ملات فوران ( رزین فوران )

ماهیت رزین فوران چیست ؟

رزین فوران یک پلیمر است که در ساختار آن، حلقه فوران غیراشباع هتروسیکلیک وجود دارد. مواد فوران از پوست جو دوسر، ذرت یا سایر مواد گیاهی از طریق تبدیل پنتوسان ها به فورفورال (فورفوریل آلدهید)، مشتق می شوند.

از مواد فوران نیز برای ساخت فورفوریل الکل استفاده می شود. فورفوریل الکل، مونومری است که اکثر رزین های فوران از این الکل ساخته شده است. اکثر ملات های فوران و دوغاب های موجود در بازار، از نوع پلیمرهای فورفوریل الکل تغییر نیافته یا پلیمر فورفوریل الکل اصلاح شده آلدهیدی هستند.

رزین الکل فورفوریل سخت نشده، یک مایع چسبنده قرمز است که در حلال های آلی مثل استون، الکل، اتر و غیره حل می شود اما در بنزن، نامحلول است. این رزین با بسیاری از پلاستی سایزرها (نرم کننده یا روان کننده ها)، رزین های ترموستیک، ترموست، لاستیک و غیره به خوبی مخلوط می شود. این رزین پس از سخت شدن، به یک پلیمر جامد نامحلول تبدیل می شود. به اسید و باز معمولی مقاوم است ولی نسبت به اسیدهای اکسیداتیو قوی مثل اسید نیتریک، اسید کرومیک و غیره مقاوم نیستند. درمقابل آب، فرسایش حلال آلی و دمای بالا، مقاوم هستند.

رزین الکل فورفوریل و مواد متخلخل مثل سرامیک ها، گرافیت ها، آزبست ها، چوب و سایر چسبنده های خوب پرشده با این مواد را می توان به پلاستیک پرشده از الکل فورفوریل و همچنین به ملات ها و پوشش های ضدخوردگی تبدیل کرد. قدرت کششی رزین سخت شده در دمای اتاق MPa 68/10 است. قدرت چسبندگی این رزین به چوب و استیل به ترتیب MPa 57/6 و MPa 38/1 است.

دمای استفاده از پوشش رزین الکل فورفوریل 60 درجه سانتی گراد، دمای استفاده از آستر تقویت شده با فایبر گلاس حدود 120 درجه سانتی گراد، و حداکثر دمای پلاستیک تقویت شده با فایبرگلاس 175 درجه سانتی گراد است. دمای استفاده از سیمان رزینی حدود 170 درجه سانتی گراد است. بزرگ ترین ضعف رزین الکل فورفوریل، شکنندگی، چسبندگی ضعیف به سطح ماده نرم غیرمتخلخل و انقباض زیاد است، بنابراین باید با سایر رزین ها اصلاح شود تا سختی و چسبندگی آن افزایش یابد.

روش آماده سازی رزین فوران

اساسا، رزین الکل فورفوریل از طریق متراکم شدن چندگانه الکل فورفوریل تهیه شده از فورفورال در حضور کاتالیست های اسیدی مثل اسید هیدروکلریک، اسید سولفیک، کلراید فریک و امثالهم، به دست می آید. معمولاً در صنعت از محلول آبی الکل فورفوریل 70% به همراه یک کاتالیزور مثل اسید سولفوریک یا اسید هیدروکلریک استفاده می شود.

مقدار pH ماده واکنشی بین 7/1 و 3/2 و دمای حدودا 70 تا 75 درجه تنظیم می شود و در نهایت یک رزین مایع شفاف محلول خطی یا همان پلیمر اولیه به دست می آید. رزین الکل فورفوریل در اسید سولفونیک بنزن به عنوان عامل سخت شدنو در حضور یک اسید قوی در دمای اتاق با تغییر شکل کاتالیزوری حلقه باز فوران به سرعت به پلیمر نامحلول تبدیل می شود.

رزین فوران ، یک ترکیب پلیمری از اجزای ذیل تشکیل شده است:

75% الکل فورفوریل+ 11% فرمالدهید+ 9% اوره + 5% آب

نسبت دو جزء فرمالدهید و اوره بر زمان جامد شدن و دوام مخلوط فوران، اثر می گذارد. درحالی که، الکل فورفوریل بر خواص مقاومت دمایی مخلوط اثر خواهد گذاشت.

