معرفی انواع هاردنر اپوکسی

رزین های اپوکسی حدود 75 سال است که به صورت تجاری در دسترس هستند و کاربردهای صنعتی زیادی دارند، قیمت آنها به نسبت رزین های دیگر بالاتر است اما مزایای فنی آنها هزینه ی بالای خرید آنها را توجیه می کند. شیمی آنها بسیار جذاب است و مورد توجه بسیاری از دانشمندان توانا قرار گرفته است. این موضوع کاربرد های تکنولوژیک استفاده از رزین اپوکسی را هر روز پیشرفت می دهد.

اصطلاح "رزین اپوکسی" هم برای رزین پخت نشده ی اولیه (پیش پلیمرها) و هم برای رزین های پخت شده به کار می رود. اولی حاوی گروه های اپوکسی آماده به انجام واکنش R-CH-CH2' است، این گروه در ساختار شیمیایی مواد، گروه اپوکسی نامیده می شود، از این رو نام ساختار نهایی آنها نیز اپوکسی نامیده می شود، با وجود این که در رزین‌های پخت شده همه گروه‌های واکنش ‌دهنده ی اپوکسی ممکن است واکنش داده باشند و دیگر در ترکیب موجود نباشند.

هاردنر های اپوکسی مولکول های کوچکی هستند که لابه لای زنجیر های به هم پیچیده ی پلیمر های رزین نفوذ می کنند و با انجام دادن واکنش شیمیایی با آنها منجر به اتصال زنجیر ها به هم می شوند.برقراری این اتصالات منجر به ایجاد یک شبکه ی سه بعدی مستحکم می شود که حالت فیزیکی رزین را از یک مایع ویسکوز به جامل سخت و پر مقاومت تغییر می دهد. این فرایند پخت رزین نام دارد. در دوره های زمانی مختلف انواع مختلفی از هاردنر ها برای پخت این رزین اپوکسی استفاده شده است و به دلیل انجام تحقیقات روز افزون بر روی ترکیبات پخت این رزین جذاب قطعا در سالهای آینده نیز هاردنر های متفاوتی برای آن شناسایی می شوند و از لحاظ تجاری جای هاردنر ههای دیگر را می گیرد.

برآورد نسبی از بازار انواع هاردنر های مختلف رزین اپوکسی در جدول 1.1 نشان داده شده است. در این جدول درصد استفاده از هر هاردنر را در صنایع مختلف در سال تالیف کتاب منبع، سال 1993، در ستون دوم مشاهده می فرمایید.

از دسته‌های اصلی این هاردنرها که در هم اکنون مورد استفاده قرار می گیرند می‌توان به هاردنرهای زیر اشاره کرد:

• پلی آمید
• پلی آمین- آروماتیک
• پلی آمین- آلیفاتیک
• پلی آمین- سیکلوآلیفاتیک،
• پلی آمیدوآمین
• انیدریدی
• فنالکامینی

هاردنر های پلی آمید

بارز ترین خصوصیت هاردنر های پلی آمید رزین اپوکسی قابلیت رقیق سازی مناسب ترکیب با حلال های مختلف است. از لحاظ شیمیایی لیست خواص مورد توجه رزین اپوکسی با هاردنر پلی آمیدی به شرح زیر است:

• قابلیت رقیق شدن ترکیب با انواع حلال های شیمیایی
• استحکام مناسب و مقاومت مناسب در برابر ضربه
• قابلیت پخت در دمای محیط
• مقاومت در مقابل نفوذ آب
• مقاومت شیمیایی قابل قبول
• چسبندگی بالا به سطوح زیر کار

هاردنر های پلی آمید به شکل ذاتی بسیار غلیظ هستند و اما در عوض قابلیت اختلاط با حلال های مختلف را دارند. متاسفانه این هاردنر در ضخامت های بالا در رزین باقی می مانند و منجر به شکننده شدن آن می گردند بنا بر این کاربرد اصلی این هاردنر در رزین هایی هست که به صورت لایه نازک اعمال می شوند مثل کفپوش و لایه های پوشش های ضد خوردگی. به علاوه این هارنر های غلیظ به شکل ذاتی پر رنگ هستند و برای ترکیب های نهایی با رنگ های روشن مشکل ایجاد میکنند.

هاردنر های پلی آمین

ترکیبات آمینی به آمین های اولیه، ثانویه و سوم طبقه بندی می شوند که در آنها یک، دو و سه مولکول هیدروژن آمونیاک (NH3) به ترتیب جایگزین هیدروکربن شده اند. آمین ها را با توجه به تعداد آمین های موجود در یک مولکول، مونوآمین، دی آمین، تری آمین یا پلی آمین می نامند. آمین ها بر اساس انواع هیدروکربن های درگیر به آمین های آلیفاتیک، آلی سیکلیک و آمین های آروماتیک طبقه بندی می شوند و همگی عوامل پخت مهم رزین اپوکسی هستند.

