- ۱۳۹۸ ۲۳ اردیبهشت
رزینهای اپوکسی و عوامل پخت
مقدمه
در صنعت پلاستیک، رزینهای اپوکسی به عنوان رزینهای گرماسخت طبقه بندی می شوند و در صنعت رنگ به عنوان پوششهای تبدیل پذیر استفاده می گردند. رزینهای اپوکسی با واکنش شیمیایی میان رزین و یک عامل پخت به حالت گرماسخت تبدیل می شوند. بسته به عامل پخت، این واکنش می تواند در دمای بالا یا دردمای اتاق، انجام گیرد. رزینهای پخت شده، در حلالها نا محلول بوده و با گرما نمی توانند ذوب شوند. این ویژگی با ویژگی محصولات پلاستیکی همچون پلی وینیل کلرید (PVC) یا پلی استایرن، یا پوششهای تبدیل ناپذیر مانند لاستیک کلردار شده، لاک آکریلی یا نیترو سلولز که در حلالها، محلول می مانند و می توانند بر اثر گرما دوباره ذوب شوند، مغایرت دارد.
رزینهای اپوکسی در استرالیا، در اوایل دهۀ 1950 به صورت تجاری در دسترس قرار گرفتند و از آن به بعد، همواره در بسیاری از صنایع کاربرد دارند. انواع متداول آنها بر پایه اپی کلروهیدرین و دی فنیلول پروپان (بیس فنول A) بوده و در گستره ای از وزنهای مولکولی در دسترس هستند. رزینهای با وزن مولکولی کم، مایع و رزینهای با وزن مولکولی زیاد، جامد هستند.
ویژگی های اصلی سیستمهای بر پایه رزین اپوکسی چیست که آنها را از گسترۀ وسیعی از پلاستیکها و رزینهایی که هم اکنون در دسترس هستند، متمایز می کند؟ اهم این ویژگیها در زیر آمده است:
الف) ساختار شیمیایی رزین های اپوکسی به آنها مقاومت شیمیایی زیادی در برابر گسترۀ وسیعی از شرایط خوردگی شدید، بخشیده است. این ویژگیها از طبیعت آروماتیک زنجیر اصلی و پایداری شیمیایی خوب پیوندهای فنولی اتر ناشی می شود.
ب) رزینهای اپوکسی، چسبندگی خوبی به گروه وسیعی از مواد شامل فلزات، چوب، بتون، شیشه، سرامیک و بسیاری از پلاستیکها دارند. این چسبندگی به دلیل وجود گروههای هیدروکسیل قطبی و اتری در رزین است.
ج) انقباض کمی طی پخت دارد و باعث می شود دقت ابعادی خوبی در ساختار موارد ساختمانی داشته باشد و قادر باشد چسبهایی با استحکام زیاد با خط چسب تنش باقیمانده کم تولید کند.
د) با استفاده از سیستم های رزین اپوکسی مایع، شکلهای پیچیده می توانند به سادگی دوباره تولید شوند و این رزینها در دمای اتاق قابل پخت هستند.
ه) خواص فیزیکی خوب مانند چغرمگی، انعطاف پذیری و مقاموت سایشی می تواند به دست آید.
و) گرچه محدودیت دمایی وجود دارد، اما رزینهای اپوکسی عموما ً بهتر از سایر گرمانرم ها در دمای بالا عمل می کنند.
یکی از مصرف کنندگان اصلی رزینهای اپوکسی، صنایع رنگ هستند که انواع خاصی از پوششهای سطح را تولید می کنند. صنایع الکتریکی یکی از اولین صنایعی بود که در آن رزینهای اپوکسیطی مراحل اولیه تولید تجاری خود، پابرجا شد. رزینهای اپوکسی برای استفاده در حالت مایع بدون حلال، مناسب بوده و پس از افزایش عامل پخت به جامد سخت ذوب ناشدنی، تبدیل می شوند. این رزینها به طور گسترده برای سفالگری، جاگذاری یا کپسول کردن اجزای الکتریکی، برای اتصال کابلها و تهیه اتصالات ضدآب و برای ساخت ستونهای پایانه مخابراتی استفاده می شوند.
صنعت دیگری که ارزش رزینهای اپوکسی مایع را تشخیص داد، صنعت مهندسی بود. انقباض کم و پایداری ابعادی خوب در حین کار، مهم ترین ویژگیهایی هستند که از آنها برای ساخت طرحهای ریخته گری قالبهای شکل دهی با خلأ، ابزارهای فشاری برای ساخت الگو یا استفادۀ کوتاه مدت، اتصلات مته ها و بازبینی لوازم ثابت از آن بهره گیری می شود. چسبها در بسیاری از کاربردها به جای لحیم کاری، پیچ یا پرچ، به ویژه در وسایل با اجزای کوچک و ساخت هواپیما به کار می روند. پلاستیکهای تقویت شده با الیاف شیشه از رزینهای اپوکسی ساخته می شوند و برای کاربردهایی که در آنها مقاومت شیمیایی و خواص استحکام فیزیکی خوب، نیاز اساسی است مانند لوله سازی و ظروف ذخیره سازی در صنایع شیمیایی، به کار میب روند. در صنعت مهندسی عمران، استفاده از رزینهای اپوکسی به عنوان یک عمل استاندارد، ثابت شده است. چسبهای اپوکسی بسیار سریع تر از سیمان پخت می شود و چسبندگی خوب آن به بتونهای جدید و قدیمی باعث می شود ساختمان سازی و تعمیر ساختمانهای بتونی سریع تر انجام شود.
ساخت و هویت یابی رزین اپوکسی
مهم ترین دسته از رزینهای اپوکسی که در حال حاضر به صورت تجاری در مقادیر زیاد، استفاده می شود بر پایه واکنش میان دی فنیلول پروپان (DPP) و اپی کلروهیدرین (ECH) در مجاورت قلیاست. واکنشهای اصلی در زیر نشان داده شده است:
واکنش اصلی، تشکیل یک کلروهیدرین اتر DPP (ب) در شرایط قلیایی به دنبال هیدروکلرزدایی گروه کلروهیدرین با قلیا و ساخت گروه اپوکسی است. بنابراین دی گلیسریل اتر مربوط به DPP (ج) به دست می آید. مقدار اضافی ECH، برای تولید مقدار زیادی از دی گلیسریل اتر ساده DPP مورد توجه است، هرچه نسبت DPP بیشتر باشد، پلیمر با وزن مولکولی بیشتر، به دست می آید. انواع تجاری رزین می توانند با فرمول زیر نشان داده شود:
دی گلیسریل اتر مربوط به DPP خالص با n=0 یک جامد بلوری است. مقدار متوسط n در رزینهای مایع تجاری با گرانروی کم و غنی از این ماده تقریبا ً برابر 2/0 است. گرانروی را می توان بعدا ً با افزایش ترکیبات مونواپوکسید مانند گلیسریل اترهای آلیفاتیک کاهش داد. در رزین های جامد با نقطه ذوب کم، متوسط n تقریبا ً 2 است. رزین های تجاری متداول با وزن مولکولی زیاد، دارای متوسط n تا حداکثر 13 هستند. همچنین رزینهای با وزن مولکولی بسیار زیاد وجود دارند که وزن مولکولی آنها تا 200000 می رسد، این رزینها اساسا ً گروههای هیدروکسی داشته و عملا ً فاقد گروههای اپوکسی هستند و به عنوان رزینهای گرمانرم برای پوششهای تبدیل ناپذیر مصرف می شوند.
1-محتوای گروه اپوکسید (EGC)، وزن هم ارز اپوکسی (EEW) یا جرم مولی اپوکسی (EMM)
EGC به عنوان میلی مولهای گروه اپوکسید به ازای 1 کیلوگرم رزین بیان می شود (m mol/kg). همچنین می تواند به عنوان وزن مولی اپوکسی (EMM) که در این حالت بر حسب گرم بر مول اپوکسید است نیز بیان می شود (g/mol). تبدیل EMM به EGC می تواند با فرمول زیر انجام شود:
EGC (m mol/kg)= 1000 x 1000/EMM (g/mol)
EMMاز نظر عددی، برابر EEW (وزن هم ارز اپوکسی) است.
2- محتوای هیدروکسیل
به عنوان میلی مولهای گروه هیدروکسیل به ازای 1 کیلوگرم رزین، بیان می شود (m mol/kg). برای استری شدن، یک گروه اپوکسی معادل دو گروه هیدروکسیل است و این مسئله هنگام محاسبه هم ارزهای استری شدن باید در نظر گرفته شود.
3- گرانروی
واحد متریک متداول گرانروی، پاسکال ثانیه (Pa.s) است که جانشین واحد پواز 1=0/1 Pa.s) پواز( شده است. گرانروی معمولا ً در دمای 25 دجه سانتیگراد بر روی رزینهای با گرانروی کم و بدون رقیق سازی، اندازه گیری می شود. برای رزینهای مایع با گرانروی زیاد، محلول 70% استفاده می شود برای رزینهای جامد در حلال مانند گلیکول اترها، محلول 40% معمولا ً استفاده می شود. ویژگیهای گسترۀ شاخصی از رزینهای اپوکسی در جدول 1 آمده است.
