مقدمه
بخش اصلی پوششهای حفاظتی، رزین است كه سایر اجزاء را در درون خود نگه داشته و به عنوان محمل رنگ وظایف عمده ای را در سیستم پوششی به عهده دارد و معمولاً رنگ را بر حسب نوعرزین آن می شناسند.
از وظایف اصلی رزین در پوشش، ایجاد فیلم رنگ روی سطح است. تركیبات با اندازه ملكولی كوچك ممكن است روی سطح به خوبی پهن شوند ولی قادر نیستند كه فیلم ایجاد نمایند.
رزین ها در حقیقت پلیمرهایی و یا به عبارت بهتر كوپلیمرهایی با وزن ملكولی بالا هستند كه در درون زنجیره خود گروههای فعالی دارند. رزین های پلی استر، پلی آمید، پلی اوراتان، پلی اوره، پلی سیلیكون، اوره فرمالدئیدی همگی مثال های انواع پلیمرهایی هستند كه در صنعت رنگ و پوشش كاربرد دارند. این پلیمرها اكثراً در دمای محیط، مایع با ویسكوزیته بالا و ظاهر عسل مانند، شفاف با فام زرد روشن تا مایل به قهوه ای هستند و یا به صورت پولك و دانه های جامدی هستند كه برحسب نیاز در حلال مناسب حل می شوند.
طرز تهیه رزینهای اپوكسی
رزینهای اپوكسی از همان اوایل پیدایش جای پای خود را در میان دیگر مواد گوناگون صنایع رنگسازی به عنوان یكی از مواد مهم این صنعت باز نمودند كه این موفقیت بیشتر به خاطر خصائص فراوان و متنوع این رزینها می باشد. درحقیقت دست یك فرمولیست را در ارائه فرمولهای مختلف رنگ از قبیل انواع رنگهای سخت شونده با آمین و كراس لینك شونده بر اثر حرارت كه مقاومت بسیار خوبی در مقابل حلالها و مواد شیمیایی دارند باز نموده است. از مصارف مهم رزینهای اپوكسی در ساخت رنگهای اپوكسی، چسبها، دوغاب و مواد درزگیر آب می باشد.
رزینهای اپوكسی یك رزین ترموست می باشند و بیش از 85 درصد رزینهای اپوكسی موجود از واكنش اپی كلر و هیدروین و دی فنیلول پروپان (2-2- بیس- 4- هیدروكسی فنیل پروپان به نام تجاری بیس فنل A) حاصل میشوند كه یك نمونه دیگر تولید رزین اپوكسی اولفینی است.
طرز تهیه رزینهای اپوكسی بیس فنل A
رزینهای اپوكسی كه از واكنش بیس فنل A و اپی كلرویدرین تهیه می گردند از مرغوب ترین نوع رزینهای اتر- كلسیدی می باشند. بیس فنل A از واكنش تراكمی استن با دومول فنل در حضور كاتالیزور اسیدی به دست می اید و اپی كلروهیدرین از واكنش پروپیلن با كلرین حاصل می شود.
واكنش یك مول بیس A با حداقل دو مول اپی كلروهیدرین در محیط قلیایی و یا از بین رفتن گروههای فنلی و تشكیل گروههای هیدروكسی، تولید مادۀ واسطه كلریدرین می كند كه با ادامه واكنش محصول دی گلیسیدیل اِتربیس فنل A (DGEBA) بدست می آید.
(DGEBA) میتواند مجدداً با گروه فعال بیس فنل A موجود در محیط واكنش داده و پلی اتر خطی با جرم ملكولی بالا ایجاد نماید. درصورت افزایش مقدار زیادی از پلی كلروهیدرین (دو تا ده برابر مقدار لازم) و كنترل واكنش میتوان DGEBA را با خلوص بالای 90% به دست آورد. در عین حال درصورتی كه مقصود از واكنش، ایجاد رزین اپوكسی با زنجیره طولانی باشد میتوان با كنترل واكنش و تركیب مول به مول بیس فنل A و اپی كلروهیدرین، از واكنش n+1 مول بیس فنل A با n+2 مول اپی كلروهیدرین رزینی به دست آورد كه طول زنجیره ملكولی آن n باشد.
نتیجه این روش كه به نام فرآیند یك مرحله ای (OSP) یا فرآیند Taffy معروف است ایجاد پلی اترهای خطی با دو گروه اپوكسی در دو انتها و گروههای هیدروكسیل و حلقه بنزنی در وسط زنجیره خواهد بود. گروههای خاص شیمیایی در زنجیره خواص خاصی به انها می دهد.
