راهنمای جامع رزین اپوکسی

اپوکسی چیست؟

اپوکسی یک ماده صنعتی مادر است که خود از دو ماده مجزا تشکیل شده است و سالهاست که جزو پرمصرف‌ترین مواد صنعتی است. به طور عامیانه و ساده این ماده به تنهایی به نوعی آجر محسوب می‌شود که در مجاورت سیمان(همان هاردنر) تبدیل به سازه می‌شود.

نام علمی اپوکسی چیست؟

اپوکسی رزین – Epoxy resin . یعنی مولکولهایی که در خود گروه‌های اپوکسید (Oxirane Ring) هستند. در فرآیند پخت این گروه‌ها وظیفه اصلی را به عهده دارند و از این رو نام این ماده اپوکسی است. این مواد تشکیل شده از مولکول‌هایی هستند که در انتهای خود گروه‌های اپوکساید دارد.

گروه اپوکساید چیست؟

این گروه‌ها شبیه به اتصالات انجام نشده قطعات لگو هستند. این قطعات با اضافه شدن هاردنر با یکدیگر ارتباطی دائمی برقرار می‌کنند و یک شبکه سه بعدی را تشکیل می‌دهند.

اپوکسی ها تحت فرآیند Crosslinking یا اتصال عرضی سخت نمی‌شوند یا صرفاً به یکدیگر متصل نمی‌شوند، بلکه تبدیل می‌شوند. و همین موضوع دلیل اصلی کاربرد بالای اپوکسی هاست.

فرآیند Crosslinking چیست؟

به اتصالاتی که باعث پایداری و پخت رزین‌های اپوکسی می‌شوند کراسلینکینگ یا اتصالات عرضی گفته می‌شود. کراسلینکینگ باعث پدیدار شدن جسم سه بعدی و یکپارچه ایست که از واکنش میان اپوکسی و هاردنر بوجود می‌آید. به طور معمول هرچه اتصالات بیشتری بین ذرات اپوکسی و هاردنر ایجاد شود پلیمری مقاوم‌تر و چگالتر و شکننده‌تر ایجاد خواهد شد. محققان با تغییر میزان این اتصالات برخی خواص رزین‌ها را تغییر می‌دهند.

نام صنعتی اپوکسی چیست؟

اپوکسی هارار با اسامی چون بیسفنول-ای،‌ بیسفنول‌-اف و غیره نیز می‌شناسیم. علت این موضوع آن است که رزین‌های اپوکسی درواقع یک خانواده بزرگ هستند. این خانواده توسط اعضای آن اداره می‌شود. هر کدام از اعضا خواص متفاوتی دارند اما همگی یک عمل واحد انجام می‌دهند. ویژگی مشترک اما آن است که تحت شرایط Curing به شبکه‌ای پایدار تبدیل می‌شوند. ماهیت اصلی اپوکسی آن است که تحت شرایطی خاص، از مولکول‌ها و ذرات منفصل به یک شبکه پلیمری واحد تبدیل شود. در زیر اسامی بخش مهم اپوکسی هارا به ترتیب پرمصرف به کم مصرف مشاهده می‌کنید:

اپوکسی از کدام مولکول‌ها تشکیل شده؟

اپوکسی یک سرگروه است که از زیرمجموعه های مختلفی تشکیل شده. مولکول‌های تشکیل دهنده رزین‌های اپوکسی مختلف با یکدیگر متفاوتند. با این حال وجه مشترک آنها گروه یا گروه‌های شامل اپوکسید است. این اپوکسید‌ها وظیفه برقراری ارتباط با هاردنر را یدک می‌کشند. برای مثال یکی از پرمصرف‌ترین رزین‌های اپوکسی کشور رزین بر پایه بیسفنول ای می‌باشد. این گروه از رزین‌های اپوسی از واکنش مولکول‌های بیسفنول-ای (BPA) و اپی‌کلروهیدرین (Epichlorohydrin) ساخته می‌شود. این رزین به DGEBA معروف است که به

Diglycidyl Ether Bisphenol A

اشاره می‌کند.

نام های دیگر اپی‌کلروهیدرین Epichlorohydrin چیست :

DGBEA یا BADGE یا اپوکسی بیسفنول ای چیست؟

این ماده شیمیایی که از واکنش دو ماده شیمیایی بیسفنول-ای (BPA) و اپی‌کلروهیدرین (Epichlorohydrin) مشتق شده،‌ یکی از انواع پرمصرف رزین اپوکسی است. این ماده غلیظ و شفاف در مجاورت با هاردنر به شبکه‌ای پایدار و یکپارچه تبدیل می‌شود. این ماده با هاردنر‌های مختلف قابل ترکیب است. درواقع بیش از ۷۰ درصد از بازار اپوکسی جهان با BADGE پوشش داده شده است. این رزین در دسترس و نسبتاً ارزان و همچنین دارای قابلیت‌های مختلفی است.

ویژگی‌های اصلی اپوکسی بیسفنول ای:

ظاهر شفاف، ویسکوز، مقاومت شیمیایی، حرارتی، مکانیکی بالا مناسب برای مصارف عمومی، ماندگاری بالا و سهولت اجرا. همچنین این رزین‌ها قیمت مناسبی دارند و تهیه آن‌‌ها آسان است.

کاربردهای اصلی اپوکسی بیسفنول ای:

• مصارف هنری
• مصارف صنعتی مختلف
• عایق رطوبت و الکتریسیته
• کفپوش اپوکسی
• رنگ اپوکسی
• چسب اپوکسی
• ملات اپوکسی
• خمیر اپوکسی
• بتونه اپوکسی
• و موارد مشابه

جمع بندی در مورد رزین‌های اپوکسی بیسفنول ای:

رزینی از خانواده رزین‌های برپایه بیسفنول است که بیشتر از ۷۰ درصد حجم بازار را تشکیل می‌دهد. به دلیل برخورداری از خواص عمومی عالی اعم از مقاومت مکانیکی و شیمیایی مناسب، چسبندگی عالی و سهولت اجرا در بسیاری از چسب‌ها و پوشش‌ها و کامپوزیت‌ها به کار می‌رود.

DGEBF یا اپوکسی بیسفنول اف چیست؟

اپوکسی بیسفنول اف نسخه‌ای روان‌تر، رقیق‌تر، وتا حدی مقاوم‌تر از اپوکسی بیسفنول ای است که در اهداف صنعتی پیشرفته تر استفاده می‌شود.

تفاوت اصلی DGEBF نسبت به DGBEA:

اپوکسی بیسفنول اف رقیق‌تر است و کمی نیز از نظر شیمیایی مقاوم‌تر می‌باشد. همین دو ویژگی باعث شده در بعضی پروژه‌ها از این رزین استفاده شود. در سطح جهانی قیمت رزین‌‌های بیسفنول اف تا ۳۰ درصد از بیسفنول ای بیشتر است. در بازار ایران رزین‌های بیسفنول اف بسیار کمتر مورد توجه قرار دارند و تهیه آنها با خواص استاندارد با چالش همراه است.

کاربرد‌های اصلی اپوکسی بیسفنول اف:

• پوشش‌های ضد خوردگی سنگین
• برخی مخازن و تجهیزات شیمیایی
• کامپوزیت‌های پیشرفته
• چسب‌های صنعتی
• برخی کفپوش‌های صنعتی خاص
• و موارد مشابه

نقاط ضعف‌ رزین‌های اپوکسی بیسفنول ای:

• اسیدهای قوی
• حلال های خورنده
• دمای بالا
• فشار زیاد
• محیط‌های نفت و گاز

جمع بندی در مورد رزین‌های اپوکسی بیسفنول اف:

رزینی از خانواده رزین‌های برپایه بیسفنول است که کمتر از ۲۰ درصد حجم بازار را تشکیل می‌دهد و پس از اپوکسی بیسفنول ای پرمصرفترین اپوکسی محسوب می‌شود. به دلیل نفوذپذیری بالا و مقاومت شیمیایی مناسب، در برخی چسب‌ها و پوشش‌ها و کامپوزیت‌های پیشرفته به کار می‌رود.

اپوکسی نوولاک چیست؟

خانواده‌ای از رزین‌های اپوکسی است با تعداد زیاد گروه‌های اپوکسی در هر مولکول، که دست‌یابی به به مقاومت حرارتی، شیمیایی و مکانیکی بالاتر را ممکن می‌کند.

چرا نوولاک ساخته شد؟

رزین‌های معمول بیسفنول ای و اف در شرایط بسیار سخت محدودیت‌هایی دارند که شیمی دانان برای رفع این محدودیت‌ها مجبور به ساخت رزینی با مقاومت بالاتر شدند.

نوولاک‌ها چه ویژگی‌هایی دارند؟

مقاومت و پایداری مناسب در مقابل:

• اسیدهای قوی
• حلال‌های خورنده
• دمای بالا
• فشار زیاد
• محیط‌های نفت و گاز

چرا نوولاک‌ها مقاومت بالاتری دارند؟

شیمی‌دانان به جای ساخت مولکول‌هایی با دو گروه اپوکسی(دو محل اتصال مانند بیسفنول ای)، آنها را با ۳ الی ۵ گروه اپوکسی (یا حتی بیشتر) فرموله کردند. در نتیجه رزین اپوکسی دوولاک با مقاومت بالاتر پدید آمد.افزایش گروه‌های اپوکسی به معنای افزایش اتصالات شبکه است. در فرآیند کراسلینکینگ (Crosslinking) رزین‌های با اتصالات بیشتر دارای چگالی و مقاومت بالاتری هستند.

اپوکسی ها درصورت داشتن اتصالات بیشتر دارای مقاومت بیشتری خواهند بود و در عین حال چگالی نیز افزایش میابد.

افزایش تعداد گروه‌های اپوکسی به چه شکل است؟

ابتدا از واکنش دو ماده فنول و فرمالدهید تولید می‌شود و سپس روی آن گروه‌های اپوکسی اضافه می‌کنند. به همین دلیل به آن اپوکسی فنولیک نوولاک (Epoxy Phenolic Novolac) گفته می‌شود. برخلاف DGEBA که معمولاً دو گروه اپوکسی دارد، نوولاک بیش از دو گروه اپوکسی دارد.

مزایای رزین‌های نوولاک:

۱.مقاومت شیمیایی بسیار بالا دربرابر:

• اسید‌ها
• بازها
• حلال‌ها
• مواد نفتی

به همین دلیل در مخازن مواد شیمیایی سنگین استفاده می‌شود.

۲.مقاومت جرارتی بالا:

• دمای انتقال شیشه‌ای (TG) بالا (حدوداً دوبرابر رزین بیسفنول ای)

۳.مقاومت مکانیکی بالا:

• سختی بیشتر
• خزش کمتر
• پایداری ابعادی بهتر

۴.مقاومت بهتر در برابر نفوذ آب و مواد شیمیایی

معایب رزین‌‌های نوولاک:

۱.انعطاف کمتر:

بخاطر اتصالات زیاد انعطاف پایین است و تردی و شکنندگی زیاد

۲.ویسکوزیته بالاتر:

معمولاً غلیظ‌تر از رزین بیسفنول و نیازمند حلال و ادتیو

۳.قیمت بیشتر

انواع رایج رزین نوولاک:

(EPN)Phenol Novolac Epoxy نسخه عمومی‌تر

(ECN)Cresol Novolac Epoxy نسخه پیشرفته‌تر

کاربردها:

۱.صنعت نفت و گاز

• مخازن ذخیره
• خطوط لوله انتقال
• سکوهای دریایی

۲.صنایع شیمیایی

• راکتورها
• مخازن اسید
• کف کارخانه‌های شیمیایی

۳.الکترونیک

• بردهای چندلایه
• مواد عایق

۴.هوافضا

• کامپوزیت‌های در مجاورت دمای بالا
• کامپوزت‌های تحت فشار زیاد
• سبک سازی با حفظ مقاومت

جمع بندی در مورد رزین‌های اپوکسی نوولاک:

این رزین‌ها نسبت به رزینهای معمول دارای چگالی اتصال عرضی بالاتری هستند و این ساختار باعث افزایش چشمگیر مقاومت حرارتی، مکانیکی و شیمیایی می‌شود. این رزین گزینه‌ای ایده‌آل برای صنایع نفت، گاز، پتروشیمی،‌الکترونیک و پوشش‌های ضد خوردگی سنگین است.