رزین اپوکسی

رزین اپوکسی امروزه خانواده بزرگ رزینهای 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 رزینها 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 مواد 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 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 حراتی 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 رزینها از جمله رزینهای 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. علاوه بر این ساختار متنوع، اپوکسی‌ها دارای ویژگی‌های ذیل نیز هستند:
۱) مقاومت شیمیایی عالی (بویژه 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
10) بی بو و بی مزه
علاوه بر آن رزینهای اپوکسی بطور وسیعی به همراه الیاف و ساختارهای لانه زنبوری برای ساخت ملخ هلی کوپتر استفاده می‌شود. رزینهای اپوکسی تقویت شده با الیاف کربن و آرامید در ساخت قایقهایی که در آنها ضمن حفظ وزن، استفاده بیشتر از فضا در همان استحکام مورد نظر است، بجای پلی استر- شیشه استفاده می‌شوند. همچنین کامپوزیتهای آرامید – اپوکسی برای جایگزین فولاد در کلاه خودهای جنگی استفاده میشوند.

طرز تهیه رزینهای اپوکسی رزینهای 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 رزینها 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 رزینهای اپوکسی در ساخت رنگهای اپوکسی، چسبها، دوغاب و مواد درزگیر آب می باشد. رزینهای اپوکسی یک رزین ترموست می‌باشند و بیش از ۸۵ درصد رزینهای 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 رزینهای اپوکسی بیس فنل ,Aرزینهای اپوکسی- اولیفینی رزینهای اپوکسی که از واکنش بیس فنل A و اپی کلرویدرین تهیه می‌گردند از مرغوب ترین نوع رزینهای اتر- کلسیدی می‌باشند. بیس فنل A از واکنش تراکمی استن با دومول 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 گروههای فنلی و تشکیل گروههای هیدروکسی، تولید مادۀ واسطه کلریدرین می‌کند که با ادامه واکنش محصول دی گلیسیدیل اِتربیس فنل A (DGEBA) بدست می‌آید. این رزینها از طریق اپوکسی نمودن بندهای دوگانه کربن-کربن اولیفینها 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 رزینهای 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 رزینهای بیس فنلی در ساخت رنگهای صنعتی- حفاظتی استفاده می‌گردند. اختلاف دیگر آنها در این است که رزینهای اپوکسی- اولیفینی با مواد سخت کننده اسیدی سریعتر از مواد سخت کننده آمینی وارد واکنش می‌شوند. نقش رزینهای اپوکسی در صنایع رنگ و رزین نقش رزینهای اپوکسی در صنایع رنگ و رزین را به طوری کلی میتوان 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 رزینهای 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 رزینهای اپوکسی شکننده است از این رو آنان را با رزینهای دیگر کراس-لینک می کنند که تعدادی از آنان با این شرح می باشند: ۱- رزینهای اپوکسی- فنلینک رزینهای اپوکسی فنلی یکی از رزینهای بسیار مقاوم در مقابل مواد شیمیایی و حلالها می باشند. از پوششهای 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 میگردد و امروزه به علت ارزان بودن قیمت و داشتن مقاومت شیمیایی بسیار خوب مصرفشان رو به افزایش است. ۲- رزینهای 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 روشنتر، درجه حرارت پخت کمتر و مقاومت زنگ زدگی بیشتری دارد. دو فاکتور رنگ روشنتر و درجه حرارت پخت کمتر باعث تقدم انتخاب این سیستم بر سیستم اپوکسی فنلیک میگردد. 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.قالبهای مقاوم در برابر فشار . دفن قطعات الکترونیکی. ساخت قالب با ابعاد بزرگ . پشت ریز قالبها. ساخت قطعات ریخته گری ماشینی.ساخت قالبهای مقاوم در برابر حرارت. صنایع چسب. صنایع کامپوزیتها (مانند موادی که از فایبر گلاس یا فیبر کربن استفاده می‌کنند) و تقویت‌کننده‌ها (اگرچه پلی‌استر، وینیل‌استر و دیگر صمغهای ترموست هم برای پلاستیک تقویت‌شده با شیشه به کار می‌روند). کفپوشهاو پوشش روی سطح. مصارف خانگی و دریایی. چند لایه‌ای رزین اپوکسی از اهمییت فوق العاده ای در صنایع هواپیما سازی برخوردارند. بسیاری از قطعات ساختاری از جنس ایاف 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 کپسولهای 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. رزینهای اپوکسی تقویت شده با الیاف کربن و آرامید در ساخت قایقهایی 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 سردکار ( (cold curing و گرما پخت (hot curing) استفاده نمود.