الوضع الحالي للبحث وتطبيق راتنجات الايبوكسي

الوضع الحالي للبحث وتطبيق راتنجات الايبوكسي

أنا. الديباجة

يشير راتنجات الإيبوكسي إلى البوليمرات المسبقة البوليمرية التي تحتوي على مجموعتين أو أكثر من مجموعات الإيبوكسي، مع أجزاء سلسلة أليفاتية أو حلقية أو عطرية باعتبارها السلسلة الرئيسية. راتنجات الايبوكسي (EP) لديها قوة عالية، استقرار كيميائي جيد، خصائص ميكانيكية عالية، خصائص لاصقة ممتازة، انكماش المعالجة صغير، مقاومة جيدة للحرارة، شيخوخة الأشعة فوق البنفسجية، مقاومة التآكل والتأثير وغيرها من الخصائص الميكانيكية، في كثير من الأحيان كطلاء، يتم استخدام المواد اللاصقة على نطاق واسع في المواد المركبة والبحرية والفضائية والمجالات الكهربائية والإلكترونية. ومع ذلك، فإن راتنجات الايبوكسي المعالجة عبارة عن هيكل شبكي ثلاثي الأبعاد، وكثافة ربط متقاطعة عالية، وضغط داخلي مرتفع، مما يؤدي إلى هشاشته وسهولة تشققه، وضعف مقاومته للتآكل، ومعامل درجة حرارة التمدد الحراري مرتفع، مما يحد من تطبيقه في بعض الحقول. بالنسبة لأوجه القصور المذكورة أعلاه يمكن تحسينها وتحسينها عن طريق طرق التعديل

ثانيا. تعديل راتنجات الايبوكسي

1.تعديل تشديد راتنجات الايبوكسي

لتعزيز صلابة راتنجات الايبوكسي، تضمن النهج الأولي إضافة الملدنات والمرونات. ومع ذلك، فإن هذه المواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض قللت بشكل كبير من مقاومة المادة للحرارة والصلابة والمعامل والخواص الكهربائية. منذ ستينيات القرن العشرين، تم إجراء الأبحاث على تعديل تشديد راتنجات الإيبوكسي على نطاق واسع محليًا ودوليًا، بهدف تحسين صلابة راتنجات الإيبوكسي مع الحد الأدنى من التأثير على خصائصه الحرارية ومعامله وأدائه الكهربائي.

• تشديد المطاط الصناعي من راتنجات الايبوكسي

إن اللدائن المطاطية المستخدمة لتقوية راتنجات الإيبوكسي هي عادةً بوليمرات سائلة تفاعلية بوزن جزيئي نسبي يتراوح من 1000 إلى 10000، وتتميز بمجموعات وظيفية في المواضع الطرفية أو الجانبية التي يمكن أن تتفاعل مع مجموعات الإيبوكسي. تشمل الأنواع الرئيسية من اللدائن المطاطية التفاعلية المستخدمة لتقوية راتنجات الإيبوكسي ما يلي: مطاط أكريلونيتريل البيوتادين المنتهي بالكربوكسيل، مطاط أكريلونيتريل البيوتادين المنتهي بالهيدروكسيل، مطاط متعدد الكبريتيد، مطاط أكريلونيتريل بوتادين الكربوكسيل العشوائي السائل، بوليمر بوتادين أكريلونيتريل-أيزوسيانات المنتهي بالهيدروكسيل، بولي إيثر. المطاط الصناعي، والبولي يوريثين المطاط الصناعي. حققت شبكة البوليمر المتداخلة المكونة من بولي بوتيل أكريليت وراتنج الإيبوكسي التي تم تصنيعها بالطريقة المتزامنة نتائج مرضية في تحسين صلابة راتنجات الإيبوكسي.

• تشديد الراتنج بالحرارة من راتنجات الايبوكسي

تشتمل راتنجات اللدائن الحرارية المستخدمة في تعديل تشديد راتنجات الإيبوكسي بشكل أساسي على polysulfone، polyethersulfone، polyetherketone، polyimide، polyphenene ether، and polycarbonate، وهي عبارة عن مواد بلاستيكية هندسية تتمتع بمقاومة جيدة للحرارة وخواص ميكانيكية. يتم مزج هذه الراتنجات إما في راتنجات الإيبوكسي عن طريق الذوبان الحراري أو في المحلول.

