رزین فنول فرمالدهید به چه ماده ای گفته می شود و چه خواصی دارد؟

رزین فنول فرمالدهید که با نام رزین های فنولیک نیز شناخته می‌شود انواعی از پلیمرهای ترکیبی است که از واکنش بین فنول یا فنول های جایگزین با فرمالدهید به وجود می آید. این مواد به عنوان جز اصلی تشکیل دهنده در تولید باکالیت ها به کار برده می شدند و همچنین از اولین نوع رزین های ترکیبی تجاری موجود می باشند. از مصارف رزین یاد شده می توان به توپ های بیلیارد، میزهای کار آزمایشگاهی، پوشش ها و همچنین چسب ها اشاره کرد. در دوره ای  این مواد کاربردهای بسیار فراوانی در تولید برد مدار داشتند اما امروزه به صورت گسترده ای  توسط رزین های اپوکسی و همچنین پوشش های فایبرگلاس جایگزین شده اند. یکی از این نمونهها، بردهای مقاوم در برابر آتش است  که با نام FR_4 شناخته می‌شود. رزین یاد شده را به کمک دو روش متفاوت می‌توان تولید کرد. در روش اول فنول و فرمالدهید به صورت مستقیم واکنش می دهند تا یک پلیمر شبکه  محور ترموستی را به وجود بیاورند و این در حالی است که  در سایر موارد فرمالدهید محدود می‌شود تا نوعی پیش پلیمر را تولید کند که نووالاک نام دارد و این ماده قابلیت قالب گیری و همچنین فرآوری به همراه مقدار بیشتری از فرمالدهید ها و گرما را دارد. در واقع از روش‌های تولیدی متفاوت و همچنین مواد متمایز افزودنی استفاده می‌شود تا انواعی از رزین ها به منظور دستیابی به اهداف گوناگون تولید شوند.

شکل گیری و ساختار فنول فرمالدهید چگونه میباشد؟

رزین های یاد شده به عنوان یک گروه و معمولاً از واکنش‌های بسپارشی مرحله‌ای به وجود می‌آیند و ممکن است در این واکنش‌ها کاتالیزورهای بازی و یا اسیدی مداخله داشته باشد. از آنجایی که رزین فنول فرمالدهید غالبا به عنوان یک ماده ی متعادل کننده و پویا در محلول الیگومری اتیلن گلیکول وجود دارد، غلظت نوع واکنش پذیر فرمالدهید بر دما و همچنین pH وابسته است.  فنول در موقعیت‌های ۲۴ و ۶ واکنش می دهد و باعث می شود تا سه واحد فرمالدهیدی به حلقه متصل شوند. در هر صورت واکنش اولیه شامل شکل گیری فنولهای هیدروکسی متیل خواهد شد که در این قسمت فرمول واکنش آن را مشاهده می کنید:

HOC6H5 + CH2O → HOC6H4CH2OH

گروههای هیدروکسیل متیل قادرند تا با جایگاههای ۲۴ یا ۶ واکنش دهند و یا این واکنش ممکن است با سایر گروههای هیدروکسی متیل انجام گیرد. در واکنش اولیه  یک پل متیلنی و در واکنش دوم یک پل اتری شکل می گیرد.

HOC6H4CH2OH + HOC6H5 → (HOC6H4)2CH2 + H2O

2 HOC6H4CH2OH → (HOC6H4CH2)2O + H2O

دیفنول با فرمول شیمیایی HOC6H4)2CH2) که با نام های دیگری نیز مانند دیمر یا دو پار و یا همچنین  بیسفنول F شناخته می‌شود، نوعی مونومر بسیار مهم در تولید رزین های اپوکسی است. ماده یاد شده میتواند پیوند های بیشتری را نیز به وجود بیاورد و الیگومر های فنول محور سه تایی، چهارتایی و غیره را تولید نماید.

نوعی از رزین های فنول فرمالدهید با نام نووالاک

این ماده  یکی از انواع رزین های فنول فرمالدهید است که در آن نسبت جرمی فرمالدهید به فنول کمتر از یک می باشد. در اغلب موارد این مواد به جای آنکه از خود فنول ها به وجود بیایند، از کرزولها و یا متیل فنول ها تولید می شوند. بسپارش این نوع از رزین به کمک کاتالیزور های اسیدی مانند سولفوریک اسید، اکسالیک اسید، هیدروکلریک اسید و در موارد بسیار نادری سولفونیک اسید تکمیل میگردد. واحدهای فنولی معمولاً توسط  گروهای متیلن و یا  اتری بهم متصل می شوند. پلیمر نهایی بدست‌آمده نوعی ترمو پلاستیک است و به عامل های فرآوری و یا سخت کننده نیاز دارد تا بتواند به یک ترموست تبدیل شود. هگزا متیلن تترامین نوعی سخت کننده است که به نووالاکهایی با پیوندهای عرضی (شبکه ای) متصل می شود. زمانی که این مواد در معرض دمای بالاتر از ۹۰ درجه سانتیگراد قرار بگیرند متیلن و همچنین پلهای آمینو دی متیلن تولید می شود. نووالاک مصارف متعددی دارد مانند چسب افزای تایر خودرو، رزین های کاربردی در دمای بالا، متصل کننده برای انواعی از جسم های نسوز حاوی پیوند های کربنی، ترمز های کربنی فوتورزیست و یا نور مقاوم ها و همچنین عامل های فرآوری برای رزین های اپوکسی.

رزول ها نوعی دیگر از رزین های فنول فرمالدهید

رزول  یکی از انواع موجود رزین های فنولیک فرمالدهید می باشد که توسط بازها کاتالیز می‌شود و همچنین دارای نسبت فرمالدهید به فنول بیشتر از یک می باشد(این مقدار حدود یک و نیم است). در این مواد فنول فرمالدهید، آب و کاتالیزگر با هم با مقدار متناسب ترکیب می شوند و این مقدار نیز با توجه به نوع رزین مورد نظر به دست می‌آید و سپس در معرض حرارت قرار می‌گیرد. در مرحله اول واکنش این مواد معمولاً در دمای ۷۰ درجه سانتی‌گراد قرار گرفته و سپس ماده‌ای ضخیم با رنگ  قرمز مایل به قهوه ای به وجود می آید که دارای تعداد زیادی از گروه های هیدروکسی متیل و بنزیلیک اتر است. در حقیقت هر چقدر pH افزایش پیدا کند میزان واکنش انجام گرفته به کمک مواد بازی نیز بیشتر خواهد شد و به مقدار نهایی ۱۰pH خواهد رسید. آنیونهای فنوکسید در واقع بخش واکنش پذیر این مرحله را تشکیل می دهند که توسط پروتئین زدایی فنول تولید میشود. بار منفی به روی حلقه آروماتیک جابجا شده و محل های ۲ ، ۴ و ۶ را فعال می‌سازد و پس از آن نیز با فرمالدهید واکنش می دهد. هیدروکسی متیل فنول ها با قرارگیری در معرض حرارتی برابر با ۱۲۰ درجه سانتیگراد پیوندهای عرضی پیدا کرده و پلهای متیلن و همچنین متیل اتر را به وجود می آورند. این واکنش با زدودن مولکولهای آب صورت می گیرد. در چنین مرحله ای رزین یک شبکه ۳ بعدی است که در واقع می‌تواند مشابه یکی از انواع رزین های فنولیک بسپارشی باشد. حالت شبکه ای و یا پیوندهای عرضی به رزین های فنولیک سختی، پایداری گرمایی متناسب و همچنین نفوذ ناپذیری شیمیایی می بخشد. یکی دیگر از نام های موجود برای رزول ها، رزینهای تک مرحله ای است زیرا این مواد بدون استفاده از شبکه ساز ها می توانند فرآوری شوند و این دقیقاً برعکس نووالاک هاست که رزینهای دو مرحله ای نامیده می شود. در حقیقت رزول ها نوعی مواد رزینی پلیمری پایه می باشند که به صورت گسترده ای در تولید چسب و یا اتصال محصولات ساختمانی به کار برده می شود. تخته سه لایه خارجی، تخته تراشه جهت دار و الوار ساخته شده از مواد مرکب همگی در همین دسته قرار می گیرند.

