مقدمه:
رزين‌های پُلي‌اِستر(polyester resins) گروه بزرگی از رزينهاي مصنوعي هستند كه از واکنش اسيدهايي مانند مالئيك، فتاليك، يا ايتاكونيك با يك الكل یا گليكول مانند الكل آليل يا گليكول اتيلن به شكل يك پلي‌استر سيرنشده توليد مي‌شوند و هنگام بسپارش، ساختار مولكولي سه‌بعدي با پيوند عرضي به دست مي‌دهند كه به نوبه خود با يك هيدروكربن سير نشده مانند استيرن كوپليمر شده ساختار محکم كوپليمري با چندين همپار تشكيل مي‌دهد كه به يكديگر پیوسته و پيوند عرضي تشکیل داده است. حداقل يكي از اسيدها و الكل‌هاي واكنش نخست بايد سيرنشده باشد. پلي‌استرهايي كه با اسيدهاي سيرنشده و تركيبات هيدروكسي سيرنشده ساخته مي شوند رزينهاي الكيدي ناميده مي شوند و اين ها به طور عمده محدود به توليد اندودهاي محافظ بوده و كوپليمر نمي‌شوند. رزينها در جريان عمل آوردن، بدون آزادسازي آب، تحت عمل بسپارش قرار گرفته و براي عمل آوردن به فشار زياد نياز ندارند. مهمترين كاربرد پلي‌استرها، لايه‌گذاري در مواد قالب‌گيري است به ويژه براي محصولات پلاستيكي ليف شيشه‌اي مسلح. رزينها داراي استحكام زياد، مقاومت شيميايي خوب، چسبندگي زياد و قابليت پذيرش رنگ‌هاي روشن هستند. بعضي از رزينها داراي چقرمگي زياد بوده و براي توليد الياف پارچه‌اي و ورق‌هاي نازك پلاستيكي و فيلم بكار برده مي شوند.
يك نوع فيلم از پلي‌استر از واکنش اسيد ترفتاليك و اتيلن گليكول ساخته شده است. فيلم فوق‌العاده نازك بضخامت 6 الي 12 ميكرون است كه در خازن‌ها و براي عايق موتورها و ترانسفورماتورها به كار برده مي‌شود. داراي مقاومت برقبندي حداكثر 240 ولت بر ميكرون است. داراي استحكام كششي 14 كيلوگرم بر ميليمتر مربع و درازش 70 درصد بوده، در برابر مواد شيميايي بسيار مقاوم و آب كمي جذب مي كند ماده ترموپلاستيك با نقطه ذوب 254 درجه سانتیگراد است. الياف پلي‌استر به ميزان وسيع در پارچه‌هاي لباس به كار برده مي‌شود. ليف پارچة توليدي از دي متيل ترفتالات به «داكرون» معروف است. نواري كه براي نوار مغناطيسي ضبط صوت بكار برده مي‌شود داراي مولكولهایي است كه به جهت افزايش استحكام بيشتر با كشيدن جهت‌دار شده‌اند. نوار 0.125 میلیمتر آن داراي استحكام خردشوندگي 4.3 کیلوگرم در 6 میلیمتر عرض آن است. نوعي نوار براي عايق‌‌كاري و نوار مغناطيسي از ترفتالات سيكلوهگزيلن هاي متيلن ساخته شده كه مقاومت برقبندي نوار 25.1 ميكروني آن 320 ولت بر ميكرون، با استحكام كششي 14 كيلوگرم بر ميليمتر مربع و درجه حرارت و ايپچيش حرارتي 171 درجه سانتیگراد است. نوار الكتروني نيز ممكن است اندودهاي از گرد مغناطيسي روي پلي‌استر داشته باشد ولي در جائي كه درجات حرارتي ممكن است زياد باشد، مانند سفينة فضايي اندوده مغناطيسي ممكن است روي نوارهاي فلزي بكار برده شود. نوعي از آن داراي اندودة مغناطيسي روي نواري از فولاد زنگ نزن است كه روي هم داراي ضخامت 026.0 ميليمتر مي باشد، در درجات حرارتي حداكثر 316 درجه سانتیگراد كار مي‌كند.
