এপোক্সি রেজিন ফর্মুলেশনে সান্দ্রতা নিয়ন্ত্রণের জন্য এপোক্সি ডাইলুয়েন্ট ব্যবহার করা

ইপোক্সি ডাইলুয়েন্ট কীভাবে সান্দ্রতা হ্রাস ও সমন্বয় করে: ক্রিয়াবিধি এবং গাঠনিক নীতি

বিক্রিয়াশীল বনাম অ-বিক্রিয়াশীল ইপোক্সি ডাইলুয়েন্ট রসায়ন এবং তাদের রিওলজিক্যাল স্বাক্ষর

ইপোক্সি ডাইলুয়েন্টগুলি যেভাবে সান্দ্রতা প্রভাবিত করে তা সম্পূর্ণ ভিন্ন রাসায়নিক প্রক্রিয়ার উপর নির্ভরশীল। বিউটানডাইঅল ডাইগ্লিসিডাইল ইথারের মতো প্রতিক্রিয়াশীল ডাইলুয়েন্টগুলি নিয়ে এসো, এগুলিতে বিশেষ ইপোক্সি বা গ্লিসিডাইল ইথার গ্রুপ থাকে যা আসলে পলিমার নেটওয়ার্কের অংশবিশেষ হয়ে ওঠে যখন এটি কিউর হয়। এই ধরনের ডাইলুয়েন্টগুলি উপাদানের তাপীয় শক্তি বা যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের খুব বেশি কিছু নষ্ট না করেই প্রাথমিক সান্দ্রতা 40 থেকে 60 শতাংশ পর্যন্ত কমিয়ে দিতে পারে তাদের অ-প্রতিক্রিয়াশীল প্রতিপক্ষদের তুলনায়। কিছু ডাইফাংশনাল প্রতিক্রিয়াশীল ডাইলুয়েন্ট এতে বিশেষভাবে ভালো, মূল রজনের কঠোরতার প্রায় 85 থেকে 90 শতাংশ বজায় রাখে এবং যা 'Tg ডিপ্রেশন' নামে পরিচিত তা ন্যূনতম রাখে, যার অর্থ উপাদানটি উচ্চ তাপমাত্রায় স্থিতিশীল থাকে। অন্যদিকে, অ-প্রতিক্রিয়াশীল ডাইলুয়েন্টগুলি আণবিক বলগুলির সঙ্গে হস্তক্ষেপ করে অস্থায়ী প্লাস্টিসাইজারের মতো কাজ করে। অবশ্যই তারা স্বল্পমেয়াদে সান্দ্রতা কমাতে ঠিক তেমনই কার্যকর হয়, কিন্তু সময়ের সাথে সাথে তাদের চলে যাওয়া বা মূল উপাদান থেকে আলাদা হয়ে যাওয়ার সমস্যা সবসময় থাকে। রিওলজিক্যাল দৃষ্টিকোণ থেকে, প্রতিক্রিয়াশীল ডাইলুয়েন্টগুলি আসলে সক্রিয়করণ শক্তি 15 থেকে 20 শতাংশের মধ্যে কমিয়ে উপাদানগুলির প্রবাহিত হওয়াকে সহজ করে তোলে। এটি আমরা যে ঘন উচ্চ সলিড কোটিংগুলি প্রায়শই দেখি তাদের মধ্যে লেভেলিং এবং ওয়েটিংয়ের মতো জিনিসগুলিতে সাহায্য করে। অ-প্রতিক্রিয়াশীল সংস্করণগুলি নিউটোনিয়ান আচরণ করে শুরু হয়, কিন্তু দ্রাবকগুলি বাষ্পীভূত হওয়ার পর বা তাপমাত্রার পরিবর্তনের সম্মুখীন হলে এই আচরণ পরিবর্তিত হয়, যা চূড়ান্ত পণ্যটি কতটা সামঞ্জস্যপূর্ণ হয় তা চূড়ান্তভাবে প্রভাবিত করে।

