رزین فنولی

صنایع پلیمری حدود 90 سال است پا گرفته اند که اصل آن‌ها به رزین های فنولی و تلاش های اولیه لئوباکلند باز می‌گردد. لئوباکلند در سال 1907 توانست روشی اقتصادی برای تبدیل این رزین‌ها به فرمول بندی های قابل قالبگیری ابداع کند که در اثر گرما و فشار به قطعات قالبگیری شده مقاوم و سختی تبدیل شوند.    رزین‌های فنولی به دلیل داشتن خواص عایق بودن عالی جایگزین رزین های طبیعی مانند صمغ کائوچو شدند. مهمترین بخش بازار رزین‌های فنولی به صنایع چوب، عایق های گرما و ترکیبات قالبگیری مربوط می شود. در بیشتر کاربردها رزین‌های فنولی با پرکننده های تقویت کننده با الیاف ترکیب می‌شوند تا به عنوان پیوند دهنده یا چسب کارامد در ترکیب عمل کنند. ماهیت برجسته رزین های فنولی از نظر تنوع کاربرد، از اهمیت آن در طیف صنایع امروز مشخص می شود. خواص کلیدی آن مانند مقاومت در دمای بالا، ذوب ناپذیری و بازدارندگی شعله از مشخصات ویژه این ترکیبات است که همچنان رشد بازار آن‌ها ادامه دارد.  رزین‌های فنولی از واکنش فنول‌ها با آلدهیدها حاصل می شوند. فنول ها خانواده ای از ترکیبات آروماتیک با گروه هیدروکسیل متصل( به طور مستقیم) به حلقه آروماتیک اند. فنول ها مانند اسیدهای ضعیف عمل می کنند و به جز مورد آلکیل فنول‌های مایع، بقیه جامداتی بی رنگ اند. دمای ذوب فنول خالصC ° 40.9  است. بیشترین مصرف فنول در ساخت و تولید رزین های فنولی است. حدود 3 % تولید فنول از زغال سنگ است. از روش‌های سنتزی، فرایند کومن از همه معروف تر است و مواد خام اساسی برای تولید آن بنزن و پروپیلن است. تولید کل جهانی فنول حدود 3.5 میلیون تن است. در گروه آلدهیدها، فرمالدهید عملاً تنها جزء کربونیلی برای سنتز رزین‌های فنولی تجارتی است. فرمالدهید به وسیله هیدروژن گیری از متانول روی کاتالیزور نقره یا اکسیدهای آهن و مولیبدن تولید می‌شود. فرمالدهید گازی بی رنگ با بوی زننده و التهاب آور است.

سنتز رزین‌های فنولی

سنتز پلیمرهای فنول- فرمالدهید معمولاً دو مرحله دارد: مرحله اول، تولید یک پیش پلیمر که به صورت مخلوطی از مولکول‌های الیگومری یا در نهایت مولکول‌های جزئی پلیمر شده است. پیش پلیمر دو مشخصه مهم دارد: مایعی است عملاً غیر فرار و گاهی گرانرو که شکل پذیر است. در مرحله بعد پلیمر شدن کامل می شود و رزین سختی شکل می‌گیرد. در معمول‌ترین فرایندها کاتالیزور بازی در مرحله اول به کار گرفته می شود و پیش پلیمری معروف به رزول به دست می آید. کاربردهای اصلی رزول ها تولید شکل های کامپوزیتی چوب  مانند تخته چندلاست.

کاربردهای رزین‌های فنولی

مواد چوبی کامپوزیتی: مهمترین کاربرد رزین‌های فنولی در مواد چوبی کامپوزیتی است که در آن مواد چوبی به وسیله رزین‌های فنولی پیوند شده اند، مانند تخته‌های دارای ذرات ریز و درشت چوب، تخته چند لا، تخته های لیفی و محصولات ساختمانی چوبی دارای چسب‌های فنولی. مورد اخیر به علت مقاومت بسیار زیاد پیوند چسب‌های فنولی در برابر رطوبت زیاد و هوازدگی و استحکام بالای ویژه اتصالات چسبی در محیط های بسیار مرطوب نیز کاربرد دارد. دلیل استفاده از رزین‌های فنولی، بکارگیری چوب های پست و ضایعات چوبی صنایع چوب است که با این فن محصولات چوبی با شکل های بهتر و با صرفه اقتصادی تولید می‌شود. بیش از یک سوم تولید رزین های فنولی به مواد چوبی اختصاص داده شده است. چسب چوب‌های ساختاری حاصل از رزین های رزورسینول/ فنول یا رزین‌های رزورسینول اهمیت زیادی پیدا کرده اند، زیرا نقص های چوب مانند باد کردن یا انقباض چوب با استفاده از این چسب‌ها، که بین لایه های نازک چوب اعمال می شوند، کاهش می یابد. همچنین این ساختارهای چوبی به دلیل رسانندگی گرمایی کم و تشکیل خاکستر عایق کننده در برابر آتش خوب عمل می‌کنند.

ترکیبات قالبگیری فنولی:  مشخصه مهم ترکیبات قالبگیری فنولی این است که نخستین پلاستیک های مهندسی واقعیند و از این خواص کلیدی برخوردارند: مقاومت در دمای بالا، حفظ مدول در دماهای زیاد، مقاومت در برابر شعله و قوس الکتریکی، مقاومت در برابر مواد شیمیایی و شوینده ها، سختی سطحی بالا، خواص الکتریکی خوب، هزینه واحد نسبتاً پایین.

مواد عایق صدا و گرما: عایق‌های گرمایی شامل کاربرد رزین‌های فنولی به عنوان پیوند دهنده یا چسب برای الیاف شیشه و معدنی است، همین طور حجم‌های کمتر از این عایق ها در ساخت اسفنج‌های فنولی مصرف می‌شوند. نمدهایی که از تکه های الیاف آلی پیوند داده شده با رزین فنولی تهیه می‌شوند، محصولات عایق صدای متداولند. این محصولات در صنایع خودرو و برای وسایل ماشینی در محل کار و خانه به کار می روند. با عبور صدا از الیاف  به هم متصل، انرژی صدا به گرمای اصطکاکی و ارتعاشی تبدیل شده و صدا تضعیف می شود.

چند لایه های صنعتی و آغشته سازی کاغذ: ساختار آبدوست رزین‌های فنولی پخت نشده این مواد را برای آغشته سازی کاغذ و پارچه‌های پنبه ای به منظور استفاده در ساخت چند لایه های تزیینی و الکتریکی، قطعات قالبگیری، کاغذهای صافی و جداگرهای باتری مفید می سازد.

پوشش ها : تمام فلزات در محیط طبیعی دچار مقداری خوردگی می شوند. موادی که به ویژه مستعد خوردگی اند عبارتند از آهن و فولاد که خوردگی آن‌ها در مجاورت اکسیژن و هوا سرعت می یابد. پوشش های آلی کارآمد، عمل غیر فعالسازی، محافظت گالوانی و خواص نفوذ ناپذیری (سدی) لازم را برای  جلوگیری از خوردگی فراهم می‌آورند. چسبندگی خوب به فلز و و انتقال بخار آب یا اکسیژن کم عوامل کلیدی برای تاثیر پوشش‌های فنولی است. مزایای دیگر آن شامل مقاومت شیمیایی و سایشی عالی و ویژگی‌های دما بالاست. رنگ‌ها و پوشش‌های تاسیسات دریایی باید ضمن جلوگیری از پوسته پوسته شدن، ناهمواری سطح را نیز کاهش دهند و از همه مهمتر خوردگی الکتروشیمیایی را مانع شوند. پوشش‌های قطعات زیر آب معمولاً از سه پوشش اصلی تشکیل می شوند که در هر سه    رزین‌های فنولی مصرف دارند. مهمترین کاربرد رزین‌های فنولی به عنوان پیوند دهنده برای مرکب چاپ برای چاپ گراور، چاپ مجله و کاتالوگ هاست.

ساینده ها: وسایل ساینده دارای رزین‌های فنولی به عنوان پیوند دهنده در 1907 به عنوان اختراع ثبت و به عنوان عوامل پیوندی برای مواد ساینده توصیف و به کار گرفته شد. ساینده های تولید شده رشد زیاد و مصرف بیشتری نسبت به ساینده های طبیعی دارند. ساینده های طبیعی مانند الماس و ساینده های تولید شده مانند Al₂O₃ و SiC رشد زیادی داشته است.

