۱ـ۳ 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^[۱۷] را بررسی می­ کند، می ­تواند مورد توجه قرار گیرد.

۱ـ۴ 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.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

۱ـ۵ فرضیه های تحقیق

برای انجام این پروژه روش­های مورد نظر به صورت زیر مطرح می­گردد:
الف­ـ تدارک رزین اپوکسی مناسب،
ب­ـ فرمولاسیون سیستم پخت،
ج­ـ انتخاب عوامل پخت متفاوت و بررسی خواص ناشی از استفاده از آن،
دـ دستیابی به سیستم پخت مناسب در حضور نرم­کننده.

فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده

۲ـ۱ 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 پوشش ­های محافظ و سختی تبدیل می­گردند. کاربردی­ترین رزین طبیعی، روزین (یا کلوفان) است. بعدها، هر ماده­ سنتزی که مکمل یا جایگزین این فراورده­های طبیعی شد، «رزین» نام گرفت (ظهوریان­مهر^[۱۸]، ۱۳۷۶).
امروزه رزین به تعدادی از انواع پلی­مر­ها، شامل محصولات تراکمی فنول­ـ­فرمالدئید^[۱۹] و رزین­های اپوکسی، پلی­مرهای وینیلی مانند پلی­استیرن^[۲۰] و پلی­متیل­متاکریلات^[۲۱]، و پلی­مرهای تراکمی طبقه­ی پلی­آمید^[۲۲] یا پلی­استر^[۲۳] و … گفته می­ شود. بیشترین اصطلاح رزین به پلی­مرهای خطی یا شبکه­ ای (یا قابل شبکه­ ای شدن) که برای عملیات قالب­گیری، ریخته­گری یا روزن­رانی و در پوشش ­های سطوح استفاده می­شوند ارتباط دارد.
رزین­ها پلی­مرهایی و به عبارتی کوپلی­مر^[۲۴]هایی با وزن مولکولی بالا هستند که در درون زنجیره خود گروه ­های 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 دانه­ های جامدی هستند که برحسب نیاز در حلال مناسب حل می­شوند (ظهوریان­مهر و همکاران، مترجم، ۱۳۷۶).

۲ـ۲ رزین اپوکسی

اصطلاح اپوکسی به گروه شیمیایی اطلاق می­ شود 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 “۱و۲ اپوکسی” یا “آلفا اپوکسی” گفته می­ شود (دادییوک و گودمن^[۲۵]، ۲۰۱۳؛ راتنا^[۲۶]، ۲۰۱۰).

۲ـ۳ تاریخچه

ترکیبات دارای رزین اپوکسی از اواخر قرن نوزده (در سال ۱۸۹۱) توسعه پیدا کردند (لی^[۲۷]، ۱۹۶۷).
در اواخر دهه ۱۹۳۰ دو محقق به طور جداگانه از ترکیب اپی­کلروهیدرین^[۲۸] و بیس­فنول A^[29] رزین اپوکسی را ساختند که اولین رزین اپوکسی در دسترس شد. در ۱۹۳۶ دکتر پییر کاستان^[۳۰] که در یک شرکت در زوریخ ^[۳۱]
آلمان مشغول کار بود رزین اپوکسی را توسعه داد، این رزین گرماسخت از واکنش با یک انیدرید بدست آمد. در ۱۹۵۵ شرکت شل^[۳۲] آمریکایی یک اداکت آمین­ـ­­اپوکسی به عنوان عامل پخت تولید نمود. در ۱۹۵۸ اولین پوشش ­های صنعتی برای صنعت نقاشی به صورت رزین­های جامد تهیه شدند (می^[۳۳]، ۱۹۸۷).
در دهه ۱۹۸۰ 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 دهه­ ۱۹۹۰ رزین­های اپوکسی­ـ­آکریلات پخت شونده با تابش، رشد یافتند، رزین­های مقاوم به نور و چاپ در صنایع الکترونیک از این دسته می­باشند (خلینا^[۳۴]، ۱۳۹۲). تولید رزین اپوکسی به علت کاربرد­های فراوانی که پیدا کرده هم­چنان رو به گسترش است (دادییوک و گودمن، ۲۰۱۳).