– پیوند اِتری (-c-o-c-) مقاومت شیمیایی را موجب می شود.
– پیوند متیل (-CH3) سبب انعطاف و سختی زنجیره می شود.
– گروه هیدروكسیل –OH عامل چسبندگی به سطح است.
– حلقه آروماتیك مقاومت دمایی و سختی را افزایش می دهند.
– حلقه اپوكسید فقط در دو انتهای زنجیره قرار دارد كه عامل ایجاد شبكه سه بعدی و فیلم سخت اپوكسی روی سطح است.
رزین اپوكسی مخلوطی از الیگومرهای با تعداد n مختلف است كه هرچه n افزایش پیدا كند جرم ملكولی رزین افزایش می یابد. رزین های با n<=1 مایع هستند ولی با افزایش n از 2 تا 13 رزین ها جامد خواهند بود.
رزین های اپوكسی از جرم مولی 200 تا 2700 متغیر است و با تغییر جرم مولی ویسكوزیته رزین از 7 تا 150 پواز و حالت رزین از مایع تا رزین جامد با نقطه ذوب بالا تغییر می كند؛ ولی د رهر حال با طویل شدن اندازه زنجیره دو حلقه اپوكسی در دو انتهای زنجیره دیده می شود و همین حلقه است كه باعث ایجاد شبكه سه بعدی میشود.
یك رزین اپوكسی میتواند ماكزیمم دو عامل اپوكسی در انتها و تعداد صفر تا n عامل ئیدروكسیل در طول زنجیر ملكول و به فواصل معین داشته باشد.
عوامل ئیدروكسیل رزین را قطبی ساخته و در نتیجه باعث چسبندگی این رزین بر روی سطوح فلزی یا غیرفلزی می گردند. ملكول شامل بندهای كربن به كربن (-c-c-) و اتر به كرب (-c-o-c-) می باشد كه هر دوی آنان از بندهای بسیار پایدار می باشند و حتی پایدارتر از بندهای استری هستند كه به سادگی بر اثر واكنش یا بازها صابونیفای می شوند. بنابراین رزین های اپوكسی مقاومت شیمیایی بسیار خوبی دارند.
عامل فنلی كه در رزینهای فنیلك باعث افزایش رنگ می گردد بالعكس در رزینهای اپوكسی به خاطر تبدیل به عامل اتری باعث كاهش رنگ رزینهای اپوكسی می گردد. وجود حلقه های بنزنی در رزینهای اپوكسی باعث سخت تی بیشتر و در نتیجه شكنندگی پلیمر حاصل گشته و می بایست آنان را جهت رسیدن به خواص لازم با رزین های دیگری اصلاح و یا كراس لینك نمود. عمل كراس لینك از طریق عوامل اپوكسی و یا ئیدروكسیل صورت می پذیرد و ازآنجائیكه این عوامل به فواصل زیادی از هم قرار دارند پلیمر حاصل فیلمی با انعطاف پذیری مناسب می باشد. رزین های اپوكسی از مایع غلیظ گرفته تا جامد در دسترس می باشند و اگر چنانچه در فرمول تهیه آنان مقدار بیس فنل A از مقدار اپی كلروئیدرین كمتر باشند رزین حاصل مایع است و درصورتیكه برابر و یا زیادتر باشد جامد است.
رزین جامد ….. n>1 ؛ رزین مایع….. n<=1
نكته قابل توجه این است كه در صنعت بیس فنل دیگر یافت میشود بنام بیس فنل F كه ویسكوزیته كمتری از بیس فنلA دارد.
همانطور كه قبلاً هم ذكر شد بیس فنل A از واكنش فنل و استون حاصل می گردد. از واكنش تراكمی فنل یاكروزول با فرمالدئید بیس فنل F تولید می شود كه محصول این واكنش مخلوطی از انواع ایزومر با جرم ملكولی بالا خواهد بود.
از واكنش بیس فنل و اپی كلروهیدرین مخلوطی از سه ایزومر فضایی از بیس گلیسیدل اكسی فنیل متان حاصل می گردد و در مقایسه با بیس فنل A عدد اپوكسی و ضریب فعالیت كمتری دارد. این فعالیت سبب می شود كه رزین اپوكسی بیس فنل F مقاومت بیشتری نسبت به حلال داشته باشد. رزین های اپوكسی بیس فنل F نیز مشابه رزین های بیس فنل A تمایل زیادی به كریستال شدن دارند. اختلاط این دو نوع رزین ویسكوزیته را متعادل می كند و برای كاربردهای ساختمانی مناسب تر خواهند بود.