সান্দ্রতার নির্ধারক হিসাবে আণবিক ওজন, কার্যকারিতা এবং রিং-ওপেনিং গতিবিদ্যা

প্রায়োগিকভাবে তিনটি প্রধান উপাদান রয়েছে যা ইপক্সি সিস্টেমগুলিতে দ্রাবকগুলির কার্যকারিতাকে প্রভাবিত করে: তাদের আণবিক ওজন, যা আমরা ফাংশনালিটি হিসাবে অভিহিত করি, এবং প্রক্রিয়াকরণের সময় রিংগুলি খোলার প্রতিক্রিয়া। আণবিক ওজনের ক্ষেত্রে, প্রায় 200 গ্রাম/মোলের নিচে যা কিছু তা প্রবাহ্যতা হ্রাসে সত্যিই সাহায্য করে। DGEBA সিস্টেমে ওজনে 100 গ্রাম/মোল হ্রাসের জন্য প্রবাহ্যতা প্রায় 1,200 থেকে 1,500 সেন্টিপয়েজের মধ্যে কমে যায়, কারণ চেইন এনট্যাঙ্গলমেন্ট কমে যায় এবং সেই মুক্ত আয়তনের সীমাবদ্ধতা হ্রাস পায়। ফাংশনালিটি দিকটি হল ক্রসলিঙ্ক ঘনত্ব নিয়ন্ত্রণ করা। একক-ফাংশনাল দ্রাবকগুলি প্রবাহ্যতা প্রায় অর্ধেক থেকে তিন-চতুর্থাংশ পর্যন্ত কমিয়ে দিতে পারে, কিন্তু এটি গ্লাস ট্রানজিশন তাপমাত্রা (Tg) প্রায় 10 থেকে 20 ডিগ্রি সেলসিয়াস কমিয়ে দেয় এবং ক্রসলিঙ্ক ঘনত্ব প্রায় 30 থেকে 40% পর্যন্ত কমিয়ে দেয়। যদিও দ্বি-ফাংশনাল সংস্করণগুলি ভালো ভারসাম্য বজায় রাখে, তাপীয় স্থিতিশীলতার বেশিরভাগ অংশ অক্ষুণ্ণ রেখে এমনকি 4,000 cP এর নিচে প্রবাহ্যতায় প্রক্রিয়াকরণ করার অনুমতি দেয়। প্রক্রিয়াকরণের সময় রিং-ওপেনিং বিক্রিয়াগুলির ক্ষেত্রেও এটি গুরুত্বপূর্ণ। জৈব ইপক্সাইডগুলি তাদের সুগন্ধি সদৃশগুলির তুলনায় জিনিসগুলিকে ত্বরান্বিত করে, প্রায় 25 থেকে 30% পর্যন্ত চুর হার বাড়িয়ে দেয়, যা উপাদানটিকে দ্রুত সেট করতে সাহায্য করে কিন্তু পট লাইফের উপর অনেক বেশি নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন করে। এই বিভিন্ন প্যারামিটারগুলি সামঞ্জস্য করে, উৎপাদকরা তাদের উপাদানগুলিকে 12,000 cP এর কাছাকাছি শুরু থেকে 4,000 cP এর নিচে পর্যন্ত ঠিক করতে পারেন, যা তাদের কম প্রবাহ্যতা গুরুত্বপূর্ণ ফিলামেন্ট ওয়াইন্ডিং অপারেশন থেকে শুরু করে ভ্যাকুয়াম ইনফিউশন প্রক্রিয়াগুলির জন্য উপযুক্ত করে তোলে যেখানে উপযুক্ত রেজিন প্রবাহের জন্য কিছুটা উচ্চ প্রবাহ্যতা প্রয়োজন।

জৈব-উৎপাদিত ইপোক্সি দ্রাবক: ক্যারভাক্রল, থাইমল, গুয়াইঅ্যাকোল এবং ভ্যানিলাইল অ্যালকোহল ডেরিভেটিভগুলির কার্যকারিতা ও ব্যবহারযোগ্যতা

ফিনোলিক মনোটারপিন-ভিত্তিক ইপোক্সি দ্রাবকগুলির সংশ্লেষণ দক্ষতা এবং ইপোক্সিডেশন আউটপুট

