رزین چیست و چه کاربردی دارد ؟

رزین چیست ؟

رزین ( در لفظ انگلیسی : Resin ) یا رزین ها پلیمرهای شریر و مایع هستند که از منابع آلی یا مصنوعی به دست می آیند. فواید آنها بر توانایی آنها برای انتقال از یک مایع به یک ساختار جامد و همگن قابل تنظیم است. در شیمی پلیمر و علم مواد، رزین یک ماده جامد یا بسیار چسبناک با منشا گیاهی یا مصنوعی است که به طور معمول به پلیمر تبدیل می شود. در ادامه در مورد سوالهای رزین چیست و چه کاربردی دارد , رزین چیست و از کجا میشه تهیه کرد, به شما اطلاعات بسیار جامعی خواهیم داد.

گیاهان برای مزایای محافظتی خود در پاسخ به آسیب رزین ترشح می کنند. رزین از گیاه در برابر حشرات و عوامل بیماری زا محافظت می کند. نمونه بارز طول عمر و دوام رزین، محصور شدن حشرات در کهربا است. بسیاری از این رزین‌های طبیعی امروزه کاربرد عملی دارند و معادل‌های آن از پتروشیمی‌ها ساخته شده‌اند.

استفاده از رزین به عنوان یک فرم منفرد و همگن معمولاً به شکل قالب و همچنین آسترها و پوشش های محافظ استفاده می شود. پلیمرها خود موادی هستند که از یک ساختار ساخته شده از تعداد زیادی واحد مشابه که به هم متصل شده اند تشکیل شده اند. نمونه های کلاسیک پلیمرهای مصنوعی شامل رزین و پلاستیک می باشد.

انواع اصلی رزین

دو نوع اصلی رزین وجود دارد:

رزین ترموست
رزین ترموپلاستیک

رزین های درگیر در تولید کامپوزیت و همچنین آسترها و پوشش ها بر دو نوع متمرکز هستند: (1) رزین های ترموست و (2) رزین های ترموپلاستیک.

رزین های ترموپلاستیک

رزین های ترموپلاستیک بخش کوچکتری از صنعت رزین را تشکیل می دهند. آنها به عنوان جامدات غیر واکنشی فروخته می شوند، بنابراین هیچ واکنش شیمیایی در طول پردازش رخ نمی دهد. بر خلاف ترموست، آنها برای ایجاد یک ماده تکمیل شده به گرما و فشار نیاز دارند. گرم کردن مجدد و اصلاح نیز امکان پذیر است.

رزین های ترموپلاستیک وقتی در معرض گرما قرار می گیرند، می توانند نرم شوند و مایعات چسبناکی تشکیل دهند. سپس آنها را می توان به یک جامد تحت سرد شدن تبدیل کرد. یکی از مزایای کلیدی رزین های ترموپلاستیک ظرفیت آنها برای چرخه های قالب گیری سریع است زیرا فرآیند پخت مستقل از یک واکنش شیمیایی است.

با این حال، تمرکز اصلی این مقاله بر روی رزین‌های ترموست، کلاسی از رزین‌ها با کاربرد در بخش‌های ساختمانی، هوافضا، دریایی و خودرو است.

رزین های ترموست

رزین های ترموست به گونه ای طراحی شده اند که پس از رسوب، واکنش شیمیایی داده و شبکه سه بعدی را تشکیل دهند. رزین های ترموست نیاز به یک عامل پخت دارند که قبل از آغشته سازی روی یک تقویت کننده اضافه شود. عمل آوری این ماده منجر به یک ساختار جامد می شود که قابل ذوب یا اصلاح مجدد نیست.

برای کامپوزیت های تقویت شده، ترکیبات معمولاً شامل یک سیستم رزین (عامل پخت، سخت کننده، بازدارنده،) و یک پرکننده/تقویت کننده هستند. کامپوزیت های تشکیل شده با رزین های ترموست دارای پایداری ابعادی بالا، مقاومت در برابر دمای بالا و مقاومت خوبی در برابر حلال ها به دلیل ساختار سه بعدی متقاطع خود هستند.

پرکاربردترین رزین های ترموست :

پلی استرها
وینیل استرها
اپوکسی ها
فنولیک ها
پلی آمیدها (PA)
بیسمالیمیدها (BMI)

نمونه هایی از رزین های ترموست پلی استرها

رزین پلی استر اشباع
و غیر اشباع

رزین پلی استر غیراشباع یک ماکرومولکول است – به عبارتی رزینی با وزن مولکولی بین 1000 تا 3000 کیلو دالتون. این نتیجه یک واکنش چند تراکمی است که اسیدهای دی کربوکسیلیک و دیالکل ها را تبدیل می کند. بخشی از اسیدهای دی کربوکسیلیک حاوی پیوندهای دوگانه کربن-کربن است که به آن پیوندهای غیراشباع می گویند.

این رزین خشک نشده و در دمای اتاق، مایع صورتی بسیار چسبناک و تا حد زیادی شفاف است. اصطلاح ” رزین پلی استر ” نسخه کوتاه شده اصطلاح “رزین پلی استر غیر اشباع” است.

رزین پلی استر معمولاً برای کاربردهای لمینیت فایبرگلاس استفاده می شود. فیبر شیشه به عنوان یک ماده تقویت کننده برای ایجاد فایبرگلاس اضافه می شود که می تواند برای ساخت سقف های مسطح ، تعمیر بدنه قایق ها و موارد دیگر استفاده شود.

اپوکسی

رزین های اپوکسی به استحکام، دوام و مقاومت شیمیایی یک کامپوزیت کمک می کنند. آنها عملکرد بالایی را در دماهای بالا، با دمای سرویس گرم/مرطوب تا 121 درجه سانتی گراد ارائه می دهند. اپوکسی ها به صورت مایع، جامد و نیمه جامد ظاهر می شوند. آنها معمولاً با واکنش با آمین ها یا انیدریدها درمان می شوند.

بر خلاف رزین های پلی استر، اپوکسی ها برای پخت نیازی به کاتالیزور ندارند. در عوض، یک سخت کننده (همچنین یک عامل پخت نیز نامیده می شود). سخت کننده (قسمت B) و رزین پایه (قسمت A) در یک “واکنش افزودن” بر اساس نسبت مشخص شده با هم واکنش نشان می دهند.

نسبت اختلاط صحیح رزین به هاردنر برای اطمینان از موثر بودن عمل آوری مورد نیاز است. نسبت‌های اختلاط نادرست باعث ایجاد درمان‌هایی می‌شود که با خواص معیوب به طور کامل درمان نمی‌شوند.

رزین اپوکسی را می توان با استفاده از افزودنی هایی مانند کولار تقویت و سفت کرد. این بر شکنندگی اپوکسی ناشی از درجه بالایی از پیوند متقابل غلبه می کند. هنگامی که رزین در حالت مایع است، شرایط و مواد تشکیل دهنده واکنش (در ترکیب با مرحله لمینیت و مواد تقویت کننده) در نهایت کیفیت و ویژگی های عملکردی کامپوزیت را تعیین می کند.

استحکام کششی، مدول یانگ، انعطاف پذیری علاوه بر ظرفیت جذب آب و مقاومت شیمیایی برخی از معیارهای اندازه گیری شده برای ارزیابی چنین عملکردی هستند. پلی اورتان رزین پلی یورتان رزین چسبناک تری است که پس از عمل آوری ساختار نرم و انعطاف پذیرتری نسبت به اپوکسی یا پلی استر ایجاد می کند.

این طیف وسیعی از کاربردها را دارد و در ساخت و ساز و مهندسی عمران و همچنین صنایع دریایی و پزشکی استفاده می شود. در ساخت و ساز، از آن برای کف های رزینی و راهروهای رزینی استفاده می شود که انعطاف پذیری پلی اورتان را با مقاومت مکانیکی بالای سنگدانه ها ترکیب می کند .

پخت رزین

پخت رزین برای درک مزایای حالت سخت شده آن از طریق اتصال عرضی زنجیره های پلیمری ضروری است. این فرآیند، به طور خلاصه، انتقال رزین از حالت مایع به جامد را مشاهده می کند. این یکی از ویژگی های اصلی تولید پلیمر گرماسخت است. آنچه باعث فرآیند پخت می شود می تواند متفاوت باشد.

به طور خلاصه، مونومرها و الیگومرهای منفرد با یا بدون یک عامل پخت – معمولاً یک کاتالیزور – مخلوط می‌شوند تا واکنشی را که منجر به تشکیل یک شبکه پلیمری سه‌بعدی می‌شود، هدایت کنند. در ابتدا، واکنش مولکول هایی را با معماری های متفاوت منشعب می کند. در اینجا وزن مولکولی ساختار با سرعتی متناسب با واکنش افزایش می یابد.

علاوه بر تغییرات در ساختار شیمیایی، تغییرات فیزیکی نیز رخ می دهد، مانند از دست دادن حلالیت، افزایش ویسکوزیته و افزایش چگالی. این فرآیند تا پایان واکنش ادامه می‌یابد که طی آن همه مولکول‌ها با هم ترکیب شده و یک شبکه همگن ایجاد می‌کنند.

اصلاح توسط چندین عامل ایجاد می شود: حرارت تابش – تشعشع پرتوهای الکترونی افزودنی های شیمیایی بسته به نوع رزین، بخش عمده ای از تحقیقات متعهد به بررسی روش های جدید و بهینه سازی روش های موجود است.

در بیشتر موارد، عمل آوری توسط دو دسته اصلی هدایت می شود:

پخت ناشی از مواد شیمیایی: اشاره به درمان مبتنی بر اعتیاد
پخت بدون مواد شیمیایی: به پخت ناشی از روش های پخت غیر شیمیایی مانند نور، گرما و تشعشع اطلاق می شود.

نوع پخت به عوامل مختلفی از جمله نوع رزین، کاربرد و سطح پذیرفته شده انقباض بستگی دارد، اما محدود به آن نیست.

پخت ناشی از مواد شیمیایی

رزین هایی مانند اپوکسی و پلی استر با افزودن افزودنی پخت می شوند. چنین افزودنی هایی به عنوان سخت کننده نامیده می شوند و باعث پخت رزین می شوند. سخت شدن بدون مواد شیمیایی برخی از رزین‌ها بدون افزودنی پخت می‌شوند و در عوض به گرما متکی هستند، همانطور که در مورد ترموپلاستیک‌ها صدق می‌کند.

اعمال گرما باعث کاهش ویسکوزیته قبل از شروع اتصال عرضی می شود. این منجر به افزایش زنجیره‌های الیگومری موجود می‌شود – فرآیندی که به آن ژل‌سازی می‌گویند. در این مرحله رزین بی حرکت و سفت می شود. انتقال انبوه مولکول ها در داخل ساختار تا زمان پخت نهایی محدود است. برای دستیابی به انجماد، افزایش دما پس از ژل سازی مورد نیاز است.

رزین های خاص ممکن است شامل یک کاتالیزور فعال شده توسط نور UV باشند. فرآیند پخت منطقه ای است که به خوبی مطالعه شده است، زیرا عمل آوری کیفیت ساختار رزین حاصل را به عنوان وسیله ای برای بهبود بهتر نتیجه فیزیکی و شیمیایی دیکته می کند.

ظرفیت مطالعه این ویژگی ها یک عامل کلیدی در بهینه سازی طراحی است. کامپوزیت های مبتنی بر رزین در حالی که رنگ های رزین به تنهایی محافظت موثری از سطح ارائه می دهند، عملکرد آنها در شرایط سخت تر محدود است.

به عنوان مثال، رزین پلی استر بدون تقویت کننده الیاف شیشه، به طور قابل توجهی شکننده تر و شکننده تر از تقویت کننده است و کاربردهای محدودی دارد. معرفی چوب به عنوان سازه پشتیبان هزاران سال است که وجود داشته است. محدودیت در چوب، یعنی استحکام و دوام، فولاد اره به یک گزینه محبوب تبدیل شده است.

با این حال، فولاد سنگین است و تمایل به زنگ زدگی دارد و تعداد کاربردهای موجود را محدود می کند. علاوه بر این، فولاد، مانند آلومینیوم، نیاز به عملیات حرارتی (جوشکاری) دارد تا اندازه و شکل صحیح به دست آید.

رزین ها راه حل مفیدی را در قالب حفاظت از سطح و خود ساختارهای مستقل ارائه می دهند. ترکیب یک رزین با مواد تقویت کننده (مثلاً الیاف شیشه یا فیبر کربن) باعث ایجاد کامپوزیت ها شده است. کامپوزیت های مبتنی بر رزین ترکیبی از دو یا چند ماده با ویژگی های شیمیایی و فیزیکی متفاوت هستند.

هنگامی که آنها با هم ترکیب می شوند، ماده ای را تشکیل می دهند که بر ویژگی های فردی این مواد برتری دارد. این اغلب منجر به عملکرد برتر از نظر استحکام، انعطاف پذیری، مقاومت شیمیایی و دوام می شود.

در زمینه رزین‌ها، کامپوزیت‌ها هم رزین و هم مواد تقویت‌کننده را با هم ترکیب می‌کنند، در ابتدا در حالت شکل‌پذیری قرار می‌گیرند که به موجب آن رزین قبل از پخت به صورت مایع در می‌آید. پس از عمل آوری، انتقال رزین از حالت مایع به حالت جامد منجر به تشکیل یک ساختار قوی، صلب و غیر قابل نفوذ می شود.

این ساختار به تنهایی بر محدودیت‌های این ترکیبات فردی غلبه می‌کند (رزین شکننده است، تقویت‌کننده نفوذپذیر و نرم است) تا در نهایت ساختاری برتر مانند فایبرگلاس یا فیبر کربن ایجاد کند. نمونه‌های کلاسیک شامل فایبرگلاس و فیبر کربن است که ویژگی‌های بدون درز و بدون درز مقاوم در برابر زنگ زدگی، طیف گسترده‌ای از مواد شیمیایی را ارائه می‌دهند و در عین حال بادوام هستند و نسبت استحکام به وزن بالایی را نشان می‌دهند.