عوامل پخت، کاتالیستی و یا کمک واکنشی هستند. عامل پخت کاتالیستی بهعنوان یک شروعکنندهی هموپلیمریزاسیون رزین اپوکسی و یا به عنوان شتابدهندهی عوامل پخت دیگر عمل میکند. و این در حالی است که عوامل پخت کمک واکنشی مانند یک کومونومر، در فرآیند پلیمریزاسیون شرکت میکنند.
در بیشتر موارد، پخت اپوکسیها از طریق سازوکارهای هستهدوستی انجام میشود. مهمترین گروه از عوامل پخت کمک واکنشی، عوامل دارای اتمهای هیدروژن فعال مانند (آمینهای نوع اول و دوم، فنولها، تیولها و کربوکسیلیک اسیدها) و مشتقات انیدریدی آنها هستند. اسیدهای لوییس مانند بورون تریآلدهید، و بازهای لوییس مانند آمینهای نوع سوم نیز عوامل پخت کاتالیستی هستند. در شکل 1-5 واکنش پخت کاتالیستی و کمک واکنشی نشان داده شده است.
در ادامه، انواع مختلف عوامل پخت متداول گروههای اپوکسی و مزایا و معایب مربوط به هر یک از آنها بیان شدهاست.
نوع: آمینها آلیفاتیک و ترکیبات اضافی.
مزایا: ویسکوزیتهی پایین، مناسب در دمای محیط، کم رنگ، قیمت اندک.
معایب: عمر کوتاه، تکامل سریع حرارتی، نسبت بحرانی مخلوط، برخی از آنها اندکی سمی هستند، ضریب جذب بالای رطوبت، سرخشدگی اپوکسی، کربناته بودن و محدودیت عملکردی در دماهای بیش از 100 درجهی سلسیوس.
کاربرد: تهیهی کفپوشها، مهندسی عمران، پوشش دریایی و صنعتی، پوششهای چسبی کوچک.
نوع: آمینهای سایکلو آلیفاتیک.
مزایا: ویسکوزیته پایین، عمر مفید بالا، مناسب برای شرایط محیطی معمول (دمای اتاق)، مقاوم در برابر گرما، چسبندگی زیاد به سیمان مرطوب، رنگ چشمنواز، درجهی سمومیت اندک، دارای خواص الکتریکی، مکانیکی و گرمایی مناسب (دمای Tg بالا).
معایب: واکنشپذیری پایین رنگ، قیمت نسبتاً بالا.
کاربرد: تهیهی کفپوشها، سنگ فرشها، پوششهای صنعتی، تهیه پوشش برای کامپوزیتها صنعتی.
نوع: آمینهای آروماتیک.
مزایا: عملکرد مناسب رنگ در دماهای نسبتاً بالا (حدود 150 درجهی سلسیوس)، عمر مفید طولانی، مقاومت شیمیایی نسبتاً زیاد در برابر عوامل محیطی.
معایب: جامد بودن اپوکسی، ناسازگاری با رزینها، سیکل آمادهسازی نسبتاً طولانی در دماهای بالا (150 درجهی سلسیوس)، سمی بودن.
کاربرد: عملکرد مناسب جهت تهیهی کامپوزیتها و پوششها، استفاده بهعنوان چسب برای مقاصد الکتریکی.
نوع: آمیدامینها.
مزایا: ویسکوزیته پایین، نوسانات پایین، طول عمر بالا، مناسب برای استفاده در دمای محیط.
معایب: عملکرد ضعیف در دماهای نسبتاً بالا، ناسازگاری در دماهای پایین.
کاربرد: مناسب جهت تهیهی پوششهای بدون حلال، تهیهی کفپوشها و همچنین مناسب برای پیوند بتون در مهندسی عمران.
1-4-3- پخت رزین های اپوکسی
به جز رزینهای فنوکسی دارای وزن مولکولی بسیار بالا و رزینهای گرمانرم بر پایهی اپوکسی، تقریباً تمامی رزینهای اپوکسی در اثر پخت با عوامل شبکهای کننده به شبکههای گرماسخت سه بعدی جامد، غیرقابل ذوب و غیرقابل انحلال تبدیل میشوند. خواص کاربردی بهینه در صورت انتخاب عامل پخت مناسب برای هر نوع رزین بهدست خواهد آمد. انتخاب عامل پخت مناسب به نیازهای کاربردی از نظر فرآیندی مانند: زمان کاربری مجاز، شرایط پخت و خواص فیزیکی نهایی بستگی دارد. نه تنها عامل پخت بر گرانروی و واکنشپذیری فرمولاسیون تأثیرگذار است. بلکه نوع اتصالات شیمیایی و همچنین درجهی شبکهای شدن را نیز تعیین میکند. در نهایت نیز درجهی شبکهای شدن و نوع اتصالات شیمیایی، خود تعیین کنندهی مقاومت شیمیایی، خواص الکتریکی، خواص مکانیکی و مقاومت حرارتی گرماسختهای پخت شده هستند.
رزینهای اپوکسی دارای دو گروه عاملی اپوکسی و گروه هیدروکسیل هستند که واکنشپذیری شیمیایی دارند. گروه رزینهای اپوکسی دارای وزن مولکولی پایین مانند رزینهای اپوکسی جامد، اغلب مونومرهای اپوکسی دو عاملی و یا پیش پلیمرهایی هستند که از طریق گروههای اپوکسی پخت میشوند.
با افزایش وزن مولکولی مربوط به رزینهای اپوکسی جامد، مقادیر اپوکسی کاهش مییابد و در مقابل، مقادیر هیدروکسیل افزایش مییابد. رزینهای اپوکسی جامد دارای وزنهای مولکولی بالا، میتوانند از طریق واکنش از هر دو گروه عاملی اپوکسی و هیدروکسیل، بسته به نوع عامل پخت انتخابی و شرایط پخت شبکهای شوند. واکنش گروههای اپوکسی شامل باز شدن حلقهی خطی و بلندتر است. به همین دلیل است که اپوکسیهای پخت شده C–O اکسیران و تشکیل اتصالات جمعشدگی کم و پایداری ابعادی مناسبتری دارند. پخت تراکمی با تولید محصولات جامد فراری مانند آب یا الکل همراه است و برای پخت مناسب و خروج مواد فرار در این واکنش به حرارت نیاز است. در شکل 1-4 میتوان هستهدوستی عامل پخت رزینهای اپوکسی را مشاهده نمود.
1-4-1- رزینهای اپوکسی ـ نووالاک
رزین نووالاک به عنوان زنجیر اصلی مولکول عمل میکند. این رزینها، دارای عاملیت بزرگتری نسبت به رزینهای اپوکسی دیگلیسیدیل بیسفنلآ هستند. پوششهای برپایهی رزین اپوکسی ـ نووالاک دارای دانسیته بیشتری بعد از فرآیند شبکهای شدن میباشند، که این امر موجب مقاومت شیمیایی بالا، کارایی در دماهای بالا و مقاومت خوردگی بیشتر خواهد شد. ولی انعطافپذیری و مقاومت نسبت به ضربهپذیری پوشش کاهش خواهد یافت. ولی انعطافپذیری و مقاومت نسبت به ضربهپذیری پوشش کاهش خواهد یافت. در عمل با اختلاط رزین نووالاک و رزینهای اپوکسی دیگلیسیدیل بیسفنلآ، برتری و ویژگیهایی در رنگهای پودری حاصل میشود. در شکل 1-2 ساختار رزین اپوکسی ـ نووالاک نشان داده شدهاست.
رزینهای اپوکسی ـ نووالاک با واکنشهای شیمیایی مشابه رزینهای اپوکسی دیگلیسیدیل بیسفنلآ تولید میشوند. مواد اولیهای که برای ساخت رزینهای اپوکسی ـ نووالاک مصرف میشوند، اپیکلروهیدرین و رزین نووالاک میباشند. از واکنش بین پلیکندانسیون فنلها و آلدهیدها، رزینهای نووالاک تولید میشوند. ساختار کلی آنها در شکل 1-3 آورده شدهاست.
از واکنش نووالاک با اپیکلرو هیدرین یک محصول واسطه تولید میگردد، که برای اینکه به محصول نهایی برسد هیدروهالوژنه میگردد.
1-4-2- رزینهای اپوکسی اصلاح شده
رزینهای اپوکسی از نوع اپوکسی دیگلیسیدیل بیسفنلآ و نووالاک نسبتاً شکننده هستند. رزینهای تجاری با انعطافپذیری بهبود یافته با افزودن مولکولهایی با زنجیره بلند فعال به این نوع رزینها بهدست میآیند. اصلاح رزینهای اپوکسی DGEBA را میتوان با بیسفنلآ و CTBN را به آکریلو نیتریل ـ بوتادین ارتقا داد، تا به شکل یک رزین اصلاح شده با الاستومر با اکیوالان 750 بهدست آید. پوششهای تهیهشده از این رزین با دیسیان دیآمید به عنوان عامل پخت مقادیر انعطافپذیری و ضربهپذیری را خصوصاً در دماهای پایین نشان میدهند و مخلوط آنها با رزینهای نووالاک خواص بهتری را برای پوششهای ضخیم ارائه میکنند.
1-4- رزینهای اپوکسی
سنتز این نوع رزین ابتدا در دهه 1930 اتفاقافتاد که به شرکت کاستان در سوئیس و گرینل در آمریکا نسبت داده میشود. در دهه 1950 توسعه استفاده از این رزین به عنوان مواد صنعتی مهم صورت گرفت. رزینهای اپوکسی با گروههای اپوکسید که در شکل 1-1 نشان داده شده است مشخص میگردند.
تقریباً تمام رزینهای اپوکسی که در رنگهای پودری مورد استفاده قرار میگیرند بر پایه دیگلیسیدیل بیسفنلآ5 یا گلیسیدیلاترهای رزین نووالاک میباشند. این گروه از رنگها، که در جدول 1-2 نشان داده شدهاند، دارای مقاومت بسیار مناسب در مقابل انواع مواد شیمیایی (اسید، سود، نمک و حلال)، خواص مکانیکی (ضربه و خمش) و سایش و خوردگی هستند. در صورت استفاده صحیح رنگهای اپوکسی توسط مصرفکننده، سطحی بسیار زیبا و بامقاومت شیمیایی بسیار خوب ایجاد میکنند.
همچنین انعطافپذیری و قدرت چسبندگی بالا و مقاومت زنگزدگی، از دیگر خواص رنگهای اپوکسی میباشد. اما رنگهای اپوکسی در برابر شرایط جوی به هیچوجه مقاوم نبوده و در مقابل نور خورشید پس از مدت کوتاهی براقیت خود را از دست داده و تغییر رنگ میدهند. پس از آن نیز براثر پدیده گچیشدن از روی قطعه جدا خواهند شد. پودرهای اپوکسی به دلیل برخورداری از سختی و پایداری کاربردهای فراوانی در صنعت ابزارسازی و وسایل لوازمخانگی دارند. به کارگیری اپوکسی موجب کاهش هزینهها و کیفیت بهتر خواهد شد. همچنین این پوشش بر اثر بیدقتی در حملونقل ترک برنمیدارد.
امروزه اپوکسیهایی وجود دارند که میتوان آنها را در دمای پایین مثلاً 125 درجهی سانتیگراد و در مدت 23-22 دقیقه و یا در زمانی کوتاهتر با دمای بالاتر پخت داد. از جمله کاربردهای دیگر این روش روکشکردن سیم با رنگ پودری اپوکسی است که در آن به یک ترکیب مناسب با قابلیت تشکیل لایهی نازک و پخت سریع نیاز است. شاخصهای فنی پوششهای اپوکسی در جدول 1-2 آورده شدهاست.
کاربردهای برجسته پوششهای اپوکسی عبارتاند از: وسایل آشپزخانه، آستریها، دستگاههای تهویه اتاق، صافیهای روغن، قفسههای فی یخچال، پوششهای اولیه و نهایی، دستگاههای تجاری، تنور ماکروویو، پوششهای ترانسفورماتور، وسایل اطفای حریق.