محاسبه مقدار درصد هاردنر آمینی برای رزین اپوکسی

محاسبه مقدار درصد هاردنر آمینی برای رزین اپوکسی

محاسبه مقدار درصد هاردنر آمینی برای رزین اپوکسی

همانگونه که می دانیم رزین اپوکسی دارای دو گروه عاملی فعال برای واکنش می باشد. در اثر واکنش این گروه های فعال واکنش بصورت زنجیره ای ادامه می یابد و این امر باعث افزایش جرم مولکولی و ویسکوزیته شده و رزین اپوکسی سخت می گردد. دو گروه عاملی فعال اپوکسی، شامل گروه های ذیل است:

  • گروه عاملی هیدروکسیل (OH): این گروه می تواند در دماهای بالا با فنل، اوره، رزین های ملامین فرم آلدئید واکنش دهد و به اصطلاح رزین پخت گردد. شایان ذکر است که گروه عاملی هیدروکسیل تمایل شدیدی به واکنش با گروه های ایزوسیانات (NCO) نیز دارد که این واکنش بسیار سریع و در دمای محیط صورت می گیرد.

epoxy

  • گروه عاملی اپوکسید که شامل اکسیژن در ساختار حلقه مثلثی است. 

این گروه تمایل به واکنش با هاردنرهای فنلی در دمای بالا دارد که می توان از این خاصیت در پوششهای اپوکسی پودری استفاده نمود.

یک دسته دیگر از هاردنرهایی که با این گروه واکنش دارند هاردنرهای انیدریدی هستند که زمان واکنش آنها در دمای محیط، بسیار کند است ولی به محض اینکه رزین و هاردنر مخلوط شده در معرض حرارت قرار گیرند سرعت واکنش به مقدار قابل توجهی افزایش می یابد. از این خاصیت در تولید قطعات کامپوزیتی استفاده می شود تا زمان کافی برای خیس شدن الیاف و عملیات تولید قطعه مانند رشته پیچی در مخلوط رزین و هاردنر فراهم باشد و به محض اینکه قطعه در معرض حرارت یا اشعه IR قرار گرفت سرعت واکنش افزایش یافته و قطعه تولیدی سخت می گردد. 

دسته سوم از هاردنرهایی که با گروه اپوکسید و در دمای محیط واکنش نشان می دهند هاردنرهای آمینی هستند که برای پخت رزین اپوکسی بسیار مناسب هستند در این روش برای شبکه کردن رزین اپوکسی، گروه اپوکسید با هیدروژن آمینی واکنش نشان می دهدو منظور از هیدروژن آمینی هیدروژنی است که به یک اتم نیتروژن متصل شده است (N-H).

epoxy propagation

به جهت توسعه جرم مولکولی هاردنر آمینی باید حداقل دارای دو گروه فعال باشد که باعث رشد زنجیر پلیمری از طرفین گردد و در صورتیکه از هاردنر با یک گروه فعال استفاده شود واکنش از یک طرف بسته شده و اصطلاحاً یک دی مر تشکیل می گردد که مطلوب نیست. در صورتیکه گروه آمینی دوعاملی باشد یک پلیمر خطی با جرم مولکولی بالا تولید می گردد و در صورتیکه از آمین با سه یا بیشتر گروه آمینی استفاده شود واکنش بصورت شبکه ای رشد می کند در نهایت افزایش جرم مولکولی باعث افزایش ویسکوزیته و کاهش احتمال برخورد گروه های فعال می گردد و واکنش خاتمه می یابد. 

بسیار مهم است که نسبت دقیق رزین و هاردنر محاسبه گردد تا تمامی گروه های فعال اپوکسی با تمامی گروه های فعال آمینی واکنش دهند و هیچ گروهی از اپوکسید یا آمین بصورت اضافه و واکنش نداده در فرمولاسیون باقی نماند تا باعث تضعیف خواص شیمیایی و مکانیکی محصول نهایی گردد. برای محاسبه میزان دقیق نسبت هاردنر آمینی به گروه اپوکسید که موضوع بحث این مقاله است به دو عدد مهم احتیاج داریم که معمولا این دو عدد جزء اطلاعات شرکت سازنده محصول می باشد و قطعاً در برگه اطلاعات فنی محصول تولیدی به این دو عدد اشاره می گردد. 

  • اکی والان وزنی اپوکسی EEW) Epoxy Equivalent weight) 

این پارامتر توسط شرکت سازنده در برگه اطلاعات فنی ارائه می گردد و تعریف ساده آن این است:
اکی والان وزنی اپوکسی (EEW) به میزان وزن اپوکسی رزینی اطلاق می شود که شامل یک مول گروه اپوکسید است. از تعریف فوق چنین نتیجه می گردد که واحد (EEW) در سیستم متریک gr/ mol (گرم برمول) است. 

  • اکی والان وزنی هیدروژن آمینی (Amine Hydrogen equivalent weight (AHEW

قبل از تعریف این پارامتر مجدداً تاکید می گردد که گروه هیدروژن به وفور ترکیبات آلی وجود دارد ولی در اینجا هیدروژنی که به نیتروژن متصل است مورد نظر است (N-H) این پارامتر نیز در برگه در اطلاعات فنی شرکت سازنده هاردنر ارائه می گردد و تعریف ساده آن این است:

اکی والان وزنی هیدروژن آمینی، به میزان وزن بر حسب گرم از هاردنر اطلاق می گردد که شامل یک اکی والان از گروه N-H باشد یا به عبارت دیگر جرم مولکولی هاردنر تقسیم بر تعداد هیدروژن های فعال در مولکول. از تعریف فوق چنین نتیجه می گردد که واحد AHEW در سیستم متریک gr/eq (گرم بر اکی والان) می باشد. 
قبل از اینکه وارد محاسبات نسبت اختلاط رزین و هاردنر شویم در این خصوص چند مثال ارائه کنیم با توجه به اینکه شرکت ماناپلیمر سازنده هاردنرهای پلی آمینی در طیف وسیع و متنوعی می باشد به توضیح یک فاکتور مهم دیگر در هاردنرهای پلی آمین می پردازیم و پس از آن نحوه محاسبه نسبت اختلاط را بطور کامل و با مثال توضیح می دهیم . علاوه بر AHEW یکی دیگر از اعداد مورد استفاده و مورد اشاره در برگه اطلاعات فنی شرکت تولید کننده هاردنر   پلی آمین (ماناپلیمر) عدد آمینی یا Amine value است. تعریف ساده عدد آمینی یا Amine value بصورت ذیل است:

به مقدار مصرف KOH در واکنش با آمین های هاردنر گفته می شود که واحد آن mg kOH/gr hardener (میلی گرم مصرف هیدروکسید پتاسیم بر گرم هاردنر) است. 

محتوای آمینی یا Amine content نیز یکی دیگر از اعداد اشاره شده در برگه اطلاعات فنی است. واحد آن (کیلوگرم بر اکی والان) است که به معنی اکی والان گروه N-H در هر کیلوگرم از هاردنر آمینی می باشد. 

.

مثال: هاردنر TETA یک هاردنر آمینی با جرم مولکولی 146 گرم است که دارای 6 گروه آمینی است. لذا: 

AHEW (TETA) = 146/6 = 24 gr/Eq
Amine content = 1000/24 = 42 kg/Eq

مثال: هاردنر DETA یک هاردنر آمینی با جرم مولکولی 103 و دارای 5 گروه آمینی است لذا: 

AHEW (DETA) = 103/5 = 20/6 gr/Eq
Amine content = 1000/26 = 48/5 kg/Eq

.

  • هاردنر X-205 شرکت ماناپلیمر یک هاردنر آمینی با AHEW=104 می باشد. 
  • هاردنر 7301  تایوان یک هاردنر آمینی با AHEW=110 

.

با داشتن دو شاخص کلیدی EEW در مورد رزین اپوکسی و AHEW در مورد هاردنر آمینی کافی است برای محاسبه درصد اختلاف اعداد فوق را در فرمول ذیل محاسبه کنیم.

epoxy formula

مثال: مقدار EEW رزین Epiran 06 پتروشیمی خوزستان معادل gr/mol 190 است لذا نسبت اختلاط آن با هاردنرهای مختلف توضیح داده به شرح ذیل است: 

نسبت اختلاط با هاردنر TETA  
نسبت اختلاط : 12.6 = 190/(100*24) یعنی هر صدگرم رزین 12.6 گرم هاردنر TETA نیاز دارد. 

