رزین چیست؟ این مواد (resins) ترکیبات آلی مصنوعی و یا طبیعی هستند که ویسکوزیته ی (گرانروی) بالایی دارند. نوع طبیعی آنها شفاف است و قابلیت اشتعال زایی زیادی دارند و دارای رنگی مابین زرد تا قهوه ای می باشند. این مواد به راحتی در حلال های آلی مانند اتر حل می گردند اما در آب نامحلول می باشند. تنها تفاوت نوع مصنوعی با نوع طبیعی آن ها، از نظر خواص شیمیایی و طریقه ی ساختشان می باشد. این ماده به صورت طبیعی از ترشحات درختانی مانند کاج و در اثر آسیب به پوست آنها در حین آتش سوزی، باد، رعد و برق و … به دست می آید که احتمالا شما هم با آنها برخورد داشته باشید.
روش تولید رزین ها در صنعت
برخی از انواع رزین ، از طریق استری کردن ترکیبات آلی ساخته می شوند. برخی دیگر از آن ها بیش تر شبیه پلاستیک های ترموست هستند ؛ در این فرآیند ها ، اصطلاح رزین می تواند هم برای واکنش دهنده هم برای محصول ، یا برای هر دو به کار رود.
برای پلاستیک های ترموست که از یک مونومر تشکیل شده اند ، فقط ترکیب مونومر، رزین نامیده می شود. برای مثال، متیل متاکریلات مایع، زمانی که به حالت مایع یا چسبناک باشد، قبل از پلیمریزه شدن، رزین یا رزین ریخته گری نامیده می شود.
رزین پلی متیل متاکریلات، اغلب به شیشه اکریلیک یا اکریلیک تغییر نام می دهد. برخی از رزین ها نیز در پرینترهای سه بعدی استفاده می شوند. آنچه مهم است اینکه خواص فیزیکی و شیمیایی رزین با توجه به نحوه تولید، مونومر های سازنده و منشأ تولید تعریف می شود.
تقسیم بندی انواع رزین
رزین ها را می توان بر اساس دو معیار منشا تولید و نحوه خشک شدن دسته بندی کرد.
بر اساس منشا تولید :
طبیعی: این مواد اشتعال پذیر می باشند ، شفاف هستند و از رنگ زرد تا قهوه ای یافت می گردند. این مواد در ترشحات گیاهی تشکیل می شوند و در حلال های آلی محلول و در آب نامحلول می باشند.
مصنوعی: این مواد خواص فیزیکی نوع طبیعی را دارند اما از نظر شیمیایی با آن ها متفاوت می باشند.
در صنعت مدرن رزین های طبیعی تقریباً به طور کامل با رزین های مصنوعی جایگزین شده اند.
نوع مصنوعی نیز خود به دو دسته تقسیم می شوند:
ترموپلاستیک: با گرما و حرارت خمیری شکل می شوند.
ترموستینگ: این دسته از رزین ها با گرما تحت تاثیر قرار نمی گیرند و نامحلول نمی باشند.
براساس نحوه ی خشک شدن :
رزین ها از جهات مختلفی تقسیم بندی می شوند که یکی از آن ها نحوه ی خشک شدن می باشد. بر این اساس این مواد را به دو دسته ی قابل تبدیل و غیر قابل تبدیل طبقه بندی می نمایند.
مهم ترین رزین های قابل تبدیل شامل: رزینهای آلکیدی، اپوکسی، آمینو، فنلی، پلی اورتان و سیلیکونی می باشد و نوع غیر قابل تبدیل شامل رزین های سلولزی، لاستیک کلردار شده، وینیلی و آکریلیک می باشند. این مواد به صورت قابل تبدیل در ابتدا به صورت نیمه بسپار بوده و بعد از کاربرد بر روی سطح، بسپارش را انجام داده و به صورت یک فیلم، سطح را می پوشانند. در حالی که به صورت غیر قابل تبدیل، ابتدا در یک حلال، حل یا پخش می شوند و بعد از کاربرد، با تبخیر حلال ایجاد یک فیلم چسبناک می کنند.
وظایف و خواص فیزیکی رزینها
پایه اصلی پوشش آلی را رزین شکیل می دهد و انتخاب نوع پوشش از روی تعیین نوع رزین انجام می پذیرد. رزین وظایف عمده ای را به عهده دارد. ایجاد فیلم روی سطح مورد نظر از وظایف اصلی رزین است. رزین به وسیله این خاصیت قادر است سطح زیرین را از محیط اطراف جدا کند. ترکیبات با اندازه مولکولی کوچک ممکن است روی سطح به خوبی پهن شوند ولی قادر نیستند که ایجاد فیلم کنند. تجربه و تحقیق نشان داده است که ترکیبات با اندازه مولکولی بزرگ می توانند روی سطح جامد شده ایجاد فیلم کنند. معمولا ًرزین به صورت مایع روی سطح پهن شده و با انجام یک یا چند واکنش پلیمریزاسیون جامد می شود. با اینکه رزین مایع، خود ساختمان پلیمری دارد ولی روی سطح پلیمریزه شده و جرم مولکولی آن بالاتر می رود. استحکام فیلم پلیمری به تعداد و کیفیت باندهای بین مولکولی بستگی مستقیم دارد. گاهی اوقات تشکیل فیلم فقط از طریق تبخیر حلال رزین صورت می گیرد.
از وظایف دیگر رزین چسبندگی به خود و به سطح است. چسبندگی خوب پوشش به سطح می تواند بسیاری از خواص سطح را حفظ کرده و به صورت یک محافظ دائمی عمل کند. اصولا ً سه نوع باند یا پیوند در چسبندگی دخالت دارند: باندهای شیمیایی، باندهای قطبی و باندهای مکانیکی. در بیشتر اوقات حداقل دو نوع باند در یک پوشش عمل می کنند و اتصال نگ به سطح را به عهده می گیرند. بدیهی است که طبیعت انواع باندهای چسبندگی، هم به خصوصیات سطح فلز و هم به رنگ بستگی دارد.
- باندهای شیمیایی
بدون شک باندهای شیمیایی مؤثرترین باندها هستند. این باند زمانی تشکیل می شود که رزین و سطح فلز با هم ترکیب شوند.
تحت این شرایط چسبندگی پوشش عالی خواهد بود. یکی از معمولی ترین باندهای شیمیایی در پوشش غیر آلی روی (Zn) بر فولاد دیده می شود. این پوشش غیر آلی یک باند اکسیژنی به وسیله سیلیکات با آهن سطح فلز ایجاد می کند، شکل بالا باند شیمیایی سیلیکات روی بر فولاد را نشان می دهد.
باند شیمیایی، باند ظرفیت اولیه نیز نامیده می شود، نیروی جاذبه حاصل از تأثیرات متقابل دراین نوع باندها 10 تا 100 کیلوکالری بر مول می باشد. در رنگهای اپوکسی نیز مولکولهای رزین توسط عوامل هیدروکسیل خود با فلز واکنش شیمیایی انجام می دهند. نحوه این واکنش در شکل زیر نشان داده شده است.
متأسفانه باندهای شیمیایی از انواع باندهای متداولی نیستند که معمولا ً در پوششها یافت می شوند.
2- باندهای قطبی
چسبندگی بیشتر پوششهای آلی مربوط به باندهای قطبی یا باندهای ظرفیت ثانویه می باشد. نیروی جاذبه باندهای قطبی بین 2 الی 4 کیلوکالری بر مول است. در واقع باندهای قطبی، جاذبه حاصل از گروههای قطبی مولکولهای رزین با گروههای قطبی سطح فلز می باشند. باندهای قطبی فقط زمانی ایجاد می شوند که رنگ آلی و سطح فلز به اندازۀ کافی به یکدیگر نزدیک باشند. به عبارت دقیق تر، قدرت جاذبه ظرفیت ثانویه با افزایش فاصله بین مولکولی بق رابطه زیرافزایش می یابد.
S≈1/r^6
در رابطه بالا r فاصله بین مولکولی است. اما این رابطه مؤثر نیست مگر اینکه r کوچکتر از 5 آنگستروم باشد. بنابراین هرچه سطح فلز تکیزتر باشد، فاصله مولکولهای رزین و آهن به 5 آنگستروم نزدیکتر شده و جاذبه بیشتری خواهد داشت، چون اندازه ذرات خارجی گردو غبار یا حتی ضخامت فیلم تک مولکولی چربی از 5 آنگسترم بیشتر است و به مقدار قابل توجهی در کاهش چسبندگی مؤثر هستند. شکل زیر نشان دهنده باند ظرفیت ثانویه یک رزین حاوی گروههای هیدروکسیل با گروههای هیدروکسیل سطح فلز به وسیله باند هیدروژنی می باشد.
- باندهای مکانیکی
این نوع چسبندگی مستقیما ً با ناهمواری های سطح فلز رابطه دارد. ناهمواری های سطح می تواند عمق های متفاوت داشته باشد. اهمیت ناهواری های سطح متناسب با افزایش سطح مقطع واقعی می باشد. به لحاظ چسبندگی نسبتا ً ضعیف بعضی از پوشش های آلی و به جهت ضخامت مورد انتظار پوشش، بعضی رنگها به ناهمواری عمیق تری نیازمند هستند. ناهمواری سطح حتی تا عمق 25 الی 50 میکرون می تواند پوشش را تداوم ببخشد. عملا ً افزایش سطح مقطع سطوح ناهموار احتمال ایجاد باند را افزایش می دهد. از طرف دیگر هرچه سطح مقطع فلز بیشتر شود نقاط فعال قطبی زیادتر می شود، که خود باعث افزایش نیروهای جاذبه گروه های قطبی و در نتیجه افزایش چسبندگی می گردد. شکل زیر نحوه چسبندگی یک پوشش را به سطح آماده شده (زیرسازی شده) نشان می دهد.
رزین ها به صورتهای مختلف جامد، مایع و محلول به کار برده می شوند. عموما ً علی رغم حالت فیزیکی، رزین ها به صورت مایع قابل مصرف هستند. عوامل مختلفی در تبدیل رزین موجود در مخلوط از حالت مایع به جامد (خشک شدن) دخالت دارند اما در عمل ممکن است دو یا سه عامل در خشک شدن یک رنگ مؤثر باشند.