• تشديد البوليمر الهيكلي الأساسي لراتنجات الايبوكسي

تشير البوليمرات ذات البنية الأساسية إلى فئة من جزيئات البوليمر المركبة التي يتم الحصول عليها من خلال بلمرة المستحلب لنوعين أو أكثر من المونومرات. يتم إثراء الأجزاء الداخلية والخارجية لهذه الجسيمات بمكونات مختلفة، مما يُظهر بنية خاصة ثنائية الطبقة أو متعددة الطبقات. النواة والقشرة لهما وظائف متميزة. ومن خلال التحكم في حجم الجسيمات وتغيير تركيبة البوليمر لتعديل راتنجات الإيبوكسي، يمكن تقليل الضغط الداخلي، ويمكن تعزيز قوة الالتصاق ومقاومة الصدمات، مما يحقق تأثيرات صلابة كبيرة.

2. تعديل مقاومة التآكل لراتنجات الايبوكسي

حاليًا، تشمل الطرق الشائعة لتحسين مقاومة راتنجات الإيبوكسي للتآكل التعديل باستخدام مطاط متعدد الكبريتيد ومركبات السيليكون العضوي والمواد النانوية غير العضوية.

• تعديل المطاط متعدد الكبريتيد

مطاط البوليكبريتيد عبارة عن مركب مرن طويل السلسلة مع روابط ثيويثر يمكن أن يخضع لتفاعلات بلمرة مشتركة مع راتنجات الإيبوكسي، وبالتالي زيادة صلابة راتنجات الإيبوكسي. غالبًا ما يستخدم الباحثون مطاط متعدد الكبريتيد لتعديل راتنجات الإيبوكسي. استخدم الباحثون في الصين وآخرون مطاط متعدد الكبريتيد كمعدِّل لتعديل راتنجات الإيبوكسي الفينولية (F-51)، مما أدى إلى تحسين صلابة الطلاء بشكل فعال. إن إضافة راتنجات إيبوكسي ريسورسينول منخفضة اللزوجة كمعدل نشط في صيغة الطلاء يمكن أن يقلل بشكل فعال من لزوجة نظام الإيبوكسي، مما يسمح بإضافة كمية متزايدة من الأصباغ والمواد المالئة، وكذلك تعزيز مقاومة الحرارة والمقاومة الكيميائية للطلاء. .

• التعديل باستخدام مركبات السيليكون العضوي

تمتلك مركبات السيليكون العضوي مقاومة جيدة للأكسدة، والتجوية، والكارهة للماء، بالإضافة إلى مقاومة ممتازة للبرد والحرارة وقوة عازلة عالية. من خلال تعديل راتنجات الايبوكسي بمركبات السيليكون العضوي، يمكن إدخال روابط Si−C وSi−O وSi−H في راتنجات الايبوكسي، وبالتالي تحسين صلابتها وتعزيز مقاومتها للتآكل. وجد باحثون في الصين وآخرون أن التعديل المشترك لورنيش الفينول وزيت السيليكون المنتهي بالأمينات (AS) مع راتنجات الإيبوكسي (EP) يمكن أن يحسن بشكل كبير الخواص الميكانيكية، ومقاومة الحرارة، والكارهة للماء، ومقاومة التآكل للطلاء.

• التعديل باستخدام المواد النانوية غير العضوية

تظهر الجسيمات النانوية غير العضوية العديد من الخصائص الممتازة مثل تأثير الحجم الصغير، وتأثير السطح، وتأثير العزل الكهربائي. لا يؤدي تعديل راتنجات الإيبوكسي باستخدام هذه الجسيمات النانوية إلى تحسين هشاشة الطلاء فحسب، بل يمنع أيضًا بقوة تكوين المسام الدقيقة أثناء عملية المعالجة، وبالتالي تعزيز خصائص التدريع للطلاء وبالتالي تقوية مقاومة راتنجات الإيبوكسي للتآكل. قام الباحثون في الصين بتعديل راتنجات إيبوكسي ثنائي الفينول أ ذات الوزن الجزيئي المنخفض مع السيليكا النانوية لتحضير ورنيش إيبوكسي خالٍ من المذيبات واختبار أداء طبقة الطلاء. أظهرت نتائج الاختبار أن المرونة، ومقاومة الحرارة، ومقاومة الصدمات، والتصاق طبقة الطلاء المعدلة كلها تحسنت، وكانت مقاومة التآكل ممتازة.

