SBR جهت پشت چسبانی کفپوش‌های نساجی

● تاریخچه
در خلال جنگ جهانی دوم در آمریکا، جایگزینی برای لاستیک طبیعی ابداع و در مقیاس صنعت تولید شد. این ماده به‌جز دوام و ثبات سایشی در سایر موارد از لاستیک طبیعی ضعیف‌تر بود. پس از جنگ جهانی دوم، این ماده تحت عنوان امروز خود SBR تولید شد و سپس با ابداع کاتالیزورهای بهتر و در پی آن روش‌های پلیمری شدن محلول و پس از آن روش پلیمری شدن امولسیونی، تنوع و ویژگی‌های آن گسترش یافت.
● مقدمه
هم‌چنان که می‌دانیم ویژگی‌هائی مانند استحکام و دوام، چسبندگی، ثبات شستشوئی، زیردست (سفتی) مناسب و در موارد ویژه ویژگی‌های ضدالکتریسیته ساکن، کندسوزی و ضدباکتری بودن از خواصی است که از رزین پشت چسبان (آهار پشت) کفپوش نساجی انتظار می‌رود. بر اثر واکنش پلیمری شدن امولسیون مونومرهای استایرن و بوتادین، کوپلیمر استایرن بوتادین یا SBR به وجود می‌آید. امروزه امولسیون SBR یکی از پرمصرف‌ترین انواع پلیمرها می‌باشد. این فرآیند در شرایط دما و فشار خاص انجام می‌شود و افزودن مونومرهای اسید کروبکسیلی در آن ممکن است.
امولسیون استایرن بوتادین رابر (SBR) و استایرن بوتادین رابر کربوکسیل‌دار در پشت چسبانی و لایه‌دهی پشت کفپوش کاربرد دارند.
● تقسیم‌بندی و کاربرد SBR
امولسیون‌های SBR براساس نوع و نسبت مونومرهای استفاده شده در فرآیند پلیمری شدن آنها، شرایط فرآیند مانند دما و فشار و نوع مواد کمکی مورد استفاده در فرآیند، به‌ گونه‌های مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند. یک تقسیم‌بندی براساس روش (دمای) پلیمر شدن این چسب عبارت است از: لاتکس سرد، لاتکس گرم و لاتکس کربوکسیل‌دار.
اما از لحاظ طبقه‌بندی کاربردی آنها باید توجه داشت که ویژگی‌های مکانیکی ماده الاستومری تعیین‌کننده کاربردهای مناسب برای آن و ویژگی‌های دوامی یا زمان‌دهی لاستیک تعیین‌کننده طول عمر مفید آن است. به‌عنوان مثال در طول فرآیند تولید لاتکس نسبت به مونومر استایرن به بوتادین قابل تغییر است. این تغییرات جهت دستیابی به سفتی مورد نظر مفید است. (دمای انتقال شیشه‌ای پلی بوتادین ۸۰- درجه سانتیگراد، پلی استایرن ۱۰۰+ درجه سانتیگراد و دمای انتقال شیشه‌ای کوپلیمر مابین این دو مقدار است.
● تقسیم‌بندی در میان مواد پلیمری و اهمیت شبکه‌ای شدن
بیشتر مواد الاستومری (لاستیک‌ها) در زمره پلیمرهای گرماسخت به حساب می‌آیند. تفاوت تئوری بین الاستومرهای گرمانرم و الاستومرهای گرماسخت در اتصال‌هائی است که هر یک برای شبکه‌ای شدن (پخت) تشکیل می‌دهند. در واقع شبکه‌ای شدن و چگونگی آن در الاستومرها یک ویژگی کلیدی است و ویژگی‌های مهمی مانند میزان الاستیک بودن (ارتجاعی بودن) لاستیک را تعیین می‌نماید. پیوند شبکه‌ساز در پلیمرهای گرماسخت، پیوند کووالانسی و از نوع شیمیائی است. ایجاد شدن این اتصال در جریان واکنش ولکانیزه شدن لاستیک اتفاق می‌افتد. پیوند شبکه‌ساز در الاستومرهای گرمانرم یک اتصال هیدوژنی و یا یک پیوند دوقطبی می‌باشد که از پیوندهای کووالانسی ضعیف‌تر است و ممکن است فقط در یک فاز از ماده تشکیل شود.