رزينهاي پلي‌استر ترموپلاستيك شفاف با كوپليمر كردن استرهاي اسيد ايتاكونيك با كلرو وينيل، متاكريلات يا آكريكونيتريل ساخته مي‌شوند. اسيد ايتاكونيك CH2: CCH2(COOH)2 از گلوكز بدون آب ساخته مي‌شود. اسيد پيمليك HO2C(CH2)5CO2H بصورت جسم متبلور سفيد رنگ از نفت ساخته مي‌شود كه براي ساختن پُلي‌استر و رزينهاي پلي‌آميد نيز بكار برده مي‌شود. ترفتالات پلي‌بوتيلن (PBT) و ترفتالات پلي‌تترامتيلن PTMT پلي‌استرهاي ترموپلاستيك هستند كه براي قطعات قالب‌گيري تزريقي بكار برده مي‌شوند. اينها رزينهاي متبلور با وزن مولكولي زياد و داراي قابليت قالب‌گيري، مقاومت حرارتي خوب، ليزي ذاتي و براي رنگ‌آميزي در جريان فرآيند مناسباند. به علت مقاومت برقبندي فوق‌العاده، مقاومت قوسي و مقاومت ويژه حجمي تحت شرايط فزاينده گرما و رطوبت و براي مقاومت در مقابل آب و هوا نيز مورد توجه‌اند. تعداد نامحدودي اسيدهاي عالي‌تر براي توليد انواع رزينهاي پلي‌استر از روغن‌هاي چرب طبيعي فراوان به آساني ساخته مي‌شوند و از اين اسيدها، انيدريد‌هائي با حلقه‌هاي پر عضو مي‌توان ساخت كه محصولاتي پايدار تا نقطة ذوب آنها بدست مي‌دهند.
فعاليت براي توليد پلي‌استرها بطور كلي به سال 1928 ميلادي بر مي‌گردد كه در آن سال W.H. Caroghers اقدام به ساخت اين مواد كرد و از آن زمان استفاده از اين مواد هر روز گسترش افزوني داشته است.
ويژگي‌ها و مشخصات فني:
نام پلي‌استر براي شرح گروه وسيعي از موادي كه بوسيلة واكنشي بين يك پلي هيدريك الكل و يك اسيد پلي بازيك شكل مي‌گيرد استفاده مي‌شود. اسيد پلي بازيك يك اسيد آلي است با بيش از يك گروه اسيدي و يك الكل پلي هيدريك الكلی است با بيش از يك گروه هيدروكسي. بنابراين واكنش آنها مي‌تواند مولكولهاي زنجير بلندي را در حالت زير بوجود آورد. ´R و R قسمت اصلي مولكولهاي اسيد و باز هستند:
آب + پلی استر = اسیددی بازیک + الکل دی هیدریک
(n+1)R(OH)2 + nR´(COOH)2 = HO[ROOCR´ COO]nROH + 2nH2O
چنين مولكول زنجير بلندي يك ترموپلاستيك مي‌باشد (چنانچه اسيد يا الكل اصلي يا هر دو غير اشباع باشند (داشتن يك بند مضاعف در مولكول) با افزودن ماده سومي عمل اتصالات عرضي مي‌تواند بين زنجيره‌ها بوجود آيد و يك ترموست تشكيل شود) خواص رزينهاي پلي‌استر به وضوح به مقدار زيادي متفاوت است چرا كه آنها نه تنها به ماهيت اسيد و الكل استفاده شده بلكه به عوامل ايجادكننده اتصالات عرضي هم بستگي دارند.
پلي‌استرهاي ترموست به اغلب حلال‌ها و نيز به اسيدها و قلياها مقاومت دارند و علاوه بر مقاومت شيميايي خوب قابليت پايداري خوب در برابر تغييرات جوي(good weatherability) و نيز پايداري در برابر فشار بالا (high impact strength) را نيز دارند.
طبقه‌بندي:
پلي‌استرها به دو دسته كلي پلي‌استرهاي اشباع (saturated polyesters) و پلي‌استرهاي غير اشباع (Unsaturated polyesters) تقسيم‌بندي مي‌گردند:
1-پلي‌استرهاي اشباع:
در اين سري از پلي‌استرها كه نتيجه واكنش اسيدهاي دي بازيك و الكل‌هاي چند عاملي مي‌باشند، پيوندهاي كربن – كربن در زنجير اصلي بوجود آمده ساده و اشباع شده است. اين گونه از پلي‌استرها خود به دو دسته رزينهاي الكيد و رزينهاي لايه‌اي (Laminating) يا ريختگي شده (casting) تقسيم‌بندي مي‌شوند. رزينهاي لايه‌اي از اثر اسيدهاي دو عاملي و الكل‌هاي دو يا چند عاملي بوجود آمده قابليت كوپليمر شدن با مونومر وينيل را در حالت مونومر دارند و تشكيل يك ترموست (كوپليمر استر – وينيل) را مي‌دهند. از گروه ديگر، مهمترين ترموپلاست‌هاي اين خانواده كه مصرف صنعتي دارد پلي اتيلن ترفتالات و پلي كربناتها مي‌باشند.
