رزین اپوکسی

رزین اپوکسی:

امروزه خانواده بزرگ رزین های اپوکسی دارای بالاترین کارآیی‌ها در بین رزین های موجود در صنعت می باشد. اپوکسی ها عموماً در مقاومت های شیمیایی و “از هم پاشیدگی های” ناشی از عوامل محیطی و خواص مکانیکی، بالاتر از اکثر انواع رزین های دیگر می‌باشند که در نتیجه موجب مصرف تقریباً انحصاری این رزین ها در قطعات سازه های هوایی گردیده است. از دیگر سو به دلیل چسبندگی بالای این رزین ها و مقاومتشان در برابر از هم پاشیدگی ناشی از تماس با آب از آنها به عنوان رزین ایده آل برای مصارفی چون تجهیزات صنایع هوا فضا ، چند سازه ای های پیشرفته، صنایع دفاعی، نفت و گاز، دریایی، خودروسازی، برق و الکترونیک، تجهیزات ورزشی، و غیره استفاده می‌شود.

همچنین امروزه از اپوکسی ها در مصارفی دیگر مانند چسب ها، خمیرهای درزگیر، ترکیبات ریخته گری و سیل کننده ها (آب بندی کننده ها)، لعاب، پوشش های کف و رنگ ها استفاده می‌گردد.

اصطلاح اپوکسی به گروه شیمیایی اطلاق می‌شود که در آن یک اتم اکسیژن با دو اتم کربن دیگر که به نوعی به هم پیوند خورده اند متصل می‌باشد. ساده ترین اپوکسی دارای یک ساختمان حلقوی سه عضوی بوده که اصطلاحاً به آن “۱ و ۲ اپوکسی” یا “آلفا اپوکسی” گفته می‌شود. شکل زیر ساختمان شیمیایی ایده آل یک اپوکسی را نشان می‌دهد که به عنوان ساده ترین مشخصه هر مولکول پیچیده اپوکسی شناسایی شده است.

رزین های اپوکسی از واکنش بین اپی کلروهیدرین و بیس فنل A به دست می‌آیند و معمولا با رنگ قهوه ای یا زرد کهربایی مخصوص به خود شناسایی می‌شوند و دارای خواص مفید زیادی هستند. رزین مایع در مخلوط با عامل پخت کننده آن، رزینی با گرانروی پایین می‌سازد که سهولت در انجام فرایند های تولید را به دنبال دارد. رزین های اپوکسی بسته به نوع عامل پخت کننده آن می‌توانند به سهولت و سرعت در هر درجه حراتی از ۵ درجه سانتیگراد تا ۴۵۰ درجه سانتیگراد پخت شوند. یکی از بزرگترین امتیازات اپوکسی ها جمع شدگی کم آنها در طی پخت است که تنش پس ماند سازه را به حداقل می‌رساند. قدرت بالای چسبندگی و خواص مکانیکی بالای این رزین ها در کنار مقاومت بالای عایق الکتریکی و مقاومت شیمیایی خوب آنها موجب ارتقاء بیش از پیش جایگاه مصرف آنها گردیده است.

رزین های اپوکسی همانند وینیل استرها از ساختمان زنجیره های بلند مولکولی تشکیل شده اند که مکانهای واکنش پذیرشان در انتهای این زنجیره هست با این تفاوت که به جای گروه های استری، این مکان ها از گروه های اپوکسی تشکیل شده اند. نبودن گروه های استری در این رزین ها به معنی داشتن مقاومت بسیار خوب به خصوص در مقابله با آب می‌باشد. همچنین مولکول های اپوکسی در مرکز خود دارای دوگروه حلقوی اند که بهتر از گروه های خطی قادر به جذب تنش های مکانیکی و حرارتی هستند بنابراین رزین های اپوکسی خواص سفتی، چقرمگی و مقاومت حرارتی خیلی خوبی را ارائه می‌کنند.

تفاوت دیگر رزین های اپوکسی با پلی استر ها در این است که رزین های اپوکسی به جای یک فعال کننده، به وسیله یک “سخت کننده” پخت می‌شوند. سخت کننده که اغلب یک آمین می‌باشد از طریق “واکنش افزایشی” موجب پخت رزین اپوکسی گردیده و هر دو ماده از طریق این واکنش در ساختار نهایی شرکت می‌کنند از دیدگاه شیمی معنی این واکنش اتصال خوردن سر دو اپوکسی مجزا با سر یک آمین است. این واکنش یک ساختمان مولکولی سه بعدی پیچیده را که در شکل  زیر نشان داده شده تشکیل می‌دهد.

خواص

ساختمان شیمیایی رزین های اپوکسی طوری است که آنها را در مقابل مواد شیمیایی مقاوم می کـند. رزین های اپوکسی چسبندگی بسیار خوبی به طیف وسیعی از مواد دارند. همچنین ابعاد قالب خود را به خوبی حفظ می کنند. پس از پخت دارای استحکام و انعطاف هستند و مقـــاومت خوبی در مقـــابل سایش از خود نشان می دهند. این رزین ها از جمله رزین های نادری هستند که قادرند در حرارتــــهای بالا مقاومت خوبی نشان دهند. هر جا که نیاز به استحکام فیزیکی بالا داشته باشیم از سیستم رزین های اپوکسی استفــاده می کنیم.

خواص محصولات پخت شده اپوکسی بستگی دارد به:

۱) نوع اپوکسی
۲) نوع و مقدارهاردنر
۳(میزان شبکه‌ای شدن
۴(طبیعت و حجم مواد افزودنی

در بازار عوامل پخت متنوعی با ویژگی‌های طول عمر، انعطاف، پخت سریع و سمیت کم وجود دارند.

ساختار مولکولی و خواص رزین پخت شده، بستگی به طبیعت سیستم پخت دارد. اگر چه سیستم‌های پخت مختلفی وجود دارد، ولی میتوان آنها را به دو گروه آمینها و انیدریدها تقسیم کرد.

رزین های اپوکسی و عوامل پخت تنها اجزاء یک فرمولاسیون نیستند. برای برخی کاربردها، ممکن است اپوکسی اصلاح نشده دارای خواص نامطلوبی از قبیل ویسکوزیته بالا، گران قیمت بودن و مقاومت ضربه پایین در برخی کاربردهای ویژه باشد. بنابراین باید دراغلب موارد توسط موادی چون رقیق کننده، چقرمه کننده، پرکننده و تقویت کننده همراه شود. انتخاب صحیح رزین، هاردنر و افزودنی‌ها اجازه می‌دهد که خواص مورد نظر تامین شود. این تنوع عامل عمده رشد پایه اپوکسی‌ها در مدتهای طولانی است.

سیستم های اپوکسی که در دماهای معمول و یا پائین تر پخت می گردند جهت استفاده در صنایع چسب و پوشش فوق العاده مناسب می باشند. تلاش ها برای پخت در دماهای پائین تر بطور سنتی بر استفاده از کاتالیست ها و شتاب دهنده هائی نظیر فنول ها، مشتقات بازی مانیخ، اسیدهای قوی و مرکاپتان های مخلوط با آمین ها متمرکز بوده است. روش دیگر برای رسیدن به این هدف بر استفاده از آکریلاتهای با وزن مولکولی کم استوار بوده است. اما این روش ها از اثرات زیان آوری نظیر سمیت، خورندگی و عدم سازگاری کامل با فرمولاسیون اپوکسی رنج می بردند.
هدف از تولید اولیه اپوکسی رزین ها ایجاد پوشش مقاوم در مقابل قلیاها بود. اما بزودی خواص مناسبتر و جالب تری از اپوکسی رزین ها مشخص گشت. امروزه اپوکسی ها در صنایع هوائی، الکترونیک، اتومبیل، غذائی، داروسازی، دریائی، رنگ و روکش و قالبگیری بکار گرفته می شوند.

علاوه بر این ساختار متنوع، اپوکسی‌ها دارای ویژگی‌های ذیل نیز هستند:

۱) مقاومت شیمیایی عالی (به ویژه در محیطهای قلیایی(
۲) چسبندگی خوب به مجموعه‌ای از بسترهای مختلف
۳) استحکام کششی، فشاری و خمشی بسیار بالا
۴)پایین بودن جمع شدگی پخت
۵) پایداری ابعادی
۶)عایق عالی الکتریسیته
۷) دوام بالا در پیری و شرایط سخت محیطی
۸) قابلیت پخت در دماهای مختلف
۹) مقاومت خستگی ممتاز
۱۰) بی بو و بی مزه

رزین  های اپوکسی در کاربردهای مختلفی از قبیل پوشش سطح، چسب، روکش دهی، ابزار سازی و کامپوزیتها، استفاده می‌شوند.

چند لایه‌های رزین اپوکسی از اهمیت فوق العاده‌ای در صنایع هواپیماسازی برخوردارند. بسیاری از قطعات ساختاری از جنس الیاف کربن و رزین اپوکسی جایگزین آلیاژهای فلزی مرسوم شده و نتایج مطلوبی نیز داشته‌اند. همچنین از این رزین به همراه الیاف آرامید، در ساخت موتور راکت و کپسولهای تحت فشار به روش رشته پیچی استفاده می‌شود.

علاوه بر آن رزین های اپوکسی بطور وسیعی به همراه الیاف و ساختارهای لانه زنبوری برای ساخت ملخ  هلیکوپتر استفاده می‌شود. رزین های اپوکسی تقویت شده با الیاف کربن و آرامید در ساخت قایق هایی که در آنها ضمن حفظ وزن، استفاده بیشتر از فضا در همان استحکام مورد نظر است، بجای پلی استر- شیشه استفاده می‌شوند.
همچنین کامپوزیت های آرامید – اپوکسی برای جایگزین فولاد در کلاه خودهای جنگی استفاده میشوند.

طرز تهیه رزین های اپوکسی

رزین های اپوکسی از همان اوایل پیدایش جای پای خود را در میان دیگر مواد گوناگون صنایع رنگسازی به عنوان یکی از مواد مهم این صنعت باز نمودند که این موفقیت بیشتر به خاطر خصائص فراوان و متنوع این رزین ها می باشد. درحقیقت دست یک فرمولیست را در ارائه فرمولهای مختلف رنگ از قبیل انواع رنگهای سخت شونده با آمین و کراس لینک شونده بر اثر حرارت که مقاومت بسیار خوبی در مقابل حلالها و مواد شیمیایی دارند باز نموده است. از مصارف مهم رزین های اپوکسی در ساخت رنگ های اپوکسی، چسب ها، دوغاب و مواد درزگیر آب می باشد.
رزین های اپوکسی یک رزین ترموست می‌باشند و بیش از ۸۵ درصد رزین های اپوکسی موجود از واکنش اپی کلر و هیدروین و دی فنیلول پروپان (۲-۲- بیس- ۴- هیدروکسی فنیل پروپان به نام تجاری بیس فنل A) حاصل می‌شوند که یک نمونه دیگر تولید رزین اپوکسی اولفینی است.

طرز تهیه رزین های اپوکسی بیس فنل ,Aرزین های اپوکسی- اولیفینی

رزین های اپوکسی که از واکنش بیس فنل A و اپی کلرویدرین تهیه می‌گردند از مرغوب ترین نوع رزین های اتر- کلسیدی می‌باشند. بیس فنل A از واکنش تراکمی استن با دو مول فنل در حضور کاتالیزور اسیدی به دست می‌آید و اپی کلروهیدرین از واکنش پروپیلن با کلرین حاصل می‌شود.

واکنش یک مول بیس A با حداقل دو مول اپی کلروهیدرین در محیط قلیایی و یا از بین رفتن گروه های فنلی و تشکیل گروه های هیدروکسی، تولید مادۀ واسطه کلریدرین می‌کند که با ادامه واکنش محصول دی گلیسیدیل اِتربیس فنل A (DGEBA) بدست می‌آید.

این رزین ها از طریق اپوکسی نمودن بندهای دوگانه کربن-کربن اولیفین ها ساخته می‌شوند که در پروسه ساخت آنها از اسید پراستیک به عنوان عامل اپوکسی کننده استفاده می‌شود. به عنوان مثال رزین گلیسیدیل متاکریلات یک رزین اپوکسی متاکریلات می‌باشد که فیلم حاصل از رزین های اپوکسی- اولیفینی مقاومت بهتر و بیشتری از فیلم های حاصل از رزین های اپوکسی- اترگلیسیدی (بیس فنل) در مقابل آب و مواد دارد و اما بالعکس مقاومت ضعیف تری در مقابل مواد شیمیایی از خود نشان می‌دهند و به همین علت کمتر از رزین های بیس فنلی در ساخت رنگهای صنعتی- حفاظتی استفاده می‌گردند. اختلاف دیگر آنها در این است که رزین های اپوکسی-اولیفینی با مواد سخت کننده اسیدی سریعتر از مواد سخت کننده آمینی وارد واکنش می‌شوند.

نقش رزین های اپوکسی در صنایع رنگ و رزین

نقش رزینهای اپوکسی در صنایع رنگ و رزین را به طوری کلی می توان به دو قسمت تقسیم نمود یکی به عنوان یک پلی الکل و دیگری به عنوان یک رزین تشکیل دهنده فیلم.

