เรซิ่น

เรซิ่น….คืออะไร??         

เรซิ่น…มีกี่ประเภท แต่ละประเภทต่างกันอย่างไร ???

          เรซิ่นที่มีขายอยู่ในประเทศไทยตอนนี้ก็มีอยู่หลายประเภทซึ่งทั้งหมดก็อยู่ในตระกูลโพลีเอสเตอร์ไม่อิ่มตัวทั้งนั้น (Unsaturated Polyester Resin) พูดง่ายๆ มันก็คือพลาสติกชนิดหนึ่งที่ต่างจากพลาสติกทั่วไปที่มาเป็นเม็ดๆ แล้วเอามาหลอมเข้าโมลด์ออกมาเป็น ถุง เป็นถังขยะ เป็นเก้าอี้ที่เราใช้กันอยู่ทุกวัน  แต่เรซิ่นเป็นพลาสติกเหลว  โดยถ้ามันแข็งตัวเป็นพลาสติกแข็งๆแล้วเราจะทำให้มันเหลวเพื่อขึ้นรูปใหม่แบบพลาสติกทั่วไปไม่ได้อีก  ทางวิชาการเลยจะเรียกเรซิ่นว่าเป็นพลาสติกแบบ thermoset และเรียกพลาสติกทั่วๆไปว่า  thermoplastic

ประเภทของเรซิ่น

1. เกรด ออโธ หรือ Orthophthalic เป็นเรซิ่นหลักที่ใช้กันอยู่ทั่วๆ ไป ทั้งใช้ในการหล่อธรรมดา  หล่อใส  เคลือบรูป ถังน้ำ ถังบำบัด กันชนรถ หลังคาแผ่นใส  ทำได้หมด  สารพัดรูปแบบ  ไม่ว่าจะขึ้นรูปด้วยมือทา (hand lay up)  ใช้เครื่องพ่น (spray up) ใช้เครื่องพัน (filament winding)  หรือแวคคั่ม (infusion) ก็ได้ทั้งนั้น  มีอยู่หลายเกรด หลายเบอร์ในตลาด  ถ้าต้องการแบบมีใบ cer  ของ Lloyd’s ไว้ใช้ทำเรือ หรือแบบมีใบ cer ของ UL ไว้ทำถังน้ำมันใต้ดินก็จะมีราคาสูงขึ้นตามลำดับ 
   
   
2. เกรด ไอโซ หรือ isophthalic คุณสมบัติทนกรดด่างมากกว่า  นิยมใช้ในงานเคลือบถัง หรือเคลือบพื้น ที่ต้องทนการกัดกร่อน และยังนิยมเอามาทำแม่แบบไฟเบอร์กลาสให้มีความทนทาน มากขึ้น
   
   
3. เกรดไวนิล หรือ vinyl-ester resin เป็นเรซิ่นที่ทนกรดและด่างที่มีความเข็มข้นและกัดกร่อนสูงที่สุดในกลุ่มเรซิ่น และมีความแข็งแรงสูงกว่าทั้ง เกรด ออโธ และเกรด ไอโซ ด้วย  แน่นอนว่าที่ราคาสูงกว่า  นิยมนำไปทำถัง ท่อ เคลือบพื้น เคลือบบ่อ ที่ต้องทนการกัดกร่อนสูง และยังนิยมนำไปทำแม่แบบไฟเบอร์กลาสเพื่อความทนทานในการใช้งานเช่นเดียวกัน 
   
   
4. เกรดอีพ็อกซี่ หรือ epoxy resin ซึ่งเป็นเกรดที่มีความหลากหลายของการใช้งาน และสูตรของการใช้ต่างๆ กันไปมากมาย ตั้งแต่ เน้นเรื่องความใสเช่นงานฝากระโปรงคาร์บอน งานเคลือบสติกเกอร์ เรื่องความแข็งแรงที่ใช้ในงานไฟเบอร์กลาสในส่วนที่รับแรงสูงๆ เช่นท่อความดัน ถังแก๊ส   ไปจนถึงเน้นเรื่องแรงยึดเหนี่ยว สำหรับทำกาว  ถือเป็นเรซิ่นที่มีความแข็งแรงสูงสุด  แต่ก็ยังด้อยกว่าเกรด ไวนิลในแง่การทนการกัดกร่อน

เรซิ่น VS ตัวช่วยเร่ง VS ตัวม่วง

          จากตรงนี้ไปจะวิชาการสักหน่อย ไม่ชอบก็อ่านแบบข้ามๆนะครับ ทั้งนี้จะเน้นไปที่เรซิ่น orthophthalic และ isophthalic ที่ใช้กันอยู่ทั่วไป  โครงสร้างทางเคมีของเรซิ่นจะประกอบไปด้วยกลุ่มเอสเตอร์ ( RCOOR′) หลายๆกลุ่มตามชื่อว่า โพลี นั่นเอง ให้ดูตามรูปข้างล่างจะเห็นกลุ่มเอสเตอร์ที่แสดงอยู่ในสี่เหลี่ยมโดยเชื่อมกันอยู่ด้วย reactive sites c=c

          เรซิ่นทั่วไปเราจะเห็นเป็นของเหลวที่มีความหนืด มีสีจางๆ ซึ่งจริงๆก็คือโพลีเอสเตอร์เรซิ่นตามภาพโครงสร้างโมเลกุลด้านบนที่ละลายอยู่ในสไตรีนโมโนเมอร์ (Styrene Monomer) อีกที

          โดยสไตรีนโมโนเมอร์นั้นนอกจากจะช่วยลดความหนืดของเรซิ่นอย่างที่เราคุ้นเคยแล้วมันยังมีหน้าที่หลักในการเชื่อมกลุ่มเอสเตอร์ เข้าด้วยกันใน กระบวนการเชื่อมโครงสร้างโมเลกุลเพื่อการแข็งตัวของเรซิ่นอีกด้วย เราเรียกว่ากระบวนการนี้ว่า polymerization  กระบวนการนี้สามารถเกิดขึ้นได้เองที่อุณหภูมิห้อง โดยจะเกิดขึ้นอย่างช้าๆ  ทำให้เมื่อนานไปเรซิ่นจะเปลี่ยนจากของเหลวหนืดเป็นวุ้นๆ ได้เอง นั่นคือเรซิ่นมีอายุการเก็บที่จำกัด
(ผู้ผลิตมักจะแนะนำว่าไม่เกินสามเดือน หกเดือน) กระบวนการแข็งตัวตามธรรมชาตินี้จะช้ามากๆ  โดยเรซิ่นจะกลายจากของเหลวหนืดๆ เป็นวุ้นๆ ก้อนๆ ทีละเล็กละน้อย กว่าจะแข็งตัวหมดใช้เวลาเป็นปีทีเดียว  ดังนั้นในการนำเรซิ่นไปผลิตเป็นชิ้นงานเราต้องใช้สารเคมีตัวอื่นเข้ามาเร่งกระบวนการแข็งตัว คือ

1. ตัวเร่งปฎิกิริยา catalyst 
2. ตัวช่วยเร่งปฏิกิริยา cobalt
   
   

          โดยผู้ผลิตเรซิ่นมักจะผสมโคบอล์ทมาในเรซิ่นเวอร์ชั่นใหม่ๆ เพื่อความสะดวกและความปลอดภัยในการใช้งาน ผู้ใช้เพียงแค่ผสมตัวเร่งปฎิกิริยาตอนจะใช้งานเรซิ่นเพียงอย่างเดียวเท่านั้น  ส่วนผสมของตัวเร่งปฏิกิริยานั้นใช้น้อยมากเพียง 2-3% ก็พอที่จะทำให้เรซิ่นทั้งหมดเริ่มเป็นวุ้นภายในเวลาประมาณ 10-20 นาที และจะแข็งตัวจนเป็นของแข็งภายในเวลา 2-3 ชั่วโมงเท่านั้น โดยตัวเร่งปฎิกิริยาเองไม่ได้มีส่วนในการเชื่อมโครงสร้างโมเลกุลของโพลีเอสเตอร์เรซิ่นแต่จะไปช่วยให้กระบวนการเชื่อมโครงสร้างโมเลกุล เกิดขึ้นได้รวดเร็วเท่านั้นเอง 