چرا باید از ملات ضد اسید فوران استفاده کرد ؟

ملات ضد اسید فوران به چند دلیل بسیار پر طرفدار هستند :

1. ملات فوران ، مقاومت شیمیایی گسترده ای دارند. فوران نسبت به اکثر اسیدها، بازها و حلال ها مقاوم هستند. قبل از ظهور ملات فوران، از ملات های رزین فنولیک، ملات های گوگردی، ملات های سیلیکات سدیم و ملات های لیتارژ استفاده می شد. اگرچه همه این ملات ها نسبت به ویسکوزیته اسیدها مقاوم هستند ولی هیچ کدام به شرایط قلیایی مقاوم نیستند و به استثنای ملات های سیلیکات، سایر ملات ها از لحاظ مقاومت به حلال ها نسبت به فوران ها در درجه پایین تر قرار دارند.
2. ملات فوران را می توان به مایع با ویسکوزیته پایین، پلیمریزه کرد و پلیمریزاسیون را می توان در این مرحله متوقف کرد. بنابراین، رزین های فوران در حالت ذخیره، پایدار هستند و مقدار آن افزایش نمی یابد. پلیمریزاسیون رزین های فنولیک را نمی توان به طور کامل متوقف کرد و ذخیره سازی آن ها در ویسکوزیته گلیسرین افزایش می یابد و نهایتا ناپایدار می شوند. حرارت بالا نیز تداوم این پلیمریزاسیون را افزایش می دهد. در یک پروژه ساختمانی بزرگ در آب و هوای گرم، رزین فنولیک ممکن است قبل از استفاده، به ژل تبدیل شود.
3. رزین های فنولیک در تعدادی از افراد باعث حساسیت پوستی می شود ولی رزین های فوران موجب بروز این نوع مشکلات پوستی نمی شوند.
4. سایر ملات های موجود، ملات های گوگردی و سیلیکات نیز ضررهای عمده دارند.

ملات های گوگردی برای استفاده باید ذوب شوند. برای این کار، به دیگ ها و شعله های بزرگ ذوب نیاز است. علاوه بر این مشکلات، کار با مواد در درجه حرارت 120 سلسیوس نیز برای سازه ها، خطرناک است. ملات های سیلیکات به شرایط خنثی و قلیایی حساس هستند و اگر در معرض آب قرار بگیرند، غیرقابل استفاده می شوند.

همچنین با آب یا بخار داغ نیز به سرعت کیفیت خود را از دست می دهند. این ملات ها هنوز استفاده می شوند و در برخی موارد ویژه، نسبت به ملات ضد اسید فوران برتری دارند. با این حال، فوران ها در اکثر کاربری ها، به عنوان یک ملات رزین استاندارد مورد استفاده قرار می گیرد.

ترکیب ملات ضد اسید فوران

یک رزین فوران از کوپلیمر فورفوریل آلدهید و استونیل استون تشکیل دهنده رزین کتون فورفورال ساخته شده اند، و رزین فوران دیگر از واکنش فورفوریل آلدهید و استالدهید ساخته می شود. این رزین به جای کاتالیست اسیدی مورد نیاز برای اکثر رزین های فوران، با یک کاتالیست قلیایی، سخت شد.

بدین معنی که به طور مستقیم می تواند به مواد قلیایی مثل بتن بچسبد و همچنین بدون استفاده از یک پرایمر، به فلزات حساس به اسید می چسبد. علاوه بر این، در حضور یا تحت شرایط آب، سخت خواهد شد. سایر فوران ها به آبی که از سخت شدن جلوگیری می کند، حساس هستند.

نهایتاً این دو ماده به دلیل دشواری در ساخت یک محصول یکنواخت و به دلیل واکنش های حساسیت زا، از بازار حذف شدند. با استفاده از سورفکتانت ها در رزین مایع، می توان میزان چسبندگی رزین های فوران به آجر را افزایش داد. چندین ماده فوران با چسبندگی بالا در چندسال گذشته روانه بازار شد. چسبندگی این ملات ها به آجر قوی تر از قدرت کششی آجر بود.

این ملات ها اثرات سوء غیر معمول دارند. کاهش سختی ملات و استحکام بالای آن، باعث ترک خوردن آجر می شود. تلاش شد تا از طریق نصب درزهای انبساط الاستومری در فواصل بستر یا کف، مشکل ترک خوردگی را حل کنند اما این ترک ها هنوز ایجاد می شد.

نصب آجر با طراحی خوب هرگز در معرض فشارهای کششی نیست زیرا آجر قدرت کششی بالا ندارد. بنابراین چسبندگی بین آجرها و ملات زیاد مهم نیست، به همین جهت، تعداد ملات فوران با چسبندگی بالا در بازار کاهش یافته است. با گذشت زمان، مواد فوران جدید به بازار عرضه می شود که ادعا می شود نسبت به رزین های فوران موجود، خواص بهتری دارند.

در مورد یکی از این مواد فوران ادعا می شود که انقباض بسیار پایین یا صفر دارد. این ماده چندین سال در بازار بود ولی به دلیل دشواری های تولید آن، از بازار حذف شد. تست های بیشتر نشان داد که ویژگی «عدم انقباض» فقط در دماهای زیر 60 درجه اعمال می شود.