رزین های اپوکسی تشکیل دهنده فیلم ممکن است خود رزین های اپوکسی، اپوکسی استر یا اپوکسی آلکید یا هر رزین دیگری که با اپوکسی اصلاح شده است باشند؛ که در هر دو سیستم هوا- خشک و کوره ای بکار می روند.از آنجائیکه فیلم حاصل از رزین های اپوکسی شکننده است از این رو آنان را با رزین های دیگر کراس-لینک می کنند که تعدادی از آنان با این شرح می باشند:

  • رزین های اپوکسی- فنلینک

رزین های اپوکسی فنلی یکی از رزین های بسیار مقاوم در مقابل مواد شیمیایی و حلال ها می باشند. از پوشش های مذکور بیشتر جهت پوشش داخلی لوله های استیلی و چاه های حفاری نفتی نام برد و همچنین به علت داشتن مقاومت الکتریکی عالی از آن جهت پوشش سیم های الکتریکی و ساخت تعدادی از سفارشات ارتش که نیازمند به مقاومت شیمیایی بسیار عالی هستند، استفاده می گردد و امروزه به علت ارزان بودن قیمت و داشتن مقاومت شیمیایی بسیار خوب مصرفشان رو به افزایش است.

  • رزین های اپوکسی آمینو

فیلم حاصل از اصلاح یک رزین اپوکسی با رزین اوره- فرم آلوئید هرچند که مقاومت شیمیایی کمتری از سیستم اپوکسی فنلیک دارد اما در عوض رنگ روشن تر، درجه حرارت پخت کمتر و مقاومت زنگ زدگی بیشتری دارد. دو فاکتور رنگ روشن تر و درجه حرارت پخت کمتر باعث تقدم انتخاب این سیستم بر سیستم اپوکسی فنلیک می گردد.

کاربرد رزین اپوکسی

رزین های اپوکسی در کاربرد های مختلفی از قبیل پوشش سطح ,روکش دهی . ابزارسازی و کامپوزیتها استفاده می شوند. ساخت قالب های وکیوم فرمینگ، الکترو فرمینگ، متال فرمینگ،  الگو برداری، قالب های مقاوم در برابر فشار، دفن قطعات الکترونیکی، ساخت قالب با ابعاد بزرگ، پشت ریز قالب ها، ساخت قطعات ریخته گری ماشینی، ساخت قالبهای مقاوم در برابر حرارت، صنایع چسب، صنایع کامپوزیت ها (مانند موادی که از فایبر گلاس یا فیبر کربن استفاده می‌کنند) و تقویت‌کننده‌ها (اگرچه پلی‌استر، وینیل‌استر و دیگر صمغ های ترموست هم برای پلاستیک تقویت‌شده با شیشه به کار می‌روند)، کفپوش ها و پوشش روی سطح، مصارف خانگی و دریایی، چند لایه‌ای رزین اپوکسی از اهمیت فوق العاده ای در صنایع هواپیما سازی برخوردارند.

بسیاری از قطعات ساختاری از جنس الیاف کربن و رزین اپوکسی جایگزین آلیاژهای فلزی مرسوم شده و نتایج مطلوبی نیز داشته اند همچنین از این رزین به همراه الیاف آرامید، در ساخت موتور راکت و کپسول های تحت فشار به روش رشته پیچی استفاده می شود. علاوه بر آن رزین های اپوکسی بطور وسیعی به همراه الیاف و ساختار های لانه زنبوری برای ساخت ملخ هلیکوپتر استفاده می‌شود. رزین های اپوکسی تقویت شده با الیاف کربن و آرامید در ساخت قایق هایی که در آنها ضمن حفظ وزن استفاده بیشتر از فضا در همان مکان استحکام مورد نظراست بجای پلی استر- شیشه استفاده می شوند. همچنین کامپوزیت های آرامید – اپوکسی برای جایگزین فولاد در کلاه خود های جنگی استفاده می شوند بر اساس نوع کاربرد میتوان از رزین های گرما پخت(Hot Curing)و سرد کار (Cold Curing) استفاده نمود.

ویژگی های رزین های پلی استر و اپوکسی

مقایسه

کلمات کلیدی: رزین اپوکسی# آلفا اپوکسی# اپی کلروهیدرین # بیس فنل# وینیل استرها # هاردنر # آمین #۲-۲- بیس- ۴- هیدروکسی فنیل پروپان # رزین های اپوکسی فنلینک#  رزین های اپوکسی آمینو #کامپوزیت#  فایبر گلاس#