3. تعديلات أخرى على راتنجات الايبوكسي

• تعديل الاستقرار الحراري

إن زيادة درجة التشابك وإدخال مجموعات مقاومة للحرارة مثل مجموعات إيميد وإيزوسيانات وأوكسازوليدينون وتشكيل شبكات بوليمر متداخلة هي أهم وسائل تحسين الاستقرار الحراري. إن استخدام راتنجات الأنيلين ثنائي فينيل الأثير التي تحتوي على مجموعات الأمين الطرفية كعامل معالجة لتعديل راتنجات الإيبوكسي يؤدي إلى مواد مركبة ذات درجات حرارة تحلل أولية عالية في الهواء ومقاومة جيدة للرطوبة والحرارة. يمكن لمجموعات الإيبوكسي المحبة للدهون في بولي ثنائي ميثيل سيلوكسان أن تعزز توافقها مع مصفوفة راتنجات الإيبوكسي، وبالتالي تحسين الاستقرار الحراري، ومقاومة الرطوبة، ومقاومة الشيخوخة للمنتجات المعالجة المعدلة. تحتوي السلسلة الجزيئية للبوليميد على حلقات بنزين ومجموعات إيميد، مما يمنحها ثباتًا حراريًا جيدًا، وخصائص ميكانيكية متميزة، وخصائص عازلة منخفضة، مما يجعلها تستخدم على نطاق واسع في مجالات مثل الإلكترونيات الدقيقة، والبلورات السائلة، والاتصالات الإلكترونية. لا يؤدي تعديل راتنجات الإيبوكسي به إلى تحسين صلابة راتنجات الإيبوكسي فحسب، بل يؤدي أيضًا إلى زيادة ثباته الحراري وتقليل ثابت العزل الكهربائي. الباحثون في الصين وآخرون. نجح في تصنيع نوع جديد من بوليميد ثلاثي فلورو ميثيل (PIS) وتعديل EP عن طريق المزج المادي. أظهرت النتائج أن EP المعدل بواسطة PIS يتمتع بثبات حراري وصلابة جيدة، وتغير وضع الكسر من الكسر الهش إلى الكسر المرن مع زيادة محتوى PIS. الباحثون في الصين وآخرون. تمت إضافة جزيئات بولي شديدة التبلور (p-فينيلين بنزوبيوكسازول) (PPPI) إلى EP. تم دمج جزيئات PPPI بشكل موحد مع EP، وتم تشكيل روابط تساهمية بينهما، مما أدى إلى الحصول على مواد ذات معامل انثناء عالي ومعامل تخزين وإجهاد انثناء منخفض الكسر. مع زيادة محتوى PPPI، تم تحسين الاستقرار الحراري للمواد التي تم الحصول عليها بشكل ملحوظ.

• تعديل مثبطات اللهب

راتنجات الايبوكسي لديها مثبطات اللهب ضعيفة. لتحسين مثبطات اللهب، يتم عادةً إدخال الهالوجينات والنيتروجين والفوسفور والبورون والسيليكون، وهي عناصر مثبطة للهب، في راتنجات الإيبوكسي. يمكن إدخال هذه العناصر باستخدام عوامل معالجة مثبطات اللهب، مثل تلك التي تحتوي على الهالوجينات والفوسفور والبورون والسيليكون، لعلاج راتنجات الإيبوكسي، أو عن طريق التعديل الهيكلي لراتنجات الإيبوكسي لدمج عناصر مثبطات اللهب داخل بنيتها الجزيئية. راتنجات الايبوكسي الفينولية المبرومة يمكن أن تكون بمثابة مثبطات لهب تفاعلية لراتنجات الايبوكسي المستخدمة في مواد التغليف. قام باحثون في الصين وآخرون بتصميم وتصنيع مركبين من الفوسفور العضوي يحتويان على بدائل الميثيل، 4-ميثيل فينيل فينيل فوسفين أكسيد (4-MPO) و2,4-ثنائي ميثيل فينيل فينيل فوسفين أكسيد (2,4-DMPO)، بناءً على مبدأ العلاقة بين الاستقطاب المولي للمجموعة الوظيفية والحجم المولي وخصائص العزل الكهربائي. تم استخدام هذه المركبات كمثبطات للهب لتحضير راتنجات الايبوكسي البيسفينول أ المثبطة للهب، وتمت دراسة الثبات الحراري لراتنجات الايبوكسي المثبطة للهب. أظهرت الدراسات الآلية أن مثبطات اللهب تمارس بشكل رئيسي تأثيرات مثبطة للهب من خلال تأثيرات التبريد والتخفيف للجذور الحرة المحتوية على الفوسفور في الطور الغازي ومن خلال التأثير الحاجز لطبقة الفحم في الطور الصلب. مع الحفاظ على مثبطات اللهب ومقاومة امتصاص الماء، تم تحسين خصائص العزل الكهربائي لراتنجات الايبوكسي. تؤكد هذه المزايا إمكانات 4-MPO و2,4-DMPO كمثبطات للهب لتصنيع EP عالي الأداء مناسب للمواد الكهربائية المتقدمة.

• التعديل الكيميائي

عن طريق تغيير هيكل راتنجات الايبوكسي وإدخال مجموعات كيميائية معينة في جزيئات راتنجات الايبوكسي، يمكن تحسين أداء راتنجات الايبوكسي ويمكن توسيع نطاق تطبيقه. على سبيل المثال، من خلال تفاعل حمض الأكريليك أو الميثاكريليك مع بعض مجموعات الإيبوكسي في راتنجات الإيبوكسي، يتم إدخال روابط كربون-كربون مزدوجة مع الاحتفاظ ببعض مجموعات الإيبوكسي في الجزيء. يمنح هذا التعديل راتنجات الإيبوكسي خصائص حساسة للضوء وبعض الخصائص الممتازة لراتنجات الإيبوكسي. وبدلاً من ذلك، من خلال إدخال مجموعات محبة للماء في الجزيء، يمكن تعديل راتنجات الإيبوكسي إلى راتنجات إيبوكسي محمولة بالماء، مما يمنح راتنجات الإيبوكسي المعدلة قابلية التشتت في الماء.

ثالثا. التطبيقات الحالية لراتنجات الايبوكسي

1. تطبيقات في الأجهزة الإلكترونية

من بين مصفوفات البوليمر المختلفة، يستخدم راتنجات الايبوكسي على نطاق واسع في أشباه الموصلات ومواد التغليف الإلكترونية بسبب خصائصه الميكانيكية والكهربائية والحرارية الممتازة. ومع ذلك، فإن راتنجات الإيبوكسي النقية لديها موصلية حرارية منخفضة، وقضايا مثل معامل التمدد الحراري العالي، والهشاشة المتأصلة، والميل إلى تشقق المواد اللاصقة الإيبوكسي بارزة بشكل خاص في تطبيقات التغليف الإلكترونية، مما يؤثر على الاستقرار الهيكلي وموثوقية الخدمة للأجهزة المعبأة. لتحسين الخصائص الكامنة في المواد اللاصقة الايبوكسي، أجرى الباحثون دراسات واسعة النطاق. يمكن استخدام راتنجات الايبوكسي المعدلة في تصنيع شرائح مرنة مكسوة بالنحاس. مع التطور السريع للمنتجات الإلكترونية الدقيقة خفيفة الوزن والمصغرة (مثل الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وما إلى ذلك)، أصبحت لوحات الدوائر المطبوعة المرنة تدريجيًا نقطة بحث ساخنة. يمكن استخدام مركبات راتنجات الإيبوكسي المعدلة بالبوليميد كطبقات عازلة وعازلة في تصنيع شرائح مرنة مكسوة بالنحاس، مما يزيد من تحسين الأداء وجودة المنتج مقارنة براتنجات الإيبوكسي النقي. كما يستخدم راتنجات الايبوكسي بشكل شائع في صناعة مواد التعبئة والتغليف لأشباه الموصلات. تتمتع المواد التي تم تطويرها باستخدام مواد لاصقة من راتنجات الإيبوكسي المعدلة بالبوليميد بأداء شامل ممتاز وتكلفة معتدلة، وتلبي المتطلبات المذكورة أعلاه وهي أحد الموضوعات الساخنة في مجال المواد الكيميائية الإلكترونية.