۲ـ۴ ساخت رزین اپوکسی

متداول­ترین راه تهیه­ 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 (۲ـ۱) آورده شده است. این واسطه یک پلی­مر خطی، دارای گروه ­های اپوکسید انتهایی و هیدروکسیل­های میانی است. در این واکنش، اپی­کلروهیدرین اضافی باعث می­ شود که انتهای زنجیرها به گروه ­های اپوکسی ختم شوند (ظهوریان­مهر و همکاران، مترجم، ۱۳۷۶).

شکل (۲ـ۱) واکنش تهیه رزین اپوکسی از بیس­فنول A و اپی­کلروهیدرین (گریمسلی و همکاران^[۳۵]، ۲۰۰۲؛ یانگ^[۳۶]، ۱۹۹۸).
رزین واسطه (۱) مایع یا جامدی با نقطه ذوب بالا (تقریباً °C150) می­باشد.

۲ـ۵ سخت شدن

عملیات پخت یا سخت شدن، یک واکنش شیمیایی است که پیوندهای عرضی ایجاد می­گردد (رضایی^[۳۷]، ۱۳۹۰). رزین­های اپوکسی در اثر پخت شدن با عوامل شبکه­ ای کننده به شبکه ­های گرماسخت سه بعدی جامد، غیرقابل­ذوب و انحلال­ناپذیر تبدیل می­شوند (ساختمانیان و بهزادی^[۳۸]، ۱۳۸۵). باز شدن حلقه­ی اپوکسید انتهایی و یا استری شدن هیدروکسیل­های زنجیر باعث شبکه­ ای شدن می­ شود. حلقه­ی اکسیران گروه ­های اپوکسی باز شده و اتصالات C-O خطی و بلند ایجاد می­ شود، به همین دلیل اپوکسی­های پخت شده جمع­شدگی کم و پایداری ابعادی مناسب­تری دارند (ظهوریان مهر و همکاران، مترجم، ۱۳۷۶).
عوامل پخت یا کاتالیست و یا کمک واکنش هستند. عامل پخت کاتالیستی به عنوان یک شروع کننده هموپلی­مرشدن رزین اپوکسی و یا به عنوان شتاب­دهنده عوامل پخت دیگر عمل می­ کند، در حالی که عوامل پخت کمک واکنشی مانند یک کومونومر در فرایند پلی­مرشدن شرکت می­ کنند. در اکثر موارد پخت اپوکسی­ها از طریق ساز و کارهای هسته­دوستی انجام می­ شود. مهم­ترین گروه از عوامل پخت کمک واکنشی عوامل دارای اتم­های هیدروژن فعال مانند آمین­های نوع اول و دوم، فنول­ها، تیول­ها و دی­کربوکسیلیک­اسیدها یا انیدریدها هستند. اسیدهای لوییس و آمین­های نوع سوم نیز عوامل پخت کاتالیستی هستند (خلینا، ۱۳۹۲).

۲ـ۵ـ۱ فرایند پخت با آمین

رزین­های اپوکسی با عامل پخت آمینی با مکانیسم پل­زدن و یا کاتالیستی شبکه­ ای می شوند (زردان و همکاران^[۳۹]، ۱۳۸۸). در مورد آمین­های نوع اول یک نوع افزایش صورت می­گیرد که سرعت واکنش­دهی آن­ها بیشتر از آمین­های نوع دوم است. گروه آمین نوع اول که دارای دو اتم هیدروژن متصل به خود است با دو گروه اپوکسی واکنش داده (شکل (۲ـ۲))، در حالی که آمین نوع دوم تنها با یک گروه اپوکسی واکنش می­دهد. آمین­های نوع سوم به جای انجام یک واکنش افزایشی ساده، بیشتر به وسیله یک مکانیسم پلی­مرشدن حلقه گشای کاتالیزوری بر روی گروه ­های اپوکسی عمل می­ کنند، زیرا واکنش افزایشی ساده با ترکیبات R₃N انجام پذیر نیست (ظهوری^[۴۰]، مترجم۱۳۸۱).

شکل (۲ـ۲) واکنش پخت رزین اپوکسی با آمین (یانگ، ۱۹۹۸).

۲ـ۵ـ۲ فرایند پخت با انیدرید

انیدریدها یکی دیگر از عوامل پخت اپوکسی به شمار می­روند. گرانروی کم و عمر مصرف طولانی از مزایای ترکیبات اپوکسیدی­ـ­انیدریدی به شمار می­رود، هم­چنین در حین پخت گرمای کمتری آزاد می­ شود (خلینا، ۱۳۹۲).
سخت شدن با سخت­کننده­ های انیدرید همراه با پلی­مرشدن تراکمی است و نیاز به دمای بالا دارد (ظهوری، مترجم، ۱۳۸۱). شکل (۲ـ۳) مکانیسم پخت اپوکسی و انیدرید را نشان می­دهد.

شکل (۲ـ۳) پخت اپوکسی و انیدرید (خلینا، ۱۳۹۲؛ گریمسلی و همکاران، ۲۰۰۲).

۲ـ۵ـ۳ عوامل پخت فنولی

فنول ها گروه دیگر ی از عوامل پخت اپوکسی­ها هستند که دارای گروه ­های هیدروکسیل فنولی هستند و می­توانند با گروه ­های اپوکسی وارد واکنش شوند. ازجمله ترکیبات دارای گروه ­های فنولی می­توان به نووالاک­ها اشاره نمود که فرایند پخت آن با اپوکسی در شکل (۲ـ۴) نشان داده شده است.

شکل (۲ـ۴) واکنش اپوکسی با فنول­ها (خلینا، ۱۳۹۲).

۲ـ۵ـ۴ عوامل پخت گوگرددار

این عوامل پخت شامل ترکیبات سولفیدی و مرکاپتانی دارای گروه های انتهایی تیولی ((-SH هستند. گروه تیول یا مرکاپتان به تنهایی و در دمای محیط به طور آهسته با رزین اپوکسی واکنش می­ دهند. در صورت استفاده از آمین نوع سوم به یون مرکاپتید با واکنش­پذیری بالا تبدیل می­شوند.

شکل (۲ـ۵) واکنش عامل گوگرددار و اپوکسی (خلینا، ۱۳۹۲).
سخت­کننده­ های پلی­تیول شامل گروه ­های CH(OH)CH₂SH هستند که گروه ­های هیدروکسیل گروه ­های تیول را به وسیله­ اتصالات هیدروژنی فعال می­ کنند (ظهوری، مترجم، ۱۳۸۱).

۲ـ۶ شتاب­دهنده­ها

به منظور بالا بردن عملیات پخت برای اینکه زمان پخت کاهش یابد به شتاب­دهنده نیاز است. شتاب­دهنده­ها زمان سخت شدن را کاهش می­ دهند و با فعالیت کاتالیستی بهره­وری را بهبود می­بخشند. شتاب­دهنده­های مورد استفاده شامل؛ پلی­آمین­های آلیفاتیک یا آمین­های نوع سوم، فنول­ها و نانیل فنول، رزورسینول یا شتاب­دهنده­های مشتق­شده معدنی مانند تری فنیل فسفیت هستند (اردبیلی وپتچ^[۴۱]، ۲۰۰۹).

۲ـ۷ نرم­کننده­ها

برای بهبود خواص پلی­مرها و انعطاف­پذیری آن­ها از نرم­کننده استفاده می­ شود. نرم­کننده­ها در میان زنجیرهای پلی­مری قرار می­گیرند و آن­ها را از هم دور کرده و پلی­مر را نرم می­ کنند و باعث دوام آن می­شوند. از نرم­کننده­ها می­توان به استرفتالیک­هایی مانند دی بوتیل فتالات و دی اکتیل فتالات اشاره نمود (براوون^[۴۲]، ۲۰۱۱).