ارتقا خواص مکانیکی رزین درگروت های اپوکسی

کد مطلب : 485

اصطلاح اپوکسی به گروه یا خانواده ای از مواد شیمیایی گفته می شود که در آن ها یک اتم اکسیژن با دو اتم کربن دیگر که به نوعی به هم پیوند خورده اند، وجود داشته باشد.

ساختمان شیمیایی ایده آل اپوکسی ساده (اتیلن اکساید - Ethylene Oxide)

برای نمونه تصویر ساختمان شیمیایی نوعی اپوکسی پیچیده تری را در زیر مشاهده می فرمائید.

ساختمان شیمیایی ایده آل نوعی اپوکسی (دی گلیسیدیل اتر بیسفنول ای -  Diglycidyl ether of bisphenol A(

در شیمی اگر اپوکسی بدست آمده، ظاهری شبیه به صمغ درختان (Natural Plant Resin) (مایعی چسبناک و غلیظ) داشته باشند، آن ها را با عنوان رزین مصنوعی (Synthetic Resin) معرفی می کنند.

اکثر رزین های اپوکسی از واکنش بین اپی کلروهیدرین (Epichlorohydrin) و بیسفنول ای (Bisphenol A) به دست می آیند و عموما در رنگ های قهوه ای، زرد کهربایی و یا بی رنگ تولید می شوند.

برخی از ویژگی های انواع رزین های اپوکسی:

- عایق الکتریکی

- مقاومت خوب نسبت به مواد شیمیایی -اسیدها، بازها، چربی ها

- مقاومت بسیار خوب نسبت به آب و رطوبت

- جمع شدگی حجمی -آب رفتگی – Shrinkage-کم آن ها در مراحل پخت در مقایسه با رزین های پلی استری

- حساسیت کم نسبت به دمای محیط در زمان پخت -رزین های اپوکسی بسته به نوع می توانند در دمایی بین 5 تا 150 درجه سانتیگراد پخت شوند

- به دلیل نوع ساختار مولکولی رزین های اپوکسی (وجود گروه های حلقوی)، در جذب تنش های مکانیکی (خواص سفتی و چغرمگی) و تنش های حرارتی مقاوم می باشند.

امروزه خانواده بزرگ و متنوع رزین های اپوکسی دارای بالاترین کارآیی ها در بین رزین های موجود در صنعت می باشند.

برخی از کاربرد های انواع رزین های اپوکسی در تولید:

-ساخت قالب های مستحکم-مانند قالب های وکیوم فرمینگ

-گروت ها و ملات های ترمیمی در تنش هایی با بار دینامیکی بالا و محیط های آلوده به مواد نفتی یا اسید

- عایق و پوشش صنایع دستی

- عایق بندی و دفن قطعات الکتریکی

- لایه گذاری (لمینیت - Laminate) در صنایع کامپوزیت و فایبرگلاس

- پوشش دهنده ی کف -یکی از معروف ترین کاربردهای رزین اپوکسی پوششی است برای کف سالن ها، کارخانه ها، زمین های بازی، مکان های تولید لوازم بهداشتی و پزشکی

- به عنوان مواد اولیه در رنگسازی، چسب ها، خمیر های رزگیری، لعاب ها و آب بندی کننده ها (سیلر های رنگی و شفاف یا کیلر - Sealer)

پخت رزین  اپوکسی:

"پخت (Cure): فرآیند تبدیل رزین از حالت مایع به جامد"

رزین های اپوکسی به کمک یک هاردنر (سخت کننده - Hardener) پخت می شوند.

هاردنر که اغلب یک آمین (Amine) می باشد؛ پس از اختلاط در نسبت معین با اپوکسی (مولکول آمین و مولکول اپوکسی هم واکنش هستند)، از طریق واکنش افزایشی با اتصال به سر دو اپوکسی مجزا، تشکیل یک ساختمان مولکولی پیچیده سه بعدی را باعث می شود.

نمایش نموداری ساختمان پخت شده سه بعدی رزین اپوکسی

در فرم ساده تر می توان اینطور نوشت که:

پس از مخلوط کردن صحیح نسبت معینی اپوکسی و هاردنر، مخلوط مایع شروع به سخت شدن می کند تا به جسمی جامد تبدیل شود.

اگر اپوکسی و هاردنر به نسبت صحیح و بدرستی مخلوط نشوند، آن بخش از رزین یا سخت کننده که وارد واکنش نشده به همان شکل باقی خواهد ماند و باعث افت شدید فنی و مقاومتی محصول می شود.

تنوع در رزین های اپوکسی تولید شده بسیار زیاد است و هر رزین برای کار خاصی تولید گردیده و نمی توان رزینی که برای کارآیی بخصوصی طراحی شده را در کاربرد و با روش کار دیگری به مصرف رساند؛ از این رو مصرف کنندگان رزین های اپوکسی باید به مشخصات فنی و کاربرد هر رزین که توسط تولید کننده ارائه می شود، دقت داشته باشند.

تولید کنندگان معمولا اقلام زیر را در مشخصات فنی محصولات خود اعلام می کنند:

- نسبت و درصد میزان مخلوط کردن اپوکسی و هاردنر (با ذکر اندازه گیری در واحد وزنی یا حجمی)

- خواص و کاربردهای پیشنهادی رزین مربوطه

- زمان کار کرد پس از اختلاط، زمان ژل شدن (Gel-Time) و زمان پخت

- رنگ اپوکسی و هاردنر

- چگالی (دانسیته - Desity)

- گرانروی (ویسکوزیته - Viscosity)

- سختی (Shore)

- مقادیر حداکثری مقاومت های رزین

افزایش و توان بخشی خواص مکانیکی رزین های اپوکسی با افزودن آلومینا و فیلر به عنوان گروت اپوکسی

استفاده از پوشش‌های تابش‌پز به دلیل سرعت فرآیند بالا، سازگاری با محیط زیست ( درصد مواد فرار نزدیک به صفر و نیز کاهش مصرف انرژی ) و خواص فیزیکی- مکانیکی بسیار خوب مانند مقاومت به خراش، به طور قابل توجهی افزایش یافته است. پوشش‌های اپوکسی‌اکریلات به دلیل خواص عالی، در سیستم‌های تابش‌پز بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. به دلیل ویسکوزیته بالای این رزین‌ها، از رقیق‌کننده‌های فعال برای کاهش ویسکوزیته و همچنین بهبود واکنش‌های تشکیل اتصالات عرضی استفاده می‌شود. از طرف دیگر، در سال‌های اخیر، ذرات نانو، جهت بهبود خواص فیزیکی مکانیکی ) بخصوص مقاومت خراش(، در سیستم‌های پلیمری و نیز اینگونه رزین‌ها، مد نظر محققین دانشگاهی و صنعتی قرار گرفته است. در این پروژه، ابتدا رزین اپوکسی ‌اکریلات با استفاده از رزین اپوکسی بیس‌فنول A (EEW=190) و اکریلیک‌اسید در حضور تری‌اتیل‌آمین، به عنوان کاتالیزور، در محدوده دمایی C 60 تا C90 سنتز و سینیتیک آن بررسی شده است. برای مطالعه سینیتیک، از نسبت‌های مولی برابر گروه اپوکسی و کربوکسیلی استفاده شده است. سپس برای تعیین درجه واکنش نسبت به هر یک از واکنش‌دهنده‌ها، از روش فزونی (excess) استفاده شده است. سپس رزین سنتز شده، با مونومرهای تری‌متیلول‌پروپان‌تری‌اکریلات (TMPTA) ، تری‌پروپیلین‌گلیکول‌دی-اکریلات (TPGDA) و 1و6- هگزان‌دی‌ال‌دی‌اکریلات در فرمولاسیون‌های متفاوت فرموله شده است. میزان مونومرمرهای TMPTA ، TPGDA، HDDA و رزین اپوکسی ‌اکریلات در محدوده‌های 10-30، 5-30، 5-30 و 40-80 درصد وزنی انتخاب شده‌اند و به کمک طراحی آزمایش به روش مخلوط ، تاثیر نوع و میزان این رقیق‌کننده‌های فعال بر ویسکوزیته رزین و خواص فیزیکی-مکانیکی فیلم پخت‌شده، مورد بررسی قرار گرفته است. برای بررسی چگونگی تاثیر ذرات نانوآلومینا بر برخی خواص فیزیکی-مکانیکی مانند سختی، خراش و براقیت، 4% سوسپانسیون حاوی 30% نانوآلومینا در) TPGDA  1% جامد)، به دو فرمولاسیون‌ افزوده شد. کلیه فرمولاسیون‌ها حاوی 3% وزنی بنزوفنون به عنوان آغازگر و phr 10تری‌اتانول‌آمین به عنوان کمک‌آغازگر بوده و به مدت 5 ثانیه در حضور اشعه ماورائ بنفش (UV) پخت شدند. نتایج بدست آمده از مطالعات سینیتیکی نشان داده که واکنش گروه اپوکسی و گروه کربوکسیل در حضور کاتالیزور تری‌اتیل‌آمین، از درجه یک بوده و انرژی اکتیواسیون حدود 46 kJmol-1 و ضریب برخورد حدود min-1105 * 2/9 می‌باشد. همچنین درجه جزیی واکنش نسبت به گروههای اپوکسی و اسیدی به ترتیب صفر و یک بدست آمد. ویسکوزیته فرمولاسیون‌های تهیه-شده، با افزودن مونومرهای اکریلاتی بخصوص HDDA و TPGDA به شدت کاهش یافت. نتایج نشان داد که با افزایش میزان TMPTA سختی فیلم تشکیل‌شده افزایش می‌یابد. همچنین مشاهده شد که با افزودن ذرات نانو‌آلومینا، رویت خراش کاهش یافته و مقاومت پوشش‌ها در برابر خراش افزایش می‌یابد. نتایج همچنین افزایش خواص مقاومت فشاری و خمشی محصول را تایید می نماید. این تغییر فرمی یعنی استفاده از یک رزین ، هاردنر و فیلر مناسب به عنوان گروت اپوکسی، منجر به تولید محصولی مستقل فارغ از چسب ها و کف پوش ها ی اپوکسی می گردد. همینطور در آزمایشی دیگر بررسی‏های مکانیکی نشان داد که حضور نانوذرات اکسید تیتانیوم در ترکیب موجود باعث افزایش استحکام کششی از 25 به 41 مگاپاسکال و استحکام شکست فشاری از 180 به 210 مگاپاسکال می‏شود. همچنین آزمون ضربه نشان داد که حضور نانوذرات اکسید تیتانیوم منجر به کاهش انرژی شکست از8.17 به 7.35 کیلوژول بر متر و در نتیجه تردتر شدن ساختار می‏شود که آزمون DMA نیز این امر را تصدیق کرد.

 جهت مطالعه بیشتر به مشخصات فنی گروت اپوکسی مراجعه فرمایید

مشخصات فنی 

کلینیک بتن ایران در یک نگاه