2. أتطبيقات في مجال الطيران

يستخدم راتنجات الايبوكسي على نطاق واسع في الحماية الحرارية للصواريخ والمقذوفات، مثل فوهة محركات الصواريخ الصلبة، والحماية الحرارية الهوائية لأجسام الصواريخ، والحماية الحرارية السطحية للمركبات الفضائية العائدة. مع التطور السريع للعلوم والتكنولوجيا، وضع مجال الطيران متطلبات أعلى للأداء الشامل لـ EP. إن تحسين كفاءة الحماية الحرارية لمواد الحماية الحرارية القائمة على الراتنج له أهمية نظرية وعملية مهمة. س_iB₆ من المتوقع أن يلعب المسحوق، كحشو، المضاف إلى مواد الحماية الحرارية القائمة على الراتنج، أدوار تعديل متعددة ويعزز بشكل كبير أداء الحماية الحرارية لمواد الحماية الحرارية القائمة على الراتنج. لذلك، استخدم الباحثون في الصين وآخرون آليات التعديل المتعددة لـ S_iB₆ لتعديل راتنجات الايبوكسي واستكشاف آثار إضافته على الاجتثاث والخصائص الفيزيائية الحرارية للمواد المركبة القائمة على راتنجات الايبوكسي. أظهرت النتائج أن إضافة مسحوق SiB6 أدى إلى زيادة كثافة وصلابة المواد المركبة من راتنجات الإيبوكسي، وزيادة وزن بقايا الانحلال الحراري، وتحسين مقاومة الاجتثاث للمواد المركبة بشكل ملحوظ. أثناء عملية الاجتثاث، يمكن أن تشكل الإضافة المناسبة لمسحوق SiB6 مرحلة سائلة مصهورة على سطح المادة المركبة، والتي تلعب دورًا مترابطًا ومعززًا على الطبقة المتفحمة السطحية، مما يحسن مقاومة الاجتثاث للمادة المركبة.

3. تطبيقات في المجال البحري

يتمتع راتنجات الإيبوكسي بخصائص ميكانيكية ممتازة مثل مقاومة التآكل ومقاومة الصدمات، والتصاق جيد بالركائز المعدنية، وأرخص نسبيًا من السيليكون العضوي، وعادة ما يستخدم في الطلاء المضاد للتآكل للسفن. إن أخذ راتنجات الإيبوكسي كمصفوفة وتعديلها بخصائص كارهة للماء يمكن أن يؤدي إلى تطوير طبقات ذات وظائف مضادة للتآكل ومضادة للقاذورات. من خلال تقليل الطاقة السطحية، يمكن تحسين الأداء المضاد للقاذورات أثناء استخدام مواد تقليل السحب لتأخير درجة الاضطراب في مائع الطبقة الحدودية وتعزيز أداء تقليل السحب. زيت السيليكون غير متوافق مع راتنجات الايبوكسي. عندما تتم إضافة زيت السيليكون إلى طلاءات راتنجات الإيبوكسي، فسوف ينضح ببطء على سطح الطلاء بعد المعالجة، كما أن زيت السيليكون المنبعث يساعد على تحسين أداء الطلاء المضاد للقاذورات وتقليل السحب. إضافة زيت السيليكون ثنائي ميثيل يمكن أن يحسن بشكل كبير من الكارهة للماء لطلاءات راتنجات الإيبوكسي، ويمنع ارتباط الدياتومات، ويعزز أداء تقليل السحب، مما يُظهر إمكانية التطبيق في مقاومة الحشف على السفن وتقليل السحب. استخدم الباحثون في الصين وآخرون طريقة تعديل المزج الفيزيائي لتعديل راتنجات الإيبوكسي بزيت السيليكون والطلاءات المعدة بوظائف متعددة مثل مقاومة التآكل ومكافحة القاذورات وتقليل السحب، واختبار أدائها. أظهرت النتائج أن طلاء الإيبوكسي المعدل بزيت السيليكون يلتصق جيدًا بسطح ركائز سبائك الألومنيوم، مما يجعل السطح كارهًا للماء ويمنع التصاق الدياتومات، بمعدل تثبيط قدره 70%. أدى تعديل المزج الفيزيائي لراتنجات الإيبوكسي مع زيت السيليكون ثنائي ميثيل إلى تحسين خصائص مقاومة الماء ومكافحة القاذورات وتقليل السحب لطلاء الإيبوكسي بشكل فعال مع الحفاظ على التصاق جيد بالركيزة.

4. تطبيقات في مجال البناء

يتم استخدام راتنجات الإيبوكسي، بما تتميز به من نفاذية ممتازة ومتانة والتصاق كثيف، بشكل متزايد في مشاريع البناء، بشكل رئيسي كمادة لاصقة هيكلية للهيكل الخرساني وقضبان زراعة الهيكل الثانوي، وإصلاح المناطق المتضررة مثل الثقوب الخرسانية، وأقراص العسل، والقضبان المكشوفة، وإصلاح الشقوق بالإضافة إلى ربط الهياكل الفولاذية وإصلاح وتقوية الواجهات مثل خطوط الأنابيب تحت الأرض وأساسات السدود والختم ومقاومة التآكل. كما أنها تستخدم في العزل المائي، ومقاومة التآكل، وعزل الرطوبة لحمامات السباحة، والجدران الداخلية والخارجية للمباني، وأعمال الإصلاح الأخرى. ومع ذلك، فإن المواد اللاصقة الهيكلية لراتنجات الايبوكسي لها عيوب مثل القوة المنخفضة، والهشاشة العالية، ومعامل المرونة المنخفض، والتكسير السهل، وقوة الشد المنخفضة، والتي تتطلب تعديل المادة اللاصقة الهيكلية لراتنجات الايبوكسي. قام الباحثون في الصين بتعديل راتنجات الإيبوكسي عن طريق إضافة كربونات الكالسيوم النانوية ومسحوق السيليكون الدقيق، واختبروا خصائص الشد والضغط والتدفق لراتنجات الإيبوكسي المعدلة. أظهرت النتائج أن راتنجات الإيبوكسي المعدلة لها خواص ميكانيكية جيدة، وأن كمية منخفضة من كربونات الكالسيوم النانوية يمكن أن تحسن بشكل كبير من أداء الشد، في حين أن مسحوق السيليكون الدقيق يمكن أن يعزز قوة الضغط.

رابعا. خاتمة

يستخدم راتنجات الإيبوكسي، نظرًا لخصائصه الميكانيكية والكهربائية والحرارية الممتازة ومقاومة التآكل، فضلاً عن الالتصاق الجيد، على نطاق واسع في مختلف مجالات الصناعة في الصين، مع آفاق تطبيق كبيرة وإمكانات سوقية واسعة. مع التطور السريع للعلوم والتكنولوجيا، وضعت مجالات مثل الطيران والبحرية والإلكترونيات متطلبات أعلى للأداء الشامل لراتنجات الايبوكسي. تعديل راتنجات الايبوكسي يمكن أن يحسن ويحسن صلابته، ومقاومته للتآكل، والاستقرار الحراري، ومثبطات اللهب، ومقاومة التآكل، مما يلبي متطلبات التنمية الاجتماعية بشكل أفضل.

تشتمل إنجازات البحث والتطوير المبتكرة التي حققتها Yinsu Flame Retardant في مجال راتنجات الإيبوكسي على مجموعة متنوعة من الحلول مثل الإيبوكسي المبروم ومعجون الفوسفور الأحمر لراتنجات الإيبوكسي ومثبطات لهب الأنتيمون والبروم. لا توفر مثبطات اللهب عالية الكفاءة هذه خصائص مثبطات اللهب الممتازة فحسب، بل تعمل أيضًا على تحسين قابلية المعالجة ومقاومة درجات الحرارة العالية لراتنجات الإيبوكسي بشكل فعال، وتستخدم على نطاق واسع في الإلكترونيات والكهرباء وغيرها من المجالات ذات الطلب العالي. نحن ملتزمون بتزويد العملاء بحلول مخصصة لمثبطات اللهب للمساعدة في تحسين سلامة المنتج والقدرة التنافسية في السوق.