एपीक्सी में एलिफैटिक एमीन्स और अन्य क्यूरिंग एजेंट्स का सहजीवी प्रभाव

एपीक्सी सिस्टम में एलिफैटिक एमीन क्यूरिंग का मूल सिद्धांत

प्राथमिक एपीक्सी-एमीन अभिक्रियाओं में एलिफैटिक एमीन की भूमिका

जब ऐलिफैटिक एमीन एपॉक्सी क्यूरिंग प्रक्रिया शुरू करते हैं, तो वे मूल रूप से रसायनज्ञों द्वारा न्यूक्लियोफिलिक क्रिया कही जाने वाली प्रक्रिया के माध्यम से ऑक्सिरेन रिंग पर हमला करते हैं। इस प्रतिक्रिया के हिस्से के रूप में, ये यौगिक हाइड्रोजन परमाणुओं का दान करते हैं जो अंततः बीटा-हाइड्रॉक्सिल एमीन इंटरमीडिएट्स के निर्माण में परिणत होते हैं। अगला क्या होता है, यह काफी दिलचस्प है - प्रतिक्रिया एमीन हाइड्रोजन और एपॉक्सी समूहों को जोड़ने वाले वास्तविक रासायनिक बंधन पैदा करती है। अब यही कारण है कि एलिफैटिक एमीन इतने अच्छे काम आते हैं: उनकी संरचना में एल्किल समूह शामिल होते हैं जो वास्तव में उनकी न्यूक्लियोफिलिसिटी को बढ़ाने में मदद करते हैं। इस गुण के कारण, एलिफैटिक एमीन आमतौर पर सुगंधित एमीन की तुलना में लगभग 30 से 40 प्रतिशत तेजी से क्यूर करते हैं। यह गति उन्हें उन सामग्रियों के साथ काम करने के लिए विशेष रूप से अच्छा विकल्प बनाती है जिन्हें गर्मी के बजाय कमरे के तापमान पर क्यूर करने की आवश्यकता होती है।

एमीन हाइड्रोजन दान और क्रॉसलिंक घनत्व निर्माण की बलगतिकी

सामग्री के सूखने की प्रक्रिया उन नियमों का अनुसरण करती है जिन्हें हम द्वितीय क्रम अभिक्रिया नियम कहते हैं, जिसका मूल रूप से अर्थ है कि उपस्थित एमीन हाइड्रोजन की मात्रा अनुप्रस्थ कड़ी (क्रॉसलिंक) घनत्व का निर्धारण करती है। 1,6-हेक्सेनडाइमीन के साथ कार्य करते समय, छोटी श्रृंखला वाले विकल्पों जैसे एथिलीनडाइमीन की तुलना में लगभग 20 से 35 प्रतिशत तक सघनतर अनुप्रस्थ कड़ियों वाले नेटवर्क बनने की प्रवृत्ति होती है। यह तर्कसंगत भी है क्योंकि लंबी श्रृंखलाएं अधिक बिंदुओं को आपस में जोड़ सकती हैं। परिणाम? जिन लोगों को कांच परिवर्तन तापमान या Tg मानों का ध्यान रखना है, उनके लिए बेहतर मान प्राप्त होते हैं। व्यावहारिक दृष्टिकोण से, ये संरचनात्मक अंतर सामग्री के पूरी तरह से सूख जाने के बाद ताप प्रतिरोध और यांत्रिक शक्ति दोनों में वास्तविक सुधार के रूप में स्पष्ट होते हैं।

अभिक्रियाशीलता और उपचार गति पर आणविक संरचना का प्रभाव

रैखिक ऐलिफैटिक डाइएमीन्स की संरचना में C3 से C6 स्पेसर समूहों की उपस्थिति अभिक्रियाओं के दौरान अणुओं की गतिविधि में सुधार करती है, जिससे उत्पाद के ठीक होने की गति और अंतिम कठोरता के बीच संतुलन बना रहता है। पिछले वर्ष की 'एपॉक्सी क्योरिंग एजेंट्स रिव्यू' में उल्लिखित शाखित या तारे के आकार वाले पॉलीएमीन्स की तुलना करने पर कुछ दिलचस्प परिणाम मिलते हैं। ये संरचनाएं वास्तव में जेल बिंदु तक पहुंचने में अपने सीधी श्रृंखला वाले समकक्षों की तुलना में लगभग 1.8 गुना तेजी लाती हैं। और भी अधिक आश्चर्यजनक बात यह है कि वे ग्लास संक्रमण तापमान (Tg) में लगभग 22 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि करते हैं। यह इसलिए होता है क्योंकि शाखन बेहतर पैकिंग दक्षता की अनुमति देता है और एक ही आयतन के भीतर अधिक प्रतिक्रियाशील स्थल उपलब्ध होते हैं।