● سمیت
چکیده مطالعات انجام شده در روسیه بیان‌گر آنست که افراد شاغل در صنعت موکت در معرض مجموعه‌ای از عوامل با منشأهای متفاوت هستند که مهمترین آنها ارتعاشات عمومی در محیط و بخارهای استایرن است. استایرن در فهرست بررسی اثر مواد سمی و در فهرست حق جامعه برای دانستن سازمان حفاظت محیط زیست گنجانده شده و مظنون به سرطان‌زا بودن است.
هنگامی‌که لاتکسِ رابرِ استایرن بوتادین یا لاتکسِ لاستیک طبیعی به پشت فرش اعمال می‌شود، باید کنترل فرآیند اعمال و پخت به خوبی انجام شود تا بقایای موادی که در سیستم پخت استفاده می‌شوند در محصول مشکل ایجاد ننمایند.
● ویژگی‌های لاتکس کربوکسیل‌دار
اسید کربوکسیلی در فرآیند پلیمر شدن SBR باعث افزایش پایداری لاتکس و ایجاد گروه‌های واکنش‌پذیر در لاتکس می‌شود. این افزودنی جایگزین افزودن انواع مواد شبکه‌ساز به آن می‌گردد. پایداری شیمیائی و مکانیکی لاتکس کربوکسیل‌دار بسیار بهتر از دو نوع گرم و سرد است.
فیلم حاصل از لاتکس کربوکسیل‌دار ازدیاد طول کمتر و مدول بالاتری نسبت به فیلم لاتکس نوع گرم و میا لاتکس سرد دارد. این‌ها موادی با قابلیت شبکه‌ای شدن خودکار هستند و از این جهت فرمول‌بندی آنها ساده است.
از لاتکس کربوکسیل‌دار غالباً در آهار پشت فرش و موکت استفاده می‌شود. هم‌چنان‌که در قسمت بعد خواهد آمد اضافه نمودن پر کننده به آن مشکلات کمتری دارد و نیاز به سیستم پخت گوگرد در فرمول‌بندی ندارد. از نظر ساختاری، لاتکس کربوکسیل‌دار خودبه‌خود شبکه‌ای شونده است.
● فرمول‌بندی اس‌بی‌آر
هر فرمول‌بندی با ویژگی‌های کلوئیدی ویژه خود نمی‌تواند جوابگوی مصارف مختلف باشد. از این‌رو توجه به چگونگی فرمول‌بندی مناسب با کاربرد مورد نظر الزامی است. رئولوژی و درصد مواد جامد باقیمانده، به مقدار مناسب و یکسان به‌طور معمول در فرمول‌بندی پشت چسبانی لحاظ می‌شود تا مقدار نفوذ و میزان مصرف لاتکس به خوبی قابل کنترل و معین باشد.
انواع مواد کمکی مورد استفاده در SBR جهت کاربردهای مختلف به شرح زیر است:
۱) سخت‌کننده،
۲) روغن/ نرم‌کننده،
۳) حلال،
۴) پرکننده،
۵) عامل پخت،
۶) پایدارکننده،
۷) غلظت‌دهنده،
۸) میسلانوس
● مواد پرکننده
مهمترین نکته در فرمول‌بندی پرکننده‌ها استفاده از سطح فعال سازگار و ترکننده مناسب به مقدار کافی برای تأمین نیازهای سطحی در سیستم است، خصوصاً اگر اندازه ذره‌ها کوچک باشد.
نکته کاربردی: از قبل اضافه کردن دیسپرس کننده و ترکننده (سطح فعال‌ها)، اضافه کردن پرکننده خشک را ممکن می‌سازد. البته معمولاً پرکننده به‌صورت دوغاب مجزا به لاتکس اضافه می‌شود. در مورد لاتکس‌های کربوکسیل‌دار این مزیت وجود دارد که اضافه کردن پرکننده به‌صورت خشک آسان‌تر است.
برای دستیابی به چسبندگی و خواص مناسب کفپوش توسط چسب زیرین آن، یک مقدار حداقل ماده چسب باید اعمال شود. اضافه نمودن پرکننده به فرمول اثری در این مقدار ندارد.
آن‌دسته از خواص کفپوش که با تغییر درصد ماده پرکننده متفاوت می‌شود به شرح جدول ۱ است.