انتخاب نوع رزین به کاربرد آن بستگی دارد. رزینهای با وزن مولکولی کم، غنی از گروههای اپوکسی بوده و برای کاربردهایی که در آنها واکنش شبکه ای شدن از طریق گروههای اپوکسی اتفاق می افتد، استفاده می شوند. اینها معمولا ً سیستمهای دو جزئی هستند که در دمای اتاق پخت می شوند. در رزینهای با وزن مولکولی زیاد، گروههای هیدروکسیل غالب هستند و واکنشهایی که از طریق هردو گروه هیدروکسیل و اپوکسی پیش می روند برای پلیمرهای بعدی و شبکه ای شدن انتخاب می شوند. این سیستم ها برای شبکه ای شدن نیاز به دمای بالا دارند.
جدول 1- ویژگی های گسترۀ شاخصی از رزینهای اپوکسی
پوششهای سطح بر پایه رزین اپوکسی
پوشش های حاوی 45 تا 50 درصد رزین اپوکسی در سراسر جهان تولید می شوند. رزینهای اپوکسی نسبت به گونه های مختلفی از عوامل پخت، فعال بوده و طیف وسیعی از محصولات را با شرایط پخت و عملکرد نهایی متفاوت تولید می کنند. این پوششها می توانند به صورت زیر طبقه بندی شوند:
الف) پوششهای حفاظتی و دریایی دو جزئی که در دمای اتاق پخت می شوند.
ب) استرهای سید چرب اپوکسی که به عنوان پوششهای یک جزئی و پخت شونده در دمای اتاق استفاده می شوند یا به عنوان آسترهای پخت شونده و لعاب به کار می روند.
ج) پوششهای ظروف که در دمای بالا پخت می شوند
د) پوششهای پودری
ه) پوششهای اپوکسی آب پایه
1-پوششهای حفاظتی و دریایی دو جزئی
پوششهای حفاظتی و دریایی سیستمهای دوجزئی بر پایه رزینهای اپوکسی مایع با وزن مولکولی کم (EEW 190 تا 210) و جامد (EEW 350 تا 500) هستند. این سیستمهای مطلوب مزایایی از جمله توانایی رزینهای اپوکسی در واکنش با عوامل پخت گوناگون و پخت در دمای اتاق یا تا حدی پایین تر از دمای اتاق برای تولید پوششهای به شدت چسبنده و مقاوم در برابر حلال و خوردگی را دارند.
انتخاب رزین اپوکسی (مایع یا جامد با وزن مولکولی کم) به کاربرد آن بستگی دارد. در جایی که پوشش بسیار مستحکم، جامد و نهایت مقاومت در برابر مواد شیمیایی یا حلال، لازم باشد، رزین اپوکسی مایع به کار می رود. هنگامی که انعطاف پذیری بیشتر و زمان نچسب سریع تر مورد نیاز باشد، رزینهای اپوکسی جامد با وزن مولکولی کم، استفاده می شوند. حدود 85% پوششهای حفاظتی بر پایه رزین اپوکسی جامد با وزن مولکولی کم مانند رزین اپوکسی داو D. E. R. 660 تا 661، هستند زیرا زمان کوتاه تشکیل لایه، گرفتن کثیفی را طی مراحل پخت کاهش داده و باعث می شود پوششدهی مجدد زودتر انجام شود.
2-عوامل پخت پوششهای دوجزئی
بین مولکولهای رزین اپوکسی، به کمک یک کاتالیزگر، واکنش شبکه ای شدن رزین اپوکسی اتفاق می افتد. گرچه عمده مصرف رزینهای اپوکسی با به کارگیری یک سخت کننده فعال مانند آمینها، اسید انیدریدها و رزینهای فنولی است که به منظور تشکیل یک محصول گرماسخت با گروههای اپوکسی یا هیدروکسیل رزین ترکیب می شوند.
متداولترین عوامل پخت برای سیستمهای پخت شونده در دمای اتاق، آمینهای چند عاملی و رزین های پلی آمید هستند. همان طور که در زیر نشان داده شده، اتمهای هیدروژن فعال گروههای آمین نوع اول و دوم با گروههای اپوکسی واکنش می دهند.
یک مونو آمین نوع اول، عاملیت 2 برای واکنشهای اپوکسی دارد، در حالی که گروه اپوکسی عاملیت 1 دارد. بنابراین یک دی اپوکسید واکنش داده با یک مونو آمین، می تواند یک بسپار خطی تولید کند. بالطبع عوامل پخت قابل استفاده، پلی آمینها هستند، مانند:
سازوکار واکنش نشان می دهد که عامل پخت باید به نسبت استوکیومتری استفاده شود. مثلا ً، با رزین اپوکسی دارای EMM، 190 مقدار DET خواهد بود:
به ازای 190 گرم رزین 103/5 =20/6
معمولا ً این به صورت جزهای جرمی عامل پخت در 100 گرم رزین (phr)، بیان می شود. بنابراین، مثلا ً با phr11، DET به دست می آید. استفاده از نسبتهای نادرست، مثلا ً به کارگیری مقادیر اضافی آمین، به حساسیت به آب، کاهش مقاومت شیمیایی و ضعف خواص فیزیکی منجر می شود. حتی مقدار اضافی کم آمین باعث ایجاد اثر نامطلوب حساسیت در برابر آب می شود، در حالی که مقدار کم عامل پخت سبب مقاومت کم در برابر حلال و ضعف خواص فیزیکی می گردد. وقتی پخت پوششهای اپوکسی/پلی آمین در دمای محیط انجام شود، حداکثر مقاومت شیمیایی و فیزیکی در حدود هفت روز، ظاهر می شود.
