رزین های فنولیک در چند لایه ای ها، مواد قالبگیری، پوشش ها، چسب ها، اتصال دهنده چوب و الیاف، اسفنج ها و فوم ها، الیاف، مواد ساینده، کاغذهای کپی بدون کربن، کره های توخالی، عایق کاری و قطعات خودرو استفاده می شود.

مزایای رزین های فنولیک شامل مقاومت شیمیایی خوب، عایق الکتریکی عالی، خواص مکانیکی مطلوب و قیمت پایین است. در محصولات کامپوزیتی هرگاه به ایمنی در برابر آتش و مقاومت در برابر دماهای بالا نیاز باشد، پلیمر انتخابی، فنولیک است. این رزین ها معایبی نیز دارند که شامل مقاومت ضربه ای کم یا شکنندگی رزین خالص، رنگ تیره محصولات فنولی، جمع شدگی زیاد به هنگام پخت و نیاز به دما و فشار بالا برای پخت است.
یکی دیگر از مشکلات این رزین ها، عمر نگهداری کم (مخلوط رزین و کاتالیست) و مشکل بودن کنترل واکنش های آنهاست. کامپوزیت های فنولیک معمولا با استفاده از رزین های رزول تولید می شوند که با افزودن کاتالیست های اسید قوی یا پرس گرم، پلیمر می شوند. به هنگام اختلاط اسید قوی با رزول، واکنش های گرمازای خطرناکی ایجاد می شود و در نتیجه سرعت بالای واکنش، فرآیندسازی آنها را غیر ممکن می کند. بنابراین اغلب باید رزین و کاتالیست را بلافاصله قبل از استفاده با هم مخلوط کرد. این موضوع، استفاده از این رزین ها را به کاربردهایی که در آنها کامپاندسازی نزدیک عملیات تولید است محدود می کند زیرا حمل و نقل و ذخیره سازی مشکل است.
برای حل این مشکل، Graham Murray مدیر فناوری شرکت BAC2 استفاده از یک کاتالیست اسیدی Latent را پیشنهاد می کند تا واکنش شیمیایی پلیمر کنترل شود.
کاتالیست های اسیدی Latent معمولا محصولات نمکی پایدار حاصل از یک اسید و یک باز هستند. با گرم کردن نمک تا تخریب آن، اسید آزاد شده و کاتالیست فعال می شود. اکثر نمک های کاتالیست Latent متداول مانند آمونیوم سولفات یا آمونیوم کلراید برای فعال شدن، به دمای بسیار بالا نیاز دارند. همچنین کاتالیست های اسید Latent که از آمین های بازی نوع اول و دوم ضعیف تر تولید می شوند به علت عدم ترکیب با اسیدهای قوی جهت ایجاد نمک پایداری که از فعالیت زود هنگام کاتالیست چند ساعت قبل از استفاده در دمای محیط جلوگیری کند، مناسب نیستند.
شیمیدان های صنعتی سال ها در جستجوی کاتالیست اسید Latent کارآمدی بوده اند تا واکنش پلیمریزاسیون را تا مدت زمان قابل توجهی به تاخیر اندازند و سپس در دمای معینی فعال شوند. شرکت انگلیسی Bac2 تولید کننده کامپوزیت های رسانای بر پایه رزین های فنولیک رسانای یونی یا الکترونی برای کاربردهای الکترو شیمیایی با نام تجاری ElectroPhen، سیستم اسید Latent جدیدی را توسعه داده اند. آنها از این کاتالیست در تولید صفحات کامپوزیت فنولیک دو قطبی برای اجزای پیل سوختی استفاده می کنند.
مخشصه ویژه این خانواده از کاتالیست های Latent با اختصاری CSR، استفاده از هیدروکسیل آمین به عنوان باز به همراه یک اسید قوی جهت تولید ترکیبی پایدار است. جزء هیدروکسیل آمین در دماهای بالاتر از °C 117 تخریب می شوند و گاز آمونیاک، اکسید نیتروژن و بخار آب تولید می کند. به این شکل، اسید آزاد شده و می تواند فعالیت کاتالیستی خود را آغاز کند. معادله زیر واکنش تخریب هیدروکسیل آمین در دمای °C117 را نشان می دهد.