رزین های اپوكسی بر مبنای بیس فنل AR=CH3
رزین های اپوكسی بر مبنای بیس فنل FR=H
رزینهای اپوكسی- اولیفینی
این رزینها از طریق اپوكسی نمودن بندهای دوگانه كربن كربن اولیفینها ساخته میشوند كه در پروسه ساخت آنها از اسید پراستیك به عنوان عامل اپوكسی كننده استفاده می شود. به عنوان مثال رزین گلیسیدیل متاكریلات یك رزین اپوكسی متاكریلات میباشد كه فیلم حاصل از رزینهای اپوكسی- اولیفینی مقاومت بهتر و بیشتری از فیلم های حاصل از رزین های اپوكسی- اترگلیسیدی (بیس فنل) در مقابل آب و مواد دارد و اما بالعكس مقاومت ضعیف تری در مقابل مواد شیمیایی از خود نشان می دهند و به همین علت كمتر از رزینهای بیس فنلی در ساخت رنگهای صنعتی- حفاظتی استفاده می گردند. اختلاف دیگر آنها در این است كه رزینهای اپوكسی- اولیفینی با مواد سخت كننده اسیدی سریعتر از مواد سخت كننده آمینی وارد واكنش می شوند.
نقش رزینهای اپوكسی در صنایع رنگ و رزین
نقش رزینهای اپوكسی در صنایع رنگ و رزین را به طوری كلی میتوان به دو قسمت تقسیم نمود یكی به عنوان یك پلی الكل و دیگری به عنوان یك رزین تشكیل دهنده فیلم. در این بخش هریك راب ه طور مختصر بررسی می كنیم:
نقش رزینهای اپوكسی در صنایع رنگ به عنوان تشكیل دهنده رنگ
رزین های اپوكسی تشكیل دهنده فیلم ممكن است خود رزینهای اپوكسی، اپوكسی استر یا اپوكسی آلكید یا هرگونه رزین دیگری كه با اپوكسی اصلاح شده است باشند؛ كه در هر دو سیستم هوا- خشك و كوره ای بكار میروند. همانطور كه قبلاً ذكر شد از آنجائیكه فیلم حاصل از رزینهای اپوكسی شكننده است از این رو آنان را با رزینهای دیگر كراس-لینك می كنند كه تعدادی از آنان با این شرح می باشند:
– سیستمهای كوره ای
1- رزینهای اپوكسی- فنلینك
رزینهای اپوكسی فنلی یكی از رزینهای بسیار مقاوم در مقابل مواد شیمیایی و حلالها می باشند. از پوششهای مذكور بیشتر جهت پوشش داخلی لوله های استیلی و چاه های حفاری نفتی نام برد و همچنین به علت داشتن مقاومت الكتریكی عالی از آن جهت پوشش سیم های الكتریكی و ساخت تعدادی از سفارشات ارتش كه 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.
2- رزینهای اپوكسی آمینو
فیلم حاصل از اصلاح یك رزین اپوكسی با رزین اوره- فرم آلوئید هرچند كه مقاومت شیمیایی كمتری از سیستم اپوكسی فنلیك دارد اما در عوض رنگ روشنتر، درجه حرارت پخت كمتر و مقاومت زنگ زدگی بیشتری از آن دارد. دو فاكتور رنگ روشنتر و درجه حرارت پخت كمتر باعث تقدم انتخاب این سیستم بر سیستم اپوكسی فنلیك می گردد.
در جدول زیر انواع دیگر رزین اپوكسی آمینو را نام برده و معایب و مزایای آن را ذكر كرده ایم.
نكته: آمین های نوع اول دو مرتبه سریعتر از آمین های نوع دوم واكنش می دهند. همچنین سرعت واكنش به ساختمان شیمیایی آمین وابسته است. برای مثال آمینهای آروماتیك نسبت به آمین های آلیناتیك به دمای بیشتری جهت انجام واكنش نیاز دارند.
نتیجه گیری
ما با طرز تهیه دو نوع رزین اپوكسی آشنا شدیم؛ یكی اپوكسی- بیس فنلی A و F و دیگری اولفینی كه در صنایع رنگسازی كاربرد دارد و متوجه شدیم كه در رزینهای اپوكسی بیس فنلی تعداد گروه های اپوكسی در جامد بودن و مایع بودن محصول نقش دارند و رزین اپوكسی بیس فنول F دارای ویسكوزیته كمتر است از نوع A است آن و با اصلاح رزین اپوكسی به صورت ادغام آن با رزین های مختلف رزینهای با كیفیت بالاتری حاصل می گردد.