تأكـل الأسطح الحديدية.

– بالإضافة إلى ذلك فأن كثافته النوعية 5.6 ومعامل انكسـاره 2.1 وامتصاصـه للزيت 12-18

(3) الليثوبون Lithopon

– هو متراكب من كبريتيد الزنك وكبريتات الباريوم (ZnS + BaSO₄)

– يستخدم أساساً في الدهانات المستحلبة فهو ذو عتامة جيدة ولون أبيض جيد.

– بالإضافة إلى ذلك فأن كثافته النوعية 4.3 ومعامل انكساره 1.8 وامتصاصه للزيت 12-15

(4) أكسيد الانتيمون Antimone Oxide

– تركيبه الكيميائي (Sb₂O₃) وقدرته على التغطيـة تماثل الليثبـون.

– بالإضافة إلى ذلك فأنه يستخدم في تحضير الدهانات المعوقة للحريق مخلوطاً مع المطاط المكلـور كوسط الدهان.

– بالإضافة إلى ذلك فأن كثافته النوعية 5.7 ومعامل انكساره 2.1 وامتصاصه للزيت 14-12

(5) أبيض الرصاص White lead

– تركيبه الكيميائي [₂(2PbCO₃.Pb(OH] ويسمى كربونات الرصاص القاعدية.

– هو مركب نشط كيميائياً ولذا لا يستخدم مع أوساط الدهان الحامضية ويتفاعل أيضاً مع الكبريت الموجود في الأجواء الصناعية فيغير لون الدهان.

– يحد أكثر من استخدامه كونه سام لاحتوائه على عنصر الرصاص.

– بالإضافة إلى ذلك فأن كثافته النوعية 6.7 ومعامل انكساره 1.9 وامتصاصه للزيت 8-15

(6) سيليكات الرصاص القاعدية Basic lead silicate

– ترکيبه الكيميائي [2PbOSO₃ + 2PbOSiO₂] وهو مثـل أبـيـض الرصاص من حيث نشاطه الكيميائي والسـمية

– يستخدم عـادة مخلوطاً بمخضبات بيضاء أخـرى.

– بالإضافة إلى ذلك فأن كثافتـه النوعيـة 4 ومعامـل انكساره 1.8 وامتصاصه للزيت 15

(7) كبرتيات الرصاص القاعدية Basic lead sulphate

– تركيبه الكيميائي [₂(PbSO₄.Pb(OH] وهو مخضب رخيص الثمن.

– لا يستخدم وحده بل مخلوطاً بمخضبات بيضاء أخرى.

– بالإضافة إلى ذلك فأن كثافته النوعية 6.3 ومعامل انكساره 2 وامتصاصه للزيت 10-14

(8) فوسفات الزنك Zinc phosphate

– تركيبه الكيميائي [Zn₃(PO₄)₂.2H₂O] وهو مخضب يستخدم كثيـراً في الدهانات البادئة ودهانات البطانة للأسطح الحديدية لما له من خواص مثبطة للصدأ ممتازة.

– يكثر استخدامه أيضاً في الدهانات بيضـاء اللـون وذات الألوان الفاتحة لما يضفي عليها من جمال اللون وكونه غير سـام.

– بالإضافة إلى ذلك فأن كثافتـه النوعية 5.2 ومعامل انكساره 2.1 وامتصاصه للزيت 12-14.

المخضبات الملونة White Pigments

ويمكن تقسيم المخضبات الملونة إلى قسمين كما يلي: مخضبات غير عضوية ملونة – مخضبات عضوية الملونة

أولاً/ المخضبات الغير عضوية الملونة

وهي تنقسم بدورها إلى عدد من المجموعات منها كما يلي:

(1) ألوان الكروم

تتميز ألوان الكروم بثبات شديد للضوء ويوجد منها ثلاث أنواع كما يلي:

(أ) كروم الرصاص

– وتركيبه الكيميائي (XPbCrO₄.YPbSO₄) ويتدرج لونه من الأخضر إلى البرتقالي.

– يرجع تغير اللون إلى تغير نسبة الكرومات (X) إلى نسـبة الكبريتات (Y) فكلما زادت نسبة (X) كلما اقترب اللون إلى البرتقالي وكان اللون قوياً وأكثر ثباتاً.

– هو مخضب رخيص السعر شديد العتامة ذو مقاومة عالية للمذيبات

– يحد من استخدامه كونه سام لوجود عنصر الرصاص.

(ب) كروم الملبيدات

– تركيبــــه الكيميـائي ( XPbCrO₄.YPbMoO₄.ZPbSO₄) لونـه قرمزي ذو عتامة عالية وثبات شديد للضوء.

– لها قوة تلوين عالية ولكنها مرتفعة الثمن وسامة.

(جـ) كروم الزنك

– تركيبـه الكيميـائي (4ZnO.K₂O.4CrO₃.3H₂O) ولونهـا بـين الأخضر والأصفر.

