پایان نامه اصلاح رفتار رزین اپوکسی با افزایش نرم کننده و شتاب دهنده

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته شیمی

گرایش شیمی

چکیده

نمونه (الف) اپوکسیEPOLAM 2040 RESIN  و عامل پخت آمینی  EPOLAM 2047 با شتاب­دهنده،

نمونه (ب) اپوکسی 828 و عامل پخت آمینی EPOLAM 2047 و شتاب­دهنده،

نمونه (ج) اپوکسی EPOLAM 2040  و عامل پخت آمینی EPOLAM 2047 همراه نرم­کننده دی­اکتیل فتالات و شتاب­دهنده،

 نمونه (د) مخلوط دو اپوکسی  828و EPOLAM 2040 عامل پخت آمینی EPOLAM 2047 و نرم­کننده دی­اکتیل­فتالات همراه شتاب­دهنده.

آزمایش Tg با استفاده از دستگاه DSC  روی نمونه­ها نشان داد که نمونه­های دارای نرم­کننده دارای دمای تبدیل شیشه­ای پایین بودند {بدون نرم­کننده (الف) °C 7/78 و (ب)°C 0/89، با نرم­کننده هر دو °C5/55}. آزمایش درصد ماده فرار در دمای °C105 و به مدت سه ساعت برای نمونه­های (الف) 10/0-% و (ب) 11/0-% و برای نمونه­های دارای نرم­کننده، (ج) 10/0-% و (د) 18/0-­% را نشان داد. دمای تخریب با دستگاه TGA در شرایط °C50-700 و تغییرات دمایی به ازای هر °C10 بود که برای نمونه بدون نرم­کننده (الف)°C 350 و (ب)°C 373 و برای نمونه­های با نرم­کننده (ب) و (ج) به ترتیب °C345 و °C365 بود. درصد تورم در حلال استن برای اپوکسی بدون نرم­کننده (الف) 3/24% و (ب) 5/17% و با نرم­کننده (ج) 5/37% و (د) 1/38% شد. درصد جذب آب در نمونه­های با نرم کننده (الف) و (ب) به ترتیب 22/0%  و 16/0% و نمونه­های بدون  نرم­کننده (ج) 13/0% و (د) 17/0% شد. 

کلمات کلیدی: رزین اپوکسی، عامل پخت، شتاب ­دهنده، نرم­کننده، دمای تبدیل شیشه­ ای، دمای تخریب

مقدمه

رزین­های اپوکسی مانند هر پلی­مر دیگری تحت شرایط تولید، افزودنی­ها و دما قرار می­گیرند و این عوامل روی خواص فیزیکی و شیمیایی آن­ها اثرگذار است. باتوجه به گسترش استفاده از این نوع رزین­ها تلاش می­شود که خواص آن­ها بسته به نوع کاربردشان حفظ شده و یا بهبود یابد.

12 بیان مسأله

رزین­های اپوکسی[1] پلی­مر هایی گرما سخت[2] هستند که کاربرد وسیعی در رنگ، چسب[3]، پوشش­ها[4]، ایمپلنت­های پزشکی[5]، صنایع الکتریکی و ابزارآلات پلی­مری دارند (اودگارد[6]، 2013). این رزین­ها از دو پایه مختلف; رزین اپوکسی و عامل پخت[7] تشکیل شده­اند. عامل پخت از نوع آمین­ها[8]، انیدرید­ها[9] و یا تیول[10]ها می­تواند باشد. هنگامی که رزین اپوکسی سخت می­شود ساختار شبکه­ای سه بعدی پیدا می­کند که پلی­مرهای حاصل دارای پایداری گرمایی[11] خوب و مدول[12] نسبتاً بالا و چسبندگی عالی هستند )کینلوچ و همکاران[13]، 2014؛ چن و همکاران[14]، 2013؛ بن صالح و همکاران[15]، 2014؛ ممانی و همکاران[16]، 1391).

 ساختار شبکه­ای بالا باعث می­شود که رزین  سخت و شکننده و دارای مقاومت ضربه­پذیری پایینی باشد (چن و همکاران، 2013). هدف از انجام این طرح انتخاب مواد مناسب برای تقویت نرمی رزین با حفظ حداقل خواص و دستیابی به شرایط پخت مناسب می­باشد.

13 ضرورت انجام تحقیق

دامنه کاربرد رزین اپوکسی وسیع می­باشد که بنا به نوع کاربرد و شرایط پخت آن، اصلاح می­گردد، این طرح به دلیل اینکه شرایط پخت همراه با نرم­کننده[17] را بررسی می­کند، می­تواند مورد توجه قرار گیرد.

14 اهداف تحقیق

مسأله مورد بحث، سختی و شکنندگی رزین اپوکسی پخت شده می­باشد که هدف از این تحقیق اصلاح رفتار و دستیابی به حالت تقریباً بهینه و مناسب از رزین همراه نرم­کننده و سیستم پخت برای رسیدن به رزین اصلاح شده است.

15 فرضیه های تحقیق

برای انجام این پروژه روش­های مورد نظر به صورت زیر مطرح می­گردد:

الف­ تدارک رزین اپوکسی مناسب،   

ب­ فرمولاسیون سیستم پخت،

ج­ انتخاب عوامل پخت متفاوت و بررسی خواص ناشی از استفاده از آن،

د دستیابی به سیستم پخت مناسب در حضور نرم­کننده.

مقدمه

اصطلاح «رزین» از موادی که به طور طبیعی و در بیشتر موارد، از گیاهان به دست می­آیند، گرفته شده است. در صورتی که محلول­های این مواد در حلال­های آلی، در هوا خشک شوند، به پوشش­های محافظ و سختی تبدیل می­گردند. کاربردی­ترین رزین طبیعی، روزین (یا کلوفان) است. بعدها، هر ماده­ی سنتزی که مکمل یا جایگزین این فراورده­های طبیعی شد، «رزین» نام گرفت (ظهوریان­مهر[18]، 1376).

امروزه رزین به تعدادی از انواع پلی­مر­ها، شامل محصولات تراکمی فنول­­فرمالدئید[19] و رزین­های اپوکسی، پلی­مرهای وینیلی مانند پلی­استیرن[20] و پلی­متیل­متاکریلات[21]، و پلی­مر های تراکمی طبقه­ی پلی­آمید[22] یا پلی­استر[23] و ... گفته می­شود. بیشترین اصطلاح رزین به پلی­مرهای خطی یا شبکه­ای (یا قابل شبکه­ای شدن) که برای عملیات قالب­گیری، ریخته­گری یا روزن­رانی و در پوشش­های سطوح استفاده می­شوند ارتباط دارد.

رزین­ها پلی­مرهایی و به عبارتی کوپلی­مر[24]هایی با وزن مولکولی بالا هستند که در درون زنجیره خود گروه­های فعالی دارند. بیشتر این پلی­مرها در دمای محیط، مایع با گرانروی بالا و ظاهر عسل مانند، شفاف با رنگ زرد روشن تا مایل به قهوه­ای هستند و یا به صورت پولک و دانه­های جامدی هستند که برحسب نیاز در حلال مناسب حل می­شوند (ظهوریان­مهر و همکاران، مترجم، 1376).

22 رزین اپوکسی

اصطلاح اپوکسی به گروه شیمیایی اطلاق می­شود که در آن یک اتم اکسیژن با دو اتم کربن دیگر که به نوعی به هم پیوند خورده­اند، متصل می­باشند. ساده­ترین اپوکسی دارای یک ساختمان حلقوی سه عضوی بوده که اصطلاحاً به آن "1و2 اپوکسی" یا "آلفا اپوکسی" گفته می­شود (دادییوک و گودمن[25]، 2013؛ راتنا[26]، 2010).

23 تاریخچه

دردهه 1980 افزایش ملزومات در صنایع کامپوزیت برای کاربردهای هوا فضا و دفاعی، رزین­های اپوکسی چند عاملی با کارآیی بالا بر پایه ساختار های فنولی و آمینی کمپلکس گسترش یافت. در همین دهه رزین­های اپوکسی با کارآیی بالاتر برای استفاده در صنایع الکترونیک و رایانه تولید شد، در دهه­ی 1990 رزین­های اپوکسی­­آکریلات پخت شونده با تابش، رشد یافتند، رزین­های مقاوم به نور و چاپ در صنایع الکترونیک از این دسته می­باشند (خلینا[34]، 1392).  تولید رزین اپوکسی به علت کاربرد­های فراوانی که پیدا کرده هم­چنان  رو به گسترش است (دادییوک و گودمن، 2013).   

24 ساخت رزین اپوکسی

متداول­ترین راه تهیه­ی رزین­های اپوکسی تراکم یک ترکیب پلی­هیدروکسی در حضور یک باز است. معمولاً یک بیس­فنول (مانند بیس­فنول A) است که در بیشتر موارد با اپی­کلروهیدرین، محصول واسطه­ای با وزن مولکولی پایین می­دهد که در شکل (21) آورده شده است. این واسطه یک پلی­مر خطی، دارای گروه­های اپوکسید انتهایی و هیدروکسیل­های میانی است. در این واکنش، اپی­کلروهیدرین اضافی باعث می­شود که انتهای زنجیرها به گروه­های اپوکسی ختم شوند (ظهوریان­مهر و همکاران، مترجم، 1376).

Abstract

Epoxy resins are a class of thermosetting polymers which have properties such as high thermal and chemical stability, excellent adhesion properties, moisture resistance and simply processible. This resins wildly used for adhesive, coating, painting and tools of polymeric. Common of epoxy resins are prepare by reaction of bis phenol A with epiclorohydrin in presence of a base as catalyst. Epoxy resins can be cured with amines, thiols, anhydrides and phenols. In this project some modification of epoxy resin and behavior was achieved with using a plasticizer and accelerator. Samples were prepared using two types of resins, two curing agents, amine accelerator and plasticizer. The resins behavior were studied. Samples of testing are:

Sample (a): epoxy EPOLAM 2040 RESIN with amine curing agent EPOLAM 2047 HARDNER and accelerator,

Sample (b): mixing of two type of epoxy (828 and EPOLAM 2040) and amine curing agent EPOLAM 2047 and plasticizer (DOP) with accelerator,

Sample (c): epoxy EPOLAM 2040 and amine curing agent EPOLAM 2047 with plasticizer (DOP) and accelerator,

Sample (d): epoxy 828and amine curing agent EPOLAM 2047 with accelerator

The DSC studies were reviled that Tg of the resin samples were decreased from (a) 78.7˚C and (b) 89.0˚C to 55.5˚C with using DOP as plasticizer. The volatile content of the same carried out at 105˚C during 3 hour were (a) -0.10%, (b) -0.18%, while the value for the plasticizer same were (c) -0.10% and (d) -0.11%. Thermal decomposition of the samples were (a) 350˚C, (b) 373˚C and (c) 345˚C (d), 365˚C. Inflation present in acetone solvent showed for samples (a) 24.3%, (b) 17.5% and 37.5%, 38.1% respectively for (c) and (d). Water absorption percent were for samples within plasticizer (a) 0.22% and (d) 0.16% and samples without plasticizer (b) 0.13%, (c) 0.17%.

Key words: epoxy resin, curing agent, thermal decomposition, plasticizer.