هاردنر پلی آمین آلیفاتیک

این هاردنر عامل پخت برای رزین اپوکسی است که قادر به پخت در دمای اتاق است، حرارت زایی بسیار بالایی در دمای اتاق دارد و عمر مفید آن و به نسبت زمان کاربری آن بسیار کوتاه است. همین واکنش زایی بسیار زیاد آنها منجر به بالا رفتن احتمال وقوع انواع حساسیت های پوستی و تنفسی برای اجرا کننده می شود، استفاده و حمل و نقل این هاردنر باید با حداکثر احتیاط انجام شود. رزین پخت شده با آن دارای خواص عالی است و مقاومت حرارتی برخی انواع آن به 100 درجه سانتیگراد می رسد و نسبت به آب و حلال های معدنی زیادی مقاومت دارد اما نسبت به حلال هایی آلی چندان مقاوم نیست. هاردنر آمین آروماتیک برای دستیابی به مقاومت حرارتی و مقاومت شیمیایی بیشتر نسبت به آمین آلیفاتیک ساخته شده است.

هارنر های پلی آمینی به خوبی هاردنر های پلی امید قابلیت رقیق شدن با حلال را ندارند اما به شکل متوسط ویسکوزیته پایین تری دارند.

هاردنر پلی امین سیکلو آلیفاتیک

این هاردنر خواص مکانیکی و شیمایی بالای هاردنر های پلی امین آلیفاتیک را دارد اما سرعت واکنش و گرما زایی آن را ندارد، تنها محدودیت استفاده از آنها سمیت آنها است. به علاوه که خواص مکانیکی و مقاومتی رزین پخت شده با آنها در مقابل مواد شیمیایی و حلال ها به اندازه ی دسته پلی آمین آروماتیک ها خوب نیست.

هاردنر های پلی آمین سیکلو آلیفاتیک در دسته ی هارنر های اپوکسی بسیار بی رنگ تر و با ویسکوزیته پایین تر از باقی اجزای مجموعه هستند و همین موضوع نقطه قوت این هاردنر برای تولید رزین هایی است که کاربرد زینتی دارند و در رنگ های روشن یا شفاف اجرا می گردند.

هاردنر پلی آمین سیکلو آلیفاتیک خواص زیر را دارد:

• شفافیت کافی برای ترکیبات بی رنگ
• ترکیب رنگی رضایت بخش در رنگ های شفاف
• ویسکوزیته کم ترکیب قبل از پخت )که به سهولت اجرا در برخی شرایط کمک می کند(
• مقاومت اسیدی قابل قبول رزین پخت شده
• مقاومت ضربه خوب رزین پخته شده
• دارای سختی و انعطاف پذیری قابل قبول به شکل بهینه
• دارای سرعت پخت بهینه

هاردنر های سیکلو آلیفاتیک در زمینه های تولید انواع گروت ها و چسب ها، کامپوزیت ها، کفپوش ها، عایق کاری بردهای الکتریکی، تولید رزین های قالب گیری شده، کارهای تزئینی و سنگ های مصنوعی و… کاربرد دارند.

هاردنر پلی آمین آروماتیک

در مجموعه ی رزین های پخت شده با هاردنر های آمینی، بهترین خواص فیزیکی و مقاومت در برابر انواع حلال های شیمیایی و حتی بالاترین طول عمر نهایی با رزین های پخت شده، با هاردنر آمین آروماتیک حاصل می شود، این نوع هاردنر و هاردنر های نوع فنالکامین بهترین عاملان پخت در دمای خیلی پایین و شرایطی هستند که رطوبت محیط به حدی بالاست که شرایط به هیچ وجه برای استفاده از سایر هاردنر های رزین اپوکسی مناسب نیست، سایر هاردنر های رزین اپوکسی به شدت نسبت به رطوبت اضافی حساسیت دارند و دارای افت کیفیت اجرا و خواص نهایی رزین می شوند. زمان پخت متوسط آنها حدود 12 ساعت است ولی با استفاده از انواع شتاب دهنده بازه ی متنوعی از زمانهای کاربری در اختیار مصرف کننده می گذارد.

این هاردنر به دلیل بالا بودن گاردنر رنگ آنها معمولا برای استفاده در ترکیبات رنگ های روشن لایه نهایی استفاده نمی شوند، اما خصوصیت های فوق العاده ی دیگر آن توجیه کننده استفاده از این هاردنر ها خواهد بود.

خواصی از قبیل:

• مقاومت مکانیکی(سایش، استحکام و فتیک) بسیار زیاد
• مقاومت شیمیایی و خوردگی بسیار بالا (در طیف وسیعی از PH و انواع مختلف مواد شیمیایی)
• چسبندگی بسیار زیاد به سطوح زیر کار
• سرعت پخت مناسب در دمای محیط
• سرعت پخت قابل قبول در دمای پایین

این هاردنر ها نیز در رنگ ها، کفپوش ها و انواع پوشش های فاقد حلال، چسب ها و انواع ملات ها و گروت ها کاربرد دارند.