فرمولاسیون رزین فوران

ملات ها و دوغاب های فوران موجود در بازار، دو جزئی هستند. یک جزء فوران مایع است و معمولا در ظروف پنج گالنی بسته بندی می شوند. جزء دوم، پودر حاوی پرکننده و کاتالیزور است که باعث سختی رزین می شوند. این جزء معمولا در یک ظرف استوانه ای فیبری ضد آب یا در کیسه پلاستیکی بسته بندی می شوند.

وزن مایع و پودر در هر بسته، متناسب با نسبت اختلاط پیشنهادی است. مواد ویژه مثل سطوح یکپارچه فوران و بتن های پلی مری اغلب به صورت سه جزء همراه با پرکننده و کاتالیزور به عنوان اجزای جداگانه، بسته بندی می شوند. پرکننده های خنثی استفاده شده در پودر، براساس مقاومت شیمیایی آن¬ها، انتخاب می شوند. رایج ترین پرکننده ها، کربن، سیلیس یا باریت هستند که اغلب از ترکیب کربن و سیلیس استفاده می شود.

پرکننده های سیلیس در برابر قلیایی های قوی یا فلوریدهای اسیدی مقاوم نیستند و از کربن برای این مورد استفاده می شود. پرکننده های کربن، رسانای الکتریکی هستند و بنابراین باید در جاهایی که رسانایی الکترکی نامناسب است مثل فرآیندهای الکترولیتی یا نزدیک به یک پوشش سربی (خوردگی الکترولیتی سرب)، نباید از پرکننده های کربن استفاده کرد. باریت ها در جایی استفاده می شوند که فلوریدهای اسیدی حضور دارند، با این حال باید از رسانایی جلوگیری شود.

در یک پرکننده با طراحی خوب، اندازه ذرات بسیار اهمیت دارد. درجه بندی اندازه ذرات لازم است تا ترکیبی بهینه از خواص خوب در حین استفاده ، انبقاض کم در زمان سخت شدن و خواص فیزیکی خوب پس از سخت شدن، فراهم کند. پرکننده ها در اقتصاد ملات، نقش دارند. آن ها در مقایسه با رزین فوران، ارزان هستند. ملات ها معمولا به نسبت وزنی یک قسمت رزین و دو یا سه قسمت پودر مخلوط شوند. دوغاب ها برای کاشی، با پودر کمتری مخلوط می شوند که معمولا حدود 1% از مایع را پودر تشکیل می دهد.

مقاومت شیمایی و دمایی ملات فوران

رزین های فوران در اکثر غلظت ها، نسبت به اسیدها و قلیایی های معدنی غیراکسیدکننده مقاوم هستند. آن ها در برابر اکثر حلال ها، نمک های اسیدی و اسیدهای آلی مقاوم هستند. فوران ها در معرض حمله اسیدها و قلیایی های اکسید کننده قوی مثل اسید کرومیک نیتریک و اسید سولفوریک بیش از 78%، هیپوکلریت سدیم، کلر مرطوب و دی اکسید کلر، قرار دارند.

رزین های فوران معمولا توسط یک کاتالیزورهای اسیدی، سخت می شوند. به دلیل اینکه کاتالیزورها با واکنشی که انجام می دهند، تغییر نمی کنند، اسید در رزین فوران حین فرآیند و پس از فرآیند سخت شدن، باقی می ماند. اگر ماده فوران روی سوبسترایی اعمال شود که با یک اسید مثل فولاد یا بتن واکنش خواهد، کتالیزور در سطح، خنثی می شود و از سخت شدن جلوگیری می شود و یک چسبندگی قوی صورت نمی گیرد.

برای رسیدن به چسبندگی دلخواه این مواد توسط یک فوران، باید از یک پرایمر بر روی سوبسترا استفاده کرد که از خنثی سازی کتالیزور اسیدی جلوگیری می کند و سطحی را بوجود می آورد و فوران به آن چسبیده می شود.

مزیت مونولیتیک های اپوکسی، پایین بودن انقباض اولیه است، و حاوی آب نیستند که باعث تاخیر در انقباض می شود و با قدرت به سطوح بتنی یا فولادی می چسبند. در نتیجه، مونولیتیک های فوران معمولاً فقط در جاهایی استفاده می شوند که مزیت مقاومت شیمیایی آن ها، نیاز باشد.