معایب عوامل پخت پلی آمین آلیفاتیک شامل فراریت زیاد، سمیت، تمایل به سرخی و نسبت اختلاط کم نامناسب آنهاست.
1-2- محصول افزایشی آمین آلیفاتیک
محصول واکنش یک رزین اپوکسی با مقادیر اضافی پلی آمین، یک پلیمر با عاملیت آمین است که محصول افزایشی آمین آلیفاتیک نامیده می شود. محصولات افزایشی آمین ممکن است حاوی مقادیر اضافی از آمین آلیفاتیک واکنش نداده باشد یا می تواند با جداسازی آمین واکنش نداده از محصول، خالص سازی شود. در این صورت محصول افزایشی جداسازی شده نامیده می شود.
مزایای محصولات افزایشی آمین آلیفاتیک نسبت به پلی آمینهای آلیفاتیک، تمایل کمتر آنها به سرخی، نسبتهای اختلاط مناسب تر و کمتر بحرانی، زمان القا کوتاه تر و فراریت کمتر است. محصولات افزایشی آمین می توانند با رزینهای اپوکسی جامد یا مایع ساخته شوند. محصولات افزایشی آمین حاصل از واکنش با رزینهای اپوکسی جامد در پوششهای صنعتی حلال پایه متداول مصرف می شوند. برای پوششهای بدون حلالی یا پُر جامد رزینهای اپوکسی مایع با وزن مولکولی کمتر استفاده می شود.
2-2- پلی آمیدها
پلی آمیدهای مورد استفاده در پوشش های حفاظتی و دریایی محصولات تراکمی پلی آمینها و اسیدهای چرب دی مر، با انتهای آمینی هستند. برای مثال یک ساختار پلی آمید به شرح زیر است:
با تغییر اسید چرب دی مر و یا عاملیت پلی آمین، می توان گرانروی و غلظت آمین فعال روی پلی آمید را برای کاربرد خاصی تعیین نمود. تولیدکنندگان پلی آمید گسترۀ وسیعی از محصولات را عرضه می کنند.
معایب پلی آمیدها شامل رنگ تیره، گرانروی زیاد و کاهش مقاومت شیمیایی نسبت به پلی آمینهای آلیفاتیک و خواص ضعیف در دمای بالا، می شود.
مزایای عوامل پخت پلی آمیدی عبارتند از: نسبت اختلاط غیر بحرانی، گرمازایی کم، سمیت وفراریت کم مقاومت عالی در برابر آب پس از پخت. پلی آمیدها به طور گسترده در آسرهای غنی از روی استفاده می شوند زیرا واکنش پذیری آنها با روی، ناچیز است. همچنین اپوکسی/پلی آمیدها به عنوان پوششهای بدنۀ کشتیها، تجهیزات مته های روغنی و سایر ساختارهایی که به طور متناوب تحت اثر رطوبت/خشکی وساییدگی قرار می گیرند، به کار می روند.
3-2- آمیدوآمینها
استفاده از آمیدوآمینها، فناوری جدیدتری است و آنها محصولات تراکمی اسیدهای چرب یک عاملی و یک پلی آمین هستند. ساختار یک آمیدوآمین شاخص در زیر آمده است:
که R: اسید چرب زنجیر بلند است.
با گرمادهی، آمیدوآمین می تواند حلقه ای شود و یک آمینو اتیل ایمیدازولین تولید کند:
در مقایسه با پلی آمینهای آلیفاتیک، آمیدوآمینها از نسبتهای اختلاط مناسب تر (زیادتر) برخوردارند و انعطاف پذیری و مقاومت رطوبتی را بهبود می بخشند. آنها رنگ روشن تری نسبت به پلی آمیدها دارند. خواص آمیدوآمینها به میزان حضور ایمیدازولین بستگی دارد. واکنش پذیری آنها با ساختارشان، تغییر می کند اما معمولا ً کندتر از پلی آمینها و سریع تر از پلی آمیدها هستند.
4-2- آمینهای سیکلوآلیفاتیک
در مقایسه با آمینهای آلیفاتیک، آمینهای سیکلوآلیفاتیک از ویژگی های گرمایی و چغرمگی بهتری برخوردارند. گرچه واکنش پذیری کمتری دارند و ممکن است به استفاده از یک تسریع کننده یا عمل آوری گرمایی برای دستیابی به زمان پخت مناسب، احتیاج داشته باشند. آمینهای سیکلوآلیفاتیک ممکن است با رزینهای اپوکسی محصول افزایشی دهند. ساختارهای دو عامل پخت آمین سیکلوآلیفاتیک معروف در زیر آمده است:
5-2- بازهای مانیخ
از واکنش فنول، فرمالدهید و پلی آمین، بازهای مانیخ با ساختار زیر حاصل می شوند:
که CH2+R و غیره است.
این دسته عامل پخت اپوکسی، دمای پخت کم، عدم سرخی و مقاومت شیمیایی و رطوبتی خوب را ارائه می دهند.
6-2- آمینهای آروماتیک
آمینهای آروماتیک با خواص شیمیایی و گرمایی عالی، که به حضور حلقه آروماتیک نسبت داده می شود، مشخص می شوند. وقتی با رزینهای اپوکسی استفاده می شوند، معمولا ً گرما برای پخت کامل لازم است. با این حال محلولهای تسریع شده آمینهای آلیفاتیک در حلالهای غیر فرار می توانند سیستمهای اپوکسی را در دمای اتاق پخت نمایند. آمینهای آروماتیک اغلب جامد هستند و این امر باعث می شود آنها در مقایسه با آمینهای آروماتیک مایع، برای فرمولبندی کمتر مناسب باشند. ساختار متیلن دی آنیلین که یک آمین آروماتیک متداول می باشد در زیر آمده است:
3- سایر اجزای پوششهای حفاظتی و دریایی
1-3- رنگدانه ها و پرکنها
رنگدانه ها و پرکن در پوششهای حفاظتی و دریایی به منظور افزایش ویژگیهای فیلم پخت شده، همکاری در قدرت پوشانندگی و کاهش قیمت کلی به کار می روند.وقتی پوششهای اپوکسی دو جزئی فرمولبندی می شوند، رنگدانه ها ممکن است به بخشهای رزین و یا عامل پخت اضافه و با استفاده از روشهای استاندارد در آنها پاشیده شوند. در فرمولبندیهای اپوکسی/پلی آمید، رنگدانه ترجیحا ً در پلی آمید پاشیده می شود زیرا به میزان زیادی خواص ترشوندگی بهتری دارد. عوامل پاشنده رنگدانه و عوامل ژل گرا برای بهود پاشش رنگدانه و جلوگیری از هرگونه تمایل به سفت شدن به کار می روند.
2-3- حلالها
حلالها، رزین اپوکسی و عامل پخت را حین فرمولبندی و کاربرد، حل می کنند. حلالهای انتخاب شده مناسب روانی و تسطیح، جریان، عمر مصرف، زمان تشکیل لایه و قابلیت پوششدهی مجدد را افزایش می دهند. برعکس، توازن ضعیف حلال، باعث ایجاد نقایصی در فیلم مانند ته سنجاقی و ظاهر پوست پرتغالی می شود.
اکثر کتونها، استرها، اترها و به ویژه گلیکول اترها، حلالهای حقیقی رزینهای اپوکسی هستند و آنها ا در محدوده وسیعی از غلظت حل می کنند. حلالهای حقیقی آنهایی هستند که در شرایط معمول خشک شدن، فرارند و در آنها چسباننده کاملا ً محلول است. حلالهای آروماتیک، الکلها و سایر حلالهای نهان ممکن است با کتونها و گلیکول اترها به مقدار حداکثر تا 50% کل مواد فرار استفاده شوند.
تولوئن و زایلن به طور گسترده به عنوان رقیق کننده در پوششهای حفاظتی و دریایی استفاده می شوند. هیدروکربنهای آلیفاتیک حلالهای ضعیفی برای رزینهای اپوکسی هستند و معمولا ً در پوششهای اپوکسی استفاده نمی شوند.
انتخاب حلال بر اساس گرانروی مورد نظر، نوع عامل پخت و روش به کارگیری پوشش، صورت می گیرد.
3-3- افزودنیها
عوامل کنترل روانی مانند رزینهای اوره فرمالدهید و سیلیکون می توانند برای کنترل خزندگی و چاله آتشفشانی پوششهای حفاظتی و دریایی دو جزئی به کار روند.
عوامل ضد اسفنجی و کف شکنها برای کاهش بدام افتادن هوا و افزایش کارایی خرد کردن رنگدانه استفاده می شوند.
4- استرهای رزین اپوکسی
استرهای رزین اپوکسی، محصول واکنش رزینهای اپوکسی و اسیدهای چرب روغن گیاهی هستند. آنها به طور گسترده به عنوان مواد پوشش دهنده سطح، جایگزین آلکیدها، پلی استرها و حاملهای رزین روغنی در بسیاری از کاربردها شده اند.
مزایای استرهای اپوکسی عبارتند از: انعطاف پذیری عالی، مقاومت شیمیایی بهتر نسبت به آلکیدها، دوام عالی، چسبندگی بسیار خوب، کاربرد آسان، وقتی با رزینهای فرمالدهید فرمولبندب شود، به سرعت هوا خشک یا پخت کوره ای می شود و چغرمگی فیلم بسیار خوب است.
1-4- انتخاب اسید چرب
انواع گوناگونی از اسیدهای چرب برای واکنش با رزینهای اپوکسی در دسترس اند. این مواد گستره ای از خواص را بسته به نیازهای استفاده نهایی و شرایط پخت مورد نظر ایجاد می کنند. متداولترین اسیدهای خشک شونده و نیمه خشک شونده مورد استفاده عبارتند از تال دانه، سویا، بزرک، کافیشه و کرچک بی آب. اسیدهای چرب غیر خشک شونده که گاهی مصرف می شوند، نارگیل و کرچک هستند. نوع و مقدار سیر نشدگی در مولکول اسید چرب، تعیین کننده خواص خشک شوندگی آنهاست.
نوع و درصد اسیدهای چرب در یک استراپوکسی به میزان زیادی تعیین کننده ویژگیهای یک استراپوکسی است. همچنین معین کننده دسته بندی محتوای روغن استراپوکسی است. کم روغن (30 تا 50 درصد هم ارز) معمولا ً خواص رزین اپوکسی را حفظ نموده و برای سیستمهای رنگ پاشی هوا خشک همانند پوششهای نهایی پخت شده اصلاح شده با رزین آمینی به کار می رود. استرهای اپوکسی پر روغن (70 تا 90 درصد هم ارز) در حلالهای آلیفاتیک محلول بوده و انعطاف پذیری و مقاومت در برابر آب بهتری دارند و برای پوششهای هوا خشک که با قلم مو استفاده می شوند، به کار می روند.
2-4- انتخاب رزین
یک رزین اپوکسی جامد بر پایه بیس فنول با وزن هم ارز اپوکسید 875 تا 975 و وزن هم ارز نظری استری شدن معادل 198، درجه استری شدن استاندارد رزین اپوکسی است. یک رزین شاخص در این دسته، رزین اپوکسی داو D. E. R.664 است که با یک کاتالیزگر استری شدن که پیش تر به آن اضافه شده، به کار می رود. استرهای تهیه شده از این رزین، دارای عدد اسیدی و گرانروی محلول ثابتی هستند. روش مورد استفاده در محاسبه مقادیر لازم از رزین اپوکسی (DER 664) و اسیدهای چرب (کرچک بی آب) برای تولید یک استر با درجه خاصی از استری شدن و متوسط روغن (تبدیل 60%) به شرح زیر است:
3-4- تهیه استراپوکسی
رزین اپوکسی، اسیدهای چرب، اصلاحگرها و کاتالیزگر در یک ظرف در بسته مجهز به همزن خوب، پوششی از گاز بی اثر، کنترل دما و متراکم کننده با تله آب واکنش می دهند. تمامی مواد اولیه به داخل واکنشگاه وارد شده و تحت یک جو گاز بی اثر قرار می گیرند. گرما اعمال شده و وقتی رزین شروع به ذوب شدن کند، هم زدن شروع می شود. وقتی یک محلول شفاف به دست آمد، دما به 240 تا 260 درجه سانتیگراد افزایش یافته و برای 4 تا 6 ساعت در این دما نگهداشته می شود تا عدد اسیدی دلخواه به دست آید.
4-4- حلالها
استرهای کم روغن نیاز به حلالهای آروماتیک نظیر زایلن و تولوئن دارند. استرهای متوسط روغن در مخلوط بنزین /آروماتیک حل می شوند. استرهای اپوکسی پر روغن معمولا ً در بنزین محلول هستند.
5-4- پخت استرهای اپوکسی
استرهای اپوکسی با اکسایش پیوندهای دو گانه موجد در اسیدهای چرب غیر اشباع گیاهی پخت می شوند. این سازوکار شامل دو مرحله است:
الف) اکسایش در سطح فیلم
ب) پلیمر کلی در عمق فیلم
یک خشک کن فلزی که سازوکار اکسایش را تسریع کند، لازم است. خشک کن مرسوم نفتنات یا اکتوات کبالت و یک نمک منگنز است. خشک کن ها به میزان 005/0 تا 1/0 درصد فلز بر اساس جامدات رزین مصرف می شود.
فیلمهای پخت شونده در دمای محیط در حدود هفت روز به حداکثر خواص خود می رسند. یا به طریق دیگر می تواند در دمای 120 تا 150 درجه سانتیگراد برای 20 تا 30 دقیقه پخت شود.
عملکرد استرهای رزین اپوکسی با شبکه ای شدن آن با رزین ملامین یا یک ذره اوره فرمالدهید، بهبود می یابد. نسبت شاخص حدود 30:70 از استر اپوکسی به رزین آمینو است. برنامه زمانی پخت برای این سیستم ها حدود 30 دقیقه و150 درجه سانتیگراد است.
5- پوششهای پخت شونده در دمای بالا
این دسته شامل پوشش های مخازن و مار پیچ که احتیاج به دمای پخت حدود 200 درجه سانتیگراد دارند، می شود. رزینهای اپوکسی جامد با وزن مولکولی بیشتر و عدد n بین 5 و 30 مانند رزینهاد داو D. E. R. 664 و D. E. R. 667 و D. E. R. 668 و D. E. R. 669 در کاربردهای مخازن و مارپیچ استفاده می شوند. زیرا آنها از درجۀ انعطاف پذیری بالایی برخوردارند و گرانروی فرمولی ارائه می دهند که می توان آنها را با روشهای غلتک یا رنگ پاش به کار برد. همچنان که وزن مولکولی یک رزین اپوکسی افزوده می شود، مولکول به طور پیوسته به وسیله گروههای اپوکسی در دو انتهای مولکول، دو عاملی می شود. در همین زمان، عدد n افزایش می یابد و هیدروکسیلهای نوع دوم به زنجیر اصلی، اضافه می شوند. گروههای هیدروکسیل، مهمترین مکان شبکه ای شدن می شوند و محتوای اپوکسید به 1 تا 2 درصد وزنی تنزل می کند.
1-5- شبکه سازها
شبکه سازها که باگروههای هیدروکسیل نوع دوم تحت گرما واکنش می دهند، برای پوشش دهی قوطی و مارپیچ به کار می روند. دسته هایی از عوامل پخت که اساسا ً استفاده می شوند. عبارتند از:
الف) رزینهای فنول فرمالدهید
ب) رزینهای ملامین فرمالدهید
ج) رزین های اوره فرمالدهید
د) پلی ایزوسیاناتها (پوششهای بیرونی)
پوششهای بر پایه رزین های اپوکسی شبکه ای شده با فنول فرمالدهید از مقاومت شیمیایی، مقاومت در برابر رطوبت و نمک پاشی، مقاومت سایشی عالی و کارکرد عالی در دمای بالا، شناسایی میشوند. این نوع پوشش در قوطیهای سه قطعه ای مواد غذایی که سترون سازی آنها در شرایط سخت با دماهای حداکثر تا 150 درجه سانتیگراد صورت می گیرد، استفاده می شود. سایر کاربردهای آن شامل آستری مخازن، سطلها و درپوشها و آسترهای اولیه ابزار است.
رزینهای اپوکسی که با رزینهای آمینو فرمالدهید پخت گرمایی می شوند با شفافیت، عدم وجود رنگ و طعم، انعطاف پذیری خوب و مقاومت در برابر حلال، مشخص می شوند. خواص فیزیکی می توانند با انتخاب مناسب نوع و مقدار شبکه ساز آمینو فرمالدهیدی بهینه شوند.
رزینهای ملامین فرمالدهید هنگامی استفاده می شوند که مقاومت در برابر حلال، آب، شوینده یا لکه گذاری مورد نیاز باشد. آنها در حد 5 تا 35 درصد بسته به جامدات رزین استفاده می شوند. رزینهای ملامین فرمالدهید به طور گسترده ای در پوشش داخلی قوطی نوشیدنیها، درب بطری و پوششهای اولیه ابزار مصرف می شوند.
رزینهای اوره فرمالدهید برای کاهش قیمت و کاستن دمای پخت به کار می روند.این شبکه سازها، انعطاف پذیری و چسبندگی عالی به پوششهای رزین اپوکسی از خود نشان می دهند.
2-5- حلالها
در پوششهای قوطی و ظروف، حلالها برای محلول ساختن رزین اپوکسی و شبکه ساز در فرمولبندی، حین کار و انبارداری به کار می روند. حلالها برای ایجاد خواص حین کار، روانی و ظاهر خوب فیلم نهایی لازم هستند.
معمولا ً مخلوطی از حلالها مورد نیاز است. کتونها، استرها و گلیکول اترها حلالهای حقیقی رزینهای اپوکسی هستند. حلالهای نهان مانند الکلها و حلالهای آروماتیک، تولوئن و زایلن برای رقیق کردن رزین جلا دهنده و کاهش سرعت تبخیر فیلم خشک شونده به کار می روند. انتخاب حلال بر اساس نوع و مقدار اپوکسی و شبکه ساز مورد استفاده، روش کار و دورۀ پخت صورت می گیرد. هرچه وزن مولکولی رزین اپوکسی بیشتر باشد، نسبت بیشتری از کتون یا گلیکول اتر که حلالهای حقیقی هستند باید در مخلوط حلالها استفاده شود.
3-5- کاتالیزگرها
کاتالیزگرهای اسیدی، واکنش بین رزین های اپوکسی و شبکه سازهای فنولی را بهبود می بخشند. کاتالیزگرهای متداول فسفریک اسید، آلکیل فسفریک اسید و پارا-تولوئن سولفونیک اسید هستند. معمولا ً در پوششهایی که در تماس با مواد غذایی و نوشیدنی قرار می گیرند، فسفریک اسید به کار می روند.
به طور کلی در سیستمهای اپوکسی آمینوپلاست احتیاج به کاتالیزگر نیست. واکنش پذیری رزینهای آمینوپلاست می تواند متغیر باشد و استفاده از کاتالیزگر می تواند باعث کاهش دمای پخت یا طول دورۀ پخت شود.
4-5- افزودنیها
سایر افزودنی های مورد استفاده در پوششدهی مارپیچ یا قوطی رزین اپوکسی فنولی یا رزین اپوکسی-آمینوپلاست عبارتند از:
الف) افزودنیهای کنترل کننده جریان
ب) رنگدانه ها
ج) عوامل ترکننده و پاشنده رنگدانه
د) عوامل لغزندگی
ه) عوامل ضد ته نشینی
5-5- پوششهای شفاف اپوکسی-فنولی چند منظوره برای ظروف فلزی
فرمولبندی نشان داده شده در زیر، به نسبت 70:30 از رزین اپوکسی داو D. E. R. 667 به شبکه ساز فنول فرمالدهید است، نقطه شروع مناسبی برای پوشش استوانه های فولادی است که حاوی مواد آبی، بازهای غلیظ و سایر مواد شیمیایی هستند. همچنین می تواند برای پوشش داخلی قوطیهای مواد غذایی استفاده شود و به ویژه برای حفاظت قوطی از غذاهای چرب مفید است. رنگدانه ها می توانند با ساخت یک رنگدانه غلیظ خرد شده که در آن رنگدانه و مقداری از حلالهای فرمولبندی و رزین استفاده شده، با یکدیگر آمیخته شده و سپس به باقیمانده اجزای فرمولبندی اضافه شده اند تهیه گردند. اگر روش کار، پوشش دهی با غلتک است، محتوای جامد فرمولبندی می تواند تا 35 درصد یا کمی بیشتر افزایش یابد.
6- پوششهای پودری اپوکسی
رزینهای اپوکسی می توانند به شکل بدون حلال، به عنوان یک پوشش پودری بر روی بستر اعمال شوند. پودرها از پاشش رنگدانه ها، افزودنیهای کنترل کننده جریان و عوامل پخت در یک رزین اپوکسی مذاب، ساخته می شوند. با سرد سازی مخلوط به صورت تودۀ سخت و شکننده ای جامد شده که به پودری با اندازۀ ذرات لازم خرد و آسیاب می شود. عوامل پخت متداول مورد استفاده برای این کاربرد بر پایه دی سیانامید هستند: آنها جامد بوده و در دمای اتاق واکنش پذیر نیستند. نوع دیگر پوشش پودری بر پایه ترکیبی از رزینهای اپوکسی و پلی استر است. پوششهای پودری برای تشکیل یک لایه پوشش نهایی گرماسخت احتیاج به پخت در دمای 170 تا 200 درجه سانتیگراد دارند.
پودرها می توانند بر روی اسباب اعمال شوند، به گونه ای که جسم پیش تر گرم شده در حمام پودر که دارای جریان باد (با دمیدن هوا از طریق منافذ با طراحی خاص در انتهای حمام) است، غوطه ور یا با تفنگ فلاک پودر پاشیده می شود. متداولترین روش به کار بردن پودرها پاشش الکتروستاتیکی بر روی جسم سرد یا پیش تر گرم شده است. پوششهای پودری اپوکسی دو مزیت اصلی در مقایسه با سیستمهای حلال پایه دارند:
الف) عدم حضور حلال که باعث کاهش خطرات سلامتی و ایمنی می شود
ب) برای کاربردهای خاص دارای استفادۀ مستمر یک فیلم ضخیم را می توان با یک بار اعمال بدون خطر باقی ماندن حلال یا تخلخل فیلم به دست آورد.
پوششهای پودری اپوکسی در جایی که شرایط خوردگی و یا سایش شدید وجود دارد، به کار می رود. آنها در کاربردهای تزییناتی داخلی بر روی وسایل با شکلهای پیچیده مانند اثاثیه فولادی یا لوله ای و وسایل فلزی بزرگ به کار می روند. استفاده آنها در کاربردهای فضای باز مانند وسایل کشاورزی و وسایل نقلیه سنگین گسترده است. استفاده اصلی آنها در پوشش دهی خطوط لوله انتقال گاز طبیعی و آب است.