کاربردهای رزین هیدروکربنی

رزین های هیدروکربنی در بسیاری از برنامه های کاربردی مورد استفاده قرار می گیرند. آن ها به ندرت به تنهایی به کار می روند. بلکه اغلب همراه با سایر مواد دیگر جهت دستیابی به ویژگی های خاص هستند.

این ویژگی های خاص ممکن است برای طبقه بندی چنین رزین هایی استفاده بشوند:

- رزین های سخت، به طور عمده در صنعت رنگ و ورنی ها

- پلاستی سایزر ها (نرم کننده ها) و عوامل ترکیبی، در صنعت پلاستیک (لاستیک و ترکیبات PVC)

- رزین های پیوند دهنده (با قابلیت اتصال و چسبندگی) در چسب ها

- عوامل تثبیت کننده در حفاظت چوب

- دافع آب در انواع مختلف برنامه های کاربردی

در برخی زمینه های کاربردی، استفاده از رزین ها طی چندین دهه پیش آغاز شده و ادامه دارد. به عنوان مثال در آمیزه های لاستیکی یا چسب ها. سایر زمینه ها ممکن است به خوبی شناخته نشده باشند، آن ها با ارتقا و اثر بخشی رزین های هیدروکربنی توسعه یافته اند. مهم ترین مصارف رزین ها در چسب ها؛ مثلا در سازه ها، چسب های گرما ذوب (H.M.A) و حساس فشار Pressure Sensitive Adhesive (PSA) پس از آن پوشش ها، تایرها و کالاهای ماشینی، جوهرهای چاپ و به میزان کمتری در زمینه های صنعتی مختلف دیگر باشد.

در چندین کاربرد، رزین های هیدوکربنی اصلاح شده و اصلاح نیافته، هنوز در رقابت با روزین سنتی و مشتقات روزین هستند. این نواحی عمدتا چسب ها، جوهرهای چاپ و پوشش ها هستند. با این حال مهم ترین مصرف روزین (کلوفون)، در آهار کاغذی و تولید امولسیون سازی است؛ این کاربردها اینجا فراوری نمی شوند.

اصلی ترین زمینه های کاربرد، با توجه به نوع رزین عبارتند از:

- رزین های هیدروکربنی آلیفاتیکی C₅ (همه نوع) در ترکیبات لاستیکی، چسب ها، رنگ ها و پوشش ها

- رزین های آروماتیکی (C₉،ایندن – کومارون) و رزین های هیدروکربنی مخلوط شده C₅/C₉، تا حد زیادی در لاستیک ها و چسب ها، کمی کمتر در پوشش ها مورد استفاده قرار می گیرند.

- رزین های ترپن، تقریبا ً به طور انحصاری در چسب هایی با کیفیت بالا استفاده می شوند.

- رزین های دی سیکلوپنتادی ان، در برخی پوشش ها و انواع اصلاح شده در جوهر چاپ و صنعت لاستیک بکار می روند.

حتی در حال حاضر، ارزیابی مناسب رزین ها برای استفاده در زمینه های مختلف بر نامه های کاربردی عمدتا ً براساس اطلاعات کم و بیش تجربی است. با این حال کوشش ها در حرکت، جهت ارتباط خواص کاربردی با ویژگی های پایه ای و فنی تر زین های خاص می باشد. بخش عظیمی از این پروژه، توسط تولید کنندگان رزین انجام گرفته است. بیشتر پروژه های پژوهشی و تحقیقاتی اولیه در این راستا، توسط دانشگاهها و موسسات تحقیقاتی از ارزش های بزرگ به شمار می آید.

