نحوه محاسبه میزان هاردنر آمینی در رزین های اپوکسی

بازدید: ۱۱۲

نحوه محاسبه میزان هاردنر آمینی در رزین های اپوکسی

برای بدست آوردن خواص نهایی مطلوب از رزین های اپوکسی باید آنها به صورت ترکیب دو جزئی رزین و هاردنر پخت شده یا همان سخت شوند. برای این کار در حالت عمومی جزء دوم نیاز می باشد.هر موقع عامل پخت یا هاردنر نیاز است باید به همراه رزین ارائه گردد و در صورت تمایل به انجام واکنش از رزین و هاردنر به میزان محاسبه شده استفاده می شود. دمای انجام واکنش بین صفر و 230 درجه سانتیگراد می باشدکه در صورت نیاز شتاب دهنده نیز میتواند استفاده شود.واکنش بین دو جز در حالت ساده بین دو مایع ویسکوز یا دو محلول یا به صورت پودر می تواند یک شبکه مولکولی از بی نهایت مولکول با خواص ویژه را پدید آورد.رزین پخت شده دوباره نمیتواند به حالت اولیه تبدیل کرد در نتیجه در دسته بندی مواد ترموست قرار می گیرد.

در بررسی ساختار پلیمر اپوکسی به دو گروه عاملی فعال بر می خوریم که قابل توجه هستند:

  1. گروه عاملی هیدروکسیل (OH) :که میتواند در دماهای بالا با فنل ، اوره و رزین های ملامین فرم آلدئید واکنش دهد. در دمای اتاق هم امکان واکنش با گروه های ایزو سیانات (NCO) وجود دارد.
  2. گروهای اپوکسی (حلقه های اکسیران): گروه های اپوکسی موجود در انتهای ساختار پلیمر اپوکسی دارای آنتالپی واکنشی نسبتا بالا حدود 96 کیلو ژول به ازای هر مول می باشند. به عنوال مثال از شیمی پخت برای دما های بالا هاردنر ها ی فنلی را می توان در پوشش های پودری استفاده کرد یا اینکه هاردنر انیدریدی برای پخت  کامپوزیت ها استفاده گردد. با این حال  برای پخت در دمای اتاق میتوان از طیف وسیعی از عوامل پخت آمینی (هاردنر های آمینی ) برای شبکه ای کردن رزین های اپوکسی به استفاده کرد.

یک گروه اپوکسی با یک هیدروژن آمینی واکنش می دهد یعنی هیدروژنی که به یک اتم نیتروژن مستقیم متصل شده است.(از این رو اکی والان وزن هیدروژن  آمینی نامیده می شود amine-hydrogen equivalent weight)

توجه شود در واکنش آمین با گروه اپوکسی ، حلقه اپوکسی باز شده و گروه هیدروکسیل تولید می شود که این گروه میتواند در چسبندگی، کاتالیزور شروع واکنش و.... غیره نقش ایفا کند. شروع واکنش در حالت اولیه وزن مولکولی را به صورت  خطی بالا می برد که رفته رفته با افزایش جرم مولکولی ویسکوزیته مخلوط رزین و هاردنر بالا می رود.

مرحله بعدی در فرآیند پخت اتصال زنجیرهای اولیه به هم دیگر است که شبکه ای شدن اپوکسی و هاردنر را پدید آورند.بدین منظور باید هر آمین بیش از دو هیدروژن آمینی داشته باشد.اتصالات داخلی مولکول های بزرگ باعث افزایش چشمگیر در ویسکوزیته مخلوط می شوند.ممانعت فضایی گروه ها مانع از پخت شیمیایی کامل شده و باعث ایجاد خاصیت نرمی در رزین می گردد.

گروه های اپوکسی واکنش نداده خارج از استوکیومتری یا گروهای هیدروکسیل که پخت کامل روی آنها انجام نشده می توانند توسط عامل حرارت یا ترکیبات شتاب دهنده آمینی سه تایی واکنش دهند.

هر چقدر گروهای اپوکسی از یکدیگر فاصله زیادی داشته باشند دانسیته شبکه ای شدن کمتر است. دانیسته شبکه ای شدن پایین تر انعطاف پذیری یا مقاومت به ضربه را در اپوکسی افزایش داده در نتیجه مقاومت شیمیایی نسبت به حلال ها را در شبکه اپوکسی کاهش می دهد.

نکته : شبکه ای شدن یک فرآیند سه بعدی است.

جرم مولکولی (وزن اکی والان اپوکسی) یک پارامتر بسیار مهم و تاثیر گذار در خواص فیزیکی ، مکانیکی و شیمیایی رزین های اپوکسی پایه بیس فنل آ می باشد که در شکل زیر به صورت فلش افزایش یا کاهش آن نشان داده شده است.

 

همان طورکه برای عوامل پخت رزین های اپوکسی نیاز به  درک برخی از مفاهیم از قبیل آمین هیدروژنی فعال داریم . برای رزینهای اپوکسی نیز نیازمند دانستن اکی والان وزنی هیدروژن – آمین هستیم تا بتوانیم میزان آمین مورد نیاز را به ازاری 100 گرم رزین اپوکسی محاسبه کنیم. برخی تعاریف به شرح زیر می باشند:

  1. اکی والان وزن هیدروژن آمینی (AHEW) :

این پارامتر در برگه مشخصات فنی TDS هاردنر توسط سازنده معمولا با نماد AHEW درج می گردد.

این پارامتر بررخی موارد اشاره ای به اکی والان وزنی بر هیدروژن فعال دارد.

طبق تعریف اکی والان وزن هیدروژن آمینی، به میزان وزن برحسب گرم از هاردنر که شامل یک اکی والان از گروه N-H می باشد، گفته می شود. یا به عبارتی ساده تر جرم مولکولی هاردنر تقسیم بر تعداد هیدروژن های فعال در مولکول.

Amine Hydrogen Equivalent Weight

واحد AHEW در سیستم SI : گرم بر اکی والان

 

  1. اکی والان وزن اپوکسی (ٍEEW)

Epoxy Equivalent Weight

این پارامتر توسط سازنده رزین در برگه اطلاعات فنی ارائه شده و با نماد EEW نشان داده می شود .

طبق تعریف اکی والان وزن اپوکسی (EEW)به میزان وزن اپوکسی رزینی که شامل یک مول گروه اپوکسی است گفته می شود.

واحد  EEWدر سیستم SI : گرم بر مول.

 

  1. قسمت در هر 100 رزین (phr)

Parts per Hundred Resin

       واحد در سیستم SI : گرم

طبق تعریف phr گرم (وزن) هاردنر موردنیاز به ازای هر 100 گرم از رزین اپوکسی گفته می شود.

 

در نتیجه از آنجایی که واکنش استوکیومتری اپوکسی با هاردنر از نظر مولی یک به یک (یک مول رزین و یک مول هاردنر) می باشد در نتیجه میزان هاردنر مورد نیا برای 100 گرم رزین با فرمول زیر محاسبه می گردد :

phr = { AHEW * 100 } / EEW

به عنوان مثال ساده هاردنر آمینی خطی تری اتیلن تترا آمین یا همان تتا را در نظر می گیریم:

Triethylenetetramine

جرم مولکولی تتا (Triethylenetetramine) 142 می باشد و تتا شامل 6 عدد هیدروژن آمینی فعال می باشد که AHEW  برابر است با:

                                                             24 AHEW= 142/6            

برای پخت یک رزین مانند اپوکسی 828 کره (Kumho KER 828)  با

EEW = 190g/mol

 میزان هاردنر تتا مورد نیاز به صورت زیر محاسبه می شود:

phr = { AHEW * 100 } / EEW=24*100/190 ≈ 13gr

تقریبا 13 گرم هاردنرتتا به ازای هر 100 گرم رزین اپوکسی 828 کمهو کره نیاز است.

 

مثال بعدی را برای هاردنر سیکلو آلفاتیک آمین شرکت هگزیون با نام تجاری

EPIKURE™ Curing Agent F205 و با عدد اکی والان وزنی هیدروژن آمینی 104 AHEW =   جهت پخت با همان رزین 828  کمهو کره با EEW = 190g/mol

 محاسبه می کنیم:

 

phr = { AHEW * 100 } / EEW=104*100/190 ≈ 55gr

تقریبا 55 گرم هاردنر  F 205 به ازای هر 100 گرم رزین اپوکسی 828 کمهو کره نیاز است.

نحوه محاسبه میزان هاردنر آمینی در رزین های اپوکسی

 

 

محصولات