هیدروکسیل آمین به شکل بلور، ناپایدار است و در دمای محیط در حضور ناخالصی های فلزی می تواند به شدت تخریب شود و با حرارت دهی و رسیدن به دمای °C 117 طی واکنشی گرمازا تخریب شود. ولی به شکل ترکیب، محلول هیدروکسیل آمین اسید در دمای محیط پایدار است و بالاتر از دمای ۰C 117 تخریب می شود تخریب هیدروکسیل آمین منجر به رها شدن اسید و شروع پلیمریزاسیون می شود و نسبت به تخریب نمک حاصل از واکنش اسید- باز این مزیت را دارد که کاتالیست پایدارتری است و نسبت به سایر اسیدهای Latent دمای فعالسازی کمتری دارد.

کاربرد این سیستم کاتالیست در تولید صفحات کامپوزیتی دو قطبی شرکت Bac2 برای پیل های سوختی است و مزیت بسیاری دارد. در قالبگیری فشاری این صفحات کامپوزیت دو قطبی، مشکل عمر مخلوط (mix Life) مسئله ای رایج است. به محض مخلوط کردن کامپوزیت رزین فنولیک – گرافیت با یک اسید قوی، واکنش آغاز می شود و خواص قالبگیری طی چند دقیقه تعیین می شود. در صورتی که از کاتالیست فعال استفاده شود، با افزایش عمر مخلوط یعنی افزایش زمان پس از اختلاط، به دلیل کاهش خواص جریانی مخلوط، قطعه حاصل از قالبگیری ضخیم تر و سنگین تر شده و رسانای آن کاهش می یابد. جدول شماره ۳ اثر عمر اختلاط را بر ضخامت، وزن و هدایت الکتریکی کامپوزیت گرافیت قالبگیری شده به روش فشار نشان می دهد.

توسعه کاتالیست های اسید Latent امکان تهیه فرمولاسیون های پیش مخلوط پایدار را فراهم کرده است. به این وسیله می توان مخلوط را تا ۶ ماه در دمای اتاق نگهداری کرد و پس از قالبگیری فشاری، صفحه ای با همان ابعاد و خواص قالبگیری پس از ۲۴ ساعت نگهداری به دست آورد. ( جدول ۴).

هم اکنون شرکت Bac2 استفاده از کاتالیست های CSR را برای کامپوزیت های فنولیک و سایر پلیمرهای ترموست کاتالیز شونده با اسید مانند فوران و آمینو پلاست ها گسترش داده است. به این وسیله فرمولاسیون مخلوط های BMC فنولیک پس از دو ماه ذخیره سازی، قالبگیری فشاری می شوند. پیش آغشته های فوران و فنولیک، ترکیبات قالبگیری صفحه ای (SMC)، پالتروژن RTM و چسب ها نیز در حال توسعه هستند.
همچنین به دلیل حساسیت زیاد سیستم های رزینی به PH، شرکت Bac2 نوعی کاتالیست دوتایی را پیشنهاد می کند که از مخلوط کاتالیست ها حاصل شده و برای تنظیم فعالیت سیستم های رزینی استفاده می شود. در این محصول، کاتالیست های CSR20 و CSR100 با هم ترکیب شده اند. CSR20 امکان استفاده از مقادیر کمتر کاتالیست و پخت سریع را فراهم می کند و CSR100 عمر pot life و سرعت پخت را در دمای بالای °C 120 افزایش می دهد. بنابراین با استفاده از مخلوط مناسبی از دو کاتالیست می توان عمر قفسه و سرعت پخت مخلوط های پیش پلیمری را به دقت کنترل کرد.

مراجع:

۱٫ S. H. Goodman, Handbook of thermoset plastics,
pp 23-70, 2nd ed., Noyes publication, state of
America, 1998
۲٫ A. Pilato, Phenolic Resins, springer verlag, 1985
۳٫daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php,1385
۴٫www.dowell.com.hk/whatisphenolic.htm, 2000
۵٫www.plenco.com/phenolicresins.html, 2000
۶٫J. A. Brydson, Plastic Materials, pp 63-648, 7th
ed., Polytechnic of North London, 1999
۷٫ J.P. Critchley, G.J. Knight, W.W. Wright, Heat-
Resistant Polymers, Springer Science + Business
Media, LLC, 2d edition, NewYork, 1986
۸٫ G. Marray, Latent acid catalysts for process
control of phenolics, Jec composites magazine, No.
۶۱, pp 57-58, 2010.