(P.E.T.P) پلي اتیلن ترفتالات → دی متیل ترفتالات + اتیلن گلیکول
(P.E.T.P) پلی اتیلن ترفتالات → اسیدترفتالات + اتیلن گلیکول
از (P.E.T.P) مي‌توان ورقه‌هاي بسيار نازك (فيلم) تهيه كرد كه در دو جهت قابل كش آمدن بوده و اين خاصيت را تا 80 درجه سانتیگراد حفظ مي‌كند، به همين دليل اغلب از آن براي لفاف مواد خوراكي (حتي گرم) و وسایل پزشكي استفاده مي‌شود. از اين پليمر در صنايع الكتريكي و توليد قطعات پلاستيكي بسيار سخت نيز استفاده مي شود. پلي كربناتها و يا بعبارت ديگر پلي استرهاي اسيد كربنيك (HOCOOH) پليمرهایي هستند كه در ساختار مولكولي آنها عامل (O-CO-O-) تكرار شده باشد.از پلي كربناتها پلي دي فنيلن پروپان كربنات متداولترين است و مي‌توان از آن قطعاتي مانند جعبه باطري، بدنه كويل، بدنه فيوز و وسائل آشپزخانه را از طريق تزريق توليد نمود. در حال حاضر كليه بطري‌هاي شير و آذوقه اطفال از اين نوع پليمر ساخته مي‌شود.
2-پلي‌استرهاي غيراشباع:
پلي‌استرهاي غير اشباع معمولاً از ميعان يك گليكول با اسيد دو عاملي (چه اشباع و چه غير اشباع) بدست مي‌آيند. در عمل رزينهاي پلي‌استر بصورت مايعات بسيار ويسكوز تا دانه‌هاي جامد تهيه مي‌شوند و بمنظور كار در زمينه‌هاي مختلف به آنها مواد افزودني مناسب هر كاربرد اضافه مي‌شود.
رزين پخته‌شده پلي استر مانند ساير ترموست‌ها، سخت، غيرقابل ذوب و غيرقابل حل در حلال‌ها مي باشد. در حال حاضر مواد اوليه مختلفي براي تهيه انواع متنوعي از اين رزين مخلوط با انواع مختلف الياف شيشه براي ساخت محصولات گوناگون بكار مي‌رود تنوع رزينهاي ساخته‌شده و الياف شيشه بكار برده شده مانع از آن است كه بتوان خواص مخصوص را براي اين ترموست بيان داشت. وزن مخصوص اين رزين بدون الياف شيشه حدود 1.2 و مخلوط با الياف شيشه حدود 1.6 الي 1.9 مي‌باشد. ميزان جذب رطوبت انواع مختلف پلي استر از 01.0 وزني تا .50 درصد وزني مي‌باشد. محصولات ساخته شده از اين نوع رزين دمایي حدود 150 درجه سانتیگراد را بدون از دست دادن خواص خود تحمل می‌كنند. حلال‌هاي شيميايي به استثناي حلال‌هاي آلي كلردار و ستون‌ها و همچنين اسيدهاي معدني به استثناي اسيدهاي قوي اكسيدكننده روي آن بدون تاثير هستند، ساير خواص محصولات ساخته شده از مخلوط رزين پلي‌استر و الياف شيشه عبارت است از مقاومت آن در برابر آتش‌سوزي، مقاومت آن در برابر شرایط جوي، قابليت كاربرد در قالب‌گيري.
رزينهاي پلي‌استر غيراشباع بخاطر خواص عالي و منحصر بفرد خود در محدوده وسيعي از انواع كاربردها كه تحت عناويني چون قالب‌گيري، ريخته‌گري، پوشش‌دهي تقسيم‌بندي مي‌شوند، استفاده مي‌گردند. از طرفي تركيب رزينهاي پلي‌استر غيراشباع با الياف شيشه زمينه تازه‌اي در صنعت کامپوزیت (composite) ايجاد نموده است و آن تشكيل FRP (fiber-reinforced plastic)ها و GRP (glass-fiber renforced pipes) (لوله‌هایی که از ماتریس رزین پلی‌استر غیراشباع و تقویت‌کننده الیاف شیشه حاصل گشته‌اند) مي‌باشد كه در حال حاضر مقدار مشابهي از اين رزينها براي FRP و حدود 90 درصد در جهت ساخت پلاستيك‌هاي تقويت‌شده استفاده مي‌شود و انتظار مي‌رود كه رشد GRP در دهه آينده سرعت بيشتري به خود بگيرد. مقاومت مناسب در مقابل خوردگي و نسبت وزن به مقاومت بالاي بدست آمده در محصولات ساخته شده از GRP آن را در مقايسه با تعدادي از مواد ساختاري مثل آلومينيم، چدن و فولاد قابل رقابت مي‌سازد.
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 كاربرد پلي‌استرها بسيار متنوع بوده و در اغلب صنايع بخصوص صنايع رنگ‌سازي، چسب‌سازي و ساخت اتاق‌هاي وسایل نقليه – صنايع ساخت وسايل منزل – وسایل ورزشي – وسایل الكتريكي، سلول‌های فوتوولتایی – لامينيت‌ها و غيره استفاده مي‌گردد. بنابراين رزينهاي پلي‌استر را در چرخة توليد اين محصولات بايد واسطه‌اي به حساب آورد هر چند از فرآيند توليد خود در واحد ساخت رزين محصول نهایي مي‌باشند.
منابع: