ادامه مقالات و آموزشهای رایگان

هاردنرهای انیدریدی در رزین های اپوکسی

رزین های اپوکسی را می توان با ترکیبات مختلفی به نام عوامل پخت که به عنوان باعث واکنش بین دو جزء هستند و به عنوان سخت کننده یا هاردنر شناخته می شوند، پخت کرد. یکی از پرکاربردترین انواع عوامل پخت برای رزین های اپوکسی انیدریدها هستند. این عوامل پخت اسید انیدرید مطابق شکل زیر از حذف آب از دی اسیدها به دست می آیند. این یک واکنش برگشت پذیر است. بنابراین، عوامل پخت انیدرید باید به اندازه کافی از رطوبت محافظت شوند زیرا مجدد به دی اسید تبدیل می شوند.

اگر دی اسید وجود داشته باشد، واکنش پذیری با رزین اپوکسی را افزایش می دهد و ممکن است بر خواص پخت تأثیر بگذارد. مانند رزین‌های اپوکسی پخت شده با آمین، رزین‌های اپوکسی پخت با انیدرید، پلیمری از انواع واحد های مونومری مختلف، متشکل از مولکول‌های اپوکسی را تولید می‌کنند که از طریق مکان‌های واکنش‌پذیر مولکول ها عامل پخت انیدرید به هم متصل شده‌اند. اکثر انیدریدهای مورد استفاده برای پخت ماتریس های رزین اپوکسی مایع هستند، اما دی انیدریدهای جامد نیز به عنوان عوامل پخت در کاربردهای کامپوزیت تقویت شده با الیاف کاربرد محدودی پیدا می کنند. واکنش اکثر عوامل پخت انیدرید مایع با رزین های اپوکسی، حتی در دمای بالا، بدون افزودن کاتالیزور بسیار کند است.

متفاوت از عوامل پخت آمینی، مکانیسم واکنش انیدریدها با اپوکسی ها پیچیده است و در معرض بسیاری از واکنش های رقیب است. برخی از متغیرهای موثر بر مکانیسم واکنش عبارتند از: زمان و دمای ژل، زمان و دمای پس از پخت، نوع و غلظت شتاب دهنده، غلظت هیدروکسیل موجود، نسبت انیدرید به اپوکسی نسبت  A/E، مقدار اسید آزاد و نوع رزین اپوکسی.

در حالی که واکنش‌های احتمالی زیادی با رزین‌های اپوکسی وجود دارد، سه واکنش اصلی در زیر با استفاده از انیدرید فتالیک به عنوان مثال نشان داده شده‌اند.

الکل های نوع دوم از ساختار اپوکسی یا سایر الکل ها (آلیفاتیک) با انیدرید واکنش داده و یک مونو استر تشکیل می دهند.

سپس کربوکسیلیک اسید مربوطه می تواند با یک گروه اپوکسی واکنش داده و یک دی استر را تشکیل دهد.

یک واکنش رقابتی گروه های اپوکسی است که با یک الکل نوع دوم واکنش می دهند و یک پیوند اتر (بتا هیدروکسی) تشکیل می دهند:

الکل نوع دوم ممکن است محصول استری شدن روی ساختار اپوکسی باشد.

اگر اکی والان انیدرید مورد استفاده برای پخت اپوکسی کمتر از یک باشد، تمایل به اتریفیکاسیون افزایش می یابد. در رابطه با نوع کاتالیزور، کاتالیزورهای اسیدی تمایل به افزایش اتریفیکاسیون نسبت به کاتالیزورهای بازی دارند.

در رابطه با نوع کاتالیزور، کاتالیزورهای اسیدی تمایل به افزایش اتریفیکاسیون نسبت به کاتالیزورهای بازی دارند.

چرخه پخت نیز تأثیر قابل توجهی بر مکانیسم واکنش دارد. این امکان وجود دارد که سیستم های ژل شده در دماهای پایین تر اتریفاسیون بیشتری داشته باشند، در صورتی که دمای بالاتر عمدتاً منجر به استری شدن می شود.

پیوندهای اتری در مقایسه با پیوندهای استری پایداری حرارتی بسیار بهتری دارند. در حالی که چرخه پخت و دمای ژل شدن ممکن است تاثیر قابل توجهی بر حرارتی نداشته باشد. ممکن است با در نظر گرفتن این مورد ارزش آزمایش چرخه پخت را داشته باشد. به طور کلی، دو واکنش اول نشان‌داده‌شده در بالا، واکنش‌های غالبی هستند که در سیستم‌های رزین اپوکسی پخت شده با انیدرید، با اتریفیکاسیون به میزان بسیار کمتری رخ می‌دهند.

عوامل پخت انیدریدی به همراه انتخاب نوع اپوکسی، ساختار شیمیایی و عملکرد، خواص فیزیکی و مکانیکی ماتریس پلیمری را تعیین می کنند. بسته به فرمول، طیف وسیعی از ویژگی‌ها را می‌توان طراحی کرد، از ماتریس‌های شفاف کریستالی (یعنی سفید آب)، دارای پایداری بالای UV تا سیستم‌های دمای انتقال شیشه بالا با ثبات حرارتی.

برخی از هاردنرهای انیدریدی تجاری معروف از شرکت هانستمن با نام های تجاری ARADUR عبارت اند از :

ARADUR 917-1

ARADUR HY 906

ARADUR 3380-1

هاردنرهای انیدریدی ARADUR برای پوشش های مایع، پودری مورد کاربرد بوده و معمولا زمانی که فرآیند نیاز به تأخیر بسیار طولانی، ویسکوزیته کم و همچنین زمانی که مقاومت در برابر دمای بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.

این ویژگی ها، پایداری اشعه ماوراء بنفش و حرارتی، همراه با گرمازایی کمتر و انقباض کمتر، این مواد را از ماتریس های اپوکسی پخت شده با آمین متمایز می کند. یکی دیگر از ویژگی های سودمند سیستم های اپوکسی پخت با انیدرید، نسبت مخلوط بالای انیدرید (قسمت B) به رزین اپوکسی (قسمت A) است. این امر به طور چشمگیری ویسکوزیته سیستم رزین مخلوط را کاهش می دهد که برای بسیاری از فرآیندهای کامپوزیت مفید است. در برخی موارد، جزء انیدرید (قسمت B) ممکن است بیشتر از جزء اپوکسی (قسمت A) باشد. بنابراین، در صورت اختلاط این رزین‌ها توجه ویژه‌ای لازم است، اگر اکثر تجربه‌های کاربران با سیستم‌های آمین دو بخشی بوده است، که تقریباً همیشه به نسبت‌های آمین پایین‌تری (قسمت B) نیاز دارند. با این حال، یک مزیت دیگر این است که اگر نسبت مخلوط برای انیدرید کمی کاهش یابد، خواص پخت به اندازه ماتریس های پخت شده با آمین تحت تأثیر قرار نمی گیرند.

در حالی که سیستم‌های اپوکسی پخت با انیدرید در مقایسه با اپوکسی‌های پخت شده با آمین فواید زیادی دارند، معایب قابل‌توجهی وجود دارد که استفاده را در بسیاری از کاربردها محدود می‌کند. در حالت خشک نشده، انیدریدها تقریباً فوراً با آب واکنش نشان می‌دهند که استفاده از آنها را در فرآیندهایی که زمان باز تا رطوبت را طولانی کرده‌اند محدود می‌کند. پیچیدگی بیشتر استفاده از سیستم‌های اپوکسی پخت با انیدرید این است که مکانیسم‌های واکنش تحت تأثیر چرخه پخت قرار می‌گیرند و آنها نقطه پایانی ندارند. متفاوت از سیستم‌های اپوکسی پخت با آمین، سیستم‌های اپوکسی پخت با انیدرید به واکنش خود در دمای پخت ادامه می‌دهند و ممکن است هرگز از نظر تئوری منجمد نشوند. احتمالاً بزرگترین اشکال ماتریس های اپوکسی پخت با انیدرید پخت، پیوندهای استری است که با توجه به شرایط رطوبت بالا یا آب در ترکیب با دمای بالا، مستعد هیدرولیز هستند. اگر ماتریس در مجاورت آب (فشار) در معرض دمای بالا قرار گیرد، ماتریس می تواند حل شود و در عرض 24 تا 48 ساعت به مایع برگردد.

انیدریدهای اسیدی در بسیاری از فرآیندهای کامپوزیت تقویت شده با الیاف از جمله سیم پیچی رشته، پالتروژن، VARTM و RTM استفاده می شوند. به دلیل حساسیت به رطوبت، استفاده از انیدریدها محدود است.

اگر از انیدریدها به عنوان مواد پخت در پیش آغشته‌سازی‌های اپوکسی استفاده می‌شود، دی‌انیدریدهای پودری جامد رایج‌ترین هستند. استفاده از فیلم های پلیمری در دو طرف مواد معمولاً ضروری است تا در اثر رطوبت آلوده نشود. معمولاً برای تولید کامپوزیت های تقویت شده با الیاف پیشرفته از سیستم های رزین دو بخشی اپوکسی (قسمت A) و انیدرید (قسمت B) استفاده می شود. در کاربردهایی مانند سیم پیچی فیلامنت، در صورتی که ساخت در محیط مرطوب انجام شود، زمان انجام کار با مخلوط اپوکسی و انیدرید به حداقل برسد.

علاوه بر این، اگر از حمام های رزینی استفاده می شود (مثلاً انفوزیون یا پالتروژن)، به ویژه با داشتن سطح وسیع به حجم، بهتر است از محصول مخلوط تا حد امکان سریع استفاده شود و در صورت نیاز مقدار بیشتری اضافه شود.

پوشاندن محصول مخلوط برای محافظت از محیط مرطوب انجام گیرد .در محیط های تولیدی معمولی با دما و رطوبت کنترل شده، این مسائل نگران کننده نخواهد بود. در همه موارد، ظروف حاوی عامل پخت انیدرید (قسمت ب) در حین نگهداری و پس از استفاده باید به اندازه کافی از اتمسفر بسته شود. همچنین، رطوبت می تواند باعث کریستال شدن برخی از عوامل پخت انیدرید و سرد شدن دما شود. لطفاً قبل از استفاده از محصول، تمام برگه‌های اطلاعات ایمنی مواد (MSDS) را مطالعه کنید.

مزایای انیدرید نسبت به سایر عوامل پخت اپوکسی دارند. انیدریدها علاوه بر مقرون به صرفه بودن، استحکام، پایداری حرارتی، سمیت کم و نسبت های مخلوط غیر بحرانی را ارائه می دهند. آنها پس ازپخت انقباض کمی دارند و خواص الکتریکی عالی را حفظ می کنند.

تطبیق پذیری یکی دیگر از مزایای انیدریدها است. ریخته گری ها و سازه های تقویت شده را می توان با خواص فیزیکی برتر همراه با Tg تا 275 درجه سانتی گراد تولید کرد. علاوه بر این، می توان از آنها برای تولید فیلم های انعطاف پذیری استفاده کرد که می توانند در معرض قرار گرفتن مداوم تا 230 درجه سانتی گراد مقاومت کنند.

پات لایف طولانی در قابلمه و ویسکوزیته کم اپوکسی های انیدرید پخته شده، کار را آسان می کند و آنها را برای کاربردهای الکتریکی، کامپوزیت ها و سیم پیچ رشته ای مناسب می کند. رزین های اپوکسی عمل آوری شده با انیدریدها را می توان در دماهای پایین 70 درجه سانتیگراد به طور کامل پخت کرد. همچنین، چنین سیستم هایی را می توان در عرض چند دقیقه در دمای 150 درجه سانتیگراد برای قالب گیری پالتروژن و انتقال رزین سرعت داد.

انواع انیدرید هایی که به عنوان هاردنر استفاده می شوند به سه دسته تقسیم می گردند:

هاردنرها ی انیدریدی مایع غیر اشباع

انیدریدهای مایع غیراشباع، در سیم پیچ ها، پالتروژن، تزریق رزین و گلدان الکتریکی کابرد دارند. انیدریدهای مایع غیراشباع با ارائه عملکرد عالی، هزینه کم و ویسکوزیته کم، دارای خواص الکتریکی عالی هستند که در استفاده از آنها در گلدان و کپسوله کردن کویل های احتراق و جرقه، ترانسفورماتورهای ولتاژ بالا، بردهای مدار چاپی و غیره نشان داده شده است.

هاردنرهای انیدریدی مایع اشباع شده

هنگامی که مقاومت در برابر رطوبت، پایداری UV و حفظ سختی ، تمیز، رنگ و رنگ مورد نیاز است، انیدریدهای مایع اشباع شده کابرد خواهند داشت. این انیدریدها در L.E.D. نمایشگرها، روکش های شفاف و عایق ها برای تجهیزات انتقال الکتریکی در فضای باز کاربرد دارند.

نام شیمیایی برخی هاردنرهای انیدریدی آلیفاتیک که در پخت اپوکسی- انیدریدها کاربرد دارند:

• انیدرید تترا هیدروفتالیک (THPA)

• انیدرید هگزا هیدروفتالیک (HHPA)

• انیدرید متیل تترا هیدروفتالیک (MTHPA)

• انیدرید متیل هگزا هیدروفتالیک (MHHPA)

• متیل انیدرید Nadic® (NMA)

هاردنرهای پلی انیدریدی

پلی انیدریدهای مقاومت در برابر شوک حرارتی عالی را حتی پس از پیری حرارتی در دمای بالا ارائه می دهند. آنها مزایای کاهش نویز را با دوام لاستیک مانند ارائه می دهند. پلی‌ان‌یدریدها معمولاً برای ساخت تخته‌ها و فیلم‌های PC انعطاف‌پذیر و گلدان‌سازی و محصور کردن کویل‌های الکتریکی با کارایی بالا استفاده می‌شوند. در جایی که انعطاف پذیری و چقرمگی مورد نیاز است، پلی انیدریدها کارآمدترین گزینه هستند.

انیدریدها هنگامی که با رزین های اپوکسی بیسفنول A یا اپوکسی فنول نوولاک فرموله می شوند خواص الکتریکی عالی می دهند این عملکرد برای پخت رزین‌های اپوکسی سیکلوالیفاتیک برای محصور کردن اجزای الکترونیکی با کارایی بالا، از جمله دیودهای ساطع کننده نور، گسترش یافته است.