ইপোক্সিডেশন আউটপুটের কথা বলতে গেলে, 60 থেকে 80 ডিগ্রি সেলসিয়াসের মতো নরম পরিস্থিতিতেই কারভাক্রল এবং থাইমল উপজাতগুলি প্রকৃতপক্ষে ছাড়িয়ে যায়, 95% এর বেশি অর্জন করে। গুয়াইঅকল সিস্টেমগুলি আরও দ্রুত কাজ করে, মাত্র তিন দিনের মতো সময়ের মধ্যে বিক্রিয়া শেষ করে। ভ্যানিলিল অ্যালকোহল উপজাতগুলি বিশেষভাবে আকর্ষণীয় হওয়ার কারণ হল স্টেরিক প্রভাবের মাধ্যমে ফেনোলিক হাইড্রক্সিল গ্রুপগুলির সুরক্ষা করা। এটি বিক্রিয়ার সময় অনেক ভালো নির্বাচনের দিকে নিয়ে যায় এবং অনেক কম অবাঞ্ছিত উপজাত তৈরি করে, যার অর্থ পরবর্তীতে চূড়ান্ত পণ্য পরিষ্কার করার সময় কম ঝামেলা। দ্রাবক-মুক্ত পদ্ধতির সাম্প্রতিক উন্নয়নের দিকে তাকালে, আমরা বৃহত্তর পাইলট স্কেলেও 90% এর বেশি আউটপুট সহ সামঞ্জস্যপূর্ণ ফলাফল দেখেছি। এটি গুরুত্বপূর্ণ কারণ এটি অর্থনৈতিকভাবে আকর্ষক প্রক্রিয়াগুলিকে তৈরি করে এবং পরিবেশের প্রতি আরও বেশি সৌহার্দ্যপূর্ণ হয়। জৈব-উৎস থেকে তৈরি ডাইলুয়েন্ট বাজারে আনতে চাওয়া কোম্পানিগুলির জন্য, এই ধরনের দক্ষতা উন্নতি বাণিজ্যিকভাবে বাস্তবসম্মত সমাধানের দিকে প্রকৃত অগ্রগতি উপস্থাপন করে।

সান্দ্রতা হ্রাসের কার্যকারিতা: DGEBA-এর সঙ্গে তুলনামূলক তথ্য

15 ওয়াট% এ লোড করা হলে, কারভাক্রোল থেকে উদ্ভূত ডিলুয়েন্টগুলি DGEBA এর সান্দ্রতা উল্লেখযোগ্যভাবে কমিয়ে দেয়, প্রকৃতপক্ষে প্রায় 78 থেকে 92 শতাংশ। ফলস্বরূপ সান্দ্রতা প্রায় 1,050 থেকে 2,500 সেন্টিপয়েজ (cP)-এর মধ্যে থাকে, যা রজন ইনফিউশন এবং ভ্যাকুয়াম-সহায়তায় উৎপাদন প্রক্রিয়ার মতো জিনিসগুলির জন্য এই উপকরণগুলিকে খুবই উপযুক্ত করে তোলে। থাইমল সদৃশগুলির দিকে তাকালে, আমরা এখানে আকর্ষণীয় তাপমাত্রা প্রতিক্রিয়াও দেখতে পাই। ঘরের তাপমাত্রায় (প্রায় 25 ডিগ্রি সেলসিয়াস), মিশ্রণগুলি প্রায় 1,800 সেন্টিপয়েজ (cP)-এ পৌঁছায় কিন্তু তাপমাত্রা 40 ডিগ্রি সেলসিয়াসের বেশি ওঠার সাথে সাথে নিউটোনিয়ান প্রবাহ বৈশিষ্ট্যে চলে যায়। উৎপাদন চক্রের সময় বিভিন্ন তাপ অবস্থার সম্মুখীন হওয়ার সময় এই ধর্মটি ছাঁচ পূরণের সামঞ্জস্য উন্নত করতে সাহায্য করে। তবে গুয়াইঅ্যাকোল ভিত্তিক ডিলুয়েন্টগুলি ততটা কার্যকর নয়, যা কেবল সান্দ্রতা প্রায় 60 থেকে 70 শতাংশ কমায়। আশ্চর্যজনকভাবে, যদিও ভ্যানিলিল অ্যালকোহল সংশোধনগুলির উচ্চতর আণবিক ওজন রয়েছে, তবুও তারা প্রায় 3,700 সেন্টিপয়েজ (cP)-এ পৌঁছানোর ব্যবস্থা করে। এটি দেখায় যে কিছু জৈবিক গঠন কীভাবে বৃদ্ধি পাওয়া ভরের কারণে হওয়া সীমাবদ্ধতাকে কাটিয়ে উঠতে পারে। যা বিশেষভাবে উল্লেখযোগ্য তা হল যে কমপক্ষে 40% বায়োমাস সামগ্রী বজায় রাখা ডিলুয়েন্টগুলি একই লোডিং স্তরে সান্দ্রতা নিয়ন্ত্রণের ক্ষেত্রে ঐতিহ্যবাহী পেট্রোকেমিক্যাল বিকল্পগুলির মতোই ভালো, বা তার চেয়েও ভালো কর্মক্ষমতা দেখায়।

