عوامل پخت رزین اپوکسی

بطور کلی رزین های اپوکسی برای تقویت خواص ، پایداری ابعادی و… نیاز به پخت دارند منظور از پخت پلیمرها ایجاد اتصالات عرضی بین زنجیرهای پلیمر می باشد  که به آن شبکه ای کردن (Cross Linking) نیز اطلاق می باشد . شبکه ای شدن رزین های اپوکسی غالباً از واکنش آنها با موادی که به پخت کننده (Curing agent) و یا سخت کننده (Hardener) معروف هستند ، صورت می پذیرد . این واکنش ها از طریق گروههای هیدروکسیل و اپوکساید موجود در ساختار رزین  می تواند انجام شود . انتخاب یک عامل سخت کننده (عامل پخت) مناسب ، به اندازه انتخاب یک رزین اپوکسی مناسب ، برای رسیدن به خواصی مطلوب ، مهم می باشد . نوع عامل پخت تعیین کننده سرعت واکنش پخت ، میزان  حرارت ناشی از واکنش ،  ویسکوزیتة سیستم ، زمان ژل شدن ، حرارت لازم برای پخت و خواص نهایی است . نوع و تعداد عوامل سخت کننده قابل استفاده با رزین های اپوکسی مرتب در حال افزایش می باشد . در جدول زیر به تعدادی از این عوامل پخت اشاره شده است :

عوامل پخت آمینی

عاملیت آمین بوسیله تعداد هیدروژن های آمینی موجود بر روی مولکول آن تعیین می شود . گروه آمین نوع اول با دو گروه اپوکساید  می تواند واکنش دهد در حالیکه یک گروه آمین نوع دوم با یک گروه اپوکساید ترکیب می شود . آمینهای نوع سوم اغلب به عنوان کاتالیزور و برای تسریع واکنش های سخت شوندگی رزین های اپوکسی بکار گرفته می شوند . واکنشی نمونه بین یک رزین اپوکسی و یک آمین نوع اول در زیر نشان داده شده است :

برای محاسبه مقدار مناسب از آمین ها برای واکنش با اپوکسی ها اطلاعاتی از جمله EEW و یا پارامتر های معادل آن نیاز است که توسط تولیدکنندگان تأمین میشود . رزین های اپوکسی عموماً بوسیله مشخصه ای بنام EEW  معرفی میگردند که عبارت است از جرم رزینی که حاوی یک اکی والان گرم از گروه های اپوکساید باشد . به تعبیر دیگر EEW عبارت است از جرم رزینی که حاوی یک مول گروه اپوکساید باشد . مفهوم دیگری که برای محاسبه جرم آمین موردنیاز از آن استفاده می شود HAEW  است که عبارت است از جرمی از آمین که دارای یک مول هیدروژن آمینی است بعبارت دیگر HAEW عبارتست از جرم مولی آمین تقسیم بر تعداد هیدروژن های آمینی .

HAEW = تعداد هیدروژن آمینی ÷ جرم مولی آمین

مقدار آمین مورد نیاز برای پخت ۱۰۰ phr رزین اپوکسی از رابطه ی زیر بدست می آید:

Curing Agent (phr) = (100 × HAEW) / EEW

تجربه نشان داده که مقادیر محاسبه شده از این روابط قدری کمتر از مقدار مورد نیاز است و لذا حدودا تا ۱۰% بصورت تجربی بیشتر از مقدار محاسبه شده به رزین افزوده می گردد .

مهمترین معایب استفاده از آمین ها عبارتند از :

۱) در شرایط رطوبت بالا ، جذب آب بیشتر در سازه وجود دارد .

۲) آمین ها موادی خطرناك برای پوست می باشند و نیازمند توجه خاص در هنگام کار می باشند .

۳) آمین ها نیازمند برداشت نسبتی دقیق هنگام اختلاط هستند .

