مقدمه:

رزین‌های پُلی‌اِستر(polyester resins) گروه بزرگی از رزین‌های مصنوعی هستند که از واکنش اسیدهایی مانند مالئیک، فتالیک، یا ایتاکونیک با یک الکل یا گلیکول مانند الکل آلیل یا گلیکول اتیلن به شکل یک پلی‌استر سیرنشده تولید می‌شوند و هنگام بسپارش، ساختار مولکولی سه‌بعدی با پیوند عرضی به دست می‌دهند که به نوبه خود با یک هیدروکربن سیر نشده مانند استیرن کوپلیمر شده ساختار محکم کوپلیمری با چندین همپار تشکیل می‌دهد که به یکدیگر پیوسته و پیوند عرضی تشکیل داده است. حداقل یکی از اسیدها و الکل‌های واکنش نخست باید سیرنشده باشد. پلی‌استرهایی که با اسیدهای سیرنشده و ترکیبات هیدروکسی سیرنشده ساخته می شوند رزینهای الکیدی نامیده می شوند و این ها به طور عمده محدود به تولید اندودهای محافظ بوده و کوپلیمر نمی‌شوند. رزین‌ها در جریان عمل آوردن، بدون آزادسازی آب، تحت عمل بسپارش قرار گرفته و برای عمل آوردن به فشار زیاد نیاز ندارند. مهمترین کاربرد پلی‌استرها، لایه‌گذاری در مواد قالب‌گیری است به ویژه برای محصولات پلاستیکی لیف شیشه‌ای مسلح. رزین‌ها دارای استحکام زیاد، مقاومت شیمیایی خوب، چسبندگی زیاد و قابلیت پذیرش رنگ‌های روشن هستند. بعضی از رزینها دارای چقرمگی زیاد بوده و برای تولید الیاف پارچه‌ای و ورق‌های نازک پلاستیکی و فیلم بکار برده می شوند.

یک نوع فیلم از پلی‌استر از واکنش اسید ترفتالیک و اتیلن گلیکول ساخته شده است. فیلم فوق‌العاده نازک بضخامت ۶ الی ۱۲ میکرون است که در خازن‌ها و برای عایق موتورها و ترانسفورماتورها به کار برده می‌شود. دارای مقاومت برق‌بندی حداکثر ۲۴۰ ولت بر میکرون است. دارای استحکام کششی ۱۴ کیلوگرم بر میلیمتر مربع و درازش ۷۰ درصد بوده، در برابر مواد شیمیایی بسیار مقاوم و آب کمی جذب می کند ماده ترموپلاستیک با نقطه ذوب ۲۵۴ درجه سانتیگراد است. الیاف پلی‌استر به میزان وسیع در پارچه‌های لباس به کار برده می‌شود. لیف پارچة تولیدی از دی متیل ترفتالات به «داکرون» معروف است. نواری که برای نوار مغناطیسی ضبط صوت بکار برده می‌شود دارای مولکولهایی است که به جهت افزایش استحکام بیشتر با کشیدن جهت‌دار شده‌اند. نوار ۰٫۱۲۵ میلیمتر آن دارای استحکام خردشوندگی ۴٫۳ کیلوگرم در ۶ میلیمتر عرض آن است. نوعی نوار برای عایق‌‌کاری و نوار مغناطیسی از ترفتالات سیکلوهگزیلن های متیلن ساخته شده که مقاومت برقبندی نوار ۲۵٫۱ میکرونی آن ۳۲۰ ولت بر میکرون، با استحکام کششی ۱۴ کیلوگرم بر میلیمتر مربع و درجه حرارت و ایپچیش حرارتی ۱۷۱ درجه سانتیگراد است. نوار الکترونی نیز ممکن است اندوده‌ای از گرد مغناطیسی روی پلی‌استر داشته باشد ولی در جائی که درجات حرارتی ممکن است زیاد باشد، مانند سفینة فضایی اندوده مغناطیسی ممکن است روی نوارهای فلزی بکار برده شود. نوعی از آن دارای اندودة مغناطیسی روی نواری از فولاد زنگ نزن است که روی هم دارای ضخامت ۰۲۶٫۰ میلیمتر می باشد، در درجات حرارتی حداکثر ۳۱۶ درجه سانتیگراد کار می‌کند.

رزین‌های پلی‌استر ترموپلاستیک شفاف با کوپلیمر کردن استرهای اسید ایتاکونیک با کلرو وینیل، متاکریلات یا آکریکونیتریل ساخته می‌شوند. اسید ایتاکونیک CH2: CCH2(COOH)2 از گلوکز بدون آب ساخته می‌شود. اسید پیملیک HO2C(CH2)5CO2H بصورت جسم متبلور سفید رنگ از نفت ساخته می‌شود که برای ساختن پُلی‌استر و رزین‌های پلی‌آمید نیز بکار برده می‌شود. ترفتالات پلی‌بوتیلن (PBT) و ترفتالات پلی‌تترامتیلن PTMT پلی‌استرهای ترموپلاستیک هستند که برای قطعات قالب‌گیری تزریقی بکار برده می‌شوند. اینها رزین‌های متبلور با وزن مولکولی زیاد و دارای قابلیت قالب‌گیری، مقاومت حرارتی خوب، لیزی ذاتی و برای رنگ‌آمیزی در جریان فرآیند مناسباند. به علت مقاومت برقبندی فوق‌العاده، مقاومت قوسی و مقاومت ویژه حجمی تحت شرایط فزاینده گرما و رطوبت و برای مقاومت در مقابل آب و هوا نیز مورد توجه‌اند. تعداد نامحدودی اسیدهای عالی‌تر برای تولید انواع رزین‌های پلی‌استر از روغن‌های چرب طبیعی فراوان به آسانی ساخته می‌شوند و از این اسیدها، انیدرید‌هائی با حلقه‌های پر عضو می‌توان ساخت که محصولاتی پایدار تا نقطة ذوب آنها بدست می‌دهند.

