رزین، ماده‌ای اساسا طبیعی برگرفته شده از گیاهان مختلف است. رزین‌ها از گذشته تا به امروز کاربردهای مختلفی داشته اند. با گسترش تکنولوژی، رزین‌های مصنوعی از تنوع بالاتری برخودار شدند. این مقاله قصد داریم با رزین، انواع، خواص، کاربردها و موارد دیگر آشنا شویم.
رزین چیست؟
رزین نوعی متابولیت ثانویه است. متابولیت‌های ثانویه، ترکیبات آلی هستند که توسط باکتری‌ها، قارچ‌ها و گیاهان تولید می‌شوند. این مولکول‌ها رشد، نمو و تولید مثل را مستقیماً کنترل نمی‌کنند. به طور کلی به آنها مولکول‌های تخصصی گفته می‌شود. رزین‌ها محصولات آمورف جامد یا نیمه جامد با ماهیت شیمیایی پیچیده هستند که حاوی بخش زیادی اتم‌های کربن هستند.
ساختار رزین
رزین هر ساختاری می‌تواند داشته باشد. می‌تواند جامد باشد. همچنین بصورت پودر یا مایع نیز وجود دارد. رنگ رزین عموما به صورتزرد یا زرد مایل به قهوه‌ای است. این ماده در حلال‌های آلی (مانند اتر) محلول است اما در آب حل نمی‌شود. همچنین رزین یک نارسانای الکتریکی است.
تفاوت رزین طبیعی با رزین مصنوعی
رزین طبیعی از طبیعت به دست می‌آید. بیشتر از گیاهان سرچشمه می‌گیرد و به ندرت مقداری رزین طبیعی از حیوان به دست می‌آید. نمونه‌هایی از گیاهانی که می‌توان از آنها رزین تهیه کرد: زنجبیل، و فلفل دلمه‌ای است. شلاک یا لاک و فسیل‌ها نیز نمونه‌های نادر رزین حیوانی هستند.
رزین‌های مصنوعی در صنعت و با پخت پلیمر سفت و سخت تولید می‌شوند. آنها پس از فرآیند پخت، شامل گروه‌های واکنش پذیر مانند اپوکسیدها یا آکریلات‌ها می‌شوند. رزین‌های ترموپلاستیک، رزین‌های اپوکسی ریخته‌گری، رزین‌های اپوکسی، رزین تبادل یونی، رزین‌های استال، و رزین آکریلیک شیشه‌ای از جمله رایج‌ترین رزین‌های مصنوعی به شمار می‌روند.
رزین‌های طبیعی به عنوان یک عامل ضد نفخ استفاده می‌شوند. به عنوان یک خلط آور، یک عامل محرک یا ادرار آور و به عنوان یک ضد التهاب نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.علاوه بر این، برای بهبود آرشه در سازهایی مانند ویولن سل و ویولن نیز کاربرد دارند. در ادامه به بررسی 3 مورد از رایج‌ترین رزین‌های مصنوعی خواهیم پرداخت.
رزین اپوکسی
این رزین یکی از کاربردی‌ترین و شناخته شده‌ترین نوع رزین موجود دربازار است. این نوع رزین معمولا در کارهای هنری مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین بدلیل غیر سمی بودن، ظروفی که از رزین اپوکسی تهیه شده‌اند بسیار محبوبیت پیدا کرده است. روش استفاده از این نوع رزین معمولا بصورت لایه لایه بوده و امکان تنوع و ایجاد ایده و خلاقیت‌های مختلف را برای هنرمندان ایجاد کرده است.
رزین پلی استر
همچون رزین اپوکسی، رزین پلی استر را می توان برای ساخت مدل‌ها استفاده کرد. این نوع رزین اغلب برای ساخت حوضچه‌ها، استخرها و در ساخت قایق استفاده می شود. این رزین دارای ساختار الیافی است و یک بسیار رزین قوی بوده که در برابر آب مقاومت بالایی دارد.
رزین تبادل یونی
رزین‌های تبادل یونی، پلیمرهای نامحلول هستند که از اتصال عرضی پلی استایرن‌ها با گروه‌های عاملی مختلف تشکیل می‌شوند که به عنوان محیطی برای واکنش های تبادل یونی عمل می‌کنند.
ماتریس رزین شامل مکان‌های تبادل یونی است، جایی که گروه‌های عاملی یون‌های دارای بار مثبت یا منفی برای تشکیل یک شبکه پلیمری چسبانده می‌شوند. این شبکه ساخته شده پتانسیل جذب یون‌های بارهای مخالف و تسهیل فرآیند تبادل یونی را دارد.
رزین‌ها معمولاً به شکل میکرومهره‌های متخلخل سفید یا زرد رنگ، هستند. آنها دارای منافذی هستند که سطح وسیعی را برای به دام انداختن و رها کردن یون‌ها در طی واکنش های تبادل یونی فراهم می‌کند
هنگامی‌که در یک محلول غوطه ور می‌شوند، رزین‌ها با جذب محلول متورم می‌شوند. با این حال، میزان تورم به ساختار پلیمری رزین‌ها و غلظت یون‌ها در محلول بستگی دارد.
بیشتر انواع رزین‌های موجود و مورد استفاده از کوپلیمر استایرن دی وینیل بنزن (یا پلی استایرن) ساخته می‌شوند. با این حال، برخی دیگر نیز از اکریلونیتریل یا متیل آکریلات (اکریلیک) ساخته شده‌اند.
کاربردهای مختلف رزین
رزین‌های تبادل یونی کاربردهای آزمایشگاهی و صنعتی متنوعی دارند. به عنوان مثال، می‌توان از آنها در تصفیه آب آشامیدنی و فاضلاب، دمینرالیزاسیون آب ناخالص و کروماتوگرافی مخلوطی از اجزای مختلف استفاده کرد.
خواص فیزیکی پلیمرهای تبادل یونی
انواع مختلف رزین‌ها شکل، اندازه و ساختار متفاوتی دارند. فرآیندی که برای سنتز رزین‌ها استفاده می‌شود، پلیمریزاسیون نام دارد. شرایط پلیمریزاسیون ساختار رزین‌های تبادل یونی را تعیین می‌کند.
خواص شیمیایی و فیزیکی رزین‌های تبادل یونی را می‌توان بر اساس کاربردهای آزمایشگاهی خاص تغییر داد. با این حال، دو نوع رایج از رزین های تبادل یونی، رزین های تبادل کاتیونی و رزین های تبادل آنیونی هستند.
در ادامه مقاله به طور مختصر به انواع رزین‌های تبادل یونی، خواص فیزیکی و شیمیایی و کاربردهای متنوع آنها در آزمایشگاه‌ها و مناطق صنعتی می‌پردازیم.
رزین‌های تبادل آنیونی
رزین‌های تبادل آنیون حاوی گروه های عاملی با بار مثبت هستند که یون های دارای بار منفی را در محلول جذب می‌کنند. آنها حاوی آمین به عنوان یک گروه عاملی در ماتریکس خود هستند.
این نوع رزین همچنین برای تصفیه آب نیز استفاده می‌شود. دو زیر مجموعه رزین‌های آنیونی عبارتند از:
رزین‌های آنیون پایه قوی (SBA): این رزین‌ها از یک ماتریس پلی استایرن تشکیل شده اند آنها در طی واکنش تبادلی یون کلرید یا یون هیدروکسید تولید می‌کنند.
رزین‌های آنیون پایه ضعیف (WBA): آنها از یک ماتریس پلی استایرن تشکیل شده‌اند. درجه یونیزاسیون آنها توسط pH محلول تنظیم یا کنترل می‌شود. علاوه بر این، از آنجایی که این نوع رزین آنیونی فاقد یون‌های قابل تعویض است، به عنوان جاذب اسید برای حذف یون‌ها از اسیدهای معدنی قوی عمل می‌کند.
رزین‌های تبادل کاتیونی نیز به دو زیر گروه طبقه بندی می‌شوند:
رزین‌های کاتیونی اسید قوی (SAC): آنها از پلی استایرن با یک گروه عاملی سولفونات (SO3) ساخته شده‌اند که یا با یون‌های هیدروژن (H+) یا یون های سدیم (Na2+) شارژ می‌شوند.
رزین‌های کاتیون اسید ضعیف (WAC): از پلیمر اکریلیک با گروه های کربوکسیلیک اسید به عنوان گروه های عاملی تشکیل شده‌اند و میل ترکیبی بالایی با یون های هیدروژن دارند. اینها معمولاً برای حذف کاتیونهای مرتبط با قلیایی استفاده می‌شوند
به غیر از رزین‌های تبادل کاتیونی و آنیونی، رزین‌های کیلیت نیز وجود دارند. آنها از پلی استایرن با گروه‌های عاملی متفاوت از جمله آمینو فسفونیک، تری اتیل آمونیوم و تیول تشکیل شده‌اند و تقریباً همیشه به کاتیون‌ها متصل می‌شوند.
رزین تبادل یونی در نرم کردن آب
با استفاده از رزین تبادل یونی می‌توان آب آشامیدنی که حاوی مواد معدنی سخت هستند را تصفیه کرد. رزین‌های تبادل یونی را می‌توان با جریان دادن محلول NaCl غلیظ از بسترشان بازسازی کرد تا CaCl2 و MgCl2 آزاد شود.
بعدها، رزین های تبادل یونی ساخته شدند که ظرفیت و کارایی بالاتری نسبت به زئولیت‌ها دارند. رزین‌ها کاربردهای زیادی در حوزه تجاری، مسکونی و صنعتی برای نرم کردن آب دارند.
منابع:
سوالات متداول
رزین مصنوعی چیست؟
برخلاف رزین‌های طبیعی که از گیاهان به دست می‌آیند، رزین مصنوعی جامدات آمورف یا نیمه کریستالی هستند که می‌توانند به پلاستیک تبدیل شوند. این مواد شیمیایی معمولاً ساختار پلیمری یا نیمه پلیمری دارند و طبیعتاً طبیعی یا (نیمه) مصنوعی هستند. قبل از اکسترود کردن و قالب‌گیری به اشکال مختلف، اغلب با نرم‌کننده‌ها، تثبیت‌کننده‌ها، پرکننده‌ها، آنتی‌اکسیدان‌ها و سایر افزودنی‌ها بهبود داده می‌شوند. رزین‌ها گروه متنوعی از ترکیبات با طیف وسیعی از خواص هستند. رزین پلی استر، رزین اپوکسی و رزین‌های تبادل یونی از جمله رایج‌ترین و کاربردی‌ترین رزین‌های مصنوعی محسوب می‌شوند.
رزین‌های تبادل کاتیونی چیست؟
رزین‌های تبادل کاتیونی یکی از انواع رزین‌های تبادل یونی به شمار می‌روند. این نوع رزین‌ها حاوی گروه‌های عاملی با بار منفی هستند که یون‌های دارای بار مثبت را در محلول جذب می‌کنند. یکی از کاربردهای آن جداسازی یون‌های مثبت از آب آلوده است.