● مواد شبکه‌ای کننده
لاتکس‌های SBR (به‌جز گونه کربوکسیل‌دار) خودبه‌خود شبکه‌ای شونده نیستند و شبکه‌ای شدن آنها با استفاده از گوگرد انجام می‌شود. ولکانیزه شدن فرمول‌بندی SBR ساده نیست. جهت کارخانه‌های فرش ماشینی، تعلیق‌های آماده‌ای تهیه شده‌اند. این تعلیق‌ها شامل سطح فعال، شتاب دهنده و سایر اجزاء مربوط به سیستم پخت گوگرد هستند.
سیستم‌های سولفور هنگامی که منبع حرارتی خارجی وجود دارد مناسب است. این سیستم در پشت چسبانی کفپوش شامل:
الف) گوگرد خالص برای شبکه‌ای کردن با پیوند گوگردی S-S با استفاده از باند دوگانه بوتادین
ب) شتا‌ب‌دهنده‌های آلی مانند:
۱) دی اتیل دی تایو کربامات روی
۲) مرکاپتو بنزو تیازول
ج) اکسید روی برای فعالیت دادن به شتاب‌دهنده‌های آلی
برخی از لاتکس‌های SBR، سیستم پخت مربوط به خود را دارند که در خود پلیمر ایجاد شده است و به نام خودبه‌خود شبکه‌ای شونده و واکنش‌دهنده با گرما است. لاتکس‌های کربوکسیل‌دار نیز به سیستم پخت ندارند و در آنها ملامین فرمالدئید و اکسید فلزی مثل اکسید روی قابل استفاده است.
مواد پایدارکننده جهت تر شدن و دیسپرس نمودن مناسب گوگرد با دانه‌بندی کوچک، به کار می‌روند.
● پایدارکننده‌ها
الف) سطح فعال‌ها: برای افزایش پایداری مکانیکی و شیمیائی، کمک به پخش ذرات پرکننده یا ماده شبکه‌ای کننده.
ـ ترکننده: خیساندن ذرات مواد در سیستم، مثل ذرات پرکننده و ...
ـ نرم‌کننده آب: برای حفظ لاتکس در برابر یون‌های فلزی چند ظرفیتی که تشکیل کمپلکس می‌دهند. مثل اتیلن دی آمین تتراستیک اسید
● مواد ضداکسید شدن
پس از ولکانیز نمودن، گروه‌های غیراشباع فعال از جنبه واکنش با اکسیژن هوا، ازن و برخی فلزات مثل منگنز و مس، در SBR وجود دارد. جهت بازدارندگی از انجام این واکنش‌ها و افزایش طول عمر محصول از ترکیبات فنلیک و آمیدها استفاده می‌شود.
● غلظت‌دهنده
جهت کنترل رئولوژی از ماده مصنوعی مثل پلی اکریلات (و نه پلی اکریلیک اسید) استفاده می‌شود.
البته در موارد ویژه افزودنی‌هائی مانند ضدباکتری، کندسوز کننده، ضد الکتریسیته ساکن و ... نیز ممکن است به فرمول‌بندی اضافه شوند.
● ویژگی‌های مهم درباره آهار کفپوش
پشت چسبانی انجام شده چند کارکرد دارد، دوختن خاب زمینه به آن، ایجاد چسبندگی در توده الیاف خاب در پشت فرش یا موکت، شکل دادن پایدار (ثبات ابعادی) که ممکن است به کمک یک لایه منسوج ثانویه انجام شود. پس یک لاتکس با خواص مکانیکی و چسبندگی مناسب مورد نیاز است.
یکی از مهمترین ویژگی‌های کاربردی در فرش‌ها و موکت‌ها نیروی بیرون کشیدن پرز است. در مورد SBR، آسان‌ترین راهکار برای افزایش آن بالاتر بردن درصد مونومر استایرن است. هم‌چنین با کاهش پرکننده در فرمول‌بندی و یا افزودن مقدار اعمال چسب در واحد سطح می‌توانیم پرزها را بهتر استحکام دهیم.
● مقاومت پرزدهی
عامل‌های مؤثر در افزایش یا کاهش آن مشابه عوامل دوختن بهتر پرز به زمینه کفپوش است.
