رزین چیست؟

برای آشنایی با رزین چیست مقاله ی زیر را مطالعه نمایید:

رزین‌های اپوکسی:

رزین‌های اپوکسی بدلیل خصائص فراوان و متنوئی که می‌توانند داشته باشند، مورد توجه هستند و عمدتا از واکنش تراکمی دی‌فنیل پروپان (بیسفنل) و اپی کلرو هیدرین در حظور یک قلیا به دست می‌آیند. یک رزین اپوکسی می‌تواند ماکزیموم دو عامل اپوکسی در دو انتهای زنجیره خود داشته باشد و تعداد n عامل هیدروکسیل، که باعث قطبی شدن این رزین و چسبندگی خوب آن بر روی سطوح فلزات می‌شود. همچنین اتصلات اتری، بسیار پایدارتر از اتصالات استری هستند و بنابراین رزین‌های اپوکسی دارای مقاومت شیمیایی خوبی می‌باشند.

وجود حلقه‌های بنزنی در رزین‌های اپوکسی باعث سختی بیشتر و در نتیجه شکنندگی پلیمر حاصله شده و بنابراین باید آنرا با ترکیبات دیگر اصلاح نمود و در واقع موجبات سه بعدی شدن (Cross linking) آنها را فراهم آورد. در این عمل گروه‌های اپوکسی و یا هیدروکسیل وارد واکنش می‌شوند و از آنجائیکه این گروه‌ها با فواصل زیادی نسبت به هم قرار دارند، لذا رزین اپوکسی نهایی انعطاف‌پذیر بهتری خواهد داشت. چنانچه در فرمول تهیه رزین‌های اپوکسی مقدار بیسفنل A از مقدار اپی کلروهیدرین کمتر باشد رزین حاصل، مایع و در صورتیکه برابر یا زیادتر باشد، جامد است.

از طرفی می‌توان به سخت شدن رزین‌های اپوکسی با سخت کننده‌های آمینی اشاره کرد. سخت کننده‌های آمینی در سه نوع آمین‌ها، پلی‌آمین‌ها و پلی‌آمیدها در دسترس هستند. بدین ترتیب که هرگاه دو جزء با هم مخلوط شوند، در دمای معمولی عملا سخت شدن رخ می‌دهد و گرما سبب تسریع آن می‌گردد ولی آنچه باید توجه نمود این است که پس از اختلاط دو جزء بلافاصله باید مصرف شود بنابراین رزین اپوکسی و سخت کننده در دو ظرف جداگانه به صورت دوقلو حمل می‌شوند و درست قبل از مصرف بهم افزوده می‌گردند این سیستم‌ها را دو جزئی می‌نامند و مدت زمان لازم جهت سخت شدن را طول عمر (Pot life) گویند. لازم به توضیح است که سخت کننده‌های مختلفی وجود دارند که هر یک برای ایجاد خصوصیات ویژه می‌توانند با رزین‌های اپوکسی بکار روند.

رزین‌های فنلی:

این دسته از رزین‌های از زمره رزین‌های سخت بوده و بر اثر بسپارش تراکمی فنل با یک آلدئید به دست می‌آیند و بسته به pH محیط انواع متفاوتی دارند چنانچه ترکیب فنل با آلدئیدی مانند فرم آلدئید در حظور کاتالیزور قلیایی مانند آمونیاک باشد تولید مونو، دی ویا تری متیلول فنل را خواهد کرد و سپس در اثر حرارت این ملکول‌ها متراکم شده و پیوند‌های اتری را سبب می‌شوند که به رزین حاصله رزول (Resole) گویند.

وزن ملکولی و قابلیت سخت شدن در اثر حرارت با افزایش نسبت آلدئید، افزایش می‌یابد. این رزین‌ها در هر انتهای شاخه زنجیری خود منتهی به گروه‌های متیلولی (-CH2OH) می‌باشند که فعال بوده . به همین دلیل، این رزین‌های فنلی در دراز مدت تمایل به زردگرایی یا کدر شدن به ویژه در مقابل نور دارند. ولی چنانچه واکنش فنل با فرم آلدئید در حظور یک کاتالیزور اسیدی باشد، دی فنل متان به دست می‌آید که در اثر حرارت به رزینی تبدیل می‌شود به نام نوئالاک (Novalac). از آنجایی که این رزین‌ها یه گروه‌های فعالی مانند متیلول ختم نمی‌شوند پس فعالیت قابل ملاحظه‌ای نیز ندارند. بطور کلی رزین‌های فنلی برای ساخت قطعات مصرفی در صنایع الکتریکی مانند کلید، پریز، قابهای رادیو، تلوزیون، تلفن و همچنین ساخت چسب لاک و جلا بکار می‌روند و عموما در برابر اسیدهای رقیق و آب مقاومت زیادی دارند.

رزین‌های پلی‌اورتان:

این رزین‎‌ها از پلیمریزاسیون یا بسپارش تراکمی ایزوسیانات‌ها با دی‌الها یا پلی‌الها بدست می‌آیند که به دو گروه یک بسته‌ای یا یک جزئی و دو بسته‌ای یا دو جزئی تفکیک می‌شوند.

الف) رزین‌های پلی‌اورتان یک بسته‌ای:

این رزین‌ها خود به سه بخش 1- روغن‌های اورتانی (هوا خشک) 2- رزین‌های پلی‌اورتانی رطوبت خشک (سخت شونده با رطوبت) 3- رزین‌های بلوکه شده (Blocked) کوره‌ای تقسیم شده‌اند.

1) روغن‌های اورتانی:

این سیستم از واکنش دی ایزوسیانات با روغن‌های خشک شونده به دست می‌آید بدین ترتیب که ابتدا روغن خشک شونده با کمک یک پلی هیدروکسی الکل تبدیل به مونو یا دی گلسیرید می‌شود تا عوامل هیدروکسیل به وجود آید که قادر به واکنش با گروه‌های ایزوسیانات (-NCO-) باشند.

2) رزین‌های پلی‌اورتان رطوبت خشک:

خشک شدن و سخت شدن نهایی این رزین‌ها به کمک رطوبت موجود در هوای اطرلف از طریق واکنش گروهای ایزوسینات موجود در انتهای زنجیر پلیمری است که با ایجاد پیوند‌های عرضی فیلم حاصله خشک و سخت می‌کنند، کاربرد و استفاده از این سیستم بسیار حساس است و به محض تماس رنگ با رطوبت هوا خراب شده و به صورت ژل در می‌آید و بدین ترتیب جهت افزایش پایداری سیستم از مواد جاذب رطوبت مانند اتیل اورتوفرمات HC(OC2H5)3 یا همان molecular sieve استفاده می‌شود.

3) رزین‌های بلوکه شده کوره‌ای:

این رزین‌ها در واقع پیش پلیمرهایی هستند که گروه‌های انتهایی ایزوسیانات آن‌ها با ترکیباتی مانند کاپرولاکتام محافظت شده است و تحت اثر حرارت، گروه سیانات، آزاد شده و می‌تواند با گروه‌های هیدروکسیل موجود در محیط ترکیب و ساختمان سه بعدی را تولید کند. بدین ترتیب این سیستم را می‌توان برای مدت زیادی نگهداری کرد.

ب) رزین‌های پلی اورتانی دو دسته‌ای یا دو جزئی یا دو قلو:

این سیستم نیز بر دو نوع است که یکی نوع سخت شونده با رطوبت به همراه کاتالیزوری مانند یک آمین نوع سوم N، N-دی‌متیل اتانل آمین بوده و نوع دیگر رزین پلی‌هیدروکسی/ایزوسیانات می‌باشد بدین ترتیب که ابتدا ایزوسیانات را با پلی الهایی با وزن ملکولی کم، از قبیل الکل‌ها واکنش می‌دهند تا تشکیل یک اداکت (Adduct) را بکند و جزء دیگر، یک محلولی از یک پلیمر خطی یا شاخه‌ای شامل گروه‌های هیدروکسیل مانند پلی استرها یا پلی اترها است، که انتخاب آن نیاز به دقت فراوان دارد زیرا هرچه گروه‌های هیدروکسیل در آن بیشتر باشد امکان ایجاد پیوندهای عرضی بالاتر رفته و سختی فیلم و مقاومت آن نسبت به حلال‌ها، آب و مواد شیمیایی بیشتر می‌شود ولی در عوض قابلیت انعطاف پذیری آن کم شده و کاملا این سیستم نسبت به انواع رزین‌های پلی اورتانی که قبلا ذکر شد دارای مزیت‌های از قبیل: الف) سریع خشک شدن فیلم در درجه حرارت اطاق به وسیله مکانسیمی که مستقل از رطوبت هواست ب) سهولت پخش رنگدانه در رزین ج) پایداری بیشتر رنگ به دلیل جداسازی اجزا در دو بسته مجزا د) تنوع زیاد فرمولاسیون، به دلیل تنوع اجزائ تشکیل دهنده برای دو بسته.

بطور کلی از موارد مصرف مهم رزین‌های پلی‌اورتان در ساخت رنگ‌های صنعتی ضدزنگ ، رنگ‌های دریایی، پوشش سیم‌های مغنایسی و غیره است.

رزین‌های سلولزی:

سلولز که از عمده‌ترین پلیمرهای موجود در طبیعت است خود، ماده‌ای نامحلول است ولی مشتقات آن محلول‌اند که یکی از مهمترین مشتقات آن که در صنایع رنگ کاربرد دارد نیترات سلولزی می‌باشد که به غلط به آن نیتروسلولز گویند و از واکنش اسید نیتریک و سولفوریک با سلولز تهیه می‌شود.

عامل هیدروکسیل موجود در سلولز یا اسید نیتریک واکنش نموده و با خروج آب، عمل نیتراسیون صورت می‌گیرد و علت افزایش اسیدسولفوریک به محیط واکنش، خارج کردن ملکول آب است، پس واکنش نیتراسیون را با رقیق نمودن محیط واکنش توسط آب می‌توان متوقف نمود. معمولا در صنعت نیترات‌سلولز را با درصد نیتروژن 5/10 تا 3/12 درصد تهیه می‌کند. در نتیجه همانطور که مطرح شد آب برای این سیستم مضر است لذا باید از حلال‌های دیگری جهت حل نمودن نیترات سلولز استفاده کرد زیرا همانگونه که می‌دانید نیترات سلولز خشک یک ماده منفجره بوده به طوری که این رزین بنا به درصد حلال بکار رفته به سه صورت ویسکوزیته بالا، متوسط و پایین عرضه می‌شود. تا سال‌های اخیر، کاربرد این رزین به دلیل سرعت خشک شدن سریع (توسط تبخیر حلال) در روی بدنه اتومبیل‌ها، اهمیت خاصی داشت ولی امروزه بیشتر در لاک‌ها، رنگ‌های براق لوازم چوبی، فیلم عکاسی و ... بکار می‌رود و از عیوب مهم این رزین مقاومت ضعیف آن در مقابل نور و حرارت است که در نتیجه، فیلم حاصله اصطلاحا میل شدیدی به سوختن دارد.

لاستیک کلردار شده:

لاستیک طبیعی یا همان کائوچو که به صورت یک لاتکس شیری رنگ در درختان و گیاهان بخصوصی یافت می‌شود در واقع پلیمری از منومرهای ایزوپرن می‌باشد. معمولا جهت تهیه لاستیک مصنوعی پیوندهای اولفینی را بوسیله گوگرد اشباع می‌کنند و در نتیجه پیوندهای سولفید -S- برقرار می‌شود که به این عمل ولکانیزه کردن (Volcanization) گویند. حال اگر به جای این عمل گاز کلر استفاده کنیم و با یک واکنش افزایشی عمل هالوژنه دار کرد را روی پیوندهای غیراشباع انجام لاستیک کار دار شده ایجاد خواهد شد. ولی چنانچه در محیط واکنش یک یا دو اتم کلر به صورت HCl خارج شوند دو حالت متفاوت خواهیم داشت که تحت اثر گاز کلر، واحدهای تری و تترا کلورو را به وجود می‌آورند.