পারফরম্যান্সের বৈষম্য নিরসন: জৈব উপাদান, বিক্রিয়াশীলতা এবং তাপীয় বৈশিষ্ট্য

বায়ো-ভিত্তিক ইপক্সি দ্রাবকগুলির সাথে কাজ করার সময়, ফরমুলেটারদের উপাদানটির প্রয়োজনীয় কর্মক্ষমতা বজায় রাখার পাশাপাশি টেকসই লক্ষ্যমাত্রাগুলির মধ্যে ভারসাম্য আনতে হয়। ব্যবহৃত উপাদানের পরিমাণের তুলনা করলে দেখা যায় যে ফেনোলিক এবং মোনোটারপিনের মতো উদ্ভিদ-ভিত্তিক উপাদানগুলি ঐতিহ্যবাহী বিকল্পগুলির চেয়ে সান্দ্রতা কমাতে বেশি কার্যকর। কিন্তু একটি ঝুঁকি আছে। এই নবায়নযোগ্য উপাদানগুলি আণবিক গঠনকে এমনভাবে পরিবর্তন করতে পারে যা কিউরিং প্রক্রিয়ার সময় রাসায়নিক বিক্রিয়াকে ত্বরান্বিত করে। পরীক্ষাগুলি দেখায় যে এটি কিউরিং প্রক্রিয়াকে প্রায় 25 থেকে 30 শতাংশ পর্যন্ত ত্বরান্বিত করতে পারে, যদিও এর ফলে সাধারণত 10 থেকে 15 শতাংশ ক্রসলিঙ্ক কমে যায়। ফলাফল? সবকিছু সেট হওয়ার পরে গ্লাস ট্রানজিশন তাপমাত্রা (Tg)-এ 5 থেকে 20 ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত উল্লেখযোগ্য হ্রাস ঘটে। অ্যালিফ্যাটিক গঠন উপাদানটির ফাটল সহনশীলতা বৃদ্ধিতে সাহায্য করে, কিন্তু এটি তাপ প্রতিরোধের হ্রাসের সাথে আসে। যেসব কম্পোজিট অংশগুলির উচ্চ তাপমাত্রায় (100°C-এর বেশি) নির্ভরযোগ্যভাবে কাজ করার প্রয়োজন, তাদের ক্ষেত্রে এটি খুবই গুরুত্বপূর্ণ। এটি সঠিকভাবে করা নির্ভর করে এই সমস্ত সম্পর্কগুলি বোঝার উপর। ফরমুলেটারদের Tg-এর নির্দিষ্ট মাপকাঠি অর্জন করার পাশাপাশি পট লাইফ এবং ছাঁচ থেকে অংশগুলি নিরাপদে সরানোর সময়ের মতো উৎপাদন সময়সূচীর সাথে মিল রেখে দ্রাবক নির্বাচন করতে হবে।

ইপোক্সি ডাইলুয়েন্টের কার্যকারিতা মূল্যায়ন: রিওলজি, কিউরিং আচরণ এবং চূড়ান্ত কম্পোজিট কর্মক্ষমতা

0–15 wt% ইপোক্সি ডাইলুয়েন্ট লোডিংয়ের মধ্যে রিওলজিক্যাল প্রোফাইলিং

0 থেকে 15 শতাংশ ওজনের মধ্যে লোড করা হলে, এপোক্সি ডাইলুয়েন্টগুলি প্রায় DGEBA উপাদানের তুলনায় জটিল সান্দ্রতা প্রায় 40 থেকে 70% কমিয়ে দেয়। প্রায় 10 শতাংশ ওজনের ঘনত্বে, জটিল সান্দ্রতা 4,000 সেন্টিপয়েজের নিচে নেমে আসে যা সাধারণত কম্পোজিট উৎপাদনের সময় ফাইবার ভিজানোর জন্য যথেষ্ট ভাল বলে বিবেচিত হয়। ভিসকোইলাস্টিক বৈশিষ্ট্যগুলি দেখলে আরও কিছু আকর্ষণীয় তথ্য পাওয়া যায়। এই পরিবর্তিত সিস্টেমগুলিতে সঞ্চয় মডুলাস এবং ক্ষতি মডুলাস উভয়ের গঠনের জন্য বেশি সময় লাগে। সঞ্চয় মডুলাসের প্রাথমিক পরিমাপগুলি প্রমিত ফর্মুলেশনগুলির তুলনায় প্রায় 20 থেকে 30% কম, যা উপাদানের মধ্যে ইলাস্টিক নেটওয়ার্কগুলির ধীর বিকাশের ইঙ্গিত দেয়। এটি প্রক্রিয়াকরণে সহায়তা করতে পারে তবে ঝুঁকি নিয়ে। একবার ঘনত্ব 12 শতাংশ ওজনের চেয়ে বেশি হয়ে গেলে, ফেজ সেপারেশনের সম্ভাবনা বাড়তে থাকে, যা ক্রসলিঙ্কগুলির একরূপতা নষ্ট করে এবং চূড়ান্ত অংশগুলির গুণমানকে প্রভাবিত করে। তবে ভালো খবর হল যে সঠিকভাবে ভারসাম্যপূর্ণ ডাইলুয়েন্ট মিশ্রণগুলি তাদের অপসারণ পাতলা করার বৈশিষ্ট্য এখনও বজায় রাখে, তাই উৎপাদনের সময় খুব তাড়াতাড়ি জেল হওয়ার আগেই তারা সামঞ্জস্যপূর্ণভাবে ছাঁচ পূরণ করে।

জেল সময়, গ্লাস ট্রানজিশন তাপমাত্রা এবং ক্রসলিঙ্ক ঘনত্বের উপর প্রভাব

5 থেকে 10 শতাংশ ওজনের মধ্যে লোড করা হলে প্রতিক্রিয়াশীল দ্রাবক যোগ করলে জেল সময় প্রায় 15 থেকে 25 শতাংশ কমে যায়। এটি ঘটে কারণ এপোক্সি গ্রুপগুলি আরও চঞ্চল হয়ে ওঠে এবং রিং খোলার প্রক্রিয়া ত্বরান্বিত হয়। কিন্তু আসলে যা গুরুত্বপূর্ণ তা হল এই দ্রাবকগুলি কতটা কার্যকর। একক কার্যকারী দ্রাবকগুলি 15 শতাংশ ওজনে লোড করা অবস্থায় গ্লাস ট্রানজিশন তাপমাত্রা প্রায় 10 থেকে 20 ডিগ্রি সেলসিয়াস কমিয়ে দেয়। অন্যদিকে, দ্বৈত কার্যকারী ধরনের গুলি মূল রজনের সাথে তাপমাত্রার খুব কাছাকাছি থাকে, সাধারণত মাত্র 5 থেকে 10 ডিগ্রির মধ্যে। ক্রসলিঙ্ক ঘনত্বের ক্ষেত্রে, আমরা একই ধরনের আচরণ লক্ষ্য করি। দ্বিকার্যক দ্রাবকগুলি অদ্রাবিত উপকরণগুলিতে পাওয়া ক্রসলিঙ্কের প্রায় 85 থেকে 90 শতাংশ বজায় রাখে। এককার্যক বিকল্পগুলি বেশ কমে যায়, সাধারণত মাত্র 60 থেকে 70 শতাংশে নেমে আসে। সর্বোত্তম ফলাফলের জন্য, অধিকাংশ উৎপাদক 8 থেকে 10 শতাংশ ওজনে লোড করার দিকে লক্ষ্য রাখে। এই স্তরে, উপকরণটি 4,000 সেন্টিপয়েজের নিচে অনুজ্ঞাত সান্দ্রতার সাথে যথেষ্ট পরিমাণে কাজ করার উপযোগী হয়ে ওঠে, গাঠনিক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য প্রয়োজনীয় 120 ডিগ্রি সেলসিয়াসের উপরে গ্লাস ট্রানজিশন তাপমাত্রা বজায় রাখে এবং ভালো যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের জন্য পর্যাপ্ত ক্রসলিঙ্ক ঘনত্ব ধরে রাখে। তবে 12 শতাংশ ওজনের উপরে যাওয়া গুরুতর সমস্যার কারণ হয়ে দাঁড়ায়। তাপীয় স্থিতিশীলতা কমে যায়, আন্তঃস্তরীয় অপসারণ শক্তি দুর্বল হয়ে পড়ে, এবং সময়ের সাথে অংশগুলি বিকৃত হতে পারে। এই ধরনের সমস্যা ঘটলে সেগুলি পুনরুদ্ধার করা প্রায়শই সম্ভব হয় না।