عوامل پخت انیدریدی :

انیدریدها در فرم مایع و جامد بطور گسترده برای سخت کردن رزین های اپوکسی مصرف میشوند و از این جهت بعد از آمین ها مقام دوم را دارا می باشند . واکنش برخی از انیدریدها با اپوکسی آهسته است و لذا عموما از کاتالیزورهایی مانند آمین های نوع سوم برای تسریع سرعت واکنش استفاده می کنند .نسبت انیدرید به اپوکسی از حساسیت کمتری در مقایسه با آمین ها برخوردار است و Eqiuvalent انیدرید میتواند بین ۰٫۵ – ۱ برابر Eqiuvalent اپوکسی اختیار شود. رزين هاي پخت شده با انيدريدها نسبت به رزین های پخت شده بـا آمین ها ، پايـداري حرارتي بالاتري داشته و مقاومت بهتري در مقابل تشعشع از خود نشان مـيدهنـد و HDT بالايي تا حد ۳۵۰ درجه سانتیگراد دارند . عمر مفيد تركيب اپوكسي – انيدريد ، در مقايسه بـا آمین ها ، بیشتر اسـت و حرارت ناشي از واكنش نيز در اينجا كمتر ميباشد . براي پخت رزيـن بـا سـرعت معقـول ، استفاده از دماي بالا ضروري است .

عوامل پخت آمیدی

آمیدها نيز همانند آمین ها شـامل آميـدهاي نـوع اول ، دوم ، سـوم و پلـي آمید ها می باشد . چون وزن مولكولي پليآميدها در مقايسه با آمينهـاي آليفاتيـك بيشـتر اسـت، نسـبت وزني عامل پخت به رزين در اينجا بالاتر خواهد بود. لذا كار با پلـيآميـدها در مقايسـه بـا آمین ها از حساسيت كمتري برخوردار است . با توجه به خواص نهايي مـورد نيـاز، ايـن نسبت ميتواند متغير باشد . مثلاً نسبت بالاتر آمید به رزين ، انعطافپـذيري محصـول را افزايش ميدهد، در حاليكه نسـبت كمتـر باعـث مقاومـت بهتـر در مقابـل آب مـي شود . مهمترين مزايا و معايب آمیدها در مقايسه با آمین ها عبارتند از :

1) فراريت : غير فرار

2) نسبت اختلاط با رزين اپوكسي : حساسيت كمتر

3) عمر مفيد : با آمیدها بيشتر است

4) انعطاف پذیری : با آمیدها بيشتر است

5) سختي : با آمیدها كمتر است

6) مقاومت در برابر آب : با آمید ها بيشتر است

7) مقاومت شيميايي : با آمیدها كمتر است

8) چسبندگي : با آمیدها بيشتر است

9) ايمني در هنگام كار : با آمیدها بيشتر است

پخت رزين هاي اپوكسي با آمیدها در دماي محيط مـيتوانـد صـورت پـذيرد و بـا

توجه به ويژگي هاي فوق ، استفاده از آنها رو به فزوني است .

معیارهای انتخاب عامل پخت مناسب

الف) پخت در دماي محيط : در بيشتر حالت ها عوامـل پخـت آمينـي آليفاتيـك مـايع ، انتخاب مناسبي هستند كه با ويژگيهـاي متفـاوت از نظـر گرانـروي ، عمـر مفيـد سيسـتم ، سرعت پخت (كم يا زياد) ، خواص مكانيكي و شيميايي در دسترس می باشد و بسـته بـه نوع خواص نهايي مورد نياز ، ميتوان عامل پخت آمينـي مـورد نظـر را انتخـاب كـرد . این خواص ممكن اسـت خـواص الكتريكـي خـوب ، خـواص مكـانيكي خـوب ، HDT بـالا ، استحكام ضربه بالا ، رنگ و يا تركيبي از آنها باشد .

ب) پخت در دماي بالا : عامل پخت با توجه به گرانروي ، زمان ژل شدن ، زمان پخـت و متناسب با فرآيند مورد نظر ، انتخاب ميشود . خـواص نهـايي ماننـد خـواص الكتريكـي ، مقاومت در برابر شرايط محيطي ، حفظ خواص در دماي بالا نيز بايد در نظر گرفته شوند .

منابع :

• پلاستیک های تقویت شده (کامپوزیت ها ) تالیف : دکتر محمد حسین بهشتی و مهندس امیر -مسعود رضا دوست
• کامپوزیت مواد ، طراحی و فرآیند  تدوین : دکترسید رضا غفاریان