فعالیت برای تولید پلی‌استرها بطور کلی به سال ۱۹۲۸ میلادی بر می‌گردد که در آن سال W.H. Caroghers اقدام به ساخت این مواد کرد و از آن زمان استفاده از این مواد هر روز گسترش افزونی داشته است.

ویژگی‌ها و مشخصات فنی:

نام پلی‌استر برای شرح گروه وسیعی از موادی که بوسیلة واکنشی بین یک پلی ‌هیدریک الکل و یک اسید پلی بازیک شکل می‌گیرد استفاده می‌شود. اسید پلی بازیک یک اسید آلی است با بیش از یک گروه اسیدی و یک الکل پلی هیدریک الکلی است با بیش از یک گروه هیدروکسی. بنابراین واکنش آنها می‌تواند مولکول‌های زنجیر بلندی را در حالت زیر بوجود آورد. ´R و R قسمت اصلی مولکولهای اسید و باز هستند:
آب + پلی استر = اسیددی بازیک + الکل دی هیدریک
(n+1)R(OH)2 + nR´(COOH)2 = HO[ROOCR´ COO]nROH + 2nH2O
چنین مولکول زنجیر بلندی یک ترموپلاستیک می‌باشد (چنانچه اسید یا الکل اصلی یا هر دو غیر اشباع باشند (داشتن یک بند مضاعف در مولکول) با افزودن ماده سومی عمل اتصالات عرضی می‌تواند بین زنجیره‌ها بوجود آید و یک ترموست تشکیل شود) خواص رزین‌های پلی‌استر به وضوح به مقدار زیادی متفاوت است چرا که آنها نه تنها به ماهیت اسید و الکل استفاده شده بلکه به عوامل ایجادکننده اتصالات عرضی هم بستگی دارند.

پلی‌استرهای ترموست به اغلب حلال‌ها و نیز به اسیدها و قلیاها مقاومت دارند و علاوه بر مقاومت شیمیایی خوب قابلیت پایداری خوب در برابر تغییرات جوی(good weatherability) و نیز پایداری در برابر فشار بالا (high impact strength) را نیز دارند.

طبقه‌بندی:

پلی‌استرها به دو دسته کلی پلی‌استرهای اشباع (saturated polyesters) و پلی‌استرهای غیر اشباع (Unsaturated polyesters) تقسیم‌بندی می‌گردند:

۱-پلی‌استرهای اشباع:

در این سری از پلی‌استرها که نتیجه واکنش اسیدهای دی بازیک و الکل‌های چند عاملی می‌باشند، پیوندهای کربن – کربن در زنجیر اصلی بوجود آمده ساده و اشباع شده است. این گونه از پلی‌استرها خود به دو دسته رزین‌های الکید و رزین‌های لایه‌ای (Laminating) یا ریختگی شده (casting) تقسیم‌بندی می‌شوند. رزین‌های لایه‌ای از اثر اسیدهای دو عاملی و الکل‌های دو یا چند عاملی بوجود آمده قابلیت کوپلیمر شدن با مونومر وینیل را در حالت مونومر دارند و تشکیل یک ترموست (کوپلیمر استر – وینیل) را می‌دهند. از گروه دیگر، مهمترین ترموپلاست‌های این خانواده که مصرف صنعتی دارد پلی اتیلن ترفتالات و پلی کربنات‌ها می‌باشند.

(P.E.T.P) پلی اتیلن ترفتالات → دی متیل ترفتالات + اتیلن گلیکول

(P.E.T.P) پلی اتیلن ترفتالات → اسیدترفتالات + اتیلن گلیکول

از (P.E.T.P) می‌توان ورقه‌های بسیار نازک (فیلم) تهیه کرد که در دو جهت قابل کش آمدن بوده و این خاصیت را تا ۸۰ درجه سانتیگراد حفظ می‌کند، به همین دلیل اغلب از آن برای لفاف مواد خوراکی (حتی گرم) و وسایل پزشکی استفاده می‌شود. از این پلیمر در صنایع الکتریکی و تولید قطعات پلاستیکی بسیار سخت نیز استفاده می شود. پلی کربناتها و یا بعبارت دیگر پلی استرهای اسید کربنیک (HOCOOH) پلیمرهایی هستند که در ساختار مولکولی آنها عامل (O-CO-O-) تکرار شده باشد.از پلی کربنات‌ها پلی دی فنیلن پروپان کربنات متداولترین است و می‌توان از آن قطعاتی مانند جعبه باطری، بدنه کویل، بدنه فیوز و وسائل آشپزخانه را از طریق تزریق تولید نمود. در حال حاضر کلیه بطری‌های شیر و آذوقه اطفال از این نوع پلیمر ساخته می‌شود.

