بخشی از مقاله
چکیده:
رزینهای اپوکسی به عنوان یکی از مناسبترین و پرکاربردترین پلیمرهای ترموست با عملکرد بالا در جهان برای صنایع مختلف از جمله صنایع خودروسازی، هوافضا، چسب، سیستمهای الکترونیکی، رنگ، پوششها و ... مورد استفاده قرار میگیرند. مهمترین جزء در فرآیند پخت این دسته از رزینها، هاردنر مربوط به آن میباشد. علاوه بر این یکی از اهداف شیمی سبز، طراحی استراتژیهای سنتزی بر پایهی مواد زیستسازگار میباشد که در آن بکارگیری، تولید مواد سمی و محصولات جانبی کاهش مییابد. از اینرو در این پژوهش، هاردنری بر پایهی گلیکول مطابق اهداف شیمی سبز تهیه گردید. جهت بررسی ساختاری عامل پخت تهیه شده، آنالیزهای FT-IR و H-NMR صورت گرفت.
واژه های کلیدی: رزین اپوکسی، عامل پخت پایه گلیکولی، شیمی سبز
مقدمه
رزین اپوکسی گونهای از مواد پلیمری ویسکوالاستیک است که به عنوان یکی از مناسبترین، ارزانترین و در دسترسترین ترموستهای با عملکرد بالا برای صنایع خودروسازی، هوافضا، چسب، رنگ، پوشش و... مطرح میباشد. محصول پلیمری شدهی این دسته از مواد، حاصل واکنش بین گروههای اپوکسی موجود در رزین اپوکسی با گروههای دارای هیدروژن فعال موجود در عامل پخت مورد نظر میباشد که باعث ایجاد شبکه- ای از اتصالات سه بعدی مستحکم میگردد 1]،.[2از مهمترین ویژگیهای رزین اپوکسی میتوان به مقاومت شیمیایی، مقاومت در برابر خوردگی، پایداری حرارتی،
چسبندگی عالی به سطوح، آبگریزی مناسب، استحکام کششی، جمعشدگی کم در هنگام پخت، مقاومت در برابر تنش، جاذب ضربه و ارتعاش و... در آن اشاره کرد.
اما همچنان اپوکسی پخت شدهی نهایی دارای ضعفهایی از جمله تردی و شکنندگی زیادبعد از عمل پخت، نفوذ عوامل مخرب محیطی از منافذ پلیمر پخت شده به لایههای زیرین، زمان پخت طولانی، وابستگی عمرمفید رزین اپوکسی پختشده به محیط و... میباشد.[3] به منظور استفاده از رزینهای اپوکسی جهت بهبودخصوصیات اپوکسی پخت شده میتوان تمهیداتی را قبل ازانجام مرحلهی پخت لحاظ کرد. در این راستا یکی از اقدامات ممکن، استفاده از عوامل پخت مناسب با طول زنجیره بلندتر،حرارتی، آبگریزی، کاهش تردی و شکنندگی و... در محصول نهایی پخت شده خواهد گردید.[6-4]ساختار مولکولی نو و در نتیجه تغییر در اتصالات عرضی رزین پخت شدهی اپوکسی است. این امر باعث ایجاد ویژگیهای متفاوت مکانیکی، شیمیایی، چسبندگی به سطوح، پایداری عمل پخت در رزین اپوکسی واکنشی است که نیاز به یک مادهی پیشبرنده دارد.
این ماده هاردنر یا عامل پخت نامیده می-شود. هاردنر مادهای است که بهوسیلهی ترکیب شدن با رزین اپوکسی بر روی سرعت و کیفیت واکنش پخت و ویژگیهای نهایی محصول تاثیر مستقیم میگذارد.[7]مقدار بحرانی عامل پخت در فورمولاسیون وابسته به شیمی واکنش درگیر است. نسبت اختلاط رزین و عاملپخت تاثیر بسزایی در خواص مکانیکی محصول دارد.[8]در هنگام واکنش پخت تغییرات فیزیکی و شیمیایی رخ می-دهد که طی آن مواد از مایع ویسکوز به جامد سخت تبدیل می-شوند و رزین اپوکسی حاصل، غیر قابل ذوب و انحلال است 8]،.[9حضور عامل پخت و ایجاد ساختار شبکهای کراسلینک شده باعث افزایش جرم مولکولی و افزایش مقاومت رزین حاصل مانند مقاومت کششی و ... میشود .[9] با توجه به تعریف شیمی سبز در راهکارهای کاهش و جلوگیری از آلودگی زیست محیطی، در این پژوهش سعی شده از ساختار پایه گلیکولی جهت ساخت عامل پختی با سمیت کمتر، فراریت پایینتر و...استفاده شد10]،.[11
بخش تجربی
-1مواد اولیه
مواد مورد استفاده شامل تریاتیلن تتراآمین - TETA - ، - -3تری متوکسی سیلیل - پروپیل متااکریلات - MEMO-Silane - و پلی-اتیلن گلیکول - PEG600 - 600 میباشند.
-2 روش
برای تهیهی عامل پخت مورد نظر از فرمولاسیون ارائه شده در جدول 1 استفاده گردید. به این منظور مقدار معینی TETA داخل ظرف واکنش ریخته و در چندین مرحله MEMO-Silane به داخل ظرف اضافه گردید. ضمن اضافه کردن مخلوط حاصل روی همزن مغناطیسی قرار گرفته و واکنش در دمای 60 درجهی سانتیگراد و به مدت 24 ساعت انجام شد. سپس مقدار معینی PEG600 در چندین مرحله به ظرف واکنش اضافه گردید و واکنش مطابق با شرایط قبل به مدت 3- 4 ساعت ادامه پیدا کرد. واکنش انجام شده به صورت شماتیک در شکل 1 قابل مشاهده است.
نتایج و بحث
برای بررسی صحت سنتز عامل پخت مورد نظر، از آن آنالیزFT-IR و H-NMRگرفته شد؟طیفهای FT-IR سه مادهی اولیه و محصول به دست آمده در هر مرحله، در شکل 2 نشان داده شدهاند. در بررسی طیف آنالیزFT-IR نمونهی TETA وMEMO-Silane+TETA+PEG600، در هر 2، پیکهای مربوط به NH2 - آمین نوع اول - در1474 cm-1و NH - آمین نوع دوم - در ناحیهی 1574 cm-1 متعلق به TETA ظاهر شده است. پس میتوان گفت که گروه Si در MEMO-Silane با یکی از گروههای NH2 موجود در TETA واکنش داده است و یک گروه NH2 برای واکنش با حلقهی اپوکسی رزین همچنان آزاد میباشد و NH های موجود در TETA نیز همچنان واکنش نداده باقی ماندهاند. علت این امر نیز بهدلیل میل واکنش پذیری بالاتر NH2 نسبت به NH است.
در بررسی طیف FT-IR نمونهی MEMO-Silane + TETA،پیک ظاهر شده در ناحیهی 874 cm-1 نشان دهندهی ایجاد پیوند بین گروه NH در TETA با گروه Si در MEMO-Silane است.علاوه بر آن، طیفهای H-NMR مواد اولیه و محصول به دست آمده در شکل 3 نشان داده شدهاند.در بررسی طیف H-NMR مربوط به TETA، پیک ظاهر شده در ناحیهی1/49 cm-1 مربوط به هیدروژنهای گروه NH2 می-باشد که در طیف مربوط به MEMO-Silane + TETA شدت این پیک بهدلیل درگیر شدن هیدروژنهای موجود در NH2یTETA با MEMO-Silane کم شده است.در طیف MEMO-Silane + TETA + PEG600 شدت پیک هیدروژنهای باقیمانده برروی MEMO-Silane + TETA پس از درگیر شدن هیدروژنها با گروههای هیدروکسیل PEG600 کم شده است که نشاندهندهی صحت تشکیلMEMO-Silane+TETA+PEG600 میباشد.
در طیف مربوط به MEMO-Silane پیک ظاهر شده در 3 /40cm-1 مربوط به هیدروژنهای گروههای متوکسی میباشد که در طیف MEMO -Silane + TETA شدت این پیک کاهش یافته است که نمایانگر جایگزینی - ترک - گروههای متوکسی MEMO-Silane با گروههای NH2ی TETA است.در بررسی طیف MEMO-Silane + TETA + PEG600کاهش دوبارهی شدت پیک ظاهر شده در 3/48 cm-1 که مربوط به هیدروژنهای گروههای متوکسی درMEMO-Silane بود، نشاندهندهی برهمکنش گروههای هیدروکسی PEG600 با MEMO-Silane و حذف گروههای متوکسی از MEMO-Silane میباشد.