باید به این نکته تاکید کرد که تحقیقات و بررسی های انجام گرفته، هرچند تحت پوشش مهم ترین برنامه های کاربردی است، به هیچ وجه نمی تواند کامل باشد. هدف اصلی ارائه ی یک درک کلی از اینکه چرا رزین های هیدروکربنی ایندن – کومارون و برپایه نفتی، بطور گسترده ای در کاربردهای صنعتی مختلف، سودمند هستند. گاهی ممکن است در مورد چگونگی رزین های استفاده شده تعاریف معینی وجود داشته باشد که این ویژگی می تواند تحت تأثیر قرار گرقته و ممکن است اثر رزین ها را روی سیستم های مختلف بهم پیوسته اعمال کند. بدون گفتن اینکه تمام اطلاعات فنی، داده ها و دستورالعمل، مربوطه به عملکرد و کاربرد رزین ها هستند. داده های تجربی در نظر گرفته می شوند و اینکه هیچ تضمین داده نمی شود. کاربران رزین، بایستی ارزیابی های خودشان را به منظور تعیین شایستگی رزین های ویژه برای کاربردهای خاص شان انجام دهند.

چسب ها

چسب ها برای هزاران سال شناخته شده اند. در اوایل، 4500 سال پیش از میلاد، سومریان از نوعی آسفالت به عنوان ماده چسباننده و پیوند دهنده ی چسب استفاده کردند. 3500 سال پیش از میلاد، سومریان از چسب های ساخته شده از پوست حیوانات استفاده کردند. حدود 300 سال پیش از میلاد، استفاده از رزین های کلوفونی Colophonium یا راتیانه حاصل از پوست درخت غوشه یا توس Brich کشف شد.

سیستم هایی مشابه همراه با چسب هایی برپایه پنیر، ماهی و استخوان توسط مصریان قدیم، یونانی ها، رومانی ها و نورمانی ها مورد استفاده قرار گرفت.

اولین چسب های مدرن بر اساس لاستیک طبیعی یا لاتکس، در سال 1823 به کار گرفته شد که طی یکسالی نشانگر آغاز صنعت چسب به معنای امروز کلمه بود. از نظر قدمت تاریخی برای صنایع لاستیکی منشا دقیقی نیست، اما اعتقاد بر این است که بومیای آمریکای مرکزی از درختان گریان شیرابه هایی خارج می کردند که این شیرابه ها بعدها نام لاتکس را به خود گرفت که اولین مواد لاستیکی را تشکیل می دادند.

سیستم های چسب دردسترس امروز می توانند به دو گروه اصلی متمایز شوند:

چسب های طبیعی شامل انواع مختلف از چسب های حیوانی، دکسترین ها، و چسب های برپایه ی کازین.

چسب های سنتزی که ممکن است به سه گروه زیر تقسیم شوند:

- چسب هایی برپایه ی مواد خام ترموست شده؛ مثل اوره و فنل فرمالدهید، اپوکسی یا چسب های بی هوازی

- چسب هایی برپایه ی مواد خام ترموپلاستیک؛ مثل پلی وینیل استات، آکریلیک ها، سیانو آکریلیکها، پلی الفین ها، پلی آمید، استایرن بوتادی ان یا کوپلیمرهای دسته ای استایرن ایزوپرن (لاستیک ترموپلاستیک)

- چسب های بر پایه مواد خام الاستومری؛ مثل لاستیک استایرن بوتادی ان (SBR)، پلی کلروپرن، لاستیک نیتریل، پلی اورتان.

اغلب چسب های سنتزی، از یک پلیمر زنجیره ای اصلی، یک رزین با قابلیت چسبندگی و یک حامل جهت دادن ثبات و سازگاری لازم برای یک برنامه کاربردی که ممکن است حلال، آب یا گرما باشد فرمولبندی می شوند. چسب های سنتزی مطابق با حامل به صورت زیر دسته بندی می شوند:

- چسب های زاییده از حلال یا چسب های تماسی Solvent-born adhesives/contact adhesives، مثال هایی از این نمونه لاستیک طبیعی، SBR یا مبتنی بر انواع ایزوپرن می باشد.

- چسب های بر پایه آب یا پاشیده Dispersed/water-based adhesives، پاشش های پلی وینیل استات که برای آن ها یک مشخصه به شمار می آید.

- چسب های گرما – ذوب، مثال هایی از این نمونه عبارتند از: کوپلیمر اتیلن/وینیل استات Ethylene/Vynil Acetate (EVA).

همانطور که بیشتر به زمینه های کاربردی یا خواص ویژه چسب ها اشاره شد، دسته بندی چسب های مورد استفاده زیر معمولا ً خیلی نظام نیستند.