          ถ้าจะเขียนเป็นภาพคร่าวๆให้เข้าใจกระบวนการแข็งตัวของเรซิ่นได้ง่ายขึ้นก็จะเป็นดังภาพด้านล่าง โดยเราให้ A แทนกลุ่มเอสเตอร์ และ B แทน reactive site c*=c* เป็นสายโซ่โมเลกุลของโพลีเอสเตอร์ที่ยังไม่แข็งตัว

          เมื่อเติมตัวเร่งปฎิกิริยาเข้าไปในเรซิ่น  สไตรีนโมโนเมอร์ S ก็จะเข้ามาเป็นตัวเชื่อมสายโซ่โมเลกุลยาวๆ หลายๆ สายเหล่านี้ให้เป็นโครงตาข่าย 3 มิติ 
นั่นก็คือการที่เราเห็นเรซิ่นค่อยๆแข็งตัวเป็นเนื้อเจลจวบจนเมื่อการเชื่อมโครงข่ายโมเลกุลสมบูรณ์ เรซิ่นก็จะกลายเป็นของแข็งที่มีความแข็งแรงสูงดังภาพ

          แต่เป็นที่น่าเสียดายว่าปฏิกิริยานี้ไม่สามารถย้อนกลับได้  ทำให้เรซิ่นที่แข็งตัวแล้วไม่สามารถทำให้เหลวแล้วนำกลับมาใช้ใหม่ได้เหมือนพลาสติกทั่วไป  
อีกประการจะสังเกตได้ว่าโครงสร้างโมเลกุลสายยาวของเรซิ่นที่เชื่อมกันในลักษณะขนานกันแบบนี้ทำให้เรซิ่นมีความแข็งแต่เปราะและนั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมถึงต้องผสมใยแก้วเข้าไปเสริมความแข็งแรงให้เรซิ่น ซึ่งก็เปรียบเหมือนการนำเหล็กเส้นเข้าไปช่วยเสริมความแข็งแรงของปูนซีเมนท์ที่มีความแข็งแต่เปราะนั่นเอง
 
          ส่วนการนำเรซิ่นไปใช้นั้น สามารถนำสารเติมเต็ม additive หลากหลายอย่างเข้ามาผสมเพื่อให้คุณสมบัติของเรซิ่นเหมาะสมในการใช้งานแบบต่างๆ ยกตัวอย่างเช่น ผง แคลเซียม คาร์บอเนต เพื่อช่วยเพิ่มเนื้อ (ลดต้นทุนการผลิต) และช่วยให้ชิ้นงานมีความแกร่งมากขึ้น ผงเบา thixotropic ที่ช่วยลดการไหลของเรซิ่นสำหรับการทำงานแนวตั้ง   สีสำหรับผสมเรซิ่น  สารป้องกันการลามไฟ สารลดกลิ่น  สารป้องกันรังสียูวี  เป็นต้น   การผสมสารเติมแต่งเรซิ่นจะต้องมั่นใจว่าผสมได้เป็นเนื้อเดียวกันดี ฟองอากาศต้องให้มีน้อยที่สุด  เพราะสิ่งเหล่านี้จะมีผลต่อความแข็งแรงของชิ้นงานที่จะออกมา  ส่วนผสมนี่ถือเป็นส่วนสำคัญที่สุดก็ว่าได้  เช่นตัวเร่งปฎิกิริยาที่เกินกำหนดแม้จะทำให้ชิ้นงานแห้งเร็ว แต่ก็อาจทำให้ทำงานไม่ทันเรซิ่นก็เริ่มเป็นเจลต้องเททิ้ง และยังทำให้ชิ้นงานเปราะได้ หรือผงแคลเซียมคาร์บอเนตถ้าใส่มากเกินไปก็จะไปมีผลกระทบต่อทั้งเวลาในการแข็งตัวและความแข็งแรงของชิ้นงานเช่นกัน