کاربردهای ملات و رزین فوران

از رزین فوران می توان برای ساخت لوله های پلاستیکی تقویت شده با فایبرگلاس مقاوم به خوردگی استفاده کرد، همچنین در ساخت دریچه ها، بدنه پمپ ها و محصولات قالب گیری شده، آسترهای ضد خوردگی، سیمان مقاوم به اسید، پوشش های مقاوم به خوردگی و انواع چسب ها کاربرد دارد

هزینه ملات فوران ارزان است به ویژه به عنوان چسب ماهیچه ماسه ریخته گری، اثر عالی دارد و روغن کتان معمولی را ذخیره می کند و می تواند فرآیند ریخته گری را خودکار کند و کیفیت ریخته گری و بهره روی کار را ارتقا دهد. رزین فوران به ویژه برای دستگاه های ماشینی مقیاس بزرگ مثل اتومبیل ها، موتورهای اتومبیل، موتورهای نظامی، موتور احتراق داخلی، موتور دیزل و تولید چرخ خیاطی، مناسب است.

عمدتاً ملات فوران به عنوان چسب، Qiشفاف ، سیمان، محصولات پلاستیک قالب گیری چند لایه و به ویژه برای چسب ماهیچه قالب ماسه، پوشش مقاوم به خوردگی، آسترها، دریچه ها، لوله ها، پمپ ها و غیره و همچین در صنعت هسته ای به عنوان یک ماده رادیواکتیو، کاربرد دارد.

سایر رزین های فوران به صورت تجاری در طول این سال ها استفاده شده است. اولین ملات فوران تجاری موجود، از فورفوریل الکل به عنوان چسب استفاده شد و با یک پرکننده حاوی کاتالیزور مخلوط شد و کل فرآیند پلیمریزاسیون در ملات انجام شد. این پلیمریزاسیون در ملات، هنوز در بتن های پلیمری استفاده می شود.

ملات فوران در صنایع

رزین الکل فورفوریل استفاده شده به عنوان یک چسب برای ماهیچه ماسه ریخته گری، دارای این مشخصه ها است: سرعت ریخته گری بالا، قدرت دمای نرمال پایین و دمای تجزیه بالا؛ براساس میزان کربن ریخته گری های مختلف، رزین هایی با میزان نیتروژن مختلف انتخاب می شود؛ گاز کم، قدرت دمای بالا، انقباض دمایی متعادل، شکنندگی، تمایل منفذ یا رطوب سنجی کم است.

پس از اضافه کردن اوره، رزین الکل فورفوریل با میزان نیتروژن متفاوت را می توان (براساس نیازهای مختلف در ریخته گری فولاد، آهن یا سایر فرآیندهای ریخته گری فلزات غیرآهنی)، تولید کرد.رزین فوران به طور گسترده در ریخته گری فولاد، چدن، آهن گره ای و آلیاژ درجه بالا و همچنین در ماسه ریخته گری در فرآیند ریخته گری فلز غیرآهنی استفاده می شود.

• از رزین فوران که دارای مواد شیمایی مقاوم به خوردگی است می توان برای تهیه سیمان ضد خوردگی استفاده کرد، همچنین به عنوان آستر یا پوششی برای تجهیزات شیمایی یا سایر مواد مقاوم به خوردگی استفاده نمود.
• مقاومت گرمایی کامپوزیت های تقویت شده با فایبرگلاس فوران، بالاتر از مقاومت گرمایی کامپوزیت های تقویت شده با فایبرگلاس های فنولیک معمولی است و بنابراین از این کامپوزیت می توان به مدت طولانی و در دمای حدود 150 درجه سانتی گراد استفاده کرد.

عمدتاً رزین های فوران در صنعت ریخته گری به عنوان چسب های ماسه برای قالب ها و ماهیچه های ریخته گری استفاده می شود. رزین های فوران اغلب در ترکیب با سایر رزین ها استفاده می شوند. ملات ضد اسید فوران در برابر خوردگی، مقاومت بالا دارد. بنابران در ملات ها و سیمان ها استفاده می شوند. همچنین خواص مکانیکی رزین های فوران از طریق تقویت کردن با فایبرگلاس ها، بهبود می یابد.

خواص و استفاده از ملات فوران

هزینه ملات فوران براساس میزان نیتروژن و درصد آب در رزین طبقه بندی می شود. بهترین میزان آب در پلاستیک، بیش از 3% است، همچنین بهترین میزان نیتروژن برای چدن، کم تر از 5/2 % و برای ریخته گری فولاد کم تر از 8/0 % است.

آب بیشتر باعث ضعیف شدن عملکرد مخلوط قالب می شود. همچنین باعث افزایش استفاده از پلاستیک و افزایش تولید گاز در فرآیند قالب گیری می شود. برای محدود کردن تولید گاز، باید از یک لایه رنگی برای قالب استفاده می شود تا از ورود گاز به قالب جلوگیری شود.

در نهایت این باعث افزایش هزینه های تولید و سپس افزایش هزینه های ریخته گری می شود. به علاوه، میزان بالای نیتروژن باعث می شود تا سطح متخلخل قالب معیوب به نظر برسد. بنابراین برای ارزیابی کیفیت رزین فوران باید میزان آب و نیتروژن موجود در رزین کنترل شود.