پلی استر اشباع چیست؟

پلی استرهای اشباع شامل اسیدهای پلی کربوکسیلیک و پلی ال ها می باشند. بنابراین آنها در اصل نوع ساده شده پلی استرها می باشند. تعریف ارائه شده در استاندارد DIN 55958 برای پلی استرهای اشباع تعریفی واضح و روشن نیست رزین های پلی استری پیوندهایی سنتزی بر پایه پلی استرها می باشند که ساختار آنها دارای گروه های استری در زنجیره مولکولی می باشند. در حالی که پلی استرهای اشباع ساده ترین نوع پلی استرها به نظر می رسند، زمان زمان زیادی به طول انجامید تا در صنعت پوشش به کار گرفته شوند. در ابتدا از آلکید رزین ها که پلی استرهای اصلاح شده با روغن یا اسیدهای چرب هستند، به طور گسترده ای در صنعت پوشش استفاده می شد که امروزه به کار نمی روند. از سال 1995 به بعد نیز پلی استرهای غیر اشباع به بازار آمدند. علت اینکه از پلی استرهای اشباع استفاده نمی شد این بود که آنها از دی ال های ساده ای تشکیل شده بودند که حلالیت و سازگاری آنها با سایر رزین ها بسیار کم بود. اما با ورود مواد خام جدید برای پلی استرها، رزین های پلی استری اشباع کاربردهای بسیاری در بازار پوشش ها پیدا کردند. با استفاده از اجزاء سازنده جدید حلالیت و سازگاری پلی استرهای اشباع در پوشش ها را بهبود دادند. قدم مهم بعدی وارد کردن نئوپنتیل گلایکول (2-2دی متیل-3-1پروپانل) با بازار بود. برای ایجاد تمایز بین این پلی استرها و پلی استرهای غیراشباع مرسوم و آلکید رزین ها آنها را پلی استرهای اشباع نامیدند. امروزه، پلی استرهای غیر اشباع تنها در موارد خاصی به کار میروند و استفاده از آلکید رزینها نیز کاهش یافته ست. در مقابل استفاده از پلی استرهای اشباع به شدت افزایش یافته است.

اجزاء پلی استرهای اشباع

مهمترین اسیدهای پلی کربوکسیل مورد استفاده در پلی استرهای اشباع، آروماتیک هستند. در کربوکسیلیک اسیدها یا مشتقاتی بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند شامل ایزوفتالیک اسید که تقریبا ً در تمامی پلی استرهای اشباع مورد مصرف در پوشش ها وجود دارد)، انیدرید فتالیک و ترفتالیک اسید (اغلب به شکل مشتق دی متیل ترفتالات) می باشند. در سیستم های پلی استری آب پایه اکثرا ً مشتقات تری کربوکسیلیک اسید، تری ملیتیک انیدرید استفاده می شود. اسیدهای پلی کربوکسیلیک آروماتیک و مشتقات آنها سختی و مقاومت بر روی لایه های پوشش ساخته شده از پلی آستریهای مربوطه را بهبود می بخشند. اما آنها خواص حلالیت، سازگاری و انعطاف پذیری را محدود می کنند. برای تنظیم خواص اسیدهای پلی کربوکسیلیک آروماتیک یا مشتقات آنها با اسیدهای پلی کربوکسیلیک آلیفاتیک ترکیب میشوند. اینها اسید آدیپیک و کمی اسید آزلاییک، اسید سباسیک و اسیدهای چرب دیمری از این جمله اند. مهمترین عامل ایجاد حلالیت پلی ال ها می باشند. پلی ال ها در پلی استرهای اشباع مورد مصرف در پوشش ها مخلوطی از در ال های مختلف و مقداری پلی ال های با عاملیت بالاتر می باشند. ترکیب مناسبی از دی ال ها منجر به ایجاد خاصیت حلالیت، سازگاری و انعطاف پذیری مناسب میشود. مقدار و طول زنجیرهای جانبی دی ال اثر قابل توجهی بر حلالیت و سازگاری دارند. انعطاف پذیری با طول زنجیرهای مولکولی دی ال تعیین می شود به این صورت که زنجیرهای کوتاه باعث سختی و حلالیت کم و زنجیرهای بلند باعث رفتار پلاستیک می شوند. رفتار پلاستیک همچنین توسط دی ال هایی با گروه های اتری نیز ایجاد می شود. حلالیت بهینه، سختی و کمی انعطاف پذیریس توسط دی ال های سیکلوآلیفاتیک حاصل می شود. مولکولهای پلی استری که دارای ساختارهای یکسانی باشند تمایل به بلوری شدن دارند و محلول های شفافی ایجاد نمی کنند. چنین سیستم های پلی استری نیز اثرات سوءی بر روی همترازی، همواری، براقیت و مقاومت دارند. هر آمیزه ای از دی ال ها مانع بلوری شدن می شود. دی ال های ناسب برای پلی استرهای اشباع، اتیلن گلایکول، پروپیلن گلایکول، اتر دی ال ها، 1و4-بوتان دی ال، نئوپنتیل گلایکول، 1و6- هگزان دی ال، هیدروکسی پیوالیک اسید نئوپنتیل گلایکول استری، دی متیلول سیکلوهگزان (سیکلوهگزان دی متانول)، 4و4-بیس (هیدروکسی سیکلوهگزیل)-پروپان (پرهیدرو بیس فنول A) می باشند.هیدروکسیله کردن بیس فنول A با اتیلن یا پروپیلن اکساید اجزای سازنده را تشکیل می دهد که می توانند ترکیبات پلی ال آروماتیک را دارد مولکول های پلی استری کنند. میزان پلی ال های با گروه های عاملی بیشتر تعیین کننده میزان شاخه ای شدن در بین پلی استرها هستند. بیشترین تری الی که برای این منظور استفاده می شود تری متیلول پروپان می باشد.

ساختار پلی استرهای اشباع

پلی استرهای اشباع مورد مصرف در صنعت خودرویی اکثرا ً شبکه ای می شوند. گروه های عاملی برای شبکه ای شدن نیز گروه های هیدروکسیل می باشند. تنها استثناء پلی استرهای مورد مصرف در پوشش های پودری میباشند که شامل گروه های کربوکسیل شبکه ای شونده می باشند. پلی استرهای هیدروکسیل دار مولکولهایی با شاخه های کم و زیاد می باشند. وزن مولکولی متوسط آنها 800 تا 4000 گرم بر مول می باشد. وزن مولکولی بر اساس دو پارامتر بیان میشود: نسبت مولکولی پلی ال ها به پلی کربوکسیلیک اسید و غلظت آن. وزن مولکولی بالاتر و همچنین میزان شاخه های بیشتر باعث توزیع وزن مولکولی پهن تر میشود. بنابراین پلی استرهای پر شاخه، با میانگین وزن های مولکولی نسبتا ً کم تعریف می شوند. تولید پلی استرهای پرشاخه با وزن مولکولی بالا منجر به ژل شدن می شود. به این معنا که به علت توزیع وزن مولکولی پهن، برخی از مولکولها تمایل به داشتن اندازه نامحدود دارند، اگرچه میانگین اندازه های مولکولی همچنان نسبتا ً پایین است. با این وجود همواره، توزیع وزن مولکولی باریک تر از میزان محاسبه شده است. دلیل این امر تعادل بین مولکولهای پلی استری با اندازه های مختلف با واکنش های استری شدن که تولید مولکول های بیشتری با اندازه متوسط میکند، می باشند.

پلی استرهای مورد مصرف در استرهای صافگر

پلی استرهای مورد مصرف در استرهای صافگر، آمینو رزین های شبکه ای شده و پلی ایزوسیانات های مسدود شده می باشند. برای انجام واکنش شبکه ای شدن، ارزش هیدروکسیل آنها بین 80 تا 140 کیلو OH بر گرم می باشند. ارزش اسیدی آنها 10 تا 20 میلی گرم هیدروکسید پتاسیم بر گرم می باشد. اگر مقدار گروه های هیدروکسیل و اسیدی پلی استری از طریق روش تیتراسیون با محلول هیدروکسید سدیم اندازه گیری شود، عدد اسیدی با توجه به مقدار هیدروکسید پتاسیم لازم که معادل گروه های هیدروکسیل یا اسید در یک گرم رزین پلی استری می باشد تعریف می شود. مثلا ً، اگر پلی استری با وزن مولکولی متوسط 2000 گرم بر مول و عدد هیدروکسیل gm 112 باشد، هر مولکول پلی استر بطور متوسط دارای چهار گروه آزاد هیدروکسیل می باشد. گروه های اسیدی در واکنش های شبکه ای شدن فوق شرکت نمی کنند، اما می توانند واکنش بین گروه هایب هیدروکسیل و گروه های عاملی آمینو رزینها را سرعت بخشند.

از آنجایی که پلی استرهای مورد مصرف در استرهای صافگر باید ویژگی مقاومت در برابر سنگ ریزه را نیز حاصل کند، باید دارای اجزاء سازنده ای باشند که منجر به انعطاف پذیری گردند. از طرفی، پلی استر مصرفی نباید به اندازه ای نرم باشد که میزان برون داشت روپوشه را کاهش دهند. از آنجایی که استرهای صافگر برخی مواقع سمباده زده میشوند، رزین ها باید بتوانند میزان سختی لازم برای چنین فرایندی را داشته باشند. پلی استرهای مورد مصرف در استرهای صافگر حلال پایه با استفاده از هیدروکربن های آروماتیک با نقطه جوش بالا قیق می شوند. برخی مواقع این رزین ها شامل مقادیر کمی از حلال های بسیار قطبی مانند گلایکول اترها و استات های گلایکول اتر هستند. درصد جامد آنها در حالت تحویل معمولا ً بین 50 تا 70% وزنی می باشد.