● سفتی زیردست
اما آن‌چه که ممکن است نامطلوب باشد، این است که با افزایش نسبت مونومر استایرن، در SBR، زیردست سفت‌تری در آهار فرش یا موکت به‌دست می‌آید. البته افزودن پرکننده و چسب در واحد سطح نیز چنین اثری دارد اما در حد ضعیف‌تر می‌باشد. علاوه‌بر این تراکم منسوج و مقدار نفوذ لاتکس در آن نیز در میزان سفتی به‌دست آمده مؤثر است. در مواردی که لایه دوم لمینیت می‌شود، فشاری که لایه دوم را لمینیت می‌نماید، مهم است.
(لایه اول چسب خورده است و لایه دوم به آن لمینیت می‌گردد) همان‌طور که در نمودار ۲ مشاهده می‌شود، افزایش درصد مونومر استایرن نسبت به افزودن پرکننده، اثر محسوس‌تر در سفتی زیردست به‌جا می‌گذارد.
● مقاومت کششی و ازدیاد طول
از آن‌جا که نقش آهار در کفپوش ایجاد استحکام و ثبات ابعادی است، ویژگی مقاومت کششی حاصل از آن قابل بررسی است. با افزودن بیشتر مونومر استایرن در SBR، این ویژگی بهبود چشمگیری می‌نماید، زیرا این کار منجر به کاهش ازدیاد طول می‌گردد. در موردی که لمینیت استفاده گردد کاهش ازدیاد طول به معنای کاهش انعطاف اتصال لایه‌ها و کاهش طول عمر مفید لمینیت آن است. (مثل موکت تافتینگ)
همان‌طور که در نمودار ۳ قابل مشاهده است افزودن مواد پرکننده تا ۶۰۰ درصد نیز باعث افزایش مقاومت کششی و در عین حال کاهش ازدیاد طول می‌باشد. به هر صورت مانند سایر موارد بررسی شده در این مورد نیز افزایش نسبت به مونومر استایرن در SBR اثری به مراتب قوی‌تر در تغییر ویژگی‌های آهار از خود نشان داده است.
باید گفت که فاکتورهای زیر در کارائی مناسب لاتکس SBR مهم هستند و برای دستیابی به نتیجه مناسب باید مورد توجه قرار گیرند.
درصد جامد لاتکس، گرانروی (ویسکوزیته)، pH، کشش سطحی، مقدار مونومر تبدیل نشده استایرن در لاتکس، اندازه ذره.
● چسبندگی SBR به پلی پروپیلن
درباره SBR و الیاف پلی‌پروپیلن که در صنعت کفپوش نساجی رایج است؛ به دلیل این‌که تمایل بین SBR و پلیمر پلی اُلفین وجود ندارد ممکن است مشکلی ایجاد شود. در هنگام پخت ذره‌های لاتکس ممکن است نتوانند به سطح لیف‌ها بچسبند، به‌طوری‌که ویژگی‌های کاربردی کفپوش مانند دوخت پرز و پرزدهی تحت تأثیر قرار گیرد. هم‌چنین لایه دوم پلی پروپیلنی پشت کفپوش نیز ممکن است به خوبی چسبندگی نداشته باشد. حل چنین مشکلی در صنعت نساجی سال‌ها برای صاحبان این صنعت وقت گرفته است.
از آن‌جا که چسبندگی به الیاف و منسوج‌ها به‌طور معمول با ساز و کار جذب سطحی در نظر گرفته می‌شود. میزان تر شدن و سهولت پخش شدن چسب بر سطح منسوج و در میان توده الیاف آن، وابسته به چند عامل می‌باشد. از این‌رو کشش سطحی الیاف و چسب مورد استفاده، تعیین‌کننده بوده و اثر افزودنی‌های مختلف در فرمول‌بندی و هم‌چنین عملیات مقدماتی اصلاح سطحی بسیار مهم می‌باشند. در زیر به چند مورد مهمتر در صنعت کفپوش نساجی اشاره می‌شود.
● تکنیک مناسب
در مورد مشکل لمینیت یک لایه دوم؛ سیستم‌های اعمال مضاعف لاتکس به پشت کفپوش با کشش و فشار مناسب در هر بار اعمال در امریکا، ابداع و استفاده گردید. این روش به‌جای سیستم یگانه اعمال لاتکس و لمینیت استفاده شد و مشکل چسبندگی به لایه پلی پروپیلن به ویژه در موکت تافتینگ تا حد زیادی مرتفع گردید. البته هنوز هم از لایه دوم با جنس جوت در برخی موارد استفاده می‌شود، چراکه به هر صورت حالت پرزدار سطح این لیف در چسبندگی بهتر لمینیت، اثر مثبت دارد. در زیر شمائی از هر دو دستگاه آمده است.
● استفاده از چسب‌های مناسب‌تر
رزین‌های کربوکسیل‌دار زیادی با روش پلیمری شدن امولسیونی و حتی سایر روش‌های پلیمری شدن قابل تهیه هستند. از جمله این‌ها لاتکس استایرن بوتادین کروبکسیل‌دار است. این عامل به مقدار ۱ تا ۵ درصد وزنی در مونومرهای مورد استفاده در فرآیند پلیمر نبودن SBR به کار رفته و چسبندگی به موادی مانند الیاف پلی پروپیلنی را به‌طور محسوس استحکام می‌بخشد.
● فرآیندهای مقدماتی
استفاده از ماده پیش‌زمینه برای بهبود ویژگی‌های سطحی الیاف زمینه نیز ممکن است. به‌عنوان مثال از یکی از مشتقات ایمین به نام پلی اتیلن ایمین قبل از اعمال چسب، باعث اصلاح سطح الیاف می‌شود. به این صورت که فرش را قبل از تکمیل از حمام مناسب این ماده (حلال متانول) عبور می‌دهند، تا سطح به خوبی آغشته شود. البته امروزه در صنعت کفپوش چنین چیزی مرسوم نیست.
▪ جمع‌بندی
لاتکس کربوکسیل‌دار XSBR با ویژگی‌های مناسب برای کفپوش نساجی و سادگی فرآیند اعمال به پشت کفپوش به دلیل فرمول‌بندی ساده‌تر از اهمیت بیشتری در این بخش از صنعت نساجی قرار دارد. در میان گونه‌های مختلف، توجه به ویژگی‌های مکانیکی و زمان‌دهی چسب هم‌چنین ویژگی‌های مناسب کلوئیدی در امولسیون (محلول) مورد اعمال تعیین‌کننده کاربرد مناسب آن می‌باشد. ویژگی سطحی الیاف و منسوج نیز بر کیفیت نهائی اتصال چسبی اثر می‌گذارد.

تهیه و تنظیم: مهندس سید محمد پروینی اسکوئی، دکتر محمد شهوازیان ـ دانشکده مهندسی نساجی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد یزد
دکتر حسین نازکدست ـ استاد و عضو هیئت علمی، دانشکده مهندسی پلیمر، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
مراجع
۱) W.W.White, Design of SBR latexes for varius end applications ۱۹۷۶, Journal of Elastomers and Plastics ۱۹۷۶ ۸:۴۷۵-۴۸۷.
۲) www. woolsnz.com, Carpet Tecnical Information, Carpet Manufacture, Backcoating technology,۲۰۰۲,wool (research organization of newzealand (wronz
۳) Kamal Kumar & Suryyak. Rana, Iranian Polymer Journal, Vol.۱۱,No. ۵, ۲۰۰۲
۴) Cindy Duehring, Airpollution: Toxic carpets, inspired living, ۲۰۰۴
۵) برداشت از مجله شیمی و مهندسی شیمی ـ سال ۱۸ ـ شماره‌های اول و دوم ۱۳۸۴ ـ ترجمه حمیده کشاورز محمدیان
۶) Patent GB ۱۲۴۶۰۰۲, April ۱۹۷۲
۷) Kristie jo Philips,Stress relaxation of tufted carpets and carpet components, north carolina state univercity
۸) Hand book of adhesibes, Skeist ۱۹۸۶, C.A. Mrocley, J.B. REA Chapter۱۲, Styrene- Butadiene Rubber Adhesives
۹) Stamper, Kelvin. "An Overview of Carpet Laminates" Carpet Lamminates" Carpet Manufacturing Conference. Northwest Georgia Trade & Convention Center, Dalton, Georgia, August ۱۵-۱۶,۲۰۰۰
۱۰) Scott, Richard L."Carpet Laminating" Journal of Coated Fabrics, Vol. ۱۹, July ۱۹۸۹, pp. ۳۵-۵۲
۱۱) www.wikipedia.org, thermolastic elastomer, doc
۱۲) Ian Holme ",Adhesion to textile fibers and fabrics", International Journal of Adhesion & Adhesives ۱۹ (۱۹۹۹) ۴۵۵-۴۶۳

منبع : ماهنامه نساجی امروز