رزین اپوکسی چیست؟

در مورد رزین اپوکسی در سطح اینترنت مطالب زیادی وجود دارد که تقریبا همگی با نگرشی سطحی به موضوع پرداخته اند تا تخصصی. اینکه، امروزه رزین اپوکسی در صنایع مختلف از ساختمان سازی تا صنعت پتروشیمی، نفت، نیرو و آب کاربردهای فراوانی دارد، برای همه آشکار است. شاید شما نیز سوالات زیادی مانند، رزین اپوکسی دقیقا چیست؟ و ساختار شیمیایی و اجزای مولکولی تشکیل دهنده آن کدامند؟ یا  خواص و ویژگی های رزین اپوکسی چیست؟ در ذهن دارید و به دنبال پاسخی علمی هستید. همین کمبود مطالب علمی ما را مجاب کرد تا در این مقاله به بررسی تخصصی رزین اپوکسی بپردازیم. با ما باشید تا در این مقاله شما را بصورت جامع با رزین اپوکسی آشنا کنیم.

رزین اپوکسی و ساختار شیمیایی آن

رزین­ اپوکسی در سال 1938 بوسیله پییر کاستان کشف شد که کاربرد بسیار زیادی در زمینه­های مختلف، نظیر رنگ، الکتریسیته، مهندسی سیویل و غیره دارد. این کاربرد وسیع به این دلیل است که رزین­های اپوکسی توانایی بسیار بالایی در تشکیل پیوند با سایر سطوح دارند. علاوه بر این پس از پخت، به استحکام مکانیکی و مقاومت شیمیایی بالایی می­رسند.

رزين­‌های اپوكسی به عنوان رزين‎های اپوكسيد نيز شناخته می‌شوند. ويژگی شناسه اين رزين‌ها دارا بودن بيش از يك گروه  epoxy-2 در ساختار مولكولی آن است. اين گروه ممكن است در بدنه زنجير باشد و یا در انتها قرار گیرد. در شرايط مناسبِ واكنش، گروه اپوكسی می‌تواند با اسيدها، انیدريد اسيدها، آمين‌ها و الكل واكنش تراكمی به همراه جابجايی هيدروژن به گروه اتيلن اكسيد، بدهد. اين واكنش‌ها امكان افزايش طول زنجير يا شبكه‌ای شدن را بدون آزاد كردن مولكول‌های كوچك مانند آب فراهم می­كند. بنابراين محصولات اپوكسی در مقايسه با اكثر رزين‌های گرما سخت، جمع شدگی كمتری در اثر پخت نشان می­دهند.

ساختار شيميايی رزين‌های اپوكسی شامل دو بخش اپوكسی و غير اپوكسی می باشد. بخش غير اپوكسی ممكن است آليفاتيك، سيلكوآليفاتيك و يا هيدروكربن شديداَ حلقوی باشد. در عمل محصول واكنش  بيس-فنل A و اپی كلروهيدرين اغلب رزين‌های اپوكسی متداول را تشكيل می‌دهند. اين محصولات 80 تا 90% سهم بازار را به خود اختصاص داده‌‌اند.

قبلا رزين اپوكسی تقريبا تنها به عنوان پوشش سطح استفاده می‌شد. قبل از جنگ جهانی دوم، بالا بودن هزينه‌های توليد بيس فنل A و اپی كلروهيدرين مانع از تجاری شدن كاربرد رزين اپوكسی شده بود. تلاشهای بعدی و ابداع روشهای توليد جديد، موجب پيدايش مقبوليت اقتصادی اين رزين‌ها شد.

خواص رزین اپوکسی پخت شده

اپوكسی گروه­های عاملی فعال زيادی دارد و می­تواند در حضور عوامل پخت وهاردنرها، يك ساختار شبكه‌ای را تشكيل دهد. خواص محصولات پخت شده اپوكسی به عوامل زیر بستگی دارد:

• نوع اپوكسی (type of epoxy)
• نوع و مقدارهاردنر (hardener)
• ميزان شبكه اي شدن (crosslinking)
• طبيعت و حجم مواد افزودنی (additive)

در بازار عوامل پخت متنوعی با ويژگی‌های طول عمر، انعطاف، پخت سريع و سميت كم وجود دارند.

ساختار مولكولی و خواص رزين پخت شده، بستگی به طبيعتِ سيستم پخت دارد. اگر چه سيستم‌هایِ پختِ مختلفی وجود دارد، ولی می‌توان آنها را به دو گروه آمين‌ها و انيدريدها تقسيم كرد.

رزين‌های اپوكسی و عوامل پخت تنها اجزاء يك فرمولاسيون نيستند. برای برخی كاربردها، ممكن است اپوكسی اصلاح نشده دارای خواص نامطلوبی از قبيل ويسكوزيته بالا، گران قيمت بودن و مقاومت ضربه پايين در برخی كاربردهای ويژه باشد. بنابراين بايد دراغلب موارد توسط موادی چون رقيق كننده، چقرمه كننده، فيلر و تقويت كننده همراه شود. انتخاب صحيح رزين،هاردنر و افزودنيها اجازه می­دهد كه خواص مورد نظر تامين شود.اين تنوع عامل عمده رشد پايه اپوكسی‎ها در مدتهای طولانی است.

ویژگی های رزین اپوکسی

علاوه بر اين ساختار متنوع، اپوكسی‎‌ها دارای ويژگی‌های ذيل نيز هستند:

• مقاومت شيميايی عالی، بويژه در محيط­های قليايی
• چسبندگی خوب به مجموعهای از بسترهای مختلف
• استحكام كششی، فشاری و خمشی بسيار بالا
• پايين بودن جمع شدگی پخت
• پايداری ابعادی
• عايق عالی الكتريسيته
• دوام بالا در پيری و شرايط سخت محيطی
•  قابليت پخت در دماهای مختلف
• مقاومت خستگی ممتاز
• بی بو و بی مزه

انواع اپوکسی ها بر اساس روش پخت

چسب های اپوکسی به طور کلی با توجه به روش پخت به دو گروه چسب های اپوکسی یک جزیی و دو جزیی تقسیم می شوند.

چسب های اپوکسی تک جزیی

چسب های اپوکسی تک جزیی پس از اعمال در دمای بین 250 تا 300 درجه سانتی گراد پخت می‌شوند و نیاز به سخت کننده ندارند. این گروه دارای چسبندگی بسیار عالی برخوردار بود و در شرایط بد آب و هوایی مقاومت بسیار خوبی را از خود نشان می دهند.

چسب های اپوکسی دو جزیی

سیستم های اپوکسی دو جزیی علاوه بر قابلیت پخت در دماهای بالا، می توان در دمای محیط و حتی صفر درجه با کمک کاتالیزورها و سخت کننده ها پخت کرد. به همین دلیل این گروه از چسب ها کاربرد بسیار وسیع تری در صنایع دارند. پس از افزودن سخت کننده به اپوکسی فرایند شیمیایی شبکه ای شدن همراه با تولید گرما آغاز می گردد تا به پخت کامل برسد. این گروه از چسب ها با شرایط محیطی بسیار تطبیق پذیر بوده و جهت هر کاربردی می توان آن ها را فرموله کرد.

تولید چسب های اپوکسی

سیستم‌های دو جزیی اپوکسی شامل یک قسمت رزین و یک قسمت هاردنر می‌باشند که تحت فرمولاسیون‌های مختلف خصوصیات حرارتی، اپتیکی، الکتریکی و مکانیکی مختلفی از خود نشان می‌دهند. همچنین این سیستم‌ها را می‌توان به گونه‌ای فرموله کرد که در دما محیط و در دماهای بالا قابل پخت باشند. در پارت آ (بخش رزین اپوکسی) از انواع رزین های اپوکسی، اپوکسی نوالاک، رزین های اپوکسی با اندازه و وزن مولکولی بسیار پایین، پلاستیسازرها، رزین های اپوکسی آلیفاتیک و سیکلوآلیفاتیک، عوامل تیکسوتروپیک، چقرمه کننده ها ، افزودنی های معدنی و آلی مورد استفاده قرار می­گیرد. پارت ب (بخش هاردنر اپوکسی) نیز توسط انواع هاردنرهای آمینی آلیفاتیک، سیکلوآلیفاتیک، آروماتیک، انیدریدها، مرکاپتان­ها، مانیچ بیس ها، پلی آمیدها، آمیدوآمین ها، افزودنی های معدنی و آلی ساخته می شود.

خواص و مزایای چسب های اپوکسی دو جزئی

چسب‌های اپوکسی دو جزیی با توجه به توانایی چسباندن انواع سطوح مختلف به همدیگر، استحکام بسیار بالا و مقاومت شیمیایی و محیطی که دارند، به عنوان یک چسب همه کاره ساختاری، بیشترین میزان مصرف را در صنایع مختلف به خود اختصاص داده‌اند.

این چسب‌ها قابلیت اتصال دائمی با استحکام بسیار بالا سطوح مختلف در صنایع را دارند.

• مقاوم نسبت به ارتعاش و شوک
• عایق الکتریکی
• مقاوم نسبت به سیکل‌های دمایی
• پخت محیطی
• قابلیت پرکنندگی درزها
• توانایی اتصال دائمی سطوح ناهمجنس
• توزیع یکنواخت تنش
• طول عمر حداقل 50 سال
• استفاده و نصب آسان
• کاملا جامد و فاقد حلال
• مقاومت شیمیایی در محیط‌هایی بازی، اسیدی
• مقاوم به خوردگی در شرایط بد آب و هوایی
• پوشش محافظتی نسبت به رطوبت و نور خورشید

کاربردهای چسب های اپوکسی دو جزیی در صنایع مختلف

این چسب ها با توجه به خواص مکانیکی و شیمیایی بسیار بالایی که دارند در اکثر صنایع بکار می‌روند:

در صنایع عمران و ساختمان

جهت چسباندن انواع مصالح عمرانی به همدیگر به صورت مادا العمر و دائمی، ترمیم و تقویت انواع پل ها و سازه های بتنی و فولادی، ملات و پرکننده های پلیمری مقاوم به خوردگی بکار می روند.

در صنعت الکتریک و الکترونیک

از آنجایی که چسب های اپوکسی عایق الکتریکی هستند از آن ها در تولید انواع قطعات و سازه های( ترانسفورماتورها و …. ) الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند.

در صنایع هوا فضا و هواپیما سازی

به دلیل نسبت استحکام به وزن بسیار پایینی که دارند از کامپوزیت‌های اپوکسی و چسب‌های اپوکسی جهت ساخت قطعات استفاده می شود.

در صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، ساحلی و فراساحلی

به دلیل مقاومت بسیار بالا در مقابل خوردگی و سایش از چسب های اپوکسی جهت ترمیم و بازسازی، اتصال قطعات به همدیگر بصورت مادام العمر، ترمیم و نشتی گیری استفاده می گردد.

فاکتورهای انتخاب چسب های اپوکسی دو جزیی

یکی از مهمترین فاکتورهایی که هنگام انتخاب چسب اپوکسی باید در نظر گرفت، زمان کاربری چسب اپوکسی است. این که چسب اپوکسی در چه زمانی خشک و سخت شود یا اینکه در چه مدت زمانی واکنش های شیمیایی داخلی به اتمام رسیده و چسب به استحکام نهایی برسد مهم است. در مبحث زمان کاربری دو مفهوم وجود دارد. یکی مدت زمانی که چسب از حالت روانی به جامدی سخت تبدیل می‌شود و دیگری مدت زمانی که طول می کشد تا چسب به استحکام نهایی خود در اکثر تکمیل شدن زنجیره های شیمیایی برسد.

دمای کاربری چسب، شرایط شیمیایی محیطی، میزان شوک های دمایی و مکانیکی وارد به چسب از دیگر پارامترهای مهمی هستند که در انتخاب چسب مناسب باید دقت شود.

یکی دیگر از عواملی که باید هنگام انتخاب چسب اپوکسی مناسب به آن دقت کنید، جنس سطح است. حتی اگر چسب های اپوکسی دو جزء به طور کلی برای همه سطوح از فلز گرفته تا پلاستیک، شیشه و چوب مناسب باشند، باز چسب های اپوکسی مخصوصی برای هر کدام تولید شده اند. برخی از نمونه های چسب اپوکسی مخصوص مانند اپوکسی الکتریکی در حال حاظر تولید شده است. این چسب اپوکسی برای قالب های الکتریکی طراحی شده است. آنچه در قالب های الکتریکی بسیار اهمیت دارد، این است که اپوکسی الکتریکی در برابر شوک و لرزش بسیار مقاوم و برای جلوگیری از خوردگی، رطوبت را دفع کند. اپوکسی ها عایق بسیار خوبی برای جریان الکتریسیته هستند از این رو در تولید مدارهای چاپی، عایق کاری سطح مدار، تراشه های هیبرید و ترانزیستورها کاربرد دارد. رعایت نسبت ها، پاک کردن کامل سطح از چربی، گرد و غبار و هرگونه آلودگی و برطرف کردن رطوبت های پنهان، فاکتورهای مهمی هستند تا در هنگام استفاده از اپوکسی، هرگز اپوکسی از سطح  جدا نشود.

همچنین، رنگ نیز عامل مهمی است که باید هنگام تصمیم گیری در انتخاب چسب اپوکسی به آن توجه کنید. برای برخی از کارها که در معرض دید می باشند، چسب اپوکسی باید از نظر زیبایی با رنگ سطح ترکیب مناسبی داشته باشد. خوشبختانه، چسب های اپوکسی دو بخشی در رنگ های متنوعی تولید و عرضه شده اند، حتی برای آن دسته از  رنگ هایی که به سختی با چیزی هماهنگ می شوند.

نتیجه گیری

رزين‌های اپوكسی محدوده وسيع و محصولات شبكه‌ای شده متنوعی دارند. اپوکسی را می توان به گونه ای فرموله کرد که کاربردهای گوناگونی برای مصارف مختلف داشته باشد. امروزه به خاطر ویژگی های بصرفه این متریال نسبت به دیگر متریال ها، مصرف آن بسیار گسترده شده است و با گذشت زمان بیشتر نیز می شود.

ما، مجموعه مگاتایت، در این مقاله تلاش کردیم شما را بصورت علمی و تخصصی با ساختار مولکولی اپوکسی، انواع رزین اپوکسی، خواص و مزایای چسب رزین اپوکسی و هچنین کاربرد آن در صنایع مختلف بصورت تخصصی آشنا کنیم.

آیا تا به حال از رزین اپوکسی استفاده کرده اید؟ آیا کاربرد ها و خواص دیگری می توانید اضافه کنید؟ یا سوال دیگری در ذهن دارید؟ نظر یا سوالات خود را برای ما بنویسید. بی صبرانه مشتاق خواندن نظرها و پاسخگویی سوالات شما هستیم.

همچنین در وبلاگ مگاتایت مطالعه کنید