ایجاد حالت شبکه ای و نسبت فرمالدهید به فنول

زمانی که نسبت مولار فرمالدهید به فنول به مقدار یک می‌رسد در واقع هر فنول از طریق پل های متیلنی به یکدیگر متصل شده است و یک مولکول واحد را تشکیل داده است و این سیستم نیز به یک شبکه تبدیل شده است. به همین دلیل است که نووالاک ها بدون افزودن عامل های شبکه ساز، سخت نمی شوند ولی رزولها حالتی برعکس دارند.

 

رزین های فنول فرمالدهید در تولید چه محصولاتی نقش دارند؟

رزینهای فنولی در محصولات صنعتی گوناگونی دیده می‌شوند. ورق های فنولی نیز از اشباع سازی  یک یا دو لایه از مواد اصلی مانند کاغذ، فایبرگلاس یا نخ با رزین های فنولیک و ورقه سازی ماده اشباع شده رزینی تحت فشار و حرارت به وجود می آیند. رزین در طی فرآیند یاد شده کاملاً بسپارش می‌شود و یک ماتریس پلیمری ترموست را تشکیل می‌دهد. انتخاب ماده اصلی وابسته بر مصارف محصول نهایی است. فنولهای کاغذی در تولید قطعات الکتریکی به کار برده می شوند. بالون های کوچک فنولی نیز به منظور کنترل چگالی استفاده می شوند. توپ های بکار برده شده در بازی اسنوکر و بسیاری از بازی‌های دارای میز از رزین های فنولیک فرمالدهید ساخته می شوند. رزین های ترکیبی تولید شده از فنولیک رزین ها و کاغذ هم برای ساخت میز کاری به کار برده می شوند. از دیگر مصارف رزین یاد شده می توان به تخته های سه لایه خارجی اشاره کرد که با نام تخته های لایه لایه مقاوم در برابر هوا و تغییرات دمایی نیز شناخته می شوند زیرا رزین های فنولی دارای نقطه ذوب نمی باشند ولی در حوزه دمای ۲۲۰ درجه سانتیگراد و یا ۴۲۸ درجه فارنهایت و مقادیر بالاتر از آن تجزیه می شوند. گاهی اوقات رزینهای فنولی تقویت شده به کمک فیبر انتخاب می شوند زیرا ضریب گرمایی انبساط در این مواد به ضریب گرمایی در آلومینیوم بسیار نزدیک است که برای سایر بخش‌های سیستم به کار برده می شود مانند سیستم های کامپیوتری اولیه.

نام های تجاری رزین فنیل فرمالدهید کدامند؟

• مواد اصلی تشکیل دهنده ی با کلیت، رزین های فنولیک و همچنین آرد چوب است.
• Novotext نوعی رزین فنولیک نخی تقویت شده با فیبر است که به صورت متناوب از فیبرهای آرایش یافته استفاده می کنند.
• Oasis نوعی فوم فنولی با سلولهای باز است که به سرعت آب را جذب

         می‌کند و برای دسته گلها به کار برده می شود.

• paxolin نوعی رزین کاغذی ست که مدتها به عنوان ماده اصلی در تولید برد مدار چاپی به کار برده می شده است و این در حالی است که امروزه

        ترکیبات فایبرگلاس در بسیاری از محصولات جایگزین این ماده شده اند.

• Tufnol نوعی پلاستیک لمینت شده است که بصورت ورقه و میله موجود می باشد و همچنین از لایه های کاغذ و یا پارچه به وجود می‌آید که در رزین فنولیک غوطه ور شده و سپس تحت حرارت فشرده شده اند. این ماده مقاومت بسیار زیادی در برابر نفت و انواع حلال ها دارد و به همین دلیل گزینه مناسبی برای تولید بسیاری از محصولات مهندسی است.
• Ebonol نیز نوعی رزین فنولیکی ترکیبی با کاغذ است که به عنوان جایگزینی برای چوب های گرفته شده از درخت آبنوس در سازهای

        زهی و بادی چوبی به کار برده می شود.