چرخ‌های ساینده یکی از این کاربردهاست که از سه جزء اساسی تشکیل شده است: دانه‌های ساینده، پرکننده و عوامل پیوند دهنده. در این نوع کاربردها مزیت اساسی رزین های فنول در مقایسه با لاستیک، مقاومت در دماهای بالا ضمن سایش در برخی کاربردهاست. ساینده‌های پوشش یافته، تسمه ها، دیسک‌ها، صفحات و استوانه های ساینده برای صیقل دادن یا عملیات پرداخت کاربرد دارند و با استفاده از  رزین‌های سنتز شده انعطاف پذیر، استحکام لازم حاصل می شود.

مواد اصطکاکی: ویژگی‌های عملکردی لازم برای وسایل اصطکاکی مثل لنت ترمز موثر شامل ضریب اصطکاک مستقل از دما و نسبتاً بزرگ، مقاومت گرمایی بالا، استحکام زیاد و کشسانی قابل توجه، سایش پذیری کم و مقاومت در برابر سیال‌های هیدرولیک، بنزن و آب است. بهینه سازی همه این ویژگی‌ها فقط در صورتی امکان پذیر است که موازنه دقیقی از اجزای گوناگون برقرار شود. مواد اصطکاکی شامل یک ماده تقویت کننده و پایدار گرمایی لیفی، پرکننده های جامد ذره ای یا پودری فلزی یا غیر فلزی گوناگون، اصلاح کننده های اصطکاک و رزینی است که پیوند دهنده این مواد است. الیاف مصرف شده آزبست است که از نظر ایمنی مشکلاتی دارد و برای جایگزینی آن الیاف معدنی، الیاف کربن، آرامید ( کولار)، الیاف فلزی و ترکیب آنها توصیه شده است. انواع پرکننده های متفاوت آلی و معدنی برای بهبود اصطکاک، رسانندگی گرمایی، مقاومت سایشی و استحکام وسیله اصطکاکی ساخته شده به کار می رود.    رزین‌های بسیار متنوع به عنوان پیوند دهنده مواد  اصطکاکی از جمله    رزین‌های فنولی مانند نووالاک و رزول و آمیزه های آن‌ها مصرف می‌شود.

 رزین‌های فنولی در لاستیک و چسب‌ها: عموماً رزین‌های فنولی ویژگی‌های چسبندگی را عملاً در هر نوع کاربردی نشان می‌دهند و همراه با الیاف تقویت کننده یا پرکننده ها مصرف می‌شوند. چسبندگی خوب این مواد به علت قطبیت قابل توجه ساختار فنولی است. معایب آن شامل شکنندگی در ترکیب‌های اصلاح نشده، دما پخت بالا وشرایط لازم فشار است. بهبود قابل توجه خواص شیمیایی و فیزیکی لاستیک از وولکانش با گوگرد حاصل می‌شود. هم لاستیک طبیعی و هم سنتز شده را می توان با بعضی از رزین‌های فنولی بدون افزودنی‌های دیگر وولکانش کرد. مزیت    رزین‌های فنولی در مقایسه با وولکانش با گوگرد، مانایی فشاری کم و مقاومت شیمیایی بهتر است. رزین‌های فنولی با پلیمرهای گرمانرم در چسب‌های ساختاری آمیخته می‌شوند که رزین فنولی نقش چسباندن لاستیک و فلز را به عهده دارد. خواص ویژه این ترکیب‌ها، که معمولاً به آن‌ها آلیاژ نیز می گویند، این است که این مواد را می توان در شرایط ویژه ( نسبت رزین‌ها) به دست آورد. به عنوان فاز مورفوروژیکی نرم، پلی وینیل استال‌ها، NBR ، پلی آمیدها  و پلی آکریلات‌ها برتری دارند. بدین ترتیب ازدیاد طول، کشسانی و جهندگی رزین فنولی به ویژه در دماهای پایین بهبود می یابد. انتشار ترک به دلیل سیستم دوفازی به مقدار زیادی کاهش می یابد و در نتیجه استحکام ضربه ای بهبود پیدا می‌کند.

واحد تحقیق و توسعه شرکت فناوران رنگدانه سپاهان