زمینه مصرف رزین های پلی استر بسیار گسترده است. خصوصاً در صنایع دریایی (قایق کوچک، کایاک ها، قایق های ماهیگیری و تفریحی و سازه های دیگر دریایی) و تولید ورق های کامپوزیتی (چند سازه ای)،سنگ های مصنوعی، لوله سازی، بتونه سازی، لاک های چوب، دکمه سازی، خودروسازی (به ویژه محصولات تولید شده به روش های RTM SMC ) صنایع ساختمان، پوشش های ژلی و ساخت خمیر، از این رزین ها به طور گسترده ایی استفاده می شود .
این نوع رزین ها از انواع پلی استرهای غیر اشباع می باشند. رزین های پلی استر غیر اشباع از نوع رزین هایگرماسخت بوده، قابلیت پخت از حالت مایع به جامد را مشروط به احراز شرایط مناسب دارا می باشند. رزین های پلی استر غیر اشباع با انواع اشباع شده آنها که نمی توانند بدین طریق پخت شوند، تفاوت دارند. بنابراین در این مقاله جهت سهولت استنتاج خواننده، به رزین های پلی استر غیر اشباع، همان پلی استر گفته می شود. پلی استر ها دارای دو مرحله واکنش کلی مباشند که:
الف-واکنش "تراکمی" که در ذیل توضیح داده شده، در مرحله تولید در راکتور شیمیایی بین تکپارها (منومرها) انجام می گردد.
ب-واکنش "افزایشی" که هنگام پخت، بین استایرین (با دیگر تکپارهای رقیق کننده مانند و ینیل تولوئن) و تکپارهای غیر اشباع (مانند مالئیک) به کمک فعال کننده و شتاب دهنده انجام می پذیرد و در بخش پخت رزین ها، به تفضیل مورد بررسی واقع میشوند.
در شیمی از واکنش بین یک باز با یک اسید، نمک پدبد می آید. با استفاده از الکل های دو عاملی گلیکولی مخصوص (مثل منوپروپیلن گلیکول یا اتیلن گلیکول) در واکنش با یک اسید دو عاملی (مانند انیدرید فتالیک یا ایزو فتالیک اسید)، پلی استر و آب تولید خواهد شد. این واکنش به همراه افزودن ترکیب هایی مثل اسیدهای دو عاملی اشباع و تکپارهایی با قابلیت شبکه ای شدن، فرایند ابتدایی ساخت پلی استرها در راکتور شیمیایی را شکل می دهند. به همین ترتیب است که انواع مختلفی از رزین های پلی استر با خواص متفاوتی از انواع اسیدها، الکل ها و تکپارهای موجود با داشتن خواصی متنوع تولید میشوند. در ذیل برخی از مواد مرسوم که در ساخت رزینهای پلی استر مصرف دارند، آمده است.
گلیکول ها:
منواتیلن گلیکول- دی اتیلن گلیکول- منوپروپیلن گلیکول، دی پروپیلن گلیکول- نئوپنتیل گلیکول- تری متیل پنتن دی ال- سیکلوهگزان دی متانل پروپوکسیل بیس فنل A- دی برومو نئوپنتیل گلیکول.
اسید ها:
انیدرید فتالیک- ایزوفتالیک اسید- ترفتالیک اسید- انیدرید مالئیک- فوماریک اسید- آدیپیک اسید- گلوتاریک اسید- دایمر اسید- ازیالیک اسید- کلرندیک اسید- تترابرومو فتالیک انیدرید- تتراکلرو انیدرید فتالیک- اندومتیلن تتراهیدرو فتالیک انیدرید.
در روش های استاندارد ساخت چند لایی چند سازه ای، دو نوع کلی رزین های پلی استر اورتوفتالیک و ایزوفتالیک توسط بسیاری از سازندگان، مورد استعمال قرار میگیرند. رزینهای پلی استر اورتوفتالیک محصولی استاندارد و اقتصادی برای اکثر تولیدکنندگان می باشند که حداقل از واکنش انیدریدفتالیک، یک گلیکول و انیدرید مالئیک به دست می ایند. این دسته رزین ها تنها برای کاربردهای معمول با خواص مکانیکی عموما متوسط، که خاصیت شیمیایی یا حرارتی بالایی، مورد نظر نیست قابل استفاده می باشند.
رزین های ایزوفتالیک که حداقل از واکنش ایزوفتالیک اسید، یک گلیکول و انیدرید مالئیک به دست می آیند، جوابگوی کاربردهایی با سطح بالاتری نسبت به رزین های اورتوفتالیک می باشند. این دسته از رزینها دارای خواص ضد خوردگی متوسط / خوب بوده و می توانند در این نوع کاربردها تا درجه حرارت حدود 80 درجه سانتی گراد به کار روند. آنها دارای مقاومت خوب در برابر آب، برخی اسیدها، بازهای ضعیف و برخی هیدرکربن ها مثل بنزین و نفت هستند. همچنین با کنترل شرایط تولید و تغییر مواد اولیه این رزینها، خواص فیزیکی مکانیکی متفاوتی مانند انعطاف پذیری بالا، قابلیت ازدیاد طول، HTD بالا (حتی تا 130درجه سانتی گراد) و یا چغرمگی حداکثر، قابل حصول هستند که آنها را برای کاربردهای گوناگون، مناسب می سازند. (جهت مصارف خاص با تولید کننده مشورت شود.)
امروزه در بسیاری از مصارفی که سازه ها در محیط های دریایی و خورنده قرار میگیرند و مکان هایی که مقاومت مکانیکی بالایی از آنها انتظار میرود، استفاده از رزین های پلی استر ایزوفتالیک را، به دلیل مقاومت بهتر آنها نسبت به پلی استرهای اورتوفتالیک در ساخت ساره های مذکور، ترجیح میدهند.
علاوه بر رزین های اورتوفتالیک و ایزوفتالیک معمول مورد استفاده در صنعت چند سازه، گروه های متنوعی از رزین های پلی استر به بازار مصرف ارائه شده اند که هر کدام نیازهای مربوط به کاربردهای ویژه ای را مرتفع می سازند. در اینجا به تعدادی از این گروه رزین ها اشاره میکنیم:
رزین های ISO-NPG: این رزین ها محصولاتی با کیقیت بالاتر برای کاربردهای ویژه ارائه میدهند کاربرد نئوپنتیل گلیکول، در رزینهای فوق الذکر به طور مستقیم سبب پایداری این رزینها در مقابل آب میشود و همچنین به دلیل افزایش وزن مولکولی حاصل از حضور NPG و استفاده از مواد اضافی دیگر، مقاومت شیمیایی/ حرارتی و خواص ضد خراش محصول، ارتقاء خواهد یافت. در نتیجه از آنها می توان برای به دست آوردن سطوح صلب، نفوذناپذیر و ضد خش در کاربردهای دریایی و ضد خوردگی، پوششهای ژلی، سنگ های مصنوعی، کاسه های دستشویی و ظرفشویی و تزئینی و بهداشتی استفاده کرد.
رزین های DCPD: کاربرد برخی از مواد شیمیایی دیگر مانند DCPD (دی سیکلو پنتان دی ان) در واکنش تولید یک رزین پلی استر، محصولی با خواص خشکایی سطحی بهتر و سریعتر در حضور هوا، کاهش گرانروی، کاهش انتشار استایرین در محیط، خیس کردن آسانتر الیاف و پذیرش میزان بیشتر پرکننده در آمیزه و همچنین انعطاف پذیری بالا را منجر میگردد. این رزین ها علاوه بر مصارف در صنایع چندسازه ای، به خصوص در تولید بتونه های تعمیراتی اتومبیل نیز کاربرد دارند.
رزین های پلی استر THPA: در ساختار این رزینها علاوه بر مواد اولیه پلی استر ها از تترا هیدروفتالیک انیدرید و یا ترکیبات آلیلی دیگر استفاده می شود. این رزینها در دسته رزین ها هوا خشک قرار گرفته که خشکایی سطحی مناسبی نیز دارند. معمولا سطح رزینهای پلی استر به جهت حضور رادیکال های آزاد استایرن که سریعا با اکسیژن هوا واکنش می دهد و اجازه واکنش با مواد اصلی پلی استر را پیدا نمی کنند، چسبنده باقی می مانند. در حالی که در رزین ها علاوه بر صنایع چند سازه ای در پوشش های سطوح، بتونه ها و ساخت خمیرها می باشد. رزین های TMPDE (تری متیلول پروپان دی الیل اتر) نیز از دسته رزینهای یاد شده می باشند که عموما در صنایع چوب به عنوان لاک، استفاده میگردند.
روش دیگری که برای رسیدن به سرعت های خشکایی سطحی بالاتری به کار می رود، افزودن پارافینی خاص به رزین های پلی استر می باشد. با اضافه کردن پارافین، این ماده در طول فرایند سخت شدن رزین، به سطح آمده و به صورت یک لایه محافظت کننده از اثر بازدارندگی هوا جلوگیری می کند. با این وجود باید از مشکلات کاربردی رزینهای حاوی پارافین آگاهی داشت، به طور مثال در فرایند، لایه گذاری از این رزین ها تنها در لایه آخر می توان استفاده نمود، زیرا موجب عدم چسبندگی لایه های بعدی خواهند شد. همچنین این رزین ها در ساخت بتونه ها قابل استفاده نیستند، زیرا خواص سمباده خوری آنها را، مختل می کند.
منبع: کتاب راهنمای صنعت کامپوزیت-
گروه مؤلفان و مترجمان: کیومرث اسفندیاری، رضا حجتی، ایرج علاقه بند، نغمه گلپریان، سید حمیدرضا هاشمی.
این نوع رزین ها از انواع پلی استرهای غیر اشباع می باشند. رزین های پلی استر غیر اشباع از نوع رزین هایگرماسخت بوده، قابلیت پخت از حالت مایع به جامد را مشروط به احراز شرایط مناسب دارا می باشند. رزین های پلی استر غیر اشباع با انواع اشباع شده آنها که نمی توانند بدین طریق پخت شوند، تفاوت دارند. بنابراین در این مقاله جهت سهولت استنتاج خواننده، به رزین های پلی استر غیر اشباع، همان پلی استر گفته می شود. پلی استر ها دارای دو مرحله واکنش کلی مباشند که:
الف-واکنش "تراکمی" که در ذیل توضیح داده شده، در مرحله تولید در راکتور شیمیایی بین تکپارها (منومرها) انجام می گردد.
ب-واکنش "افزایشی" که هنگام پخت، بین استایرین (با دیگر تکپارهای رقیق کننده مانند و ینیل تولوئن) و تکپارهای غیر اشباع (مانند مالئیک) به کمک فعال کننده و شتاب دهنده انجام می پذیرد و در بخش پخت رزین ها، به تفضیل مورد بررسی واقع میشوند.
در شیمی از واکنش بین یک باز با یک اسید، نمک پدبد می آید. با استفاده از الکل های دو عاملی گلیکولی مخصوص (مثل منوپروپیلن گلیکول یا اتیلن گلیکول) در واکنش با یک اسید دو عاملی (مانند انیدرید فتالیک یا ایزو فتالیک اسید)، پلی استر و آب تولید خواهد شد. این واکنش به همراه افزودن ترکیب هایی مثل اسیدهای دو عاملی اشباع و تکپارهایی با قابلیت شبکه ای شدن، فرایند ابتدایی ساخت پلی استرها در راکتور شیمیایی را شکل می دهند. به همین ترتیب است که انواع مختلفی از رزین های پلی استر با خواص متفاوتی از انواع اسیدها، الکل ها و تکپارهای موجود با داشتن خواصی متنوع تولید میشوند. در ذیل برخی از مواد مرسوم که در ساخت رزینهای پلی استر مصرف دارند، آمده است.
گلیکول ها:
منواتیلن گلیکول- دی اتیلن گلیکول- منوپروپیلن گلیکول، دی پروپیلن گلیکول- نئوپنتیل گلیکول- تری متیل پنتن دی ال- سیکلوهگزان دی متانل پروپوکسیل بیس فنل A- دی برومو نئوپنتیل گلیکول.
اسید ها:
انیدرید فتالیک- ایزوفتالیک اسید- ترفتالیک اسید- انیدرید مالئیک- فوماریک اسید- آدیپیک اسید- گلوتاریک اسید- دایمر اسید- ازیالیک اسید- کلرندیک اسید- تترابرومو فتالیک انیدرید- تتراکلرو انیدرید فتالیک- اندومتیلن تتراهیدرو فتالیک انیدرید.
در روش های استاندارد ساخت چند لایی چند سازه ای، دو نوع کلی رزین های پلی استر اورتوفتالیک و ایزوفتالیک توسط بسیاری از سازندگان، مورد استعمال قرار میگیرند. رزینهای پلی استر اورتوفتالیک محصولی استاندارد و اقتصادی برای اکثر تولیدکنندگان می باشند که حداقل از واکنش انیدریدفتالیک، یک گلیکول و انیدرید مالئیک به دست می ایند. این دسته رزین ها تنها برای کاربردهای معمول با خواص مکانیکی عموما متوسط، که خاصیت شیمیایی یا حرارتی بالایی، مورد نظر نیست قابل استفاده می باشند.
رزین های ایزوفتالیک که حداقل از واکنش ایزوفتالیک اسید، یک گلیکول و انیدرید مالئیک به دست می آیند، جوابگوی کاربردهایی با سطح بالاتری نسبت به رزین های اورتوفتالیک می باشند. این دسته از رزینها دارای خواص ضد خوردگی متوسط / خوب بوده و می توانند در این نوع کاربردها تا درجه حرارت حدود 80 درجه سانتی گراد به کار روند. آنها دارای مقاومت خوب در برابر آب، برخی اسیدها، بازهای ضعیف و برخی هیدرکربن ها مثل بنزین و نفت هستند. همچنین با کنترل شرایط تولید و تغییر مواد اولیه این رزینها، خواص فیزیکی مکانیکی متفاوتی مانند انعطاف پذیری بالا، قابلیت ازدیاد طول، HTD بالا (حتی تا 130درجه سانتی گراد) و یا چغرمگی حداکثر، قابل حصول هستند که آنها را برای کاربردهای گوناگون، مناسب می سازند. (جهت مصارف خاص با تولید کننده مشورت شود.)
امروزه در بسیاری از مصارفی که سازه ها در محیط های دریایی و خورنده قرار میگیرند و مکان هایی که مقاومت مکانیکی بالایی از آنها انتظار میرود، استفاده از رزین های پلی استر ایزوفتالیک را، به دلیل مقاومت بهتر آنها نسبت به پلی استرهای اورتوفتالیک در ساخت ساره های مذکور، ترجیح میدهند.
علاوه بر رزین های اورتوفتالیک و ایزوفتالیک معمول مورد استفاده در صنعت چند سازه، گروه های متنوعی از رزین های پلی استر به بازار مصرف ارائه شده اند که هر کدام نیازهای مربوط به کاربردهای ویژه ای را مرتفع می سازند. در اینجا به تعدادی از این گروه رزین ها اشاره میکنیم:
رزین های ISO-NPG: این رزین ها محصولاتی با کیقیت بالاتر برای کاربردهای ویژه ارائه میدهند کاربرد نئوپنتیل گلیکول، در رزینهای فوق الذکر به طور مستقیم سبب پایداری این رزینها در مقابل آب میشود و همچنین به دلیل افزایش وزن مولکولی حاصل از حضور NPG و استفاده از مواد اضافی دیگر، مقاومت شیمیایی/ حرارتی و خواص ضد خراش محصول، ارتقاء خواهد یافت. در نتیجه از آنها می توان برای به دست آوردن سطوح صلب، نفوذناپذیر و ضد خش در کاربردهای دریایی و ضد خوردگی، پوششهای ژلی، سنگ های مصنوعی، کاسه های دستشویی و ظرفشویی و تزئینی و بهداشتی استفاده کرد.
رزین های DCPD: کاربرد برخی از مواد شیمیایی دیگر مانند DCPD (دی سیکلو پنتان دی ان) در واکنش تولید یک رزین پلی استر، محصولی با خواص خشکایی سطحی بهتر و سریعتر در حضور هوا، کاهش گرانروی، کاهش انتشار استایرین در محیط، خیس کردن آسانتر الیاف و پذیرش میزان بیشتر پرکننده در آمیزه و همچنین انعطاف پذیری بالا را منجر میگردد. این رزین ها علاوه بر مصارف در صنایع چندسازه ای، به خصوص در تولید بتونه های تعمیراتی اتومبیل نیز کاربرد دارند.
رزین های پلی استر THPA: در ساختار این رزینها علاوه بر مواد اولیه پلی استر ها از تترا هیدروفتالیک انیدرید و یا ترکیبات آلیلی دیگر استفاده می شود. این رزینها در دسته رزین ها هوا خشک قرار گرفته که خشکایی سطحی مناسبی نیز دارند. معمولا سطح رزینهای پلی استر به جهت حضور رادیکال های آزاد استایرن که سریعا با اکسیژن هوا واکنش می دهد و اجازه واکنش با مواد اصلی پلی استر را پیدا نمی کنند، چسبنده باقی می مانند. در حالی که در رزین ها علاوه بر صنایع چند سازه ای در پوشش های سطوح، بتونه ها و ساخت خمیرها می باشد. رزین های TMPDE (تری متیلول پروپان دی الیل اتر) نیز از دسته رزینهای یاد شده می باشند که عموما در صنایع چوب به عنوان لاک، استفاده میگردند.
روش دیگری که برای رسیدن به سرعت های خشکایی سطحی بالاتری به کار می رود، افزودن پارافینی خاص به رزین های پلی استر می باشد. با اضافه کردن پارافین، این ماده در طول فرایند سخت شدن رزین، به سطح آمده و به صورت یک لایه محافظت کننده از اثر بازدارندگی هوا جلوگیری می کند. با این وجود باید از مشکلات کاربردی رزینهای حاوی پارافین آگاهی داشت، به طور مثال در فرایند، لایه گذاری از این رزین ها تنها در لایه آخر می توان استفاده نمود، زیرا موجب عدم چسبندگی لایه های بعدی خواهند شد. همچنین این رزین ها در ساخت بتونه ها قابل استفاده نیستند، زیرا خواص سمباده خوری آنها را، مختل می کند.
منبع: کتاب راهنمای صنعت کامپوزیت-
گروه مؤلفان و مترجمان: کیومرث اسفندیاری، رضا حجتی، ایرج علاقه بند، نغمه گلپریان، سید حمیدرضا هاشمی.
