اپوکسی

چسبها و سامانه های اپوکسی تک جزئی

سامانه های اپوکسی، به علت دارا بودن خواص بسیار مطلوب، از جمله چسبندگی عالی، مقاومت شیمیایی و گرمایی زیاد و خواص فیزیکی -مکانیکی مناسب، کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف دارند. به طورکلی، سامانه های اپوکسی به دو دسته دوجزئی و تک جزئی تقسیم می شوند. در این مقاله، انواع سامانه های تک جزئی، عوامل پخت و شتاب دهنده های مناسب آنها ارائه شده است. در سامانه های نام برده، رزین و عامل پخت از پیش با یکدیگر ترکیب می شوند. همچنین، تا زمانی که شرایط محیطی مناسب فراهم نشود، واكنش پخت درخور توجهی اتفاق نمی افتد. طی سال ها، چند روش جدید توسعه یافته است تا سامانه های تک جزئی با عمر مفید طولانی و خواص عملکردی مناسب ارائه شوند. در میان این روش ها، استفاده از عوامل پخت تأخیری مؤثرترین و کاربردی ترین روش است. از میان عوامل پخت تأخیری نیز دیسیان دی آمید، افزون بر تأمین خواص فیزیکی مکانیکی مطلوب تر، طول عمر طولانی تری نسبت به سایر عوامل پخت تک جزئی ایجاد میکند. واکنش پخت با عوامل پخت تأخیری در دماهای زیاد اتفاق می افتد. از این رو، برای دستیابی به سامانه پخت مناسب در دماهای كمتر، یک یا چند شتاب دهنده سازگار با عامل پخت گزینشی لازم است. به طور معمول، برای سامانه های تک جزئی با عامل پخت دیسیان دی آمید، اوره های استخلاف شده مناسب ترين شتاب دهنده اند. از میان اوره های استخلاف شده نیز ۴۷۴-متیلن بیس (فنیل دی متیل اوره A) نوع ایزومری، با نام تجاری ۵۲-Omicure U بهترین عملکرد را داراست، زیرا مجموعه ای از خواص بهینه را ایجاد میکند.

مقدمه درمورد اپوکسی

اپوکسی ها از دسته سامانه های گرماسخت هستند که برای سخت شدن و تشکیل شبکه به جزء دومی با نام عامل پخت نیاز دارند. با ترکیب دو جزء، واکنش پخت آغاز می شود. بدین ترتیب، دو جزء تا زمان مصرف باید جدا از یکدیگر نگه داشته شوند. همچنین، این مواد در بازار نیز به شکل دو جزئی عرضه می شوند. با پیدایش عوامل پخت تأخیری، این امکان فراهم شد تا رزین و عامل پخت، بدون واکنش دادن، با یکدیگر ترکیب شوند. این دسته از سامانه های اپوکسی را، سامانه های تک جزئی می گویند. به تدریج روش های دیگری نیز برای تهیه این سامانه ها کشف شد.

سامانه های اپوکسی تک جزئی

اپوکسی های تک جزئی با سامانه پخت تأخیری، کاتالیزور یا عامل پختی دارند که از پیش با رزین اپوکسی ترکیب شده است. بنابر این، به هیچ یک از فرایندهای اندازه گیری و اختلاط نیازی ندارند. به دلیل یکپارچه شدن عامل پخت با رزین، طول عمر این سامانه ها محدود می شود. حتی ممکن است لازم باشد، آنها را در شرایط ویژه ای مانند نگهداری در یخچال، ذخیره کنند. در شرایطی که زمان کارکرد طولانی مدنظر است، از اپوکسی های با سامانه پخت در دمای معمولی نمی توان استفاده کرد. در این شرایط، اپوکسی های با پخت در دمای زیاد مناسب اند. همچنین، وقتی لازم است خطاهای اندازه گیری یا اختلاط حذف شوند، سامانه های اپوکسی تک جزئی مناسب ترند.

باید در نظر داشت، در سامانه های تأخیری، دما و زمان پخت در حقیقت دما و زمانی است که چسب تحمل می کند. به عنوان نمونه، اگر پخت min ۶۰ در دمای ۱۵۰°C پیشنهاد شود، مدتی را که طول می کشد تا چسب به این دما برسد، نیز باید به این زمان اضافه کرد. با توجه به اینکه دما در چسب ها در فضای بسته اندازه گیری می شود، هنگام استفاده از چسب در سازهای بزرگ که مانند نازل گرما عمل می کند، لازم است زمانی سپری شود تا چسب با محیط هم دما شود.

اگرچه اپوکسی های با سامانه پخت در دمای معمولی می توانند در دماهای زیاد نیز پخت شوند، اما تفاوت های مهمی میان تنش های داخلی و شکل شناسی چسب های پخت شده در دمای معمولی و پخت شده با گرما وجود دارد [۳]. انواع سامانه های اپوکسی تک جزئی طی سال ها، برای فراهم شدن سامانه های تک جزئی با عمر مفید طولانی و خواص عملکردی بهینه در دما و زمان پخت مناسب، چند روش توسعه یافته است. این روش ها شامل سامانه های منجمد شده، میکروکپسولی شده، غربال مولکولی کاتالیز شده و دارای عوامل پخت تأخیری است.

سامانه های منجمد شده از روش های تهیه سامانه اپوکسی تک جزئی، مخلوط کردن رزین اپوکسی مایع با عامل پخت آمینی و سپس بسته بندی و سرد کردن آنی محصول، برای توقف واکنش ثانویه و اضافی است. فرمول بندی این چسب ها به گونه ای است که در دمای معمولی یا دماهای کمی افزایش یافته پخت می شوند. این نوع چسب ها، بعضی از مزایای چسب های تک جزئی و خواص عملکردی متعارف چسب های پخت شونده در دمای زیاد را ندارند. شایان ذکر است، چسب های پخت شونده در دمای زیاد گران هستند، زیرا افزون بر تعدد مراحل فرایند، قیمت بسته بندی در ظروف کوچک، برای جلوگیری از ضایعات، نیز افزایش می یابد. بدین ترتیب، در شرایطی که خواص ساختاری بسیار بهبود یافته مدنظر نیست، استفاده از این نوع چسب های تک جزئی اقتصادی تر است.

سامانه های میکرو کپسولی شده امین ها را می توان در اندازه کپسول های پلی الکترولیتی یا سلولوزی کوچک میکروکپسول کرد. این عمل، روشی برای جدا نگه داشتن آمین از رزین اپوکسی در زمان ذخیره سازی است. زمانی که مصرف کننده تصمیم می گیرد، واکنش پخت آغاز شود، در فرایند کاربرد، کپسول ها پاره شده و آمین آزاد می شود تا با رزین اپوکسی واکنش دهد. مثال موفقی از این دسته محصولات، نوعی چسب اپوکسی است که می تواند برای پیچ های ماشینی machine screw) (thread به کار رود. هنگامی که پیچ در محل مربوط پیچیده می شود، عمل برشی موجب از هم باز شدن کپسول می شود. به طور کلی برای این نوع چسبها، استحکام اتصالات کم است. اما این موضوع ممکن است، برای برخی از کاربردها مهم نباشد.

سامانه های غربال مولکولی غربال های مولکولی مانند زئولیت می توانند به عنوان حامل آمین های با وزن مولکولی کم استفاده شوند. آمینی مانند دی اتیلن تری آمین (DETA) می تواند پیش از اختلاط با رزین اپوکسی در غربال جذب شود و عمر مفید آن به نسبت طولانی است. آزادسازی DETA به کمک گرما یا از راه جابه جایی نم موجود در هوا شروع می شود.

سامانه های دارای عوامل پخت تأخیری بیشتر چسب های اپوکسی با سامانه پخت در دمای معمولی، با آمین های آلیفاتیک، پلی آمیدها یا آمیدو آمینها پخت می شوند. در حالی که، بیشتر چسب های اپوکسی با سامانه پخت تأخیری به کمک آمین های آروماتیک، آمین های آلیفاتیک اصلاح شده، هیدروکسیل های فنولی و الکلی، انیدریدهای اسیدی و اسیدهای لوئیس پخت می شوند. در سامانه های اپوکسی تک جزئی، عوامل پخت تأخیری مانند دیسیان دی آمید و ایمیدازول ها به کار می روند. در این سامانه ها، عامل پخت و رزین به عنوان محصولی واحد با هم مخلوط می شوند. تا زمانی که شرایط مناسب فرایند پخت اعمال نشود، هیچ واکنشی با رزین انجام نمی شود.

عوامل پخت تأخیری اپوکسی های تک جزئی عوامل پخت اپوکسی های تک جزئی، به طور معمول دیسیان دی آمید، ترکیبات BF آمین های آروماتیک و ایمیدازول ها هستند، زیرا این ترکیبات در دمای معمولی پایدارند. اما زمانی که گرما ببینند، پس از دمای فعال سازی پخت می شوند. همه این عوامل پخت، خاصیت واکنش دهی آرام و کند دارند. هنگامی که با رزین اپوکسی آمیخته می شوند، عمر مفید نسبتا طولانی تری را فراهم می کنند. هرچند، بزرگ ترین موفقیت با گروهی از عوامل پخت به دست آمده است که به نام عامل های پخت نهان شناخته شده اند.

عوامل پخت تأخیری با چند ساز و کار فعالیت می کنند. اولین و رایج ترین ساز و کار بر اثر انحلال ناپذیری عوامل پخت در رزین اپوکسی است. بدین سبب، این عوامل در دمای معمولی غیر فعال اند. در عوامل پخت مذاب و حل شده در رزین، فرایند پخت با گرمادیدن فعال می شود. عوامل پخت تأخیری با دیسیان دی آمید و چند عامل پخت دیگر، بهترین نتیجه را ارائه می دهند. این عامل ها، رایج ترین عوامل پختی هستند که در چسب های اپوکسی تک جزئی به کار می روند.