تبخیر حلال همراه رزین یکی از عوامل بارز فرآیند خشک شدن است. به طور وضوح هرچه سرعت تبخیر حلال های مصرفی بیشتر باشد عمل خشک شدن سریعتر انجام می پزیرد. تبخبر حلال طی سه مرحله انجام می گیرد. مرحله اول شامل مهاجرت حلال قابل تبخیر از درون فیلم به سطح مشترک فیلم و هوا، مرحله دوم شامل تبخبر حلال در سطح فیلم، و مرحله سوم شامل کنده شدن مواد فرار گازی شکل از سطح فیلم است.
عامل دیگری که باعث خشک شدن می شود ترکیب رزین با اکسیژن یا بخار آب هواست. رزین با اکسیژن هوا زمانی ترکیب می شود که در ساختمان مولکولی آن پیوند دو گانه کربن-کربن وجود داشته باشد، روغن های گیاهی از قبیل روغن سویا، روغن بزرک، روغن آفتابگردان و پاره ای از اسیدهای چرب از قبیل اسید لینولئیک، اسید اولئیک که معمولا ً در صنعت رنگ سازی به صورت اصلاح شده (آلکید رزین) مصرف می شوند با اکسیژن هوا خشک می شوند. مکانیسم خشک شدن از دو مرحله پراکسیداسیون و پلیمریزاسیون تشکیل شده است. به طور مثال، اسید چرب (RH) ابتدا با اکسیژن هوا به پراکسید تبدیل می گردد.
RH+O2→ROOH
سپس پراکسید حاصل به وسیله کاتالیزور به رادیکال آزاد تجزیه می شود و با ترکیب رادیکالهای آزاد بایکدیگر واکنش اصلی پلیمریزاسیون انجام می پذیرد. در واقع در این فرآیند خشک شدن، رزین اولیه با جرم مولکولی کمتر به یک رزین ترموست با جرم مولکولی بالاتر تبدیل می شود. کاتالیزورهایی را که بتواند باعث تبدیل رزین مایع به رزین جامد شود، خشک کن گویند.
خشک کن ها معمولا ً استرهای کبالت، منیزیم، کلسیم، باریم، سرب و اسیدهای آلی مثل اسیدهای نفتنیک، لینولئیک یا 2-اتیل هگزانوئیک هستند. به عنوان مثال کبالت دو ظرفیتی به کبالت سه ظرفیتی تبدیل شده و رادیکال آزاد به وجود می آورد. دوباره کبالت سه ظرفیتی با یک پراکسید ترکیب شده و کبالت دو ظرفیتی می شود.
بعضی از رزین ها به وسیله رطوبت هوا خشک می شوند، بطور مثال گروه ایزوسیاناید (-NCO) رزینهای پلی اورتان با جذب رطوبت از هوا خشک می شود. چنانچه می دانیم در تولید پلی اورتان از یک ایزوسیاناید و یک پلی ال استفاده می شود. در صورتی که نسبت فرمولی گروه ایزوسیاناید زیادتر باشد می تواند آزادانه با بخار آب وارد واکنش گردد. البته در صورت کمبود رطوبت هوا وجود کاتالیزور ضروری است.
یکی دیگر از راههای خشک شدن رزین ترکیب با یک سخت کننده است. رزین و سخت کننده هم می توانند به صورت مخلوط و هم بطور جداگانه به مصرف کننده تحویل گردند. در صورتی که مخلوط در یک ظرف ارائه گردد رنگ را یک جزئی و زمانی که رزین و سخت کننده در دو ظرف جدا گانه تحویل گردند رنگ را دو جرئی می نامند. معمولا ً رزین هایی که با سخت کننده مخلوط می باشند قادرند تحت تأثیر عوامل خارجی مثل حرارت، اکسیژن یا رطوبت هوا خشک شوند. واکنش بالا از این نوع است. عامل خارجی باعث پلیمریزاسیون و در نتیجه سخت شدن رزین می شود. از طرفی رزینهای دو جزئی به جهت میل ترکیبی زیاد، چند دقیقه قبل از مصرف مخلوط شده و سپس اعمال می گردند. پش از اعمال مخلوط روی سطح بین رزین و سخت کننده واکنش پلیمریزاسیون انجام گرفته فیلم سخت می شود.
نکات ایمنی کار با رزین
این مواد به خودی خود ، سمی نیستند ؛ اما لازم است همه کسانی که با این ماده کار می کنند ، یک سری موارد را رعایت کنند. برای کار کردن با انواع رزین ها نیاز دارید که از دستکش ، ماسک ، لباس کار آستین بلند استفاده کنید. رزین می‌تواند حساسیت پوستی ایجاد کند.
برخی از انواع آن با نفوذ به پوست ، باعث ایجاد سرطان های پوستی می شوند.اگر لازم باشد که رزین با هاردنر مخلوط شود ، بخارات متصاعد شده می تواند سیستم تنفسی را تحریک کند.