नेटवर्क विकास में एरोमैटिक और साइक्लोऐलिफैटिक एमीन्स के साथ तुलना

एलिफैटिक एमीन्स वातावरणीय तापमान पर तेजी से नेटवर्क निर्माण को प्राथमिकता देते हैं, जो उन्हें कोटिंग्स और एडहेसिव्स के लिए उपयुक्त बनाता है। उनकी कम स्थानिक बाधा पोस्ट-क्योर गर्मी के बिना पूरी तरह से एपॉक्सी परिवर्तन की अनुमति देती है, जो साइक्लोएलिफैटिक प्रणालियों के विपरीत है, जिनके लिए अक्सर पूर्ण क्योर के लिए उच्च तापमान की आवश्यकता होती है।

सिनर्जिस्टिक क्योरिंग: एलिफैटिक एमीन्स को को-क्योरिंग एजेंट्स के साथ संयोजित करना

एमीन ब्लेंडिंग के माध्यम से सुधारित प्रतिक्रियाशीलता: प्राथमिक और माध्यमिक एमीन सिनर्जी

जब हम प्राथमिक और द्वितीयक एलिफैटिक एमीन्स को एक साथ मिलाते हैं, तो वे एक साथ मिलकर अकेले किसी भी एक की तुलना में बेहतर काम करते हैं। प्राथमिक एमीन्स उन एपॉक्सी रिंग्स को खोलने पर स्टेप ग्रोथ पॉलिमराइज़ेशन कहलाने वाली प्रक्रिया के साथ चीजों की शुरुआत करते हैं। बाद में द्वितीयक एमीन्स चेन ट्रांसफर अभिक्रियाओं के माध्यम से क्रॉस लिंकिंग में मदद करते हैं। उन्हें एक साथ रखने से सामग्री को जमने में लगने वाले समय में कमी आती है, जो कि 2023 में थर्मोकाइमिका एक्टा में प्रकाशित कुछ हालिया अध्ययनों के अनुसार लगभग 25 से 40 प्रतिशत तक तेज हो सकता है। इस संयोजन को इतना प्रभावी क्या बनाता है? वे एल्किल समूह इलेक्ट्रॉन दान करते हैं जो मूल रूप से इसका मतलब है कि वे संसाधन के दौरान रासायनिक हमले को तेज कर देते हैं। उत्पादन लाइनों पर काम करने वाले निर्माताओं के लिए, इसका सीधा अर्थ उद्योग के विभिन्न अनुप्रयोगों में बेहतर दक्षता और लागत बचत है जहां समय सबसे महत्वपूर्ण होता है।

एनहाइड्राइड्स के साथ को-क्यूरिंग: लचीलेपन और तापीय स्थिरता का संतुलन

जब हम अलिफैटिक एमीन्स को हाइब्रिड सिस्टम में बायो-आधारित एनहाइड्राइड्स के साथ मिलाते हैं, तो वे 120 डिग्री सेल्सियस से अधिक कॉच संक्रमण तापमान (Tg) तक पहुंच सकते हैं, जबकि अभी भी लगभग 15 से 20 प्रतिशत तक की लंबाई में वृद्धि बनाए रखते हैं। यह काम इतना अच्छा क्यों है, इसका कारण यह है कि एनहाइड्राइड्स यहां तक कि लचीले एस्टर बॉन्ड बनाते हैं जो एमीन द्वारा ठीक किए गए भागों से कठोरता को संतुलित करने में मदद करते हैं। कार्डेनॉल से व्युत्पन्न एनहाइड्राइड सह-एजेंट्स पर विशेष रूप से ध्यान केंद्रित करते हुए, अध्ययनों में दिखाया गया है कि यहां कुछ विशेष प्रकार की प्रक्रिया हो रही है। ये सामग्री एक साथ बहुत अच्छी तापीय स्थिरता प्रदर्शित करती हैं, और जब चीजें टूटना शुरू होती हैं, तो यह लगभग 185 डिग्री सेल्सियस तक नहीं होता है। इस प्रकार का प्रदर्शन ठीक वही है जिसकी एयरोस्पेस निर्माताओं को उच्च तापमान सहन करने और उड़ान के दौरान कंपन को कम करने वाली कॉम्पोजिट सामग्री के लिए आवश्यकता होती है।

फ़ीनोलिक और इमिडाज़ोल एक्सलेरेटर्स के साथ हाइब्रिड सिस्टम

इमिडाज़ोल व्युत्पन्न के 2 से 5 भार प्रतिशत को मिलाने से इपॉक्सी क्योरिंग के लिए आवश्यक सक्रियण ऊर्जा को प्रति मोल लगभग 30 से 35 किलोजूल तक कम कर दिया जाता है। यह 80 से 100 डिग्री सेल्सियस जैसे अपेक्षाकृत निम्न तापमान पर भी क्रॉसलिंकिंग को बहुत तेजी से होने की अनुमति देता है। जब फिनोलिक को-एजेंट को फॉर्मूला में मिलाया जाता है, तो वास्तव में यह अग्निरोधकता को भी बढ़ाता है, महत्वपूर्ण UL 94 V-1 प्रमाणन चिह्न प्राप्त करते हुए और बॉन्ड सामर्थ्य को अक्षुण्ण बनाए रखता है। त्वरित उम्र बढ़ने की स्थिति में परीक्षण करने से काफी आश्चर्यजनक बात सामने आई है - ये सामग्री 85 डिग्री सेल्सियस तापमान और 85 प्रतिशत सापेक्ष आर्द्रता वाले गर्म और आर्द्र वातावरण में लगातार 1000 घंटे तक रहने के बाद भी अपनी मूल यांत्रिक शक्ति का लगभग 90 प्रतिशत हिस्सा बनाए रखती हैं। समय के साथ-साथ इन प्रणालियों की विश्वसनीयता के बारे में इस प्रकार के प्रदर्शन काफी कुछ कहते हैं।

टर्शियरी एमीन-उत्प्रेरित एलिफैटिक प्रणाली निम्न तापमान क्योरिंग के लिए

तृतीयक एमीन, जैसे कि DMP-30 ऋणायनी बहुलकीकरण को बढ़ावा देते हैं, जिससे वाहित एमीन-उपचारित एपॉक्सी को 15–25°C पर कठोर होने की अनुमति मिलती है। यह उत्प्रेरक तंत्र समुद्री कोटिंग्स में 60% तक ऊर्जा के उपयोग को कम करता है और 8 घंटे के भीतर पूर्ण उपचार सुनिश्चित करता है—पारंपरिक परिवेश-उपचार वाले सूत्रों की तुलना में तीन गुना तेजी से—जबकि 85% से अधिक क्रॉसलिंकिंग दक्षता बनाए रखता है।

एलिफैटिक एमीन-उपचारित एपॉक्सी नेटवर्क का अपघटन और पुनर्चक्रणीयता

एलिफैटिक एमीन-उपचारित नेटवर्क में जल अपघटन बनाम तापीय अपघटन

ऐलिफैटिक एमीन-क्यूर्ड इपॉक्सीज के टूटने का तरीका वास्तव में उस वातावरण पर काफी हद तक निर्भर करता है जिसमें वे मौजूद होते हैं। जब चारों ओर बहुत नमी होती है, तो हमें जल अपघटन अवक्रमण (हाइड्रोलाइटिक डीग्रेडेशन) की प्रक्रिया दिखाई देती है, जो मुख्य रूप से सामग्री में मौजूद एस्टर और ईथर बॉन्ड्स पर प्रभाव डालती है। दिलचस्प बात यह है कि ऐलिफैटिक एमीन्स की क्षारीय प्रकृति पानी की उपस्थिति में इस प्रक्रिया को तेज करती है। लेकिन जब तापमान लगभग 150 डिग्री सेल्सियस से ऊपर चला जाता है, तो स्थितियां अलग हो जाती हैं। इन उच्च तापमानों पर, इपॉक्सी अपने तीसरे कार्बन बिंदुओं पर वैज्ञानिकों द्वारा मुक्त मूलक श्रृंखला विदलन (रेडिकल चेन सिशन) कही जाने वाली प्रक्रिया के माध्यम से टूटना शुरू हो जाती है। कुछ हालिया परीक्षणों ने काफी दिलचस्प परिणाम भी दिखाए हैं। लगभग 85% आर्द्रता वाली बहुत नम परिस्थितियों में 500 घंटे तक रहने के बाद भी, ये सामग्री अपनी मूल मजबूती का लगभग 73% हिस्सा बरकरार रखती हैं। लेकिन यदि इन्हें 180 डिग्री पर लगातार तापीय चक्रों से गुजारा जाए, तो वे 2023 में पोनमॉन द्वारा किए गए अनुसंधान के अनुसार लगभग 62% तक ही मजबूती बनाए रखती हैं।

ईपॉक्सी डीग्रेडेशन में सहभागी बहुआमीन युक्त तंत्रों में समन्वित क्रियाविधि

द्विआमीन तंत्र सहकारी अपघटन प्रदर्शित करते हैं: प्राथमिक आमीन नाभिक स्नेही हमले के माध्यम से बंध विदलन आरंभ करते हैं, जबकि तृतीयक आमीन β-स्किशन अभिक्रियाओं का उत्प्रेरित करते हैं। यह सहकारिता एकल-आमीन तंत्रों की तुलना में डीपॉलिमराइजेशन समय में 40% की कमी लाती है, 2025 के विलायक-आधारित अपघटन अध्ययनों में माइब्रिड नेटवर्क में 94% अपघटन दक्षता प्राप्त करते हुए।

बंध विदलन में आमीन की क्षारीयता और स्थानिक पहुंच की भूमिका

उच्च pKa मान (>10) वाले एलिफैटिक आमीन एस्टर समूहों से प्रोटॉन अवशोषण को बढ़ावा देते हैं, जिससे जलअपघटन दर में 2.3× की वृद्धि होती है, जबकि चक्रीय एलिफैटिक आमीन की तुलना में। हालांकि, शाखित संरचनाओं से उत्पन्न स्थानिक अवरोध अपघटन को धीमा कर देता है—नियोपेंटाइलडायमीन स्पेसर वाले नेटवर्क का अपघटन रैखिक हेक्सेनडायमीन का उपयोग करने वाले नेटवर्क की तुलना में 28% धीमा होता है, यद्यपि समान क्रॉसलिंक घनत्व होता है।

एलिफैटिक डायमीन स्पेसर के माध्यम से अपघटनीय बंधों का डिज़ाइन करना

15–20 भार% पर एथिलीनडायमीन स्पेसर्स को शामिल करने से जलअपघटनीय रूप से अस्थिर क्षेत्र बनते हैं, जो अम्लीय परिस्थितियों (pH ≤4) में पूर्ण राल विघटन की अनुमति देते हैं, जबकि उदासीन वातावरण में 80% से अधिक तन्यता सामर्थ्य बनी रहती है। यह रणनीति औद्योगिक एपॉक्सी प्रणालियों में टिकाऊपन-पुन: चक्रण के व्यापार-बाधा को प्रभावी ढंग से हल करती है।

एलिफैटिक एमीन्स का उपयोग करके एपॉक्सी थर्मोसेट्स का रासायनिक पुन: चक्रण

मृदु परिस्थितियों के तहत एमीन-मध्यस्थता डिपोलीमराइजेशन

एलिफैटिक एमीन्स यह संभव बनाते हैं कि जब स्थितियां अपेक्षाकृत मृदु होती हैं, 100 डिग्री सेल्सियस से नीचे, तो विशिष्ट बंधनों को तोड़ा जा सके। यह अत्यधिक गर्मी के बिना एपॉक्सी थर्मोसेट्स के प्रभावी विघटन की अनुमति देता है। जब हम विशेष रूप से ट्राइफंक्शनल एमीन्स की बात करते हैं, तो वे 2019 में ज़्हाओ और सहयोगियों द्वारा किए गए शोध के अनुसार, केवल दो घंटे में सामान्य वायुमंडलीय दबाव पर लगभग 85 प्रतिशत मोनोमर्स को पुनः प्राप्त कर सकते हैं। यह पारंपरिक पायरोलिसिस तकनीकों की तुलना में काफी बेहतर है, जिनमें 300 से 500 डिग्री सेल्सियस के तापमान की आवश्यकता होती है, लेकिन वास्तव में मोनोमर्स को नष्ट कर दिया जाता है। इन एमीन्स के लिए पॉलिमर नेटवर्क के माध्यम से काम करने के लिए सबसे महत्वपूर्ण बात उनकी रासायनिक बंधनों पर आक्रमण करने की क्षमता और उनके आसानी से घूमने की क्षमता का संयोजन है। शाखित संरचनाएं, जैसे डाइथाइलीनट्रायमीन, सीधी श्रृंखला वाले समकक्षों की तुलना में लगभग 23 प्रतिशत अधिक तेज़ी से प्रदर्शन करती हैं, केवल इसलिए कि वे आणविक स्तर पर बेहतर गतिशीलता रखते हैं।

कुशल पुन:चक्रण के लिए तापमान और विलायक प्रणाली का अनुकूलन

इष्टतम अभिक्रिया पैरामीटर उपज और मोनोमर अखंडता के संतुलन को बनाए रखते हैं:

सम्मिश्रण-उपचारित एपॉक्सी में 99% मोनोमर चयनात्मकता प्राप्त करते हुए पारंपरिक ऊष्मा से 50% कम ऊर्जा खपत को कम करने और पार्श्विक प्रतिक्रियाओं को कम करने के लिए माइक्रोवेव-सहायता पुनः चक्रण में बंद-लूप पुनः चक्रण परीक्षणों में दिखाया गया है।

औद्योगिक अनुप्रयोगों में टिकाऊपन बनाम पुनः चक्रण समस्या का समाधान

जब निर्माता एपॉक्सी नेटवर्क के भीतर अपघटन के ट्रिगर के रूप में कुछ ऐलिफैटिक एमीन्स को एम्बेड करते हैं, तो वे अपने उपयोगी जीवन के अंत में सामग्री को तोड़ने में सक्षम होते हैं, जबकि अच्छी प्रारंभिक प्रदर्शन विशेषताओं को बनाए रखते हैं। हाइब्रिड उत्प्रेरक प्रणालियों में विभिन्न प्रकार के एमीन्स के साथ इमिडाज़ोल्स को मिलाकर, कंपनियों ने तापीय अपघटन बिंदुओं को लगभग 30 प्रतिशत तक कम करने में सफलता प्राप्त की है, जिससे रीसायकलिंग प्रक्रियाओं के दौरान नियंत्रित अपघटन को संभालना बहुत आसान हो जाता है। विशेष एल्किलएमीन स्पेसर वाले हाइड्रोलाइजेबल बीटा-हाइड्रॉक्सी एस्टर बॉन्ड बनाते हैं, जो सामग्री को पांच साल से अधिक समय तक सेवा में रहने के बाद भी पूरी तरह से बहाल करने की अनुमति देते हैं। इन विधियों के बारे में जो कुछ भी उत्साहित करता है, वह यह है कि वे महंगी नई सुविधाओं या उपकरण अपग्रेड की आवश्यकता के बिना सर्कुलर निर्माण मॉडल में कैसे फिट होते हैं, जो वर्तमान में कई उद्योगों के लिए स्थायी प्रथाओं को प्राप्त करना अधिक संभव बनाता है।

सामान्य प्रश्न

एपॉक्सी प्रणालियों में ऐलिफैटिक एमीन्स का उपयोग किस लिए किया जाता है?

एलिफैटिक एमीन्स का उपयोग मुख्य रूप से इपॉक्सी सिस्टम में क्यूरिंग एजेंट के रूप में किया जाता है ताकि त्वरित और कुशल रासायनिक प्रतिक्रियाओं को सुगम बनाया जा सके, जिससे सामग्री के भीतर मजबूत और ऊष्मा प्रतिरोधी बंधन बन सकें।

इपॉक्सी क्यूरिंग में एलिफैटिक एमीन्स की तुलना अन्य एमीन्स से कैसे की जाती है?

एलिफैटिक एमीन्स आमतौर पर एरोमैटिक या साइक्लोएलिफैटिक एमीन्स की तुलना में तेजी से क्यूर होते हैं, जो कमरे के तापमान पर क्यूरिंग की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए उन्हें उपयुक्त बनाता है।

क्या एलिफैटिक एमीन-क्यूर्ड इपॉक्सी को पुन: चक्रित किया जा सकता है?

हां, इपॉक्सी थर्मोसेट्स को पुन: चक्रित करने के लिए एलिफैटिक एमीन्स का उपयोग करने से माइल्ड कंडीशन्स के तहत प्रभावी डिपोलीमराइजेशन और मोनोमर्स की रिकवरी होती है, जो पारंपरिक उच्च-तापमान विधियों के विपरीत है।

आणविक संरचना एलिफैटिक एमीन्स के साथ इपॉक्सी सिस्टम के प्रदर्शन को कैसे प्रभावित करती है?

रैखिक डाईएमीन्स या शाखायुक्त पॉलीएमीन्स जैसी आणविक संरचनाएं क्यूर स्पीड, क्रॉसलिंक घनत्व और यांत्रिक गुणों को प्रभावित करती हैं, जिससे विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए अंतिम उत्पाद विशेषताओं को अनुकूलित किया जा सके।