رزین اپوکسی

گردآوری: حسین قلی زادگان

رزین های اپوکسی(Epoxy resin) دسته ای از رزین های صنعتی هستند که طیف وسیعی از کاربرد را در صنایع مختلف از جمله تولید پوشش های مقاوم در صنایع رنگ دارند. رزین اپوکسی یک رزین ترموست و دو جزئی است که نوع متداول آن از واکنش بیسفنول آ و اپی کلروهیدرین تولید می شود. اپوکسی برای ایجاد یک فیلم یکدست و محکم روی سطح نیاز به هاردنر دارد تا با ایجاد پیوندهای عرضی در زنجیره های پلیمر، یک ساختار صلب و یکپارچه را ایجاد کند. ترکیبات آمینی و آمیدی از جمله مهمترین ترکیبات به کار رفته در تولید هاردنر رزین اپوکسی هستند.

تاریخچه

نخستین تلاش های آزمایشگاهی جهت تولید اپوکسی رزین به سال 1927 میلادی در آمریکا بر می گردد که نمونه های اولیه ای از این رزین تولید شد که البته با آنچه امروز از این رزین می شناسیم متفاوت است. در خلال سال های 1936 تا 1939 شرکت های گرینله(Greenle) و سیبا(Ciba Specialty Chemicals) نخستین نمونه های اپوکسی تجاری را معرفی نمودند که البته تا سال 1948 و پس از پایان جنگ دوم جهانی روند عرضه آن در بازارهای مصرفی به طول انجامید. همکنون این رزین و انواع اصلاح شده و بهینه تر آن توسط عمده تامین کنندگان مواد اولیه شیمیایی و پلیمری تولید می شود. در ایران نیز شرکت پتروشیمی خوزستان بزرگترین تامین کننده این رزین است که محصولات خود را با نام تجاری (Epiran) به بازار عرضه می کند. عمده رزین اپوکسی تولیدی این شرکت به عنوان ماده اولیه به شرکت های بزرگ رنگ سازی فروخته می شود.

 

ماهیت شیمیایی

عمده رزین های اپوکسی تجاری موجود در بازار (80 الی 85 درصد) از واکنش تراکمی دوماده شیمیایی بیسفنول A و اپیکلروهیدرین تولید می شوند. سازوکار کلی واکنش این دوماده که به طور پیاپی واکنش داده و یک زنجیر پلیمری ایجاد می کند، در شکل زیر نشان داده شده است.

 

 

البته چنان چه در تصویر بالا نیز مشخص است، ساختار خطی یک رزین اپوکسی نشان داده شده است که این حالت تعداد در صورت کم بودن مقدار اپی کلروهیدرین در ظرف واکنش رخ می دهد. اگر مقدار اپیکلروهیدرین بیشتر باشد، زنجیره اپوکسی شکل شاخه دار به خود می گیرد.

فرآیند کیورینگ رزین اپوکسی 

در شکل های  زیر شبکه تشکیل شده از واکنش رزین اپوکسی (مشکی) و هاردنر آمینی (قرمز) دیده می شود. این فرآیند موجب واکنش دادن و از بین رفتن واحد های اپوکساید موجود در رزین می شود. همچنین واحد های هیدروکسیل باقی مانده در شبکه موجب چسبندگی شبکه رزینی با سطح می شود. چگونگی برقراری این اتصالات در شکل سمت چپ به صورت دقیق شرح داده شده است.

                                                                   

هاردنر های رزین اپوکسی

هاردنرها یا عوامل پخت که بخش دوم ساختار رزین اپوکسی را تشکیل می دهند، نقش مهمی در تشکیل فیلم سخت پوشش دارند. این مواد طیف گسترده ای از مواد شیمیایی را شامل می شوند که بخش از این مواد را در ادامه معرفی می کنیم. در جدول زیر به طور کلی انواع هاردنرهای اپوکسی و تخمینی از میزان مصرف سرانه هر یک عنوان شده است. همان طور که در جدول نیز قابل مشاهده است، بخش عمده هاردنرهای مصرفی آمینی یا آمیدی هستند.

  • آمین ها

آمین های نوع اول و دوم  کاربرد گسترده ای به عنوان هاردنر رزین اپوکسی دارند. این گروه های آمینی می توانند به شکل  آروماتیک یا آلیفاتیک با واحد اپوکساید واکنش نشان دهند. نوع آروماتیک خاصیت بازی کمتری نسبت به نوع آلیفاتیک دارد در حالی که نوع آلیفاتیک در دمای معمولی و بدون شتاب دهنده پخت می شوند در حالی که نوع آروماتیک نیاز به دمای بالاتر برای پخت دارد. در شکل زیر برخی از انواع آمین های پر کاربرد و نام تجاری آن ها بیان شده است.

تری‌اتیلن‌تترامین ( Triethylenetetramine) که به صورت مخفف (TETA) نیز گفته می شود یکی از ترکیبات به کار رفته در هاردنرهای رزین اپوکسی است.

  • پلی آمین و پلی آمیدها
  • انیدریدها
  • مرکپتان ها

 مرکپتان ها یا تیول ها ترکیباتی مشابه الکل ها هستند که به جای اکسیژن، سولفور در ساختار گروه عامل خود دارند. این مواد در مقایسه با آمین ها در دمای پایین تر نیز می توانند فرآیند پخت با اپوکساید را انجام دهند.

 

کاربردهای عمده اپوکسی

  • رنگ و پوشش

مهمترین کاربرد این رزین در صنایع رنگ و پوشش است. رنگ های اپوکسی که عمدتا کاربرد صنعتی و دریایی دارند، از دوام و استحکام مکانیکی بالایی برخوردارند، چسبندگی بسیار خوب به سطح کار (به واسطه وجود گروه های هیدروکسیل) ، مقاومت به مواد شیمیایی و محیط های خورنده از دیگر ویژگی های مهم این رنگ ها هستند. رنگ های بر پایه اپوکسی طیف وسعی از پوشش های صنعتی و دریایی را به خود اختصاص می دهند. پیگمنت های مختلف ضد خوردگی از جمله پیگمنت های سد کننده (Barrier) و فداشونده (Sacrificial ) کارایی بالایی در اختلاط با رزین اپوکسی در محیط های خورنده از خود نشان می دهند. 

ضعف عمده این رنگ ها عدم مقاومت در برابر نور خورشید و اشعه ماوراء بنفش است. به همین سبب عمدتا این نوع پوشش ها به عنوان لایه آستری در کنار لایه های نهایی دیگری که مقاومت به نور خورشید دارند در محیط های باز به کار می روند. همچنین نوع سد کننده رنگ های برپایه اپوکسی در محیط های مغروق از جمله بخش های زیر خط شناورها و کشتی ها، کاربرد خوبی در کنار پوشش های ضد خزه از خود نشان می دهند.

  • صنایع الکترونیک

یکی دیگر از کاربردهای اپوکسی ها در صنایع الکترونیک است. اپوکس ها عایق بسیار خوبی برای جریان الکتریسیته هستند از این رو در تولید مدارهای چاپی (printed circuit board) جهت عایق کاری سطح مدار، تولید مدارهای مجتمع (integrated circuit) ، تراشه های هیبرید(Hybrid Integrated circuits) و ترانزیستورها کاربرد دارد. یکی دیگر از محاسن استفاده از اپوکسی در الکترونیک، هدایت گرمایی بهتر آن در مقایسه با هوا است. تجهیزات الکترونیکی همواره در اثر تولید گرما در معرض خطر هستند.

                       یک تراشه‌ هایبرید عایق کاری شده با اپوکسی                           مدار مجتمع با روکش اپوکسی                  مدار چاپی روکش شده با اپوکسی رزین

  • چسب سازی

بررسی مزایا  و معایب اپوکسی ها 

رزین های اپوکسی فنولیک

نوع اصلاح شده اپوکسی با رزین های فنولیک است که ویژگی های منحصر به فردی ایجاد می کند. مقاومت به مواد شیمیایی و محیط های به شدت خورنده و مقاومت حرارتی نسبی از ویژگی های برجسته این نوع اصلاح شده اپوکسی است. اپوکسی های فنولیک قابلیت اعمال بر سطح فلز و بتون را دارا می باشند. این نوع از اپوکسی ها نیز مانند اپوکسی های معمولی دو جزئی بوده و با هاردنرهای آمیدی و آمینی استفاده می شود.

ساختار اپوکسی نوولاک


 مقالات مرتبط


 پیوندهای مفید


 

منابع مطالعاتی بیشتر

 

دریا تامین تجهیز-رنگ دریایی پارس پامچال-رنگین زره-همپل