۲-پلی‌استرهای غیراشباع:

پلی‌استرهای غیر اشباع معمولاً از میعان یک گلیکول با اسید دو عاملی (چه اشباع و چه غیر اشباع) بدست می‌آیند. در عمل رزین‌های پلی‌استر بصورت مایعات بسیار ویسکوز تا دانه‌های جامد تهیه می‌شوند و بمنظور کار در زمینه‌های مختلف به آنها مواد افزودنی مناسب هر کاربرد اضافه می‌شود.

رزین پخته‌شده پلی استر مانند سایر ترموست‌ها‌، سخت‌، غیرقابل ‌ذوب و غیرقابل حل در حلال‌ها می باشد. در حال حاضر مواد اولیه مختلفی برای تهیه انواع متنوعی از این رزین مخلوط با انواع مختلف الیاف شیشه برای ساخت محصولات گوناگون بکار می‌رود تنوع رزین‌های ساخته‌شده و الیاف شیشه بکار برده شده مانع از آن است که بتوان خواص مخصوص را برای این ترموست بیان داشت. وزن مخصوص این رزین بدون الیاف شیشه حدود ۱٫۲ و مخلوط با الیاف شیشه حدود ۱٫۶ الی ۱٫۹ می‌باشد. میزان جذب رطوبت انواع مختلف پلی استر از ۰۱٫۰ وزنی تا .۵۰ درصد وزنی می‌باشد. محصولات ساخته شده از این نوع رزین دمایی حدود ۱۵۰ درجه سانتیگراد را بدون از دست دادن خواص خود تحمل می‌کنند‌. حلال‌های شیمیایی به استثنای حلال‌های آلی کلردار و ستون‌ها و همچنین اسیدهای معدنی به استثنای اسیدهای قوی اکسیدکننده روی آن بدون تاثیر هستند، سایر خواص محصولات ساخته شده از مخلوط رزین پلی‌استر و الیاف شیشه عبارت است از مقاومت آن در برابر آتش‌سوزی، مقاومت آن در برابر شرایط جوی، قابلیت کاربرد در قالب‌گیری.

رزین‌های پلی‌استر غیراشباع بخاطر خواص عالی و منحصر بفرد خود در محدوده وسیعی از انواع کاربردها که تحت عناوینی چون قالب‌گیری، ریخته‌گری، پوشش‌دهی تقسیم‌بندی می‌شوند، استفاده می‌گردند. از طرفی ترکیب رزین‌های پلی‌استر غیراشباع با الیاف شیشه زمینه تازه‌ای در صنعت کامپوزیت (composite) ایجاد نموده است و آن تشکیل FRP (fiber-reinforced plastic)‌ها و GRP (glass-fiber renforced pipes) (لوله‌هایی که از ماتریس رزین پلی‌استر غیراشباع و تقویت‌کننده الیاف شیشه حاصل گشته‌اند) می‌باشد که در حال حاضر مقدار مشابهی از این رزین‌ها برای FRP و حدود ۹۰ درصد در جهت ساخت پلاستیک‌های تقویت‌شده استفاده می‌شود و انتظار می‌رود که رشد GRP در دهه آینده سرعت بیشتری به خود بگیرد. مقاومت مناسب در مقابل خوردگی و نسبت وزن به مقاومت بالای بدست آمده در محصولات ساخته شده از GRP آن را در مقایسه با تعدادی از مواد ساختاری مثل آلومینیم، چدن و فولاد قابل رقابت می‌سازد.

نتیجه‌گیری:

گسترش روز افزون مواد آلی‌ و مزایای استفاده از مشتقات ساخته شده از این مواد از جمله سبکی، استحکام، سهولت کاربرد و عمر مفید بیشتر در مقایسه با محصولات ساخته شده از منابع معدنی نوید استفاده روزافزون مواد پلیمری را می‌دهد. با توجه به قابلیت سازگاری مواد پلیمری و بخصوص پلی‌استرها با سایر مواد، از جمله چوب، فلز، پشم یا ابریشم می‌توان موادی جدید با قابلیت‌های بیشتر تولید کرد. در هر صورت کاربرد پلی‌استرها بسیار متنوع بوده و در اغلب صنایع بخصوص صنایع رنگ‌سازی، چسب‌سازی و ساخت اتاق‌های وسایل نقلیه – صنایع ساخت وسایل منزل – وسایل ورزشی – وسایل الکتریکی، سلول‌های فوتوولتایی – لامینیت‌ها و غیره استفاده می‌گردد. بنابراین رزین‌های پلی‌استر را در چرخة تولید این محصولات باید واسطه‌ای به حساب آورد هر چند از فرآیند تولید خود در واحد ساخت رزین محصول نهایی می‌باشند.

منابع: