مقدمه
رزینهای فنولیک بر پایه منومرهای فنولی آلکیله شده، به دلیل امتزاج پذیری با لاستیک ها و الاستومرها، کاربردهای متنوعی در ساخت قطعات لاستیکی دارند. یکی از این کاربردها، استفاده از این نوع رزینها در ساخت تایر خودروها است. امتزاج پذیری با لاستیک و الاستومرها، ناشی از واکنش آلکیلاسیون الفین های (Olefins) مختلف و جانشینی روی حلقه فنولی است. همچنین تفاوت واکنش پذیری نوع نووالاک و نوع رزول در این رزین، سبب تنوع کارایی این رزین در صنعت لاستیک سازی شده است.
استفاده از رزینهای فنولیک آلکیله شده در صنعت تایر سازی
دو نوع رزین فنولیک، نووالاک و رزول بر پایه مشتقات فنول که دارای گروههای ترشیو بوتیل یا ترشیو اکتیل روی حلقه فنولی هستند در ساخت تایر خودرو کاربرد دارند. این رزینها برای دستیابی به برخی خواص ویژه در صنعت تایر سازی استفاده می-شوند که از نظر عملکرد در تولید تایر خودرو به دو دسته تقسیم بندی می شوند:
1. رزین ولکانیزاسیون یا پخت (Vulcanization Resin) که با پیوندهای غیراشباع در ساختار لاستیک واکنش داده و موجب شبکه ای شدن آن می شود.
2. رزین چسبناک کننده (Tackifying Resin) که با مواد تشکیل دهنده لاستیک مخلوط شده و در طول فرایند تولید تایر، از نظر شیمیایی بدون تغییر باقی می ماند و چسبندگی مورد نیاز لایه های مختلف به یکدیگر را تامین می کند.
در ادامه توضیحات بیشتری از عملکرد این دو نوع رزین ارائه می شود:
1. رزین ولکانیزاسیون یا پخت Vulcanization Resin
آمیزه های لاستیکی در حالت خام دارای زنجیرهای پیوسته و طولانی بوده و هیچگونه پیوند عرضی بین زنجیرها وجود ندارد و به همین دلیل بعد از اینکه به شکل محصول در می آیند، قابلیت حفظ شکل دائمی خود را ندارند. این نقیصه در سال ۱۸۳۹ با کشف فرایند پخت لاستیک توسط گودیر (Goodyear) برطرف شد. زنجیرهای لاستیک خام در اثر واکنش شیمیایی با عوامل پخت، دارای پیوند عرضی شده و در نتیجه از حالت دو بعدی به یک شبکه سه بعدی تبدیل می شوند که محصول، قابلیت حفظ شکل دائمی را دارا بوده و علاوه بر آن خواص محصول را به طور چشمگیری افزایش و بهبود می بخشند. پخت یا ولکانیزاسیون لاستیک، واکنشی در نقاط غیر اشباع در ساختار لاستیک یا الاستومر و ایجاد اتصال عرضی در آن است. فرایند ولکانیزاسیون با تشکیل اتصال بین زنجیرهای بلند پلیمری، نرمی لاستیک را کاهش داده و الاستیسیته را در آن افزایش می-دهد. با پخت رزین، مقاومت سایشی و مقاومت کششی و مقاومت شیمیایی در لاستیک افزایش می یابد.
رایج ترین روش پخت یا ولکانیزاسیون، استفاده از گوگرد است که روشی قدیمی و ارزان است که ساختار شبکه ای سه بعدی، با تشکیل پیوند گوگردی بین زنجیرهای پلیمری بوجود می آید. از پراکسیدها نیز به عنوان عامل شبکه ای کننده لاستیکها استفاده شده است. روش پخت پراکسیدی به دلیل داشتن مکانیسم رادیکالی، محدودیتهایی دارد. به عنوان مثال برخی از لاستیک ها مانند لاستیک بوتیل را نمیتوان به روش پراکسیدی به طور کامل پخت کرد. از طرفی اجزای رادیکالی تشکیل شده از تجزیه آغازگر پراکسیدی، برای سلامت اپراتورهای تولید، بسیار مضر هستند. روشی دیگر که امروزه کاربرد بیشتری پیدا کرده است استفاده ار رزین فنولیک رزول آلکیله شده برای پخت لاستیک است. ساختار شیمیایی رزین فنولیک رزول آلکیله شده در شکل 1 آمده است.
شکل 1- ساختار شیمیایی رزین فنولیک رزول آلکیله شده
رزین فنولیک نوع رزول برای ایجاد شبکه عرضی داخل لاستیک استفاده میشود. این رزین در مرحله پخت لاستیک در قالب مربوطه، موجب شبکه ای شدن تایر می شود. این نوع رزین فنولیک معمولا دو عاملی است و در طول فرایند پخت از هر دو انتها با مولکولهای الاستومر واکنش میدهد و پلهایی بین آنها تشکیل می شود. مکانیزم عمومی پخت رزین در شکل 2 آمده است.
شکل 2- واکنش پخت رزین فنولیک رزول با بخشهای غیراشباع
- الاستومر
استفاده از رزین فنولیک به عنوان عامل ولکانیزاسیون یا پخت، مزایایی نسبت به تکنیک های دیگر دارد. به عنوان مثال استفاده از گوگرد سبب تشکیل پیوند های کربن- گوگرد می شود در حالیکه استفاده از رزین فنولیک سبب تشکیل پیوند های کربن-کربن می شود. پیوند کربن-گوگرد در صورت افزایش رطوبت به ویژه در دماهای بالا، بیشتر از پیوند کربن-کربن در معرض هیدرولیز قرار می گیرد.
یکی از کاربرد های رزین فنولیک رزول آلکیل دار در صنعت تایرسازی، استفاده از این رزین در تولید بلادر (bladder) است. بلادر یک قطعه لاستیکی است که با ترکیب درصد مشخص از مواد اولیه ای شامل لاستیک ایزوپرن، لاستیک ایزوبوتیل، دوده و رزین فنولیک ساخته می شود. در فرایند ساخت تایر، زمانی که لایه های متفاوت تایر، به طور کامل چیده شدند و تایر مونتاژ شد، آن را داخل قالب قرار می دهند، و بلادر در این مرحله برای پرس و پخت تایر استفاده می شود. بخار با فشار زیاد وارد قالب می شود و گرمای بخار واکنش پخت را شروع می کند. پخت تایر با بلادر یک فناوری رایج است که در بیشتر نقاط جهان از آن استفاده می شود.
2. رزین چسبناک کننده Tackifying Resin
تایر اتومبیل شامل چندین لایه لاستیکی مختلف است که از نظر ترکیب مواد تشکیل دهنده، با یکدیگر متفاوت هستند و خواص متفاوتی دارند. لازم است حین ساخت تایر، این لایه های مختلف توسط یک رزین بصورت فیزیکی به یکدیگر بچسبند تا تایر خودرو مونتاژ شده و شکل دهی شود. شکل دهی به معنی فرم دادن یا شکل گیری تدریجی یک آمیزه لاستیکی است. رزین فنولیک نوع نووالاک نقش چسبناک کننده (Tackifier) را دارد و در حین ساخت لایه های لاستیکی مختلف تایر، به آنها اضافه شده و کاملا با آن مخلوط و آمیزه لاستیکی تولید میشود. به دلیل وجود رزین فنولیک نوع نووالاک، آمیزه تولید شده، حالت چسبناک دارد، لذا رزین فنولیک نووالاک به همبستگی لایه های لاستیک به یکدیگر برای شکل دهی و تشکیل تایر کمک می کند. در نهایت طی فرایند ولکانیزاسیون، بین لایه های مختلف تایر، پیوند شیمیایی دائمی تشکیل می شود و تایر شکل نهایی به خود می گیرد.
در گذشته از روشهای متفاوتی برای چسباندن لایه های مختلف تایر به یکدیگر استفاده می شد. مثلاً، لاستیک طبیعی (Natural rubber) حاوی ناخالصی های صمغی است که در تولید تایر سبب چسبیدن فیزیکی لایه های مختلف تایر می شود. این نوع از لاستیک طبیعی به ترکیبات Tackifying نیاز ندارد. الاستومرهای مصنوعی، این ناخالصی های صمغی را ندارند، پس نیاز به اضافه کردن این ترکیبات را دارند. افزایش استفاده از الاستومرهای مصنوعی نیاز به استفاده از ترکیبات Tackifying را افزایش داده است.
- ترکیبات دیگر
در کنار رزینهای فنولیک ترکیبات دیگری نیز به عنوان Tackifying استفاده می شوند، مانند رزین کومارون ایندین، رزینهای هیدروکربنی و گام روزین. این ترکیبات سبب تشکیل گره خوردگی در زنجیر پلیمر و افزایش نیروی واندروالسی می شوند. استفاده از رزین فنولیک به دلیل تشکیل پیوندهای هیدروژنی سبب عملکرد بهتر می شود. لذا توانایی منحصر به فرد رزینهای فنولیک در ایجاد پیوندهای هیدروژنی متعدد در مقایسه با انواع دیگر رزینهای مورد استفاده، موجب می شود که با مصرف رزین چسبنده کمتر، به سطح چسبندگی مورد نیاز، دستیابی پیدا کرد. نکته حائز اهمیت در استفاده از رزین فنولیک در مقایسه با دیگر رزینها این است که تایرهای ساخته شده با رزین فنولیک خیلی کمتر تحت تاثیر عوامل محیطی و اثرات گذشت زمان قرار می گیرند.
به طور معمول گروه آلکیل روی حلقه فنول، ترشیری اکتیل است اما ترشیری بوتیل هم استفاده می شود. استخلاف اکتیل به دلیل اینکه در ترکیب با لاستیک مقاومت به سوخته شدن بیشتری دارد، ترجیح داده می شود. از آنجایی که گروههای آلیفاتیک با الاستومر سازگاری بیشتری دارند و گروههای آروماتیک با آن سازگار نیستند، گروه های آروماتیک به سطح الاستومر مهاجرت کرده و پیوندهای هیدروژنی را تشکیل می دهند.
در کشورهای درحال توسعه همچنان از انواع دیگر رزین چسبناک کننده Tackifying در تایرسازی استفاده می شود. استفاده از رزین فنولیک آلکیل دار از نوع نووالاک به عنوان رزین چسبناک کننده، یک فناوری غالب در تایرسازی است.