– هو مخضب نشط كيميائياً ويدخل في تصنيع الدهانات البادئة المناعة للتأكل لاحتوائه على الزنك.

(2) مخضبات الكادميوم

– تركيبها الكيميائي (XCdS + yCdSe) وتتدرج ألوانها من الأصـفر إلى الأحمر الداكن.

– لها ثبات شديد للضوء وقوة تغطية عالية ومقاومة جيـدة للكيماويات ولكنها غالية الثمن.

(3) المخضبات السوداء

– أشهر هذه المخضبات هو أسود الكربون Carbon Black وله ثبات كيميائي ويعيبه ميله للتجمع.

– ويوجد منه عدة أنواع كما يلي:

(أ) أسود القنوات

يصنع بحرق الغاز الطبيعي حرقاً غير كاملاً ولونه يميل للبني الداكن.

– ويميزه قوة التلوين ويعيبه امتصاصه الزائد للزيت.

(ب) أسود الأفران

– يصنع بحرق الزيت الطبيعي في الأفران حرقاً غير كاملاً ولونه يميل للأزرق.

– كما يميزه سهولة تبلله بالوسط ورخص ثمنه ويعبه ضعف التلوين.

(جـ) السناج

– يصنع بحرق قطرن الفحم حرقاً غير كاملاً ولونـه أسـود حقيقـي.

– كما يميزه قوة التلوين ويعيبه طفوه فوق سطح طبقة الطلاء.

(د) الجرافيت

– يوجد في صورة بلورية ولونه رمادي ويعيبه ضعف التلوين.

(4) المخضبات الزرقاء

يعرف منه نوعان كما يلي:

(أ) أزرق الازورد

– هو عبارة عن سليكات الألومنيوم والصوديوم ولونه أزرق داكن نقي.

– ويميزه ثباته الشديد للضوء ومقاومته للمذيبات والقلويات ورخص ثمنه.

– ويعيبه ضعف تلوينه وتحلله بالأحماض.

(ب) أزرق بروسيا

– هو عبارة عن حديدوسيانيد الحديديك ₃[₆(Fe₄[Fe(CN.

– ويميـزه ثباته للضوء ومقاومته للأحماض

– ويعيبه تحلله بالقلويات وملمسه الصلد وميله لاختزال ألوان داخل العبوة.

(5) المخضبات الحمراء

– أشهرها أحمر الرصاص (السلقون) وتركيبه الكيميائي Pb₃O₄ أكسيد الرصاص.

– يستخدم في تحضير بادئ مانع الصدأ لحماية الأسطح الحديديـة.

– هو مخضب نشط كيميائياً رخيص الثمن عالي الكثافة يميل للترسيب في قاع العبوة.

(6) مساحيق المعادن

– تستخدم مساحيق بعض المعادن كمخضبات ولكن يحتاج انتشارها في الوسط إلى طرق غير عادية.

– كما يوجد عدد من مساحيق المعادن ذات القيمة في مجال الدهانات كما يلي:

(أ) مسحوق الألومنيوم

– هو من أهم مساحيق المعادن ويستخدم أما في صورة وريقات دقيقـة أو في صورة مسحوق ناعم. وتستخدم الوريقات الدقيقة بعد معالجة سطحها لتحسين انتشارها في الوسط لتعطي دهان ثنائي اللـون ذو مظهـر جميـل.

– كما يستخدم المسحوق الناعم مخلوطاً مع بعض المخضبات العضوية لتحضير دهانات السيارات (المتاليك).

(ب) مسحوق الزنك

يستخدم مسحوق الزنك في تحضير الدهانات البادئة المانعة للتأكـل وخصوصاً للأسطح الحديدية ولكن يعيبها ضعف انتشـارهـا فـي الوسـط وترسبها في قاع العبوة.

(جـ) مسحوق البرونز

يستخدم مسحوق النحاس وسبائك منه مع معادن أخرى مثل الزنـك والقصدير والانتيمون لتحضير العديد من الألوان لطلاء الأسطح المختلفة.

(د) مسحوق الرصاص

يستخدم في تحضير الدهانات البادئة ليعطي حماية عاليـة ومستمرة للأسطح الحديدية. ولكن يعيبها كثافتها العالية مما يؤدي إلى ترسبها في قاع العبوة.

(هـ) مسحوق الذهب

يستخدم في دهانات الكتابة وفي أغراض الديكور وفي تلوين الصـور والبراويز/ كما يستخدم في صورة أوراق رقيقة جداً أو في صورة مسحوق ناعم.

الجدول التالي يوضح أهم الأصباغ الغير العضوية الأكثر استخداماً في صناعة الدهانات كما يلي:

المخضات العضوية الملونة

ويوجد منها ثلاثة أنواع كما يلي:

(1) اللاكات Lakes

– تحضر بترسيب صبغات النسيج في صورة أملاح معدنية على سطح هيدرات الألومنيوم المحضرة حديثاً.

– هي مخضبات شفافة ضعيفة التلـوين تتأثر بالحرارة العالية وتستخدم في تحضير دهانات الديكور.

(2) التوترات Toners

– تحضر بترسيب صبغات النسيج في صورة أملاح غير ذائبة لبعض المعادن ولكن في عدم وجود هيدرات الالومنيوم.

– بالإضافة إلى ذلك فهي أقـوى تلوينـاً مـن اللاكات ويعيبها ضعف مقاومتها للقلويات.

(3) الألوان المخضبة Pigmentary Colours

– هي عبارة عن مركبات عضوية لها ألوان ولا تذوب فـي وسـط الدهان.

– كما يوجد منها العديد من الأنواع مثل مخضبات الفثالوسيانين والبنزيدين والطولويدين.

الجدول التالي يوضح أهم الأصباغ العضوية الأكثر استخداماً في صناعة الدهانات كما يلي:

الموسعات Extenders

– الموسعات هي عبارة عن مخضبات لا تؤثر على لـون طبقـة الـدهان، أي مخضبات عديمة اللون وسبب ذلك أن معامل انكسارها يساوي تقريباً معامـل انكسار وسط الدهان.

– تنحصر قيمتها في خفض سعر الدهان ولا تقوم بـأي وظيفة من وظائف المخضبات مثل التغطية والتلوين.

– كما يمكن اعتبارهـا مـواد مالئة (filters).

–  يوجد العديد من الخامات الطبيعية التي يمكن استخدامها كموسعات أو مخضبات عديمة اللون في الوسط كما يلي:

(1) كربونات الكالسيوم (السبيداك)

– تركيبه الكيميائي CaCO₃ ويوجد في الطبيعة علـى صـورة كتـل صخرية يحضر منها السبيداك بالطحن.

– يحضر في الصناعة بمعالجة الجير بثاني أكسيد الكربون ويغسل الناتج ويجفف ويطحن.

– كربونات الكالسيوم نشطه كيميائياً وتستخدم في الدهانات الغير لامعة والدهانـات المستحلبة، كما تستخدم أيضاً في دهانات البطانة وفي تحضر المعجون

(2) الكاولين

– یسمي أيضاً الطمي الصيني وتركيبه الكيميائي سيليكات الألومنيـوم (Al₂O₃.2SiO₂.2H₂O) ويستخدم بنسب صغيرة في الدهانـات البادئة الغيـر لامعة وأيضاَ في الدهانـات المستحلبة.

(3) كبريتات الباريوم

– توجد في الطبيعة في صورة صخور (الباريت) وتركيبها الكيميـائي (BaSO₄) . ويحضر صناعياً بتفاعل كلوريد الباريوم مع حمض الكبريتيـك المخفف.

– يطلق عليها اسم (الأبيض الثابت) وملمسها أنعم من الباريت كما تنتشر في الوسط بصورة أسهل.

– كما تتميز كبريتات الباريوم برخص ثمنها ومقاومتها للأحماض والقلويات والكيماويات.

– علاوة على ذلك يعيبها ارتفاع كثافتها وميلها للترسيب.

(4) سيليكات الماغنسيوم

– توجد في الطبيعة على صورة (الاسيسـتين) وتركيبهـا الكيميـائي ₄(Mg₃Ca(SiO₃ وتستخدم في تحضير الدهانـات الخارجية والدهانـات البادئة. وتتميز بمقاومتها للترسيب.

–  أو توجد على صورة بودرة التلـك ₄(Mg₂H₂(SiO₃ وتستخدم في دهانات البطانة.

(5) الميكا

– توجد في الطبيعة على صورة كتل سهلة التفكك إلى طبقات رقيقـة وتركيبها الكيميـائي K₂O.2Al₂O₃.6SiO₂.2H₂O وتطـحـن جـيـد قبـل الاستخدام.

– تتميز بمقاومتها للحرارة والضوء والكيماويـات ، كما تساعد علـى عملية انتشار المخضب في وسط الـدهان.

– كما تستخدم بكثـرة فـي الدهانات المستحلبة.

(6) الدولومیت

– يوجد في الطبيعة وهو عبارة عن خليط مـن كربونات الكالسيوم.

– كربونات الماغنسيوم وهو مركب نشط كيميائياً ويستخدم في الدهانات الغير لامعة.

– كما يميزه أنه يساعد على إنسيابية الدهان.

(7) السيليكا

– يستخدم السيلكا دقيقة حجم الحبيبات فقط في مجال الدهانات وتعـرف هذه الخامة باسم (السيليت).

– تركيبها الكيميائي (SiO₂) وتستخدم في الدهانات البادئة ، كما تستخدم أيضاَ في دهانات البطانة الغير لامعة.

– كما تتميز بأنها تسـاعد علـى تنظـيم لزوجة الدهان.

المراجع: كتاب أسس الكيمياء الصناعية – الطبعة الأولى 2005 – أ.د. محمد مجدي واصل أستاذ الكيمياء الفيزيائية – كلية العلوم – جامعة الأزهر – مصر