شرکت آبادگران تولید کننده هاردنر پلی آمین اصلاح شده ای می باشد که در صورت استفاده به عنوان عامل پخت رزین اپوکسی، خصوصیات ذکر شده را برای رزین پخت شده فراهم می آورد. ویسکوزیته ی پایین این هاردنر برای تسهیل اختلاط با رزین مناسب است و قابلیت پخت در دمای پایین و شرایط مرطوب را برای رزین اپوکسی فراهم می آورد.

هاردنر های انیدریدی

این نوع هاردنر به دلیل عدم رسانایی الکتریکی رزین پخت شده با آن توانسته در بازار این روز های جای خود را باز کند، علاوه بر آن، این هاردنر مقاومت حرارتی قابل توجهی نیز به رزین پخت شده می دهد. بخارات تحریک کننده ی انیدرید مایع نقطه ضعف استفاده از این هاردنر می باشد، در حالی که انیدرید های جامد برای پخت مناسب به حرارت و اختلات بسیاز زیاد نیاز دارند. حرارت زایی کم و عمر مفید رزین پخت نشده با شکل مناسبی بالاست. مقاومت گرمایی رزین پخت شده از هاردنر های آمین آلیفاتیک بالاتر است اما از آمین آروماتیک ها بالاتر نیست.

انواع زیادی از هاردنر های انیدریدی وجود دارد و هر کدام به واسطه ی خواص منحصر به فرد خود کاربرد های ویژه ای دارد اما به شکل عمومی به موارد کاربرد زیر می توان اشاره کرد:

• صنایع تولیدی کامپوزیت و لمینیت
• تولید لوازم الکترونیکی و تجهیزات برقی

هاردنر های آمیدو آمین

در مجموعه ی هاردنر های پلی آمین، برخی هاردنر پلی آمین- آلیفاتیک به دلیل مشکل انعطاف پذیری پایین و شکنندگی بالا نیازمند اضافه کردن اصلاح کننده های روغنی (مانند تری گلیسیرید غیر اشباع روغنی) دارد. به ترکیب این نوع هارنر ها آمیدوآمین یا پلی آمین آلیفاتیک اصلاح شده دسته بندی می شوند.

مولکول‌های اصلاح شده بسیار بزرگ هستند و حاوی انواع هیدروژن‌های آمین اولیه و ثانویه، آمیدهای واکنشی و گروه‌های کربوکسیل هستند که همگی می‌توانند به پخت اپوکسی کمک کنند. آمینو پلی آمیدها به طور قابل توجهی انعطاف‌پذیری و مقاومت در برابر ضربه، و مقاومت در برابر آب (حتی تا آنجا که باعث پخت در زیر آب می‌شوند) را افزایش می‌دهند. این مواد مقاومت شیمیایی ضعیفی دارند و مقاومت گرمایی آن کم است. از کاربردهای اصلی آن‌ها می‌توان به پوشش‌ها و چسب‌ها اشاره کرد اما رزین این هاردنر ها نیز به صورت لایه های ضخیم استفاده نمی شود.

هاردنر فنالکامین

هاردنر های بر پایه فنالکامین مخصوص شرایط ویژه ی پخت های شرایط مرطوب و نواحی جذر و مدی طراحی شده است، ویسکوزیته پایین این هاردنر قابلیت استفاده در انواع مختلف پوشش را برای مصرف کننده به وجود می آورد. مواردی مثل رنگ ها و پوشش ها و بتونه های صنعتی بدون حلال برای محافظت انواع لوله ها و تجهیزات صنعتی در مقابل خوردگی در شرایط معمول و شرایط جذر و مدی.

خصوصیاتی چون:

- ویسکوزیته پایین

- مقاومت چسبندگی بالا به انواع سطوح

- مقاومت شیمیایی بسیار مناسب در مقابل آب دریا و شرایط خورنده

- قابلیت پخت در دماهای خیلی پایین و شرایط مرطوب و حتی قابلیت استغراق بلافاصله پس از اعمال و گیرش اولیه

شرکت آبادگران تولید کننده هاردنر فنالکامین می باشد که در صورت استفاده به عنوان عامل پخت رزین اپوکسی، خصوصیات ذکر شده را برای رزین پخت شده فراهم می آورد. این نوع هاردنر ضمن دادن خصوصیات ذکر شده به رزین، قابلیت پخت در دمای پایین و شرایط مرطوب را برای رزین اپوکسی فراهم می آورد.

مقایسه ی هاردنر های مختلف

در جدول زیر خواص متفاوت رزین اپوکسی هاردنر های مختلف با هم مقایسه مقایسه شده است.

منابع:

-Chemistry and Technology of Epoxy Resins"BRYAN ELLIS"

-Curing kinetics and thermo mechanical properties of latent epoxy/carbon fiber composites

-Comparisons of Epoxy Technology for Protective Coatings and Linings in Wastewater Facilities