Epoxy Chemistry
อีพอกซี (Epoxy) ที่ใช้ในอุตสาหกรรมสารเคลือบผิวนิยมใช้ Epoxy resin โดยเฉพาะในงานการเคลือบพื้นผิวงานพื้น (Epoxy Flooring) จัดเป็นพอลิอีเทอร์ แต่เนื่องจากมีหมู่อีพอกไซด์อยู่ในสายโซ่โมเลกุลจึงเรียก อีพอกซี และเป็นพอลิเมอร์ประเภทเทอร์โมเซต มีโครงสร้างเป็นโครงร่างตาข่ายอีพอกซีถูกเตรียมมาใช้ตั้งแต่ปี 1943 ทั้งในรูปกาวและสารเคลือบผิว ราคาค่อนข้างแพง ปัจจุบันนิยมเตรียมจากปฏิกิริยาของ 2,2-bis(4-hydroxyphenyl) propane (Bisphenol A) กับ Epichlohydrin
การสังเคราะห์ (Epoxy pre-polymerization)
การเตรียมอีพอกซีเรซินทำได้โดยใช้ ปริมาณ Epichlohydrin ที่มากเกินพอทำปฏิกิริยากับ Bisphenol A จะได้พอลิเมอร์ที่ปลายสายโซ่โมเลกุลเป็นหมู่อีพอกไซด์ ใข้ความร้อนประมาณ 60 oC พอลิเมอร์ที่ได้มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำประมาณ 900-3,000 เป็นอีพอกซีเรซินชนิดเหลว ปกติจะเตรียมในสภาวะที่เป็นด่างโดยการใช้โซเดียมไฮดรอกไซด์ อีพอกซีชนิดเหลวนี้ใช้เป็นกาว ปรกติถ้าต้องการชนิดแข็งต้องใช้ Bisphenol A มากขึ้น ทำให้โมเลกุลไกล้เคียงกับ Epichlohydrin ใช้ความร้อนมากขึ้นประมาณ 100 oC ในสภาวะที่เป็นด่างเช่นกัน อีพอกซีที่ได้จะมีโมเลกุลสูงขึ้น
Fig. 1 Epoxy pre-polymerization by reagent bisphenol A and Epichlorhydrin
คุณสมบัติและการนำไปใช้ประโยชน์
อีพอกซีเรซินที่เตรียมได้ไม่สามารถนำไปให้เกิดการเชื่อมโยงได้ แม้จะใช้อุณหภูมิสูงถึง 200 oC ดังนั้นเวเลานำไปใช้งานต้องใส่ตัวช่วยเชื่อมโยงลงไปด้วย ซึ่งอาจจะเป็นจำพวก tertiary amines เช่น benzyldimethylamine, triethanolamine, พวก polyfunctional amines เช่น diethylenetriamines, triethylenetetramine, พวกกรดแอนไฮไดรด์ม ฟธอลิกแอนไฮไดรด์ม pyromellitic dianhydride เป็นต้น
ตัวอย่างการเกิดปฏิกิริยาการเชื่อมโยง กรณีที่ใช้ dianhydride จะเกิดการเชื่อมโยงผ่านหมู่อีพอกไซด์ที่ปลายโมเลกุล หรือหมู่ไฮดรอกซิล ดังนี้
Fig. 2 Epoxy polymerization by reagent dianhydride and Epoxy resin
กรณีที่ใช้ Polyfunctional Amine เป็นตัวเชื่อมโยง จะเกิดการเชื่อมโยงโดยเปิดหมู่อีพอกไซด์ก่อน
Fig. 3 Epoxy polymerization by reagent diethyldiamine and Epoxy resin
พอลิเมอร์ที่เกิดการเชื่อมโยงเป็นโครงร่างตาข่ายแล้ว จะมีคุณสมบัติแข็งแต่ยืดหยุ่นและน่าสัมผัส การอธิบายความสัมพันธ์ของสมบัติกับโครงสร้างค่อนข้างยุ่งยากเพราะโครงสร้างซับซ้อน แต่การใช้แอนไฮไดรด์เป็นตัวเชื่อมโยงจะทำให้ทนความร้อนได้ถึง 200 oC สมบัติการเป็นฉนวนไฟฟ้าดีมาก สมบัติด้านการทนกรดทนด่างได้ดี ถ้าการใช้ Polyfunctional Amine หรือ Polyfunctional Amide จะใช้ในงานการเคลือบพื้น (Epoxy Floor Coating) เพราะมีคุณสมบัติยึดหยุ่นดี ทนต่อกรด-ด่าง มีความทนทานต่อสารละลายอินทรีย์ (Solvent) ทนทานต่อสารเคมีและน้ำมันได้ดี นอกจากนี้อีพอกซีเรซินใช้ทั้งงานพลาสติกหล่อ ทำโฟมก็ได้ แต่ที่ใช้มากที่สุดคือใช้เป็นกาว ติดวัสดุต่างๆได้ดีมาก