فرآیند پخت رزین های پلی استر غیر اشباع

فرآیند پخت رزین‌های پلی استر غیر اشباع، یک نوع پلیمریزاسیون رادیکالی می‌باشد. در این فرآیند پراکسایدهای آلی به عنوان شروع کننده رادیکالی استفاده می شوند و رادیکال های آزاد با تجزیه پراکسایدها به وجود می آیند. تجزیه پراکسایدها از طریق شتابدهنده یا حرارت یا هر دو آنها باهم اتفاق می افتد. شتابدهنده‌ها معمولا محلولی از نمک های فلزی مانند اکتئات کبالت با غلظت (1 تا 10 درصد) می باشد. یون های کبالت در یک واکنش کاهشی با پراکسایدها واکنش می‌دهند و آن ها را تبدیل به رادیکال های آزاد می نمایند.

بعد از مخلوط کردن شتابدهنده ها و شروع کننده، مولکول رادیکالی شده با حمله به باندهای دوگانه موجود در مولکول استایرن یا باندهای دوگانه موجود در مولکول پلیمری رزین، موجب رادیکالی شدن این مولکول های پلیمری می شود، سپس این مولکولها با یکدیگر واکنش می دهند و یک شبکه سه بعدی ایجاد می کنند. طی این مسیر بعد از گذشت مدت زمانی (معمولا حدود 5 الی 25 دقیقه) رزین به حالت ژله‌ای نزدیک می شود که قبل از رسیدن به این نقطه، رزین قابل استفاده و فرآیند پذیر می باشد، اما بعد از آن قابلیت فرآیند پذیری خود را از دست می دهد و رفته رفته به حالت جامد نزدیک‌تر می‌گردد. با توجه به اینکه این واکنش یک فرآیند گرمازا می‌باشد، بعد از افزودن شتابدهنده و شروع کننده، دمای مخلوط به تدریج زیادتر می شود تا زمانی که رزین به پیک دمایی خود می رسد و از این لحظه به بعد دمای رزین رو به کاهش می رود. این به این معنی است که فرآیند پلیمریزاسیون به اندازه ای آهسته شده است که سرعت تولید حرارت کندتر از سرعت انتقال آن می باشد، اما این به معنی اتمام فرآیند پخت نمی‌باشد و فرآیند پخت همچنان ادامه دارد. این فرآیند به تدریج آهسته تر می شود تا زمانی که شبکه پلیمری نهایی تشکیل و مواد کاملا جامد شوند.

به صورت کلی پخت پلی استر غیر اشباع را می توان به دو نوع پخت در دمای محیط و پخت دما بالا تقسیم بندی کرد:

معمولا برای پخت پلی استر غیر اشباع در دمای محیط از دو نوع سیستم پخت استفاده می شود:

1. سیستم پختی که کبالت در آن به عنوان شتابدهنده و متیل اتیل کتون پراکساید به عنوان شروع‌کننده استفاده می-شود.
2. سیستم پختی که در آن یک آمین نوع سوم مانند دی متیل آنیلین، دی متیل پارا تولویدین و .. به عنوان شتابدهنده و بنزوئیل پراکساید به عنوان شروع کننده استفاده می گردد.

روش دیگر پخت پلی استر غیر اشباع، استفاده از دمای بالا (80 تا 160 درجه) برای تجزیه کردن پراکساید می باشد. در این حالت باید از پراکسایدهایی استفاده نمود که در دمای بالا فعال می شوند. این پراکساید می‌تواند از خانواده‌ی Pre-ester ها مانند tertiary butyl perbenzoate یا preketal ها مانند 1,1-Di-(tert-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexane باشد. برای کمک به پخت رزین و تسریع آن می توان از شتابدهنده کبالت نیز استفاده نمود. معمولا ترکیب پلی استر غیر اشباع با این پراکسایدها در دمای محیط shelf life قابل قبولی را فراهم می آورد. بنابراین در شرایطی که لازم باشد رزین با پراکساید مخلوط گردد و مدتی در انبار بماند به گونه‌ای که در دمای محیط پخت نشود اما با شروع گرمایش پخت شروع شود، می توان از این نوع پراکسایدها استفاده نمود (مانند فرآیند SMC).

1. سیستم پخت انتخاب شده
2. دمای محیط
3. مقدار رزین و ضخامت قطعه
4. مقدار شتابدهنده و شروع کننده

درجه پخت پلی استر غیراشباع بر خواص نهایی پلیمر اعم از مقاومت خوردگی، مقاومت شیمیایی و مقاومت مکانیکی آن‌ها اثر خواهد گذاشت. درجه پخت معمولا از طریق اندازه‌گیری درصد استایرن باقی‌مانده بدست می‌آید. معمولا بعد از پخت اولیه، 2 تا 4 درصد استایرن باقی مانده در محصول وجود دارد. در بسیاری از کاربردها درصد استایرن باید بسیار کم باشد. به عنوان مثال در موارد Food Contact مانند لوله های انتقال آب آشامیدنی، منومرهای واکنش نداده نباید از محصول نهایی به داخل آب نشت کند. هم‌چنین درصورتی که پخت کامل اتفاق نیفتد، مقاومت‌های مکانیکی رزین کاهش خواهد یافت. به همین دلیل در بسیاری از موارد جهت اطمینان از کامل شدن پخت پلی استر غیر اشباع، از پخت ثانویه (Post Cure) استفاده می‌شود. فرآیند Post Cure از 6 تا 24 ساعت در دمای بین 60 تا 100 درجه اتفاق می افتد. شکل زیر رابطه پخت با افزایش دما و استایرن باقی مانده را نشان می‌دهد.