- چسب های زاییده از حلال و آب

- چسب های گرما – ذوب (HMA)

- چسب های حساس فشار (PSA)

چسب های گرما ذوب در بسته بندی، نجاری، صحافی، پارچه ها و منسوجات مصنوعی و پوشک کاربرد عمده ای دارد و چسب های حساس فشار در چسبهای نواری، برچسب ها بیشترین کاربرد را دارد. البته سایر سیستم های چسب وجود دارد.

رزین ها ( پیوند دهنده ها) به پلیمرهای زنجیر اصلی جهت بهبود هم چسبی، پیوستگی و کوک اجزا، چسبندگی ویژه و خاصیت تر شدگی و نرم کننده و به طور خلاصه به منظور تنظیم خواص رئولوژیکی (علم جریان) سیستم چسب نهایی اضافه می شوند. پیوستگی و کوک شدن بستگی به نوع رزین، جرم مولکولی (نقطه نرم شدگی یا انتقال شیشه ای) و غلظت رزین دارد. به طور معمول رزین هایی با جرم مولکولی کم، حداکثر پیوستگی نسبی را در غلظت های بالاتر به همراه می آورد. در حال که رزین هایی با جرم مولکولی بالاتر حداکثر پیوستگی نسبی را در غلظت های پایین تر می دهد. انسجام و هم دوستی با جرم مولکولی و غلظت رزین افزایش می یابد.

شکل 1- تأثیر غلظت و جرم مولکولی رزین های پیوند دهنده

رزین با جرم مولکولی بالا: B

رزین با جرم مولکولی پایین: A

درزگیرها

درزگیرها در کاربردهای مختلف برپایه ی پلیمرهایی مثل لاستیک، پلی ایزوبوتن، پلی بوتن، ترموپلاستیک، الاستومرها، SBR، نئوپرن و پلیمرهای پلی سولفید مورد استفاده هستند. این پلیمرها نیاز به اضافه کردن رزین های چسبناک کننده جهت بهتر شدن چسبندگی و کوک شدن اجزا دارد. سیلیکون ها، اورتان ها و مواد مشابه با وزن مولکولی پایین به صورت پیش پلیمرها به کار می روند و نیازی به چسبناکی افزوده نیست. گاهی پیش برنده های چسبندگی یا آغازگرهای سطحی ممکن است مورد استفاده قرار گیرند.

درزگیرها به طور گسترده ای در ساخت و ساز، احداث، عایق های شیشه ای، صنعت خودرو و زمینه های مختلف دیگر استفاده می شوند. معیار اصلی برای انتخاب رزین ها(چسبنده ها) سازگاری با پلیمر اصلی، نقطه نرم شدن، رنگ (برای بعضی کاربردها)، مقاومت در برابر هوازدگی، پایداری حرارتی، قیمت و خاصیت توسعه دهنده، نرم کننده و پیوند دهندگی اجزا می باشد. بر این اساس رزین های هیدروکربنی انتخاب شده جهت بهبود خواص چسبندگی در درزگیرها و سیستم های مشابه افزوده می شوند.

پوشش ها

طیف وسیعی از کاربردها را دربر می گیرد. محافظت جهت پوشش های تزئینی، برای مصارف دائمی یا موقتی. استفاده و کاربردهای اصلی برای رین های هیدروکربنی در بسته بندی، رنگ ها و ورنی ها، جوهرهای چاپ، پخت غشایی بتنی Concrete curing memberanes، خط کشی جاده ها، می باشند، پوشش لوله و سقف خودرو و کامیون را تحت پوشش قرار می دهد.

خاصیت و نقش رزین در فرمولاسیون بسته بندی، رنگ ها، ورنی ها و جوهرهای چاپ عبارتند از:

افزایش سازگاری و حلالیت، دفع آب یا مقاومت در برابر رطوبت، بهبود چسبندگی به لایه های زیرین ماده اصلی، افزایش سختی فیلم جهت شکل دهی فیلم (لایه)، تقویت و نگهداری جلا و براقیت، بهبود طول عمر، کاهش زمان خشک شدن در سیستم های هوا – خشک کن، مقاومت در برابر اسیدها و بازها، کاهش ویسکوزیته، محتوی جامد بالا، چسباننده، عامل مرطوب کننده رنگ دانه در چسب یا خمیر.

نقش و خاصیت رزین در فرمولاسیون رنگ های اپوکسی و پلی اورتان

کاهش ویسکوزیته، افزایش انعطاف پذیری که باعث خواص هم تراز کنندگی خوب می شود، بهبود مقاومت شیمیایی، عامل مرطوب کننده و کاهش هزینه، ایجاد کشش در بسیاری موارد، افزایش در خصلت آب گریزی.

نشانه گذاری یا علامت گذاری جاده

رزین نقش ماده چسباننده را بازی می کند. خصوصیات رزین باید استانداردها و شرایط لازم زیر را برآورده سازد: ثبات در برابر نور uv، مقاومت در برابر فرسایش، خنثی و غیر قابل صابونی شدن، مقاوم در آب، اسیدهای رقیق، بازها و روغن های معدنی، سازگاری بالا، یک پایداری حرارتی خوب که اجازه گرمایش تا دمای حدود 200 درجه سانتیگراد را می دهد.

پوشش های غشایی بتنی پخته

ساخت و ساز بتن برای هیدراته شدن شیمیایی جهت دستیابی به مقاومت نهایی اش و ثبات ابعادی، نیازمند آب می باشد. اگر بتن محافظت نشود، فقدان بیش از حد آب رخ می دهد، با توجه به گرمای هیدراسیون و اثر حرارت برونی (بسته به دمای محیط). در نتیجه بتن ضعیف می شود. بنابراین سطوح بتنی تازه با استفاده از یک پوشش دهنده که به صورت یک سد رطوبتی عمل می کند، اغلب از خشک شدن بیش از حد سریع محافظت می شود.

برای این منظور رزین های نفتی، در الکل معدنی حل می شوند یا فرموله شده به صورت امولسیون استفاده می شوند. برنامه های کاربردی عمدتا ً توسط پاشش صورت می گیرد. امولسیون ها به محلول ترجیح داده می شوند. زیرا که حضور حلال باعث ایجاد خطرات سلامتی و مشکلات اشتعال زایی و نیز دلایل هزینه قیمت ها می شود. غشاهای پخته بر پایه ی حلال، محلول هایی با ویسکوزیته پایین از یک رزین مناسب در الکل معدنی هستند. که آن ها ممکن است توسط جوهرهای ناپایدار جهت کمک به کنترل کیفیت پوشش دهنده یا (عمدتا ً برای برنامه های کاربردی باز) به وسیله پیگمنت سفید برای منعکس کردن نور خورشید و اجتناب از حرارت بالا عرضه شوند.

نقش رزین در حفاظت چوب

چوب در برابر رطوبت و حمله بیولوژیکی بسیار حساس است و بایستی محافظت شود. به ویژه هنگامی که در معرض فضای بازقرار می گیرد. رزین های هیدروکربنی، به دلیل خواص تثبیت و دفع آب به عنوان مثال اصلاح و تثبیت عوامل فعال مانند: حشره کش ها و قارچ کش ها در چوب، به طور گسترده ای برای این کاربردها استفاده می شوند.

و در نتیجه از روآیی blooming نگه دارنده های الوار و چوب ممانعت می کند. دو نوع فراوری از محافظت چوب معمول است: آغشته سازی و فراوری سطوح.

ترکیبات آسفالتی

آسفالت و قیر قطران زغال سنگ مورد استفاده در جاده ها و پیاده روها، پشت بام، لوله، خودروها و پوشش های سد آب توسط رزین های هیدروکربنی ممکن است به روز رسانی و اصلاح شود. پوشش های بر پایه ی قیر و قطران زغال سنگ جهت ممانعت از تخریب کلی داخلی یا خارجی دیوارها با استفاده از برخی رزین های هیدروکربنی به کار می رود.

نقش رزین در قیر و آسفالت، مقاومت رطوبت، مقاومت اسید و باز در پوشش های ضدخوردگی بر پایه قیر، افزایش سفتی و خواص سطوح مثل هموار بودن و صافی، کاهش ویسکوزیته و نقش صداگیر در پوشش های قیری.

حفظ و نگهداری میوه ها

یکی از کاربردهای خاص رزین های نفتی مورد استفاده به عنوان پوشش ها در حفظ و نگهداری میوه ها است. که برای دهه های بسیاری در حفاظت از میوه های مرکبات مثل پرتقال، گریپ فروت، لیموها، لیمو ترش، نارنگی و غیره مورد استفاده قرار گرفته اند. یعنی به منظور حفاظت از انواع میوه ها با پوست کلفت.

رزین ها مطابق با مقررات اداره کل غذا و داروی آمریکا (FDA) به عنوان افزودنی های غذایی استفاده می شوند، این رزین ها بایستی با حداقل نقطه ی نرم شدن 126 درجه سانتیگراد (R&B) باشند و مقدار باقی مانده روی میوه بعد از فراوری، نباید از ppm 200 بیشتر بر روی وزن تازه تجاوز کند.

کاربرد رزین ها در این فرمولاسیون عبارتند از:

- محافظ عوامل فعال (قارچ کش ها)، مانع از خشک شدن سریع میوه، یعنی تبخیر آب از طریق پوست می شوند.

- محافظت میوه ها از میکروب ها که ممکن است از منافذ ریز پوست وارد شوند.(پوسیدگی و فاسد شدن در اثر باکتری)

- ایجاد براقیت عالی در پولیش Polishing صنعتی، سطح میوه پوشیده شده

حلالیت رزین های مورد استفاده نیز حائز اهمیت است. پوشش محافظتی به عنوان یک رزین، توسط عملیات پاشش sprying، فرچه ای brushing یا غوطه وری در یک دستگاه آغشته سازی و پس از آن مرحله خشک کن (تبخیر) صورت می گیرد که در نهایت حلال تبخیر شده، بازیافت و بهبود می یابد و استفاده می شود.

تایرهای لاستیکی و محصولات صنعتی لاستیکی

بازارهای سهام لاستیک با بسیاری افزودنی های مختلف ترکیب می شوند از قبیل کمک پردازشگر، نرم کننده ها، عوامل تقویت کننده، چسبنده ها، پیگمنت ها، آنتی اکسیدان ها و عوامل پخت Curing agents. رزین ها به طور گسترده ای در این کاربردها استفاده می شوند. آن ها به طور کلی به عنوان کمک پردازشگر ارائه می شوند، اما در حقیقت عملکردشان در مخلوطهای لاستیک چندگانه است و همچنین جهت دستیابی به خصوصیات خاص محصول نهایی استفاده می شوند. نقش رزین ها، ارتقا و ترویج فرآوری و پردازش، کاهش ویسکوزیته، بهبود ساختمان چسبندگی مخلوط ولکانیزه شده Vulcanized mixture (لاستیک جوش خورده)، از قبیل کشیدگی و افزایش طول، استحکام کشش و مقاومت انعطاف.

اولین رزین هایی که به طور گسترده ای در آمیزه های لاستیکی برای تایرها و محصولات صنعتی استفاده شدند رزین آروماتیکی ایندن – کومارون بود. با ظهور صنعت نفت، رزین های هیدروکربنی نفتی آلیفاتیکی در مقادیر زیادی دردسترس قرار گرفتند. این رزین ها به طور عمده در ایالات متحده آمریکا که در آن مواد خامی توسط فرایند کراکینگ با بخار به خوراک رزین آلیفاتیکی تبدیل می شدند، تولید می شدند.

به دلیل این تحولات تاریخی و کاهش موجودیت رزین های کلاسیکی IC در ایالات متحده، یک تمایل فزاینده ای جهت استفاده از رزین های نفتی آلیفاتیکی در صنعت لاستیک وجود داشت، به طور عمده در تولیدات تایر. به هر حال هیچ دلیل فنی برای استفاده از این نوع یا سایر انواع رزین وجود ندارد. تأثیر اصلی در دامنه ی انتخاب، قیمت، ثبات و در دسترس بودن می باشد.

تایرها

الاستومرهای اصلی مورد استفاده در تولیدات تایر، لاستیک طبیعی، SBR، پلی بوتادی ان هستند که اغلب به صورت مخلوط استفاده می شوند. با وجود تحقیقات گسترده، آمیزه های لاستیکی برای تایرها هنوز تا حد زیادی برپایه ی دانش تجربی است و گرایش به تغییرات در فرایندهای ایجاد شده بسیار گران است.

محصولات صنعتی لاستیکی

قدمت استفاده از لاستیک به ساکنان آفریقای جنوبی بر می گردد. این فن آوری در قرن 18 به اروپا رسید. اولین کاربرد آن در تولید پارچه های ضد آب بود. جدای از صنعت تایر، محصولات صنعتی لاستیکی، شامل طیف متنوعی از محصولات متفاوت هستند. کاربران عمده، صنایع خودرو و کفش هستند. سایر کاربردها عبارتند از: تولید شیلنگ، تسمه، واشر، پوشش ها، پوشش دهنده ی فرش و غیره. فراوری عمدتا توسط قالب گیری molding، اکستروژن extrusion، یا غلتک زنی calendaring انجام می شود.

رزین ها دارای سابقه ای طولانی در آمیزه های لاستیکی هستند. برای تسهیل ترکیبات و دستیابی به استحکام مناسب جهت تزریق در دستگاه اکستروژن و بهبود ظاهری، گسترنده صرفه جویی در هزینه، کاهش در ویسکوزیته ترکیب، افزایش زمان سوزاندن، بهبود در مقاومت پارگی، عامل مرطوب کننده ی پرکننده ها، افزایش در کشیدگی نهایی، کمک فرایند در قطعات صنعتی و زیره یا کفی کفش و تایر استفاده می شدند.

کاشی های کف پوش Floor tiles

امروزه در تولید کاشی های کف پوش ساختمان برپایه ی PVC یا لاستیک، مقدار مشخصی از رزین های هیدروکربنی استفاده می شود. این رزین ها عمدتا به عنوان کمک پردازشگر، تسهیل کننده اختلاط و ادغام پرکننده ها و به علاوه غلتک زنی گنجانده می شوند. نقش ماده چسباننده، کاهش ویسکوزیته و نرم کننده کف پوش های سخت و نرم pvc، مقاومت در برابر فرورفتگی توسط فشار خیلی زیاد با پاشنه های کفش، بهبود ژل شدگی pvc و افزایش سرعت تشکیل نمد بر روی غلتک می باشد.

صنعت ریخته گری Foundry industry

این فرایند باستانی که همچنین تحت عنوان فرایند موم از فدا شونده نیز شناخته شده است، جهت قالب گیری دقیق قطعات فلزی کوچک به کار می رود. اخیرا به نظر می رسد این فرایند مجددا ً ظهور پیدا کرده و فراگیر شده است. این تکنولوژی با استفاده از مخلوط موم ها، (موم پارافین/ موم میکروکریستالین) انجام می شود، که به آنها انواع رزین ها افزوده می شوند.

در این صنعت رزین ها نقش اصلی را ایفا می کنند. به عنوان مثال رزین افزوده شده موجب چسبندگی بیشتر شده و نیز به عنوان پر کننده در صنایع ذوب و ریخته گری به کار گرفته می شود. انواع رزین مورد استفاده باید دارای پایداری حرارتی، کاهش ویسکوزیته مذاب و سازگاری خوب موم باشند. رزین های مورد استفاده اغلب رزین های نفتی آروماتیکی و آلیفاتیکی هستند.این پروسه اخیرا برای تولید جواهرات نیز به کار گرفته می شود.

روان کننده ها Lubricants

نقش رزین، خاصیت روان کنندگی در فرمولاسیون روغن ها به ویژه در ادوات حفاری در صنایع بالا دستی، تنظیم خواص رئولوژیکی (علم رفتار جریان) یک مایع (روغن) به منظور رسیدن به خواص مورد نیاز در آن مایع روان کننده و نیز جهت افزایش ویسکوزیته ی روغن می باشد. حلالیت رزین و رفتار جریان روغن (رئولوژی روغن بدست آمده) از مهم ترین ویژگی های فیزیکی مخلوط روغن/رزین است.