نسبت اختلاط با هاردنر DETA  
نسبت اختلاط : 10.8= 190/(100*20.6) یعنی هر صدگرم رزین 10.8 گرم هاردنر نیاز دارد.    

نسبت اختلاط با هاردنر X-205 مانا پلیمر 
نسبت اختلاط : 54.7 = 190/(100*104) یعنی هر صدگرم رزین 54.7 گرم هاردنر نیاز دارد.    

نسبت اختلاط هاردنر 7301 تایوان 
نسبت اختلاط : 57/9 = 190/(100*110) یعنی هر صدگرم رزین 57/9 گرم هاردنر نیاز دارد.    

بنابراین برای به دست آوردن نسبت اختلاط صحیح کافی است به برگه اطلاعات فنی سازنده رزین اپوکسی و هاردنر پلی آمین توجه نمائید. 
نکته جالب دیگری که همواره مورد سوال و درخواست شرکتهای رنگسازی می باشد این است که آیا باید برای رقیق کننده های فعال اپوکسی که وارد واکنش می گردند هاردنر در نظر گرفته شود یا خیر؟ جواب این است بله هست یعنی با توجه به اینکه رقیق کننده های فعال و رقیق کننده های واکنشگر اپوکسی دارای یک گروه فعال اپوکسی هستند واکنش را از دو طرف ادامه نمی دهند و باعث کاهش طول زنجیر و جرم مولکولی اپوکسی پخت شده می گردند لذا باعث کاهش ویسکوزیته می شود ولی با توجه به اینکه یک گروه فعال اپوکسید دارند برای آنها می بایست هاردنر در نظر گرفت تا نسبت اختلاط بصورت صحیح محاسبه گردند برای روشن شدن موضوع سه مثال زیر شامل رقیق کننده کاردورا، رقیق کننده C12C14 یا آلکیل گلیسیدیل اتر و رقیق کننده Heloxy Z7 که همگی در سبد محصولات شرکت ماناپلیمر می باشند بصورت زیر تشریح می گردد.

  • حدود EEW رقیق کننده کاردورا E10 معادل 240 است لذا برای 100 گرم از کاردورای موجود در فرمولاسیون، محاسبه مقدار مصرف هاردنر پلی آمین X-205 شرکت مانا پلیمر به شرح ذیل است:

نسبت اختلاط : 43.3 = 240/(100*104) یعنی هر صدگرم کاردورای E10 Cardura به مقدار 43.3 گرم هاردنر پلی آمین X-205  ماناپلیمر نیاز دارد. 

  • حدود EEW رقیق کننده واکنشگر C12C14 یا همان آلکیل گلیسیدیل اتر حدود 307 است. لذا برای 100 گرم از C12C14 موجود در فرمولاسیون، محاسبه مقدار مصرف هاردنر پلی آمین X-205 شرکت ماناپلیمر به شرح ذیل است: 

نسبت اختلاط : 33.9 = 307 /(100*104) یعنی هر صدگرم رقیق کننده واکنشگر C12C14 به مقدار 33.9 گرم هاردنر پلی آمین X-205 ماناپلیمر نیاز دارد. 

  • حدود EEW رقیق کننده واکنشگر Z7 یا همان Heloxy حدود 400 است لذا برای 100 گرم از Z7 موجود در فرمولاسیون، محاسبه مقدار مصرف هاردنر پلی آمین X-205 شرکت ماناپلیمر به شرح ذیل است:

نسبت اختلاط : 26 = 400/(100*104) یعنی هر صدگرم رقیق کننده فعال Z7 به مقدار 26 گرم هاردنر پلی آمین X-205 ماناپلیمر نیاز دارد. 

در خاتمه در صورت هر گونه سوال موارد را با شرکت ماناپلیمر مطرح نمایید. هر گونه کپی برداری از این متن بدون مجوز شرکت مانا پلیمر پیگرد قانونی دارد.