حال اگر واکنش کلر دار شدن را در مجاورت یک اسید انجام دهیم احتمال ایجاد حلقه وجود دارد که به آن سیکلو گویند و به دلیل نداشتن خاصیت کششی، بیشتر در ساخت پاشنه کفش و چسب‌ها به کار می‌روند. لاستیک کلر دار شده تجارتی مخلوطی از پلیمرهای تری و تتراکلرو می‌باشد. همانگونه که مشخص است به دلیل عدم وجود گروه عاملی در این رزین‌ها، آن‌ها نسبت به اسیدها و بازهای قوی یا ضعیف و همچنین آب و محلول نمک‌ها مقاوم هستند ولی در مقابل روغن‌های حیوانی و گیاهی نرم می‌شوند. با افزایش درصد کلر در رزین‌ها استحکام و انعطاف پذیری آن‌ها بیشتر خواهد شد. همچنان که ذکر شد پیوند کلر و کربن نسبت به مواد شیمیایی مقاوم است ولی در مجاورت با نور یا انرژی شکسته شده و در این صورت ظاهر رزین حالت گچ شدگی پیدا خواهد کرد. خشک شدن این رزین‌های غیر قابل تبدیل از طریق تبخیر حلال صورت می‌گیرد و لازم به یادآوری است که حلال‌های آلیفاتیک با تعداد کربن کم نمی‌توانند این رزین را در خود حل کنند و بنابراین فیلم حاصل از آن در مقابل این حلال‌ها نیز مقاوم است. لاستیک کلردار شده ترموپلاست دارای انرژی همبستگی (Cohesive Energy) بالای است و به همین علت به راحتی از سطحی که روی آن قرار گرفته، بلند می‌شود لذا جهت کاهش همبستگی و افزایش چسبندگی به سطح باید از نرم کننده‌ها (Plasticizer) استفاده نمود. این رزین‌ها علاوه بر رنگ‌ها، در چسب‌ها و مرکب چاپ نیز بکار می‌روند.

رزین‌های ونیل:

این رزین‌ها از بسپارش واحدهای CH2=CHR تهیه می‌شوند که در صنعت رنگ CH3COO یا R=Cl است که به ترتیب به رزین‌های پلی وینیل کلراید (P.V.C) و پلی ونیل استات (P.V.A) معروف هستند و معمولا از کوپلیمر هر دو مونومر استفاده می‌شود که خواص بهتری نسبت به هموپلیمر خود داشته باشد. به عنوان مثال کوپلیمر حاصله براحتی در بسیاری از حلال‌ها حل می‌شود زیرا گروه‌های استات باعث قطبیت بیشتر و ازدیاد فواصل بین ملکولی پلیمر می‌گردند. آنچه که در این واکنش رخ می‌دهد، یک بسپارش افزایشی از نوع رادیکالی است بدین ترتیب که مونومرهای وینیلی را در مجاورت با یک آغاز کننده رادیکالی مانند پراکسید و آزو قرار می‌دهند که با ایجاد رادیکال روی مونومر اولیه، واکنش افزایشی بر روی مونومرهای دیگر را انجام دهد و پلیمر نهایی حاصل شود.

روش‌های متعددی برای تولید رزین‌های وینیلی بکار می‌رود که به بیان مختصری از یکی از آن‌ها که کاربرد بیشتری در صنعت رنگ دارد و برای تهیه کوپلیمر وینیل کلراید-وینیل استات بکار می‌رود، می‎‌پردازیم.

این روش به نام روش بسپارش محلول (Solution Polymerization) شهرت دارد بدین ترتیب که مونومرهای وینیلی و کاتالیزور مربوطه در حلال مناسبی حل شده و بسپارش در همان محیط انجام گیرد لذا پلیمر حاصله از محیط واکنش استخراج نشده و به همان صورت، جهت مصرف ارائه می‌شود. پس به حلال محتوای رزین، حامل (Vehicle) نیز گویند.

معمولا این کوپلیمرها با نسبت 80 الی 90 درصد به نفع پلی وینیل کلراید تهیه می‌شوند و همانگونه که ذکر شد یک بسپارش خطی ترموپلاست است که نسبت به پی.وی.سی خالص با آرایش مولکولی ایزوتاکتیک دارای حلالیت نسبتا خوبی است. رزین‌های وینیلی به دلیل مقاومتی خوبی که در مقابل اسیدهای قوی، بازهای قوی، نمک‌ها و مواد اکسید کننده دارند در اکثر صنایع از قبیل صنایع شیمیایی، کاغذسازی، غذایی، انرژی اتمی، دریایی و فاضلاب‌ها از آن‌ها استفاده می‌شود.