DETA-ն էպօքսիդային սոսնձերում. ուժեղ և անմիջական միացումների ստեղծում

Ինչպես DETA-ն աշխատում է որպես ամինային հարմարեցուցիչ էպոքսիի բեկնման ընթացքում

Ամինային հարմարեցուցիչների հասկացությունը և դերը էպոքսիի բեկնման ընթացքում

Էփօքսի հարմարեցումը սկսվում է, երբ ամինային հիմքերով խտացուցիչները նուկլեոֆիլ ռեակցիաների միջոցով հարձակվում են էպօքսիդային օղակների վրա՝ առաջացնելով կովալենտային կապեր, որոնք կազմում են հարմարեցված նյութերում հայտնի 3D պոլիմերային ցանցերը: Առաջնային ամինային խմբերը (-NH₂) և դրանց երկրորդային համարժեքները (-NH-) մեծ դեր են խաղում ցանցային կապերի խտությունը և վերջնական արտադրանքի հատկությունները որոշելու գործում: Վերցրեք օրինակ՝ պոլիամինները, ինչպիսին է դիէթիլենտրիամինը (DETA), այս միացություններն ունեն մի քանի ռեակտիվ կենտրոններ, ինչը նշանակում է, որ դրանք ավելի լավ ցանցային կապեր են առաջացնում, քան պարզ մոնոամինները: Սա նաև կատարողականության մեջ մեծ տարբերություն է առաջացնում՝ որոշ փորձարկումներ ցույց են տալիս, որ այս պոլիամիններով պատրաստված սոսինքները լարման դեպքում կարող են 25-30% ավելի ամուր լինել, քան ամինային բաղադրիչներ չպարունակող սոսինքները:

Դիէթիլենտրիամինի (DETA) քիմիական բաղադրությունը և ռեակտիվությունը

DETA-ն, որի քիմիական բանաձևն է C₄H₁₃N₃, իրականում բաղկացած է երկու առաջնային ամիններից և մեկ երկրորդային ամինից, որը յուրաքանչյուր մոլեկուլին տալիս է երեք հնարավոր ռեակցիայի կետ: Այս միացության օգտակարությունն այն է, որ այն շատ արագ է հիդրացվում սենյակային ջերմաստիճանում: Երբ խառնվում է էպոքսիդային համակարգերի մեջ, DETA-ն սովորական սենյակային ջերմաստիճաններում՝ մոտ 25 աստիճան Ցելսիուսում, մոտ 45 րոպեի ընթացքում կարող է հասնել մոտ 90 % պոլիմերացման: 103,17 գրամ/մոլ համեմատաբար փոքր մոլեկուլային զանգվածը թույլ է տալիս այս մոլեկուլներին ավելի ազատ շարժվել ռեակցիայի ընթացքում: Բացի այդ, ազոտի ատոմները միացնող էթիլեն խմբերը ստեղծում են այն, ինչ շատ քիմիկոսներ համարում են նյութի ռեակցիայի արագության և ամբողջությամբ հիդրացվելուց հետո նրա ճկունության միջև իդեալական հավասարակշռություն:

DETA-ի և էպոքսիդային խեժերի միջև խաչաձև կապման մեխանիզմներ

Հիդրացման ընթացքում DETA-ի ամինային խմբերը էպօքսիդային օղակների հետ իրականացնում են օղակը բացող ռեակցիաներ.

1. Առաջնային ամինի ռեակցիա -NH₂ հարձակվում է էպօքսիդային ածխածնի վրա՝ առաջացնելով հիդրոքսիլային խումբ և շղթայի երկարացում
2. Երկրորդային ամինի ռեակցիա -NH-ը շարունակում է խաչաձև կապվել հարակած էպօքսիդային մոլեկուլների հետ
   Այս երկփուլային մեխանիզմը առաջացնում է բարձրաստիճան ճյուղավորված պոլիմերային մատրից՝ ապակու փոխանցման ջերմաստիճաններով (Tg) մինչև 120°C, ինչը այն հարմար դարձնում է բարձր լարվածության ենթակա արդյունաբերական կպիչների համար

ԴԻԷՏԱ-ի նման ալիֆատիկ պոլիամինների համեմատություն այլ հարմարեցման գործակալների հետ

DETA-ն գերազանցում է փակման արագությամբ և միացման ամրությամբ, սակայն հիդրոսկոպիկ բնույթի պատճառով կիրառման ընթացքում պահանջում է խիստ խոնավության վերահսկողություն (<50% RH)

REAKTİVՈՒԹՅԱՆ ԵՎ ԳՈՐԾՈՂՈՒԹՅԱՆ ԺԱՄԿԵՏԻ ՀԱՎԱՍԱՐԱԿՇՌՈՒՄԸ DETA-ԷՊՈՔՍԻ ՖՈՐՄՈՒԼԱՆԵՐՈՒՄ

DETA-ի կարճ գործողության ժամկետը (25 րոպե) երկարաձգելու համար ձևավորողները օգտագործում են մի շարք ռազմավարություններ.

• Լուծիչներ ՝ Ոչ ռեակտիվ լուծիչները նվազեցնում են էքզոթերմիկ տաքացումը՝ սահմանափակելով ջերմաստիճանի բարձրացումը 40°C-ից ցածր
• Համախտուկներ ՝ 15–30% իզոֆորոն դիամինի (IPDA) խառնուրդը դանդաղեցնում է ռեակցիայի կինետիկան՝ առանց Tg-ն կորցնելու
• Ջերմաստիճանի վերահսկողություն : Սառեցնելով խեժը և հարմարեցուցիչը մինչև 10 °C՝ դանդաղեցնում է գելացումը մինչև 300%-ով
  Այս կարգավորումները թույլ են տալիս ավտոմոբիլային արտադրողներին պահպանել 8-ժամյա աշխատունակությունը, մինչդեռ սոսնձի լրիվ ամրությունը հասնում է 2 ժամվա ընթացքում:

ԴԵՏԱ-ի հարուստ էպօքսիդներում փոխազդեցության գործընթացը և պոլիմերային ցանցի ձևավորումը

ԴԵՏԱ-ի պոլիամինի կառուցվածքի ազդեցությունը փոխազդեցության մեխանիզմների վրա

DETA-ի ալիֆատիկ պոլիամինի կառուցվածքը հիմնականում բաղկացած է երեք ռեակտիվ ամին խմբերից, որոնք իրար են միացված երկու էթիլենային կապերով, ինչը դարձնում է այն շատ լավ էպօքսիդային խառնուրդներ հիդրացնելու համար: Երբ մենք ավելի մոտիկից նայում ենք, առաջնային և երկրորդային ամինները սկսում են խաչաձև կապման գործընթացը՝ բացելով էպօքսիդային օղակները: Նրանց հետ միաժամանակ տրիցիային ամինի մասերը աշխատում են որպես կատալիզատորներ՝ արագացնելով գործընթացը: Այս բազմաֆունկցիոնալ կառուցվածքի շնորհիվ DETA-ն կարող է ստեղծել խիտ եռաչափ ցանցեր մոտ 23 տոկոսով ավելի արագ, քան սովորական գծային պոլիամինները՝ ըստ պոլիմերային գիտնականների վերջերս հրապարակված որոշ հետազոտությունների: Այս արագության տարբերությունը շատ կարևոր է արդյունաբերական կիրառություններում, որտեղ ժամանակը նշանակում է գումար:

Պոլիմերացման կինետիկան և մոլեկուլային փոխազդեցությունները սենյակային ջերմաստիճանում հիդրացման ընթացքում

Շրջակա միջավայրի ջերմաստիճաններում (20–25°C), DETA-ն հասնում է 85% խաչաձև կապման 90 րոպեի ընթացքում՝ շնորհիվ իր ցածր ակտիվացման էներգիայի (42 կՋ/մոլ)։ Ռեոլոգիական տվյալները ցույց են տալիս, որ ժելացման ընթացքում դինամիկ դիմադրությունը կրկնապատկվում է ամեն 18 րոպեն մեկ, ինչը հնարավորություն է տալիս արագ կապի առաջացման՝ առանց արտաքին տաքացման։ Սա DETA-էփոքսի համակարգերը դարձնում է իդեալական ջերմային զգայուն ստորակեղեքների համար, ինչպիսիք են պլաստմասսաներն ու նախնական մշակված մետաղները:

Ուսումնասիրություն. DETA-էփոքսի ցանցի կազմավորման իրական ժամանակում Ֆուրիեի ձևափոխման ԻԿ անալիզ

2023 թվականին Ֆուրիեի ձևափոխման ինֆրակարմիր սպեկտրասկոպիայի օգնությամբ հետևողականությամբ ուսումնասիրվեց DETA-էփոքսի ռեակցիան և հայտնաբերվեց.

• էփօքսիդային խմբերի 94% փոխարկում 2 ժամվա ընթացքում
• Հիդրոքսիլային (–OH) և երրորդական ամինային գագաթների համատեղ աճ
• Համազանց ցանցի կազմավորում՝ միկրոժելային տիրույթներով 5%-ից պակաս
  Այս արդյունքները հիմնավորում են հարթ միացման ամրության 28% բարելավումը արոմատիկ ամիններով ցանցավորված համակարգերի նկատմամբ, հաստատելով DETA-ի կառուցվածքային առավելությունները բարձր կատարողականությամբ սոսնձներում:

DETA-ով ցանցավորված էփոքսի սոսնձների միացման ամրությունն ու ինտերֆեյսային առավելությունները

ԴԵՏԱ-ով ամրացված մետաղ-էպօքսիդային ինտերֆեյսներում մոլեկուլային փոխազդեցություններ

ԴԵՏԱ-ն ամրացնում է մետաղ-էպօքսիդային ինտերֆեյսները՝ ամինային խմբերի և ալյումինի ու պողպատի մակերևույթի օքսիդների միջև քիմիական փոխազդեցությունների շնորհիվ: Այս ռեակցիաները մետաղային հիդրոքսիլների հետ կովալենտային կապեր են առաջացնում, ինչը ինտերֆեյսային կպչունությունը 18–22 %-ով ավելացնում է համեմատած ռեակցիային անկարող մակերևույթների հետ:

Կովալենտային կապեր էպօքսիդային միացությունների և ենթաշերտերի միջև՝ ԴԵՏԱ-ի միջոցով

ԴԵՏԱ-ի եռաֆունկցիոնալ կառուցվածքը հնարավորություն է տալիս միաժամանակ ռեակցիա տեղի ունենա էպօքսիդային ռեզինների և ենթաշերտի մակերևույթների հետ՝ առաջացնելով հզոր եռաչափ ցանցեր: Շփման մեջ գտնվող պողպատի դեպքում այս համակարգերը 24 ժամվա ընթացքում ձեռք են բերում 30 ՄՊա-ից ավելի ճկվելու ամրություն 25°C-ում:

Կպչունության վրա մակերևույթի քիմիայի ազդեցությունը՝ տարբեր ենթաշերտերի դեպքում

DETA-ն ամենալավ աշխատում է հիդրոքսիլներով հարուստ մակերևույթների վրա, ինչպիսին անոդացված ալյումինն է, և խոնավության ազդեցությունից հետո պահպանում է կապի ուժի 92%-ը: Ծայրահեղ դեպքում՝ ադգեզիան ոչ բևեռային պլաստմասսաներին պահանջում է մակերևույթի օքսիդացման մշակում, քանի որ կապի ուժը տատանվում է 40–60% սուբստրատի տեսակից կախված՝ մակերևույթային էներգիայի և քիմիական ֆունկցիոնալության տարբերությունների պատճառով:

Տվյալների ամփոփում. DETA-ի և արոմատիկ ամինների օգտագործման համեմատությամբ ծալքային հարմարանքի ամրության բարելավում (մինչև 28%)

Փորձարկումները ցույց են տվել, որ DETA-ով ցանկապատված հանգույցները 24–28% ավելի բարձր ծալքային հարմարանքի ամրություն են ապահովում, քան այն դեպքերը, երբ օգտագործվում է բենզիլային սպիրտով մոդիֆիկացված արոմատիկ ամիններ: Այս արդյունքների տարբերությունը մեծանում է ցածր ջերմաստիճաններում (15–20°C), որտեղ DETA-ն պահպանում է օպտիմալ կապման հնարավորության 90%-ը՝ ընդդեմ դանդաղ ցանկապատվող այլընտրանքների 55%-ի:

Երկբաղադրիչ էպոքսիդային կպիչների շահերը DETA-ով

Երկբաղադրիչ DETA-էպոքսիդային համակարգերի ձևավորման սկզբունքներն ու արդյունաբերական կիրառությունները

Երբ աշխատում ենք ԴԷՏԱ պարունակող երկբաղադրիչ էպօքսիդային համակարգերի հետ՝ քիմիական բաղադրությունը ճիշտ ընտրելը կարևոր է, քանի որ այս ձևավորումներին անհրաժեշտ են ճշգրիտ համամասնություններ և արագ փակման ժամանակներ: ԴԷՏԱ-ն այդքան օգտակար դարձնող հատկությունը նրա բարձր ամինային պարունակությունն է, որն սովորաբար թույլ է տալիս խառնման հարաբերակցությունը մոտ 1 մաս ԴԷՏԱ՝ 10 մաս ռեզինի համար: Սա ոչ միայն նվազեցնում է նյութի թափոնները, այլ նաև նպաստում է խառնուրդի ընթացքում լրիվ քիմիական կապումը: Այս հատկությունների շնորհիվ շատ արտադրողներ ԴԷՏԱ-ի վրա հիմնված սոսնձներին են դիմում, երբ գործ ունեն ավիակոմպոզիտներում կամ շինարարական նախագծերի ընթացքում բետոնե կոնստրուկցիաներում պողպատե ձողերը ամրացնելու համար բարդ կպչուն խնդիրների հետ:

Անմիջական կապման զարգացում սենյակային ջերմաստիճանում ցանկացած սոսնձի համար

DETA-ի բարձր ռեակտիվությունը նշանակում է, որ այն այդ ուժեղ քիմիական կապերը առաջացնում է շատ արագ՝ սենյակային ջերմաստիճանում, և լրիվ ամրության 85%-ին հասնում է երկու ժամից պակաս ժամանակահատվածում: Ջերմություն կիրառելու կարիք չկա, ինչը դարձնում է այս սոսնձները հիանալի՝ տաքությունից վնասվող նյութերի հետ աշխատելու համար, ինչպիսիք են որոշ պլաստմասսաները կամ նախօրոք ներկված մետաղական մասերը: Ավտոմեքենաների արտադրողները սկսել են լայնորեն օգտագործել դրանք իրենց հավաքակազմման գծերում՝ ներքին պատվանդաններ և այլ փոքր մասեր միացնելու համար: Արագ սեղմման ժամանակը օգնում է արտադրությունը հարթ պահել առանց այն անհարմար հետաձգումների, որոնք դանդաղեցնում են արտադրության գործընթացները՝ սպասելով, որ բաները ճիշտ կերպով բերվեն հասունության:

Շարժընթաց. DETA-ի նման արագ բերվող ալիֆատիկ պոլիամինների աճող ընդունումը ավտոմեքենաների հավաքակազմման ընթացքում

Քանի որ էլեկտրական տրանսպորտային միջոցները շարունակում են համարվել հայտնի, արտադրողներին ավելի լավ թուղթ են պետք, որոնք կարող են միացնել ալյումինի և ածխածնային թելի նման տարբեր նյութեր՝ առանց դրանք ջերմության պատճառով դեֆորմացնելու: Շուկան արագ փոխվում է, և այսօր DETA-ով հարուստ էպոքսիդները շատ հայտնի են դառնում: Նրանք կազմում են EV-ների միացումների համար օգտագործվող կառուցվածքային թղթերի մոտ 42 տոկոսը: Այս էպոքսիդները գերազանցում են հին արոմատիկ ամինի տեսակները, որոնք շատ երկար են պահանջում ճիշտ կարգավորվելու համար: Ինչո՞ւ է սա կարևոր: Բացատրությունը այն է, որ ամբողջ արդյունաբերությունը ցանկանում է նվազեցնել իր կարգավորման վառարանների էներգիայի օգտագործումը 30-ից մինչև 35 տոկոս մինչև 2025 թվականի ավարտը: Եվ դեռ պետք է այս միացումները բավականաչափ ամուր լինեն, որպեսզի կարողանան դիմանալ վթարներին:

DETA-ի մակարդակի մակարդակի մեջ էպոքսիդային թղթերի ձևավորման մեջ առկա մարտահրավերները և սահմանափակումները

DETA-ի հիմնված համակարգերի խոնավության նկատմամբ զգայունությունը և սպասարկման պահանջները

DETA-ն ունի օդից խոնավություն կլանելու ուժեղ հակում, որը կարող է առաջացնել շատ վաղ սեղմում և թուլացնել միացումները մոտ 18%-ով՝ խոնավ պայմաններում պահելիս: Ուստի ճիշտ պահումը կարևոր է: Շատ հաստատություններ DETA-ն պահում են 25 աստիճան Ցելսիուսի տակ՝ խոնավության մակարդակը 40%-ից ցածր պահելով: Պահանջվում է նաև հատուկ զգուշություն կեղծման ընթացքում: Խառնումը պետք է կատարվի կնքված տարաներում, և խառնելուց հետո նյութը պետք է անմիջապես օգտագործվի՝ այն արձագանք սկսելուց առաջ: Չնայած այն աշխատում է սենյակային ջերմաստիճանում՝ առանց տաքացման անհրաժեշտության, DETA-ի խոնավության նկատմամբ զգայունությունը դարձնում է արտաքին կիրառումը բարդ: Տնտեսագործները սովորաբար պետք է նախ կիրառեն պաշտպանիչ ծածկույթներ կամ համոզվեն, որ մակերեսները ամբողջությամբ չոր են՝ DETA-ն օգտագործելուց առաջ:

Սեղմման արագության և երկարաժամկետ մեխանիկական հաստատության փոխզիջումներ

DETA-ի երեք ռեակտիվ կենտրոնները հանգեցնում են արագ խաչաձև կապման, որն էլ արագացնում է կապի առաջացումը, թեև սա ի հաշիվ է գալիս նրա երկարաժամկետ տևողականության նվազման: Թեստերը ցույց են տալիս, որ այս խիտ և պինդ ցանցերն ունեն մոտ 12-15 տոկոսով ցածր ճեղքման կոշտություն այն նյութերի համեմատ, որոնք ստացվել են դանդաղ հնացող ցիկլաալիֆատիկ ամինների միջոցով, երբ ենթարկվում են ջերմային ցիկլերի: Այն արդյունաբերությունների համար, որոնց արագությունն է անհրաժեշտ՝ ինչպիսին ավտոմեքենաների արտադրությունն է, այս արագ հնացումը շատ լավ լուծում է, սակայն նյութը չափազանց փխրուն է դառնում այն իրերի համար, որոնք պետք է ծանր բեռներ կրեն: Որոշ ընկերություններ փորձում են հաստատուն 60-80 աստիճան Ցելսիուսով տաքացնել մասերը հնացման ընթացքում՝ դրանք ավելի ամուր դարձնելու համար, սակայն այս լրացուցիչ քայլը ավելացնում է արտադրության ծախսերը: Այսպիսով, միշտ առկա է հավասարակշռության խնդիր, երբ աշխատում ենք ալիֆատիկ պոլիամինների հետ՝ մեկ հատկությունը ճիշտ ստանալը նշանակում է մեկ այլ բանի զիջում:

Հաճախ տրամադրվող հարցեր

Ի՞նչ է DETA-ն էպոքսիդային հնացման ընթացքում

Դիէթիլենտրիամինը (DETA) ամինային հիմքով շիկացնող նյութ է, որն օպտիմալացնում է էպոքսիդային շիկացումը՝ իր բազմաթիվ ռեակցիոն կենտրոնների շնորհիվ, ապահովելով ավելի արագ միացում և բարձրացված կառուցվածքային ամրություն:

Ինչպե՞ս է DETA-ն համեմատվում այլ շիկացնող նյութերի հետ:

DETA-ն առաջարկում է ավելի արագ շիկացման ժամանակ և բարձր ծալման ճնշման ամրություն՝ համեմատած արոմատիկ ամինների և ցիկլալիֆատիկների հետ, ինչը այն դարձնում է նախընտրելի այն կիրառությունների համար, որտեղ անհրաժեշտ է արագ միացում:

Որո՞նք են DETA-ով շիկացված էպոքսիդների օգուտները:

DETA-ով շիկացված էպոքսիդներն ապահովում են անմիջական միացման զարգացում, բարձր ծալման ճնշման ամրություն, բարձրացված ինտերֆեյսային միացում և իդեալական են ավտոմոբիլային